A peptidlánc koordinációjának szerepe a bisz(imidazol-2-il) származékok

A bisz(imidazol-2-il)-csoportot tartalmazó ligandumok fentiekben bemutatott komplex-képződési folyamataira alapvetően jellemző, hogy a bisz(imidazol-2-il)-csoport egy vagy mindkét imidazolgyűrűje szerepet játszik a fémion megkötésében, és savas tartományban meghatározó az (Im(N),Im(N)) koordináció, míg a pH emelésével, az amidnitrogének deprotonálódását követően a kapcsolódó aminosav- vagy peptidlánc is részt vesz a fémion megkötésében és az (NH2,N^–,Im(N)) vagy (NH2,N^–,N^–,Im(N)) koordinációs mód a jellemző.

A bisz(imidazol-2-il)-csoporthoz kapcsolódó láncban levő hisztidin és/vagy a peptidlánc hosszának növelése azonban egyre meghatározóbbá teszi a peptidszerű koordinációt a komplexképződési folyamatokban. A ligandumokban két elkülönült kötőhelyet jelent a peptidlánc és a bisz(imidazol-2-il)-rész, ami révén tovább növekedik a különböző összetételű és koordinációs módú komplexek száma. Az alifás tripeptidláncot tartalmazó két származék esetén az amidnitrogének deprotonálódását követően többféle 1:1 összetételű és többmagvú részecske kialakulása feltételezhető, de a komplexek összetételének és szerkezetének pontos meghatározását nehezíti a keletkező komplexek viszonylag rossz oldhatósága. A spektrális adatok alapján a 3:2 fémion-ligandum arányú oldatban gyengén lúgos tartományban keletkező Cu3H–4L2 összetételű komplex valószínűsíthető, ahol a két réz(II)ion (NH2,N^–,N^–) koordinációval kötődik a peptidlánchoz, míg a harmadik fémion bisz(imidazol-2-il) koordinációval kapcsolja össze a két egységet.

Még inkább előtérbe kerül a peptidlánc koordinációja azokban a származékokban, ahol a peptidlánc első (HisPhe-BIMA), második (PheHis-BIMA) vagy harmadik helyén (GlyGlyHis-BIMA) hisztidin található. Az N-terminális hisztidint tartalmazó bisz(imidazol-2-il) származék esetén már az imidazolhidas szerkezetek bemutatásánál említettem, hogy a hisztaminszerű és bisz(imidazol-2-il)-szerű koordinációval stabilis Cu2L2 összetételű komplexek keletkeznek. Ennek a komplexnek a stabilitása kiugró a hasonló összetételű, de (NH2,COO^–) vagy (NH2,CO) koordinációs módú komplexekhez képest, amit jól tükröz a 25.c és 25.d ábra közötti különbség. A hisztaminszerű koordinációt tartalmazó komplex széles pH tartományban uralkodó részecske, és akadályozza az amidnitrogének deprotonálódását és koordinálódását. Ez csak nagyobb pH-n és kooperatív módon játszódik le, a keletkező CuH L

5.1. Kelátképző helyzetben levő imidazolgyűrűk hatása az aminosav- és peptidszármazékok komplexképző sajátságaira

a többi dipeptid-BIMA-nál azonosított szerkezetű. További deprotonálódási folyamatokat és többmagvú komplexek képződését azonban nem tudtuk kimutatni.

A második helyen hisztidint tartalmazó származék esetén az amidnitrogén deprotonálódását és koordinálódását követően a megjelenő Cu2H–2L2 vagy (CuH–1L)n

összetételű komplex képződik, amelyben a molekula GlyHis-szerű koordinációval kötődik a fémionhoz, és a szabadon maradt negyedik koordinációs helyre egy másik egység szabadon maradt imidazolgyűrűje kapcsolódik polimer szerkezetet kialakitva (32.a ábra).

(CuH–1L)n L = PheHis-BIMA

32. ábra A hisztidint tartalmazó peptidszármazékok néhány komplexének sematikus szerkezete

A további vizsgálatokat megnehezíti a keletkező komplex rossz oldhatósága, de a ligandumfelesleg esetén végzett vizsgálatok azt mutatták, hogy ez a koordináció sem képes

Cu²⁺

megakadályozni a dipeptid-BIMA ligandumokra jellemző (NH2,N^–,N^–,Im(N)) kötődésű CuH-2L komplexek képződését. Ugyanakkor a bisz(imidazol-2-il)-rész egy újabb fémion megkötésére képes, ez egy hárommagvú Cu3H–2L összetételű komplex képződéséhez vezet (32.b ábra), ami uralkodó ekvimoláris és fémion felesleget tartalmazó oldatban fiziológiás pH tartományban.

A harmadik helyen hisztidint tartalmazó GlyGlyHis-BIMA ligandumban a bisz(imidazol-2-il) koordináció mellett lehetőség van a kiugró stabilitású GlyGlyHis-szerű koordináció kialakulására is. Ez a koordináció meghatározó a keletkező komplexekben, de a fémion-ligandum aránytól függő mértékben kompetíció alakul ki a bisz(imidazol-2-il) részhez való kötődéssel. Ez azt jelenti, hogy ligandumfelesleg esetén a savas és semleges pH tartományban a bisz(imidazol-2-il) koordinációjú komplexek az uralkodóak és a GlyGlyHis koordinációjú CuH–2L komplex csak pH 7 felett képződik. A komplex szerkezetét igazolják a spektrális adatok, a CuH–2L komplexre jellemző λmax = 516 nm, g|| = 2,181, A|| = 206⋅10^–4 cm^-1 értékek jó egyezésben vannak a Cu(II)-GlyGlyHis rendszerben képződő CuH–2L komplexére jellemző paraméterekkel (λmax = 525 nm, g|| = 2,178, A|| = 209⋅10^–4 cm^–1).^D20 Ekvimoláris oldatban és fémionfelesleg jelenlétében már pH 5 felett is kimutathatóak a peptidrészen kötődő fémiont tartalmazó részecskék, többmagvú komplexek vannak jelen a fiziológiás pH tartományban, amelyben a ligandum jelenti a hidat a kötődő fémionok között (32.c,d ábra). A hárommagvú Cu3H–4L2 összetételű komplexek jelenlétét az 1:1 és 3:2 arányú rendszerek pH ~ 7 körüli mintáiban végzett tömegspektroszkópiás vizsgálatok is bizonyították. A GlyGlyHis-szerű koordináció ekvimoláris oldatban is csak pH 7 felett képes teljesen kiszorítani a bisz(imidazol-2-il)-szerű koordinációt. A kétféle koordinációs mód közötti kompeticiót jól szemlélteti a Cu(II)-BIM-GlyGlyHis 1:2:2 és 1:1:1 arányú rendszerében elméletileg képződő komplexek koncentrációeloszlása (33.a,b ábra), amely összhangban áll a GlyGlyHis-BIMA rendszer vizsgálati eredményeivel (33.c,d ábra).

Cink(II)ionokkal a hisztidint tartalmazó peptidszármazékok közül csak a GlyGlyHis-BIMA komplexeit tanulmányoztuk. Az egyéb peptidszármazékok cink(II)-komplexeitől annyiban tapasztaltunk eltérést, hogy a protonált mono- és bisz-komplexek mellett megjelenő ZnL és ZnL2 komplexekben kimutatható az oldalláncbeli imidazolgyűrű kölcsönhatása, és ez a háromfogú koordináció a keletkező komplexek nagyobb stabilitását eredményezi, megakadályozva a fémion hidrolízisét pH 8 alatt.

5.1. Kelátképző helyzetben levő imidazolgyűrűk hatása az aminosav- és peptidszármazékok komplexképző sajátságaira

(a) (b)

(c) (d)

33. ábra A Cu(II)-BIM-GlyGlyHis 1:2:2 arányú (a), Cu(II)-BIM-GlyGlyHis 1:1:1 arányú (b), Cu(II)-GlyGlyHis-BIMA 1:2 arányú (c) és Cu(II)-GlyGlyHis-BIMA 1:1 arányú (d)

oldatában képződő komplexek eloszlása a pH függvényében (c(L) = 4,00 mmol/dm³) Összegezve a bisz(imidazol-2-il) származékok komplexeivel végzett vizsgálatok eredményeit, általános megállapíthatjuk, hogy bár a kelátképző helyzetben levő két imidazolgyűrű stabilis kötődést biztosít a fémionok számára a savas tartományban, önmagában nem képes horgonycsoportként viselkedni és elősegíteni az amidnitrogének deprotonálódását még akkor sem, ha a molekulában egy oldalláncbeli hisztidin imidazolgyűrű is jelen van. A terminális aminocsoport jelenlétében azonban lejátszódik az amidnitrogén(ek) deprotonálódása és koordinálódása a réz(II)- és nikkel(II)-tartalmú rendszerekben és az imidazolrész és a kapcsolódó lánc együttes koordinációja változatos összetételű egy- és többmagvú komplexek képződéséhez vezet. Ez réz(II) jelenlétében néhány aminosav- és dipeptid-származék esetén a fémion-ligandum aránytól függően fiziológiás vagy lúgos tartományban kedvezményezetté teszi a koordinálódó imidazolgyűrű N(1)H csoportjának deprotonálódását és imidazolátohidas komplexek képződését.

A peptidlánc növelése és különösen az oldalláncbbeli hisztidin imidazolgyűrű jelenléte a peptidszerű koordináció kialakulásához és dominanciájához vezet. Bár jelentős kompeticíó

0

alakul ki a peptidszerű és szerű koordináció között, a bisz(imidazol-2-il)-részt csak a GlyGlyHis-szerű kötődés és csak lúgos pH tartományban képes teljesen kiszorítani a koordinációs szférából.

Az aminosav- és dipeptid-származékok esetén keletkező imidazolátohidat tartalmazó komplexek potenciális CuZnSOD modellek lehetnek, és ugyancsak ezen enzimben levő réz(II) koordinációs környezetét modellezhetik a négy imidazol-N kötődésével létrejövő bisz(imidazol-2-il) koordinációjú bisz-komplexek is. Így ezen komplexeknek, mint lehetséges CuZnSOD modelleknek a vizsgálatával kapcsolatos eredményeket a későbbi fejezetekben mutatom be.

5.2. Kelátképző helyzetben levő piridingyűrűk hatása az aminosavszármazékok