A karboxilátcsoport hatása a peptidek komplexképzési folyamataira

Két aminosav, az aszparaginsav és a glutaminsav tartalmaz az oldalláncában karboxilcsoportot, β-, illetve γ-helyzetben. Általánosan igaz, hogy a szabad terminális aminocsoportot tartalmazó peptidek esetén az oldalláncbeli donorcsoport akkor fejt ki jelentős hatást a komplexképződési folyamatokra, ha az aminocsoporthoz közel, tehát első, második vagy harmadik helyen található a megfelelő aminosav, és a koordinálódásra képes donoratom az amino- és/vagy amidnitrogénekhez képest kelátképző helyzetben van. Az oldalláncbeli karboxilátcsoport kötődése a fémionhoz aszparaginsav esetén hattagú, míg glutaminsav esetén

3.2. Az oldalláncban koordinálódó donorcsoportot tartalmazó oligopeptidek koordinációs sajátságai

hatása jóval kisebb, mint az öt- vagy hattagú gyűrűé, ennek megfelelően az első, második, illetve harmadik helyen aszparaginsavat tartalmazó peptidek koordinációs módjait érdemes áttekinteni.^15,16 Az első helyen aszparaginsavat tartalmazó peptidek esetén (NH2,COO^–) koordinációval hattagú kelátgyűrű jön létre, az ún. β-alanin-szerű koordináció, ami az aminosavszerű koordinációnál gyengébb, de az (NH2,CO) koordinációnál erősebb kölcsönhatást, így nagyobb stabilitású ML komplexek (3.a ábra) képződését eredményezi.

3. ábra Aszparaginsavat tartalmazó peptidek lehetséges koordinációs módjai

Az XaaAsp szekvenciát tartalmazó peptidek esetén az amidnitrogén kötődését követően kerül kedvező helyzetbe a karboxilátcsoport, ami elősegíti az első peptidcsoport deprotonálódását és koordinálódását és stabilis, kettős kelátot tartalmazó komplex képződik (MH–lL) (3.b ábra).

A harmadik helyen aszparaginsavat tartalmazó peptideknél legjelentősebb a karboxilátcsoport hatása, a két amidnitrogén deprotonálódásával és koordinálódásával a karboxilátcsoport is kötődni képes a fémionhoz, ezzel telítve a fémion koordinációs szféráját (3.c ábra). Ez a szerkezet olymértékben kedvező, hogy kialakulása során a két amidnitrogén deprotonálódása és kötődése kooperatív módon zajlik le. A karboxilátcsoport koordinációja a fémionhoz mindhárom esetben növeli az adott komplex stabilitását és akadályozza a rákövetkező amidnitrogén deprotonálódását és koordinációját. Ez a stabilitásnövekedés az XaaYaaAsp szekvenciát tartalmazó peptidek MH–2L komplexe esetén kiugró, ami a következő amidnitrogén deprotonálódását gyakorlatilag teljes mértékben megakadályozza, erre csak pH 11 feletti tartományban kerülhet sor.

A több aszparaginsavat tartalmazó peptidek (AspAsp, AspAspAsp, AspAspAspAsp)^K3,K4 esetén az oldalláncbeli donorcsoportok hatása fokozottan érvényesül. A fent említett koordinációs módok jönnek létre, de a szabadon maradt karboxilátcsoportok a

M

ligandum tridentát koordinációját eredményezik a NiL komplexekben, míg azok gyenge axiális kölcsönhatása feltételezhető a CuL komplexekben, ami hozzájárul a komplex stabilitásának növekedéséhez. Ez a koordináció a növekvő aszparaginsav szám esetén válik egyre kedvezményezettebbé. A ligandum negatív töltése ugyanakkor egyre növekszik az aszparaginsavak számának növekedésével, ami szintén hatással van a komplexképződési folyamatokra. Így az aszparaginsavat követő amidnitrogének deprotonálódását nemcsak a koordinálódó karboxilátcsoport, hanem a kialakuló komplex növekvő negatív töltése is akadályozza. Ennek megfelelően az AspAspAspAsp esetén a tetraglicin-szerű koordináció kialakulása nagyobb mértékben akadályozott, mint az XaaYaaAsp szekvenciát tartalmazó tetra- és hosszabb tagszámú peptidek esetén.

Az első, második vagy harmadik helyen glutaminsavat tartalmazó peptidekben a karboxilátcsoport csekély mértékben növeli a képződő komplexek stabilitását, hatása sokkal kevésbé jelentős, mint a megfelelő aszparaginsav tartalmú peptidek esetén. Ugyanakkor a növekvő számban glutaminsavat tartalmazó peptidek szisztematikus vizsgálata azt tükrözte, hogy a nagy negatív töltésű komplexek kialakulása jelentős mértékben akadályozza az amidnitrogének deprotonálódását.^K3,K4

Az oldalláncbeli karboxilátcsoport hatása még kevésbé érvényesül cink(II)ionok jelenlétében,^17,18 ugyanakkor meglepő módon a soft (lágy) palládium komplexeiben is kimutatható a kölcsönhatásuk.¹⁹ Az N-terminális aszparaginsavat tartalmazó di- és tripeptidek cink(II)-komplexeiben (NH2,β-COO^–) koordináció jön létre, ami megnöveli a képződő ZnL komplexek stabilitását az egyszerű peptidekéhez képest, és ez a stabilitásnövekedés valamivel nagyobb mértékű több aszparaginsav jelenlétében. Ez a koordináció azonban nem tartja oldatban a fémiont a lúgos pH-tartományban. A második helyen levő aszparaginsav pedig nem képes elősegíteni az amidnitrogén deprotonálódását, a komplexképződési folyamatok az egyszerű di- és tripeptidekhez hasonlóan játszódnak le.

Az oldalláncbeli karboxilátcsoport vagy aminocsoport jelenléte peptidvázban módosított ligandumok szintézisét teszi lehetővé. Ha a peptidkötés az aszparaginsav, illetve glutaminsav oldalláncbeli karboxilcsoportján keresztül jön létre, az α-aminosavakhoz hasonlóan (NH2,α-COO^–) koordinációval öttagú kelátgyűrű alakulhat ki. Így β-AspXaa... és γ-GluXaa... szekvenciájú peptidek esetén¹⁶ az aminosavszerű koordinációval stabilis ML és ML2 összetételű komplexek képződnek. Ez a koordináció β-AspXaa... szekvencia esetén gátolja az amidnitrogén deprotonálódását, a β-AlaGly-hez képest a folyamat nagyobb pH-n

20

3.2. Az oldalláncban koordinálódó donorcsoportot tartalmazó oligopeptidek koordinációs sajátságai

tartalmazó komplex alakul ki. γ-GluXaa... szekvencia jelenlétében a peptidnitrogén deprotonálódását és koordinációját nem is mutatták ki a mérhető pH-tartományban, amit magyaráz, hogy az így kialakuló komplexben a jóval kevésbé kedvezményezett héttagú kelát jönne létre.

A peptidváz további jelentős mértékű módosulásához vezet, ha a molekulában egy lizin ε-aminocsoportján keresztül valósul meg az aminosavak kapcsolódása. Ilyen peptidvázban módosított dipeptidek az α-Asp-ε-Lys, α-Glu-ε-Lys és γ-Glu-ε-Lys, amelyek vizsgálatát az is indukálta, hogy az ε-Lys aminocsoportján keresztül kapcsolódó aminosavak a természetben is előfordulnak, pl. a polipeptidláncok közötti keresztkötéssel a fehérjék harmadlagos szerkezetének kialakításában játszanak szerepet, illetve a baktériumok sejtfalában az így kialakuló oligopeptidek hídként kapcsolják össze a poliszacharid-láncokat.^21-23

A C-terminális részen levő ε-lizin α-aminosav-szerű koordinációval stabilisan köti a fémiont. A molekula N-terminális részén jelenlevő α-Glu a peptidekhez hasonlóan dipeptid-szerű koordináció, az α-Asp β-alanin-szerű koordináció, míg a γ-Glu α-aminosav-szerű koordináció létrejöttét eredményezi. Ez igen változatos összetételű egy- és kétmagvú komplexek megjelenéséhez vezet a pH-tól függően. Ezek közül a Cu(II)–α-Glu-ε-Lys rendszerben pH 10 felett kimutatott Cu2H–2L2 összetételű komplexet mutatja be a 4.a ábra.²⁴

4. ábra Peptidvázban módosított peptidek lehetséges koordinációs módjai

Ugyanakkor az α-Asp-ε-Lys ligandum szinte a teljes pH-tartományban két fémionhoz képes kötődni stabilis kétmagvú [M2L2] komplexeket létrehozva (4.b ábra). Ez a komplex, amelyben a fémionok az oldalláncon keresztül kötődnek, uralkodó a fiziológiás pH-tartományban, akadályozva az amidnitrogének deprotonálódását. Így ez folyamat csak réz(II) jelenlétében és

M

csak lúgos tartományban játszódik le, és ezt követően is megmarad a kétmagvú szerkezet.^K5 Az γ-Glu-ε-Lys peptid esetén szintén képes a ligandum mindkét végén kötődni a fémionhoz, a molekula hossza azonban itt ekvimoláris oldatban ugyanahhoz a fémionhoz történő kötődést és egymagvú makrokelátot tartalmazó komplex képződését eredményezi (4.c ábra), és csak fémionfeleslegnél mutatható ki kétmagvú komplex képződése.²⁴