2.1. Az imidazolgyűrű hatásának vizsgálata a komplexképződési folyamatokra
Munkánk során nagyszámú, általában több oldalláncbeli donorcsoportot tartalmazó peptid, aminosav- és peptidszármazék elsősorban réz(II)-, nikkel(II)- és cink(II)-komplexét vizsgáltuk, néhány esetben egyéb fémionokkal kiegészítve. A fő kérdés annak tisztázása volt, hogy a különböző – az adott fémion szempontjából – gyengén, illetve erősen koordinálódó donorcsoportok hogyan befolyásolják a vizsgált molekula koordinációs sajátságait. Így céljaink az alábbiak voltak:
• Kelátképző helyzetben két imidazolgyűrűt (bisz(imidazol-2-il)-csoportot) tartalmazó aminosav-, valamint di- és tripeptidszármazékok átmenetifém komplexeinek vizsgálata.
A bisz(imidazol-2-il)-csoportot tartalmazó ligandumok fémkötő képességének, komplexképző sajátságainak vizsgálata során arra kerestük a választ, hogy a metiléncsoporton keresztül kapcsolódó két imidazolgyűrű milyen stabilitással képes kötni a különböző átmenetifém-ionokat, illetve ez a kötődés a bisz(imidazol-2-il)-csoportot tartalmazó aminosav- és peptidszármazékok esetén képes-e horgonycsoportként elősegíteni a peptidlánc amidcsoportjainak deprotonálódását és koordinálódását.
A bisz(imidazol-2-il)-csoporthoz kapcsolódó szabad terminális aminocsoportot tartalmazó peptidlánc hosszának és aminosav-szekvenciájának szisztematikus változtatásával a ligandumok olyan sorozatának szintézisére került sor, amelyek fémkomplexeinek vizsgálata alapján következtetést vonhattunk le arra vonatkozóan, hogy a terminális aminocsoport, illetve oldalláncbeli koordinálódásra képes donorcsoportok kompetícióba lépnek-e a bisz(imidazol-2-il)-csoporttal a fémionok megkötésében, illetve a molekulában megjelenő egyre nagyobb számú potenciális fémkötőhely milyen koordinációjú komplexek képződéséhez vezet a különböző pH tartományokban.
• Kelátképző helyzetben két piridingyűrűt (bisz(piridin-2-il)-csoportot) tartalmazó aminosav-származékok átmenetifém-komplexeinek vizsgálata.
Az átmeneti és soft (lágy) jellegű fémionok és a piridingyűrű N-donoratomja között hasonló tipusú kölcsönhatás alakulhat ki, mint az imidazol N-donoratomjával. Így azon vegyületek vizsgálata, amelyekben az imidazolgyűrűt piridingyűrűvel helyettesítjük, egyúttal információt adhat az imidazolgyűrű komplexképződésben betöltött szerepéről is.
Így a vizsgált bisz(pirid-2-il)-csoportot tartalmazó aminosav származékok tanulmányozása
dc_586_12
egyrészt a ligandumban jelenlevő két piridingyűrű, a terminális aminocsoport és az oldalláncbeli imidazolgyűrű koordinációban betöltött szerepének, a kialakuló komplexek szerkezetének megismerésére, másrészt az analóg imidazolgyűrűt tartalmazó származékokkal való összehasonlításra adott lehetőséget.
• Heteroaromás gyűrűt tartalmazó hisztidin analóg aminosavak, peptidek- és peptidszármazékok réz(II)- és nikkel(II)komplexeinek vizsgálata.
Az imidazolgyűrűről, mint a fémionok fontos kötőhelyéről további információkat nyerhetünk, ha az imidazolgyűrűt tartalmazó ligandumok más heteroaromás gyűrűt tartalmazó analóg vegyületeit állítjuk elő és vizsgáljuk komplexképző sajátságait. Ezek a heteroatomot tartalmazó aromás szerkezetek a piridin mellett a három nitrogénatomot tartalmazó triazol-, a kénatomot tartalmazó tienil-, valamint a kén- és nitrogénatomot tartalmazó tiazolcsoport voltak. Ezen hisztidinanalóg aminosavak fémkomplexeinek vizsgálatával a különböző aromás gyűrűk fémmegkötő képességének összehasonlítására volt lehetőség. Ugyanakkor a hisztidinnel analóg piridin-, illetve tienilgyűrűt tartalmazó aminosavak peptidláncba való beépítésével két – a GlyGlyHis peptiddel analóg – peptidszármazék szintézise is megvalósítható volt. A peptidszármazékok fémkomplexeinek tanulmányozása a kialakuló részecskék szerkezetének meghatározását és a két hisztidinanalóg peptid koordinációs sajátságaival való összevetést, a szerkezetekben mutatkozó azonosságok és különbségek megállapítását tette lehetővé.
• Terminálisan védett két-, három vagy négy hisztidint tartalmazó peptidek réz(II)- és nikkel(II)-komplexeinek vizsgálata.
A hisztidin imidazolgyűrű szerepének vizsgálatában igen fontos területet képvisel az olyan több hisztidint tartalmazó peptidek tanulmányozása, amelyek szekvenciája valamely enzim aktív centrumának fémionkötőhelyével egyezik meg vagy azt modellezi. Ezen belül egy kutatási irányt jelent a CuZnSOD enzim cink(II)- és réz(II)-kötőhelyét modellező peptidek vizsgálata. Az enzimben a réz(II) megkötésében hisztidin oldalláncok, míg a cink(II) megkötésében a hisztidin oldalláncok mellett egy aszparaginsav karboxilát-csoportja is részt vesz. Így 14 két, három vagy négy hisztidint tartalmazó, ezen kötőhelyek szekvenciáját modellező peptid réz(II)- és nikkel(II)-komplexeinek vizsgálatára került sor.
A szisztematikusan tervezett peptidek szintézisével és fémkomplexeik vizsgálatával egyrészt választ kaphattunk arra a kérdésre, hogy a szabad terminális aminocsoport
2.2. Réz(II)-komplexek elektrokémiai és SOD-aktivitás vizsgálata
hiányában az imidazolgyűrű horgonycsoportként való viselkedése hogyan hat a komplexképződési folyamatokra. Másrészt következtetést vonhatunk le arról, hogy hogyan befolyásolja a peptid hossza, szekvenciája, a molekulában jelenlevő hisztidin aminosavak száma, helyzete a csak az imidazolgyűrűn keresztül való kötődéssel kialakuló, makrokelátot tartalmazó komplexek stabilitását és mennyiségét a fiziológiás pH tartományban.
2.2. Réz(II)-komplexek elektrokémiai és SOD-aktivitás vizsgálata
A fenti vizsgálatokat követően azok a molekulák kerültek előtérbe, melyek esetén nagy stabilitású, az imidazol oldalláncon keresztül kötődő fémion-komplexek keletkeztek, hiszen ezen ligandumok fémkomplexei valós modelljei lehetnek a metalloproteinek fémkötőhelyeinek. Annak megismeréséhez, hogy vajon ezek a komplexek a szerkezetük mellett egyéb kémiai tulajdonságaikban is mutatnak-e hasonlóságot az enzimekben kötött fémionokhoz, a komplexképződési vizsgálatokat elektrokémiai és enzimaktivitás vizsgálatokkal egészítettük ki. Céljaink voltak:
• Két-, három- és négy hisztidint tartalmazó terminálisan védett peptidek réz(II)-komplexei redoxi paramétereinek meghatározása.
Az elektrokémiai vizsgálatok során a vizes oldatban keletkező komplexekre jellemző formálpotenciál értékek meghatározása volt a célunk, amely a kistérfogatú mintában elvégezhető ciklikus voltammetriás mérések technikai megvalósítását és ilyen körülmények között a mérési paraméterek megállapítását tette szükségessé. A számos Cu(II)-peptid rendszer elektrokémiai vizsgálataiból az imidazolgyűrű koordinációjával kialakuló makrokelátot tartalmazó réz-komplexek formálpotenciál értékeit határoztuk meg, amely lehetőséget adott a formálpotenciál és a komplexek stabilitása, illetve a kötődő imidazolnitrogének száma közötti tendenciák megállapítására, valamint annak eldöntésére, hogy a jellemző elektrokémiai paraméterek beleesnek-e a CuZnSOD enzimre jellemző potenciáltartományba.
• Bisz(imidazol-2-il)-csoportot tartalmazó ligandumok réz(II)-komplexei redoxi paramétereinek meghatározása.
A számos bisz(imidazol-2-il)-csoportot tartalmazó vegyület réz(II)-komplexeinek vizes oldatban különböző aránynál és pH-n végzett elektrokémiai vizsgálatából megállapíthattuk, hogy mely szerkezetű komplexek esetén határozhatóak meg a jellemző
dc_586_12
formálpotenciál értékek. Emellett következtetéseket vonhattunk le arra vonatkozóan, hogy milyen tendencia figyelhető meg a négy imidazol koordinációjú bisz-ligandumú komplexek jellemező redoxi paraméterei, a komplexek stabilitása és a kapcsolódó molekula mérete között. Továbbá a komplexekre és a CuZnSOD enzimre jellemző potenciál értékek összevetéséből becsléseket tehettünk a komplexek várható SOD aktivitására vonatkozóan is.
• Három és négy imidazol koordinációjú, valamint imidazoláto-hidat tartalmazó komplexek SOD-aktivitásának vizsgálata.
Az imidazolgyűrű komplexképződési folyamatokra gyakorolt hatásának tanulmányozására nagyszámú réz(II)-ligandum rendszer vizsgálatát végeztük el, és a számos, különböző koordinációs módú komplex közül néhány esetben a CuZnSOD enzim ígéretes szerkezeti modelljeként szóba jöhető komplexet mutattunk ki. Ezek a bisz(imidazol-2-il)-származékok négy imidazol-koordinációjú bisz-komplexei, néhány aminosav- és dipeptidszármazék esetén keletkező hárommagvú, imidazolátohidat tartalmazó komplexei, valamint a védett multihisztidin peptidek imidazol-koordinációjú makrokelátot tartalmazó komplexei voltak. Az elektrokémiai vizsgálatok alapján is érdemesnek véltük ezen komplexek SOD aktivitásának meghatározását. A mérési adatok lehetőséget adtak a legnagyobb aktivitású komplexek kiválasztására és annak az iránynak a meghatározására, amely lehetővé teszi olyan további ligandumok tervezését, ami sokkal nagyobb aktivitású komplexek képződéséhez vezethet.