Néhány szabad gyök, illetve átmenetifém-komplex enzimutánzó reakciója

135  Letöltés (0)

Teljes szövegt

(1)

1. BEVEZETÉS ... 3

2. IRODALMI RÉSZ ... 5

2.1. Biokémiai reakciók és az enzimek ... 5

2.1.1. Pirokatechin oxidáz (CO, E.C.1.10.3.1)... 7

2.1.2. Kvercetin 2,3-dioxigenáz (2,3QD, E.C.1.13.11.24)... 9

2.1.3. Az 1H-3-hidroxi-4-oxokinolin 2,4-dioxigenáz (Qdo) és 1H-3-hidroxi-4- oxokinaldin 2,4-dioxigenáz (Hod) (E.C.1.13.11.47 és E.C.1.13.11.48) ... 12

2.1.4. Mangán-tartalmú szuperoxid dizmutáz enzim (MnSOD, E.C.1.15.1.1)... 14

2.2. Enzimatikus reakciók modellezése ... 16

2.2.1. Pirokatechin oxidáz modellek ... 17

2.2.1.1. Pirokatechinek autoxidációs reakciói... 17

2.2.1.2. Pirokatechináto-komplexek... 19

2.2.1.3. Szerves ligandumokkal képzett komplexek ... 20

2.2.2. Kvercetin 2,3-dioxigenáz modellek ... 20

2.2.2.1. Fotooxigénezési reakciók ... 20

2.2.2.2. Báziskatalizált autooxidáció... 22

2.2.2.3. Fémtartalmú enzimmodellek... 23

2.2.3. Dioxigén-komplexek... 25

2.2.4. 1H-3-Hidroxi-4-oxokinolin 2,4-dioxigenáz modellek ... 28

2.2.5. MnSOD utánzó vegyületek ... 29

&e/.,7 =e6(.... 32

3.1. Pirokatechin oxidáz modellek ... 32

3.2. Kvercetin 2,3-dioxigenáz modellek ... 33

3.3. 1H-3-Hidroxi-4-oxokinolin 2,4-dioxigenáz (Qdo) és 1H-3-hidroxi-4- oxokinaldin 2,4-dioxigenáz (Hod) modellek ... 34

3.4. MnSOD utánzó vegyületek ... 34

4. EREDMÉNYEK ÉS ÉRTÉKELÉSÜK ... 35

4.1. Pirokatechin oxidáz modellek ... 35

4.1.1. Pirokatechináto-réz(II) és cink(II)-NRPSOH[HNHO iOOtWiVD... 35

4.1.1.1. A [CuII(dbcat)(idpa)]2NRPSOH[HO iOOtWiVDpVV]HUNH]HWpQHND]RQRVtWiVD... 35

4.1.1.2. A [Zn(dbcat)(idpa)]2NRPSOH[HO iOOtWiVDpVV]HUNH]HWH... 39

4.1.1.2. A [Zn(dbsq)(idpa)]ClO4NRPSOH[HO iOOtWiVDpVV]HUNH]HWpQHND]RQRVtWiVD... 41

4.1.2. DbcatH2 reakciója dioxigénnel [CuII(dbcat)(idpa)]2 jelenlétében ... 43

4.1.3. DbcatH2 reakciója dioxigénnel [Zn(dbcat)(idpa)]2 jelenlétében ... 50

4.1.4. Pirokatechin reakciója dioxigénnel TEMPO szabad gyök jelenlétében ... 58

4.2. Dioxigenáz modellreakciók... 64

4.2.1. Réz(II)- és réz(III)-dioxigén adduktXPRNHO iOOtWiVD... 65

4.2.2. (Flavonoláto)- és (O-benzoil-szaliciláto)réz(II)-NRPSOH[HNHO iOOtWiVD... 65

4.2.2.1. [CuII(fla)(Bz-TAC)]ClO4NRPSOH[HO iOOtWiVDpVV]HUNH]HWpQHND]RQRVtWiVD.... 65

4.2.2.2. [CuII(fla)(iPr-TAC)]ClO4NRPSOH[HO iOOtWiVDpVV]HUNH]HWpQHND]RQRVtWiVD.... 68

4.2.2.3. [CuII(O-bs)(Bz-TAC)]ClO4NRPSOH[HO iOOtWiVDpVV]HUNH]HWH... 69

4.2.2.4. [CuII(O-bs)(iPr-TAC)]ClO4NRPSOH[HO iOOtWiVDpVV]HUNH]HWH... 72

(2)

4.2.2.5. [CuII(ind)(mco)] komple[HO iOOtWiVDpVV]HUNH]HWH... 75

4.2.3. Flavonol reakciója dioxigénnel [CuII(fla)(idpa)]ClO4 komplex jelenlétében... 78

4.2.4. Réz(II)-dioxigén adduktumok reakciója flavonollal ... 85

4.2.5. A [CuII(fla)(L-TAC)]ClO4 (L = iPr, Bz) komplexek reakciója dioxigénnel ... 86

4.2.6. [CuII(ind)(mco)] komplex reakciója dioxigénnel ... 89

4.2.7. Oxokinolin-származékok, illetve flavonol oxigénezési reakciója DPPH szabad gyök jelenlétében... 93

4.3. MnSOD utánzó reakciók ... 99

4.3.1. [MnII(L)2@NRPSOH[HNHO iOOtWiVD... 99

4.3.2. [Mn(L)2] komplexek SOD utánzó aktivitása ... 103

4.3.2.1. Szuperoxid gyök-anion reakciója SOD utánzó vegyületekkel NBT reagens jelenlétében... 103

4.3.2.2. Szuperoxid gyök-anion reakciója SOD utánzó vegyületekkel citokróm c(III) reagens jelenlétében ... 106

5. ÖSSZEFOGLALÁS... 109

5.1. %HYH]HWpVpVFpONLW ]pVHN... 109

5.2. Alkalmazott kísérleti módszerek... 109

5.3. Új tudományos eredmények... 110

5.4. $WXGRPiQ\RVHUHGPpQ\HNMHOHQW VpJH... 113

6. KÍSÉRLETI RÉSZ... 115

7. IRODALOMJEGYZÉK... 128

(3)

1. Bevezetés

$ N|]YpOHPpQ\ HOV VRUEDQ D YHJ\LSDUW WHV]L IHOHO VVp D N|UQ\H]HWL NiURNpUW

F|OGQN JOREiOLV PpUHW HOV]HQQ\H]pVppUW 7pQ\ KRJ\ D] XWyEEL NpW pYWL]HGEHQ

kénytelenek voltunk szembesülni mindazokkal a hatásokkal, melyeknek a közvetlen forrása ez az iparág - közvetetten saját életmódunk, igényeink. Ha pusztán technológiai szempontból vizsgáljuk a környezetkárosító hatásokat, akkor beláthatjuk, hogy a legnagyobb problémát azok a melléktermékek jelentik, amelyek többnyire nem kerülnek

IHOKDV]QiOiVUDpVVRNHVHWEHQN|UQ\H]HWQNHWLOOHWYHVDMiWpOHWPLQ VpJQNHWURPEROMiN

Épp ezért értheW KRJ\DMHOHQNXWDWyLYDOV]HPEHQWiPDV]WRWWOHJQDJ\REEHOYiUiVKRJ\

olyan eljárásokat találjanak, amelyek gyakorlatilag teljes szelektivitással és káros melléktermékek keletkezése nélkül szolgáltatják a kívánt terméket, természetesen minél kisebb energia-befektetés mellett. Nem kell messzire mennünk, hogy példát találjunk

LO\HQÄLGHiOLVHOMiUiVRNUD´$PLQWDVDMiWWHUPpV]HWHVN|UQ\H]HWQND]pO YLOiJ

Biológiai rendszerekben a kémiai átalakulások nagy kemo-, regio-, illetve sztereoszelektivitással játszódnak le. Erre szükség is van, ugyanis a molekuláris szinten

WDSDV]WDOKDWy FVHNpO\ HOWpUpVHN KDWiVD MHOHQW V OHKHW D V]HUYH]HWEHQ (OpJ FVDN D

genetikai információátadásra, illetve ennek kapcsán a mutáció jelenségére gondolnunk.

A nagyfokú szelektivitás I NpQW D] HYRO~FLy VRUiQ NLDODNXOW VSHFLiOLV ÄELRNDWDOL]iWRURNQDN´D]HQ]LPHNQHNN|V]|QKHW (]HNDIHKpUMpNYDODPLO\HQNRIDNWRU QHP IHKpUMH MHOOHJ VHJpGDQ\DJ VHJtWVpJpYHO HVHWHQNpQW DQpONO NDWDOL]iOQDN HJ\

DGRWW UHDNFLyW OHKHW Yp WpYH D V]HUYH]HW V]iPiUD D V]NVpJHV YHJ\OHW HO iOOtWiViW

Bármilyen bonyolultak legyenek is az ilyen katalitikus reakciók, bizonyos

W|UYpQ\V]HU VpJHNPLQGHQHVHWEHQN|UYRQDOD]KDWyN(]HNIHOWiUiVDPDQDSViJPiUFVDN

részben a biológia feladata.

Pár évtizede egy új tudományág született, a bioszervetlen kémia, amelynek egyik célja éppen az, hogy a kémia nyelvén adjon egzakt magyarázatot biológiai jelenségekre.

Ehhez kapcsolódik az enzimmodellezés is. Az enzimek aktív helyének közvetlen

YL]VJiODWDP N|GpVL PHFKDQL]PXVXNPegértése sok esetben szinte megoldhatatlan. Az enzimfunkció megértéséhez ugyanakkor pont az aktív hely megismerésére, intermedierek kimutatására lenne szükség. Ilyen esetekben szerkezeti, és/vagy

(4)

funkcionális modellek tanulmányozása vezethet eredményre, hiszen a kémiában fejlett szerkezetvizsgálati és analitikai módszerek állnak rendelkezésre.

Az oxidoreduktázok alkotják az enzimek egyik legnépesebb családját. A

GROJR]DWEDQ EHPXWDWiVUD NHUO PXQND FpOMD QpKiQ\ HEEH D FVDOiGED WDUWR]y GLR[LJHQi] R[LGi] pV GL]PXWi] HQ]LP PRGHOOMHLQHN HO iOOtWiVD pV PHJIHOHO

enzimutánzó reakcióinak vizsgálata. A modellek között számos új, átmenetifém- tartalmú komplexet találhatunk, néhány esetben – igazodva az enzim sajátságaihoz –

IpP QpONO YpJH]WQN PRGHOOUHDNFLyNDW 0LQW D]W OiWKDWMXN D PHJIHOHO PRGHOOHN

kapcsán egyrészt a feltételezett mechanizmusok bizonyítására, másrészt igen szelektív,

KRPRJpQNDWDOLWLNXVHOMiUiVRNNLGROJR]iViUDQ\tOLNOHKHW VpJ

(5)

2. Irodalmi rész

2.1. Biokémiai reakciók és az enzimek

$] DHURE OpWIRUPiN pOHWP N|GpVHLN VRUiQ NO|QIpOH WiSDQ\DJRNDW DODNtWDQDN iW

számukra hasznos terPpNHNNp PHO\HNE O D]XWiQ IHOpStWLN VHMWMHLNHW anabolizmus), vagy lebontásukkal (katabolizmus) energiát nyernek. Az átalakulási folyamatok összességét metabolizmusnak, vagy anyagcserének nevezzük (1. ábra).

Metabolizmus Katabolizmus

(lebontás)

Anabolizmus (szintézis)

Enzimatikus reakciók sorozata TERMÉK

S Z U B S Z T R Á T U M Energia

TÁPANYAG

1. ábra. EnziPUHDNFLyNV]HUHSHD]pO V]HUYH]HWHNEHQ

Enyhe körülmények között az egyes kémiai átalakulások nem, vagy csak csekély mértékben játszódnak le, mivel a reakciók aktiválási energiája általában nagy. Ezzel szemben a tapasztalatok azt mutatják, hogy a metabolL]PXV UpV]IRO\DPDWDL pO V]HUYH]HWHNEHQJ\RUVDQPHQQHNYpJEHDPLQDJ\V]iP~HQ]LPMHOHQOpWpQHNN|V]|QKHW

Ez alapján az enzimHN RO\DQ ELRNDWDOL]iWRURNQDN WHNLQWKHW N DPHO\ek a reakciók aktiválási energiáMiWOHFV|NNHQWYHOHKHW YpWHV]LND]RNJ\RUVOHMiWV]yGiViWDPHJIHOHO

biológiai környezetben.

Az enzimek aminosavakból épülnek fel, vagyis a fehérjék családjába tartoznak.

Molekulatömegük 1,2×104 – 5×105 Dalton-ig változhat [1]. Amennyiben csak

DPLQRVDYDN DONRWMiN NHWHJ\V]HU IHKpUMpNU O EHV]pOQN Sroteinek, apoenzimek), ha

QHP IHKpUMH WHUPpV]HW UpV]W LV WDUWDOPD]QDN SURV]WHWLNXV FVRSRUW DNNRUösszetett fehérjékU OSURWHLGHNKRORHQ]LPHNYDQV]y(J\YDJ\W|EEVSHFLiOLVXQaktív helyet

WDUWDOPD]QDN PHO\HN D] HQ]LPIXQNFLypUW IHOHO VHN YDJ\Ls itt játszódik le egy adott

(6)

reakció katalízise. Ha egy enzim aktív helyén fémion található, akkor metalloenzimnek nevezzük (a fémet csak kofaktorként tartalmazó enzimeknél a fémtartalom nem mutat

V]W|FKLRPHWULiWpVQHPIHOWpWOHQOD]DNWtYKHO\HQN|W GLNmeg).

-HOOHP] MNPpJKRJ\FVDNDGRWWWtSXV~UHDNFLyWNDWDOL]iOQDN(QQHNDODSMiQD]

alábbi csoportokba sorolhatók [2]:

1. Hidrolázok. Fehérjék peptidkötését, poliszacharidok glikozidkötését, vagy zsírok és foszfátok észterkötését hasítják hidrolízis reakciójuk katalízise révén.

2. Oxidoreduktázok. Ezek az enzimek redoxireakciókat katalizálnak, melyek során elektronok, vagy hidrogénatom kerül át egyik molekuláról a másikra.

3. Transzferázok. Egy meghatározott atomcsoport átvitelét katalizálják egyik molekuláról a másikra (pl. –CH3, -NH2, -COOH, stb.).

4. Izomerázok. (] D] HQ]LPFVRSRUW NO|QE|] iWUHQGH] GpVHV UHDNFLyNDW VHJtW HO

5. Liázok. A szubsztrátum adott csoportját távolítják el nem hidrolitikus reakció során, vagyis eliminációs reakciókat katalizálnak.

6. Ligázok. Két molekula összekapcsolását katalizálják. A kapcsolt atomok szerint vannak C-O, C-N és C-C kötést kapcsoló ligázok.

Az enzimek az átalakítandó vegyületre nézve is szelektívek. Az adott

HQ]LPUHDNFLyEDQ YiOWR]iVW V]HQYHG YHJ\OHWHWszubsztrátumnak nevezzük (1. ábra). E szelektivitást az enzimek aktív helyének, amely jellegzetes alakú üreges rész a

PROHNXOiQ EHOO V]WpULNXV pV HOHNWURQLNXV VDMiWViJDL EL]WRVtWMiN (]HQ DKHO\HQ N|W GLN PHJ pV DNWLYiOyGLN D V]XEV]WUiWXP $ UHDNFLy OHMiWV]yGiViW N|YHW HQ D WHUPpNHN WiYR]QDND]DNWtYKHO\U O

MetalloenzimHN HVHWpEHQ D IpPLRQRN V]HUHSH YiOWR]y HJ\IHO O KDWiVW J\DNRUROQDND]DNWtYKHO\HOHNWURQV]HUNH]HWpUHPiVUpV]WDQQDNWpUEHOLHOUHQGH] GpVpWLV

befolyásolják. Általában elmondható, hogy a metalloenzimek nem annyira fémion-, mint inkább fehérjespecifikusak. A leggyakoribb fémek közé sorolható a vas, a mangán, a réz, a cink, a kalcium, a magnézium, a nátrium és a kálium. $N|YHWNH] IHMH]HWHNEHQ

az oxidoreduktázok családjába tartozó enzimek közül azok kerülnek bemutatásra, melyekhez kutatásaink kapcsolódtak.

(7)

2.1.1. Pirokatechin oxidáz (CO, E.C.1.10.3.1)

Ez a növényi enzim azok közé a metalloenzimek közé tartozik, amelyek orto-

GLIHQRO V]iUPD]pNRN R[LGiFLyMiW NDWDOL]iOMiN D PHJIHOHO orto-kinonná, miközben hidrogén-perdoxid, vagy víz keletkezik (1) [3]. Ilyen reakciót képes katalizálni a tirozináz enzim is, amely ezen felül még hidroxiláz aktivitással is rendelkezik [3]. Az

R[LGiFLyVRUiQNHOHWNH] NLQRQV]iUPD]pNRNDXWRSROLPHUL]iFLyVUHDNFLyEDQSLURNDWHFKLQ

alapú melaninná alakulhatnak át, amelynek fontos szerepe van növények elhalt részeiben a patogének és rovarok elleni védekezésben [4].

OH OH

O O + O2

Pirokatechin oxidáz

+ H2O2 (vagy H2O) (1)

R R

Az édesburgonyából (Ipomoea batatas) HONO|QtWHWW HQ]LPU O PHJiOODStWRWWiN KRJ\ PRQRPHU V]HUNH]HW PROHNXODW|PHJH Mr és ellipszoid formájú (mérete 55×45×45 Å). Szerkezetét B. Krebs és munkatársai EXAFS vizsgálatokkal azonosították [5]. A 2. ábrán látható, hogy az enzim magját négy α-helikális lánc alkotja, melyek közrefogják a két réziont tartalmazó aktív helyet. A hélixek által kialakított struktúrát (kavitást) két diszulfid-híd (Cis11–Cis28 és Cis27–Cis89) kapcsolja össze a nitrogénben gazdag N-terminális résszel.

2. ábra. Az Ipomoea batatas-ból elkülönített pirokatechin oxidáz szerkezete (met- forma)

(8)

Az aktív helyen található rézionok mindegyike három hisztdinhez kapcsolódik.

A Cu(A)-ion a His88 (α2-hélix lánc), His109 és a His118 (α3-hélix lánc) imidazolos nitrogéatomjaihoz koordinálódik, a Cu(B)-ion a His240 (α6-hélix lánc), His244 és a His274 (α7-hélix lánc) aminosavakkal létesít koordinatív kötést (2. ábra). Az enzim met- formájában a réz(II)-ionok távolsága 2,9 Å. A hisztidinek mellett egy hidroxo-híd köti össze a rézionokat (Cu(A)–O 1,9 Å és Cu(B)–O 1,8 Å), így alakul ki a trigonális piramisos koordinációs övezet mindkét ion körül, ahol apikális pozícióban a His109, illetve a His240 található. Az egyes kötéstávolságokat az 1. táblázatban tüntettük fel.

1. táblázat. Fontosabb kötésszögek és kötéstávolságok a CO enzimben [5]

Atompár Kötéshossz

(Å)

Atompár Kötéshossz

(Å)

Cu(A)—His88 2,17 Cu(B)—His240 2,08

Cu(A)—His109 2,33 Cu(B)—His244 2,23

Cu(A)—His118 2,29 Cu(B)—His274 2,23

Cu(A)—OH 1,85 Cu(B)—OH 1,78

Cu(A) —Cu(B) 2,90

Kötés Kötésszög

(°)

Kötés Kötésszög

(°)

His88—Cu(A)—His109 92 His240—Cu(B)—His244 94

His88—Cu(A)—His118 104 His240—Cu(B)—His274 95

His109—Cu(A)—His118 95 His244—Cu(B)—His274 113

His88—Cu(A)—OH 140 His240—Cu(B)—OH 123

H118—Cu(A)—OH 114 H274—Cu(B)—OH 123

Az enzim oxidált formájával elvégzett ESR vizsgálatok összhangban vannak a fenti szerkezettel, mivel az antiferromágneses kölcsönhatásban álló Cu(II)–Cu(II) ionpár ESR inaktívnak (S = 0) bizonyult [6]. UV-Vis spektrumukban 290 és 690 nm-nél találtak MHOOHP] abszorpciós sávokat, utóbbi a Cu(II)-LRQUD MHOOHP] G-d átmenetekhez

UHQGHOKHW

Az „oxi”-forma Cu(II)–O22-

–Cu(II) dioxigén vagy hidrogén-peroxid

PHJN|W GpVpYHO Dlakul ki a „met”-formából. Az „oxi”-forma UV-vis spektroszkópiás vizsgálata során egy intenzív sávot találtak 343 nm-nél ( log ε= 3,81) és egy gyengébb intenzitásút 580 nm-nél (log ε $] HO EEL 222-

σ*

) &X,, W|OWpViWYLWHOL

sávhoz, míg az utóbbi O22-

ν*

) &X,,iWPHQHWKH]UHQGHOKHW $SLURNDWHFKLQ oxidáz enzim „oxi”-formájának Raman spektrumában 749 cm-1-QpO MHOHQWNH] ViY D SHUR[R- csoport µ-η2-η2KtGOLJDQGXPNpQWW|UWpQ NRRUGLQiFLyMiUDXWDO

(9)

Az enzimkatalízis mechanizmusára a 3. ábrán látható javaslatot tették [7]. Az enzim-szubsztrát-NRPSOH[E O 1 NLQRQ WiYR]iViW N|YHW HQ NLDODNXO D Ädezoxi”-forma.

Ezután a rézionok között µ:η2:η2-peroxohíd alakul ki (2), és a „met”-forma kialakulása közben egy további szubsztrátum kinonná oxidálódik.

CuII(A) CuII(B) E O

E

CuII(A) CuII(B) E O

E CuII(A) CuII(B)

E O

E O

HO

CuI(A) CuII(B) E

OH2 E

O O

HO

OH OH H+

O OH O

OH O O

"met"-forma

1

"dezoxi"-forma 2

O2 + H2O + H+ 2 H+ H2O +

E = enzim

3. ábra. Pirokatechin származékok enzimatikus lebontásának javasolt mechanizmusa

2.1.2. Kvercetin 2,3-dioxigenáz (2,3QD, E.C.1.13.11.24)

$] HOV NYHUFHWLQ -dioxigenázt Aspergillus Flavus-ból sikerült azonosítani [8]. Megállapították, hogy az enzim molekulatömege 111 kDa, szénhidráttartalma 27,5% és 1 mól enzim 2 mól réz(II)-iont tartalmaz. Bebizonyosodott, hogy a kvercetin (3’,4’,5,7-tetrahidroxi-flavonol) dioxigénnel való reakcióját katalizálja, melynek során a szubsztrátum C2-& NHWW V N|WpVH KDVDG IHO pV HJ\ &2 PROHNXOD NLOpSpVH PHOOHWW

depszid (karbonsav észter) keletkezik (2) [9].

O

O OH

O2

O O CO2H

CO (2) +

Kvercetin 2,3-dioxigenáz

+ OH

OH

OH HO

OH OH

OH HO

(10)

Hasonló enzimet sikerült elkülöníteni Aspergillus niger-E O is. Ennek móltömege 148 kDa, szénhidrát-tartalma 46- KiURP DOHJ\VpJE O iOO pV PyORQNpQW

1,0-1,6 mól réz(II)-iont tartalmaz [10]. Az ESR vizsgálatok eredményei azt támasztják alá, hogy a réz(II)-ion környezetében négy nitrogén található torzult síknégyzetes

JHRPHWULDV]HULQWLHOUHQGH] Gpsben [10].

$] HOV NULVWiO\V]HUNH]HWHW D]Aspergillus Japonicus-EyO Q\HUW HQ]LPU O NDSWiN

>@$V]HUNH]HWDODSMiQD]HQ]LPaN'DPyOW|PHJ JONRSURWHLGNpWDOHJ\VpJE O

álló, egységenként egy rezet tartalmazó homodimer (4. ábra).

4. ábra. A 2,3QD enzim szerkezete és a réz(II)-ion koordinációs HOUHQGH] GpVH. (A) torzult tetraéderes koordináció (B) torzult trigonális bipiramisos koordináció

A természetes enzimben ~70%-os arányban van jelen az A forma (4. ábra), ahol a His66, His68 és His112 aminosavak imidazolos nitrogénatomjai mellett egy vízmolekula koordinálódik a réz(II)-ionhoz torzult tetraéderes geometria szerint. A fennmaradó 30%-ban egy további glutaminsav (Glu73) koordinálódik a rézhez szabad karboxilfunkciós cspoortján keresztül, tJ\ WRU]XOW WULJRQiOLV ELSLUDPLV HOUHQGH] GpV

alakul ki (4. ábra. B). A fontosabb kötéstávolságokat a 2. táblázatban tüntettük fel.

$] HOYpJ]HWW (65 PpUpVHN LV NpWIpOH NRRUGLQiFLyV |YH]HW HJ\LGHM MHOHQOpWpW

mutatják [12]. Nagyobbrészt a tetragonális geRPHWULiUD MHOOHP] UH]RQDQFLDMHOHN g|| = 2,330 és A|| = 13,7 mT) mutatkoznak a spektrumon. A paraméterek, összevetve a korábbi tapasztalatokkal (a g-tenzor viszonylag nagy értéke és a g|| > g arány) [13], axiális szimmetriára utalnak. Ezek mellett kisebb arányban van jelen a g|| = 2,290 és A||

= 12,5 mT paraméterekkel leírható szerkezet. Az A|| viszonylag kis értéke ebben az

(11)

2. táblázat. Fontosabb kötésszögek és kötéstávolságok az Aspergillus Japonicus-ból származó 2,3QD enzimben [11]

Atompár Kötéshossz

(Å)

Atompár Kötéshossz (Å)

A B A B

Cu—His66 2,2 2,2 Cu—Glu73 – 2,1

Cu—His68 2,1 2,1 Cu—OH2 2,2 2,4

Cu—His112 2,1 2,1

Kötés Kötésszög

(°)

Kötés Kötésszög

(°)

His66—Cu—His68 99 99 His68—Cu—Glu73 114 114

His66—Cu—His112 95 95 His68—Cu—OH2 111 136

His66—Cu—OH2 109 94 His112—Cu—Glu73 – 86

His66—Cu—Glu73 – 174 His112—Cu— OH2 123 108

His68—Cu—His112 114 114 Glu73—Cu—OH2 – 80

A korábbi feltételezésekkel ellentétben [10] a szubsztrátum-protein komplex

V]LPXOiFLyMD VRUiQ D] HO ] HNEHQ EHPXWDWRWW HUHGPpQ\HNUH WiPDV]NRGYD D]W WDOiOWiN KRJ\ D V]XEV]WUiWXP QDJ\ YDOyV]tQ VpJJHO D -OH csoportján keresztül egyfogú ligandumként kapcsolódik a rézhez [11], ahogyan azt az 5. ábrán feltüntettük. Az ilyen módon kötött szubsztrátum jóval reaktívabb dioxigénnel szemben, mint a kelátban stabilizált forma.

5. ábra. A 2,3QD enzim kvercetinnel képzett komplexének modellje

Mindezek figyelembevételével az enzimatikus reakcióra a követke] iOWDOiQRV

mechanizmust javasolták [11] (6. ábra). E szerint a flavonol típusú szubsztrátumok a rézhez koordinálódva, vegyérték izomerizáció révén flavonoxi gyökké alakulnak (3), majd endoperoxid intermedieren (4 NHUHV]WO D PHJIHOHO pV]WHUUp ERPODQDN CO kihasadása közben.

(12)

O O O Cu2+E

O O O Cu+ E O2

Cu2+ E

O O O Cu2+ E OO

COO2H O

flavonol

+ CO

4 3

E = enzim

6. ábra. Flavonol származékok enzimatikus lebontásának mechanizmusa

2.1.3. Az 1H-3-hidroxi-4-oxokinolin 2,4-dioxigenáz (Qdo) és 1H-3-hidroxi-4- oxokinaldin 2,4-dioxigenáz (Hod) (E.C.1.13.11.47 és E.C.1.13.11.48)

A Pseudomonas putida 33/1 által termelt Qdo [15,16] és az Arthrobacter ilicis Rü61a-EDQ PHJWDOiOKDWy +RG >@ IHOHO V D] H-4-oxokinolin és 1H-4-oxokinaldin N- acil-DQWUDQLOVDY V]iUPD]pNNi W|UWpQ ELRGHJUDGiFLyMipUW )HW]QHU pV PXQNDWiUVDL

16O2/18O2 izotópos kísérletekkel bizonyították, hogy a dioxigén mindkét atomja beépül a szubsztrátumba és a kihasadó CO molekula oxigénatomja a szubsztrátumból származik [18].

HN

O OH R

O2

HN O CO2H

CO (3)

+ Hod R = Me

+ Qdo R = H R

A Qdo és a Hod enzimek szerkezeti vizsgálata során kiderült, hogy sem szerves, sem szervetlen kofaktort nem tartalmaznak [18], ami dioxigenázok esetében rendkívül ritka. Aminosav szekvenciájukat, illetve másodlagos szerkezetüket tekintve az α/β- hidrolázok családjához is sorolhatók [19].

Az enzimatikus reakció mechanizmusára kétféle javaslat született. Az egyik ionos közti termékeken keresztül vezeti le a termék keletkezését (7. ábra) [20]. Az aktív

KHO\HQ OpY V]HULQW HJ\ V]LQWpQ RWW WDOiOKató hisztidin deprotonálja, aminek következtében a szerin nukleofillá válik és a szubsztrátum karbonil szénatomját támadja.

(13)

Kovalens kötés kialakulásával észter intermedier keletkezik (5). A protonált hisztidin kölcsönhatásba léphet az enzimben kötött anionos szubsztrátummal, ami kölcsönös stabilizációhoz vezet (6).

A dioxigén az enzim-szubsztrátum-komplex karbanionos formáját támadja meg (7) peroxi-aniont eredményezve (8). Végül CO molekula kilépése során keletkezik a

PHJIHOHO N-acil-antranilsav származék. Az enzim tehát sav-bázis katalízis révén segíti

HO DUHDNFLyOHMiWV]yGiViW

HN

O OH R

O2

[Ser-O ] + [His-H+] HN R

[Ser-O ] O OH

[His-H+]

HN R

O O [His-H+] H

HN R

[Ser-O ]O

O [His-H+] H

HN

[Ser-O ] O R

O O H COO2H -CO

HN R

[Ser] + [His]

Qdo R = H Hod R = Me

[His-H+]

5 6 7

8 [Ser-O ]

O

7. ábra. Az oxokinolin származékok enzimatikus lebontásának ionos mechanizmusa

Egyes Cu-Zn szuperoxid dizmutáz enzimeknél leírták hisztidinil-gyök

NpS] GpVpWD]HQ]LPSHUR[LGiFLyVUHDNFLyMDVRUiQ>@(QQHNOHKHW VpJHD4GRLOOHWYH

Hod enzimeknél is fennál, ilyen módon az enzim hidrogénatomot vonhat el a szubsztrátumtól (8. ábra). Az így keletkezett gyök (9a és 9b) reakcióképes a triplett

GLR[LJpQQHOV]HPEHQ>@$NHOHWNH] DONLOSHUR[RJ\|N10) a 2-es szénatommal gyök- gyök reakcióban endoperoxidot eredményez (11).

0HJMHJ\]HQG KRJ\ D] HQ]LP V]XSHUR[id gyök-anion, vagy hidroperoxid gyök

pV D V]XEV]WUiWXP HJ\LGHM PHJN|WpVH UpYpQ WRYiEEL HOHNWURQW DGKDW D9a, vagy a 10

IRUPiEDQMHOHQOpY V]XEV]WUiWXPQDN(EEHQD]HVHWEHQDONLO-peroxid anion, vagy alkil-

(14)

hidroperoxid alakulhat ki. A 11 J\|N|V iWUHQGH] Gése után 12-t ad CO hasad ki (13) majd elektronfelvétellel és az O-O kötés felbomlásával kialakul a termék.

HN

O OH

R +O2

HN

O O

R H

N

O O

R H

N

O O R O O

HN

O O O R

O COOO

HN R e

-CO H

HN

O

O R O O HN

O R O O E

Qdo R = H Hod R = Me

9a 10

9b

11 13 12

8. ábra. Az oxokinolin származékok enzimatikus lebontásának gyökös mechanizmusa

2.1.4. Mangán-tartalmú szuperoxid dizmutáz enzim (MnSOD, E.C.1.15.1.1)

A szuperoxid dizmutázok (SOD) olyan metalloenzimek, amelyek a szervezetben

OHMiWV]yGy R[LGiFLyV UHDNFLyN PHOOpNWHUPpNHNpQW NHOHWNH] V]XSHUR[LG J\|N-aniont alakítják vízzé és hidrogén-peroxiddá (4) [23]. Noha a szuperoxid gyök-anion önmagában is képes diszproporcionálódásra, ennek sebessége (k = 10-4 M-1 s-1, pH =

QHP HOHJHQG DKKR] KRJ\ D WHUPHO G J\|N NiURVtWy KDWiViW PHJHO ]]H $ 62' HQ]LPHN D GLII~]LyV NRQWUROO KDWiUiW HOpU VHEHVVpJJHO k = 2×109 M-1s-1, pH = 7,4) reagálnak a szuperoxid gyök-anionnal, így ezek az enzimek jelentik az els GOHJHV

védelmet a szervezet számára az oxidatív stressz ellen [24].

M(n+1)+ + O2 Mn+ + O2

Mn+ + 2H+ + O2 M(n+1)+ + H2O2 (4) 2O2 + 2H+ H2O2 + O2

$ 62' HQ]LPHN D EHQQN WDOiOKDWy IpP NRIDNWRU PLQ VpJH DODSMiQ KiURP FVRSRUWED VRUROKDWyN YDQQDN SURNDULyWiNEDQ HO IRUGXOy YDV- )H62' I NpQW

(15)

eukaULyWiNEDQ IHOOHOKHW Up]FLQN- &X=Q62' pV PLQGHQ HO OpQ\EHQ MHOHQ OpY PDQJiQWDUWDOP~ 0Q62' NpSYLVHO LN $ PDQJiQW LOOHWYH YDVDW WDUWDOPD]y HQ]LPHN V]HUNH]HWpU O NLGHUOW KRJ\ QDJ\RQ KDVRQOyDN HJ\PiVKR] >@ PtJ D Up]FLQN V]HUNH]HWHD]HO EELHNpW OMHOHQW VPpUWpNEHQHOWpU>@

$] HOV PDQJiQWDUWDOP~ 62' HQ]LPHW )ULGRYLFK pV PXQNDWiUVDL NO|QtWHWWpN HO

az Escherichia coli%EDNWpULXPEyO>@$NpV EELV]HUNH]HWYL]VJiODWRNVRUiQNLGHUOW KRJ\D0Q62'HQ]LPHNHPEHULV]HUYH]HWEHQLVIHOOHOKHW NpSYLVHO LDSURNDULyWiNEDQ WDOiOKDWyKRPRGLPHUV]HUNH]HW HNKH]NpSHVWaN'DPROHNXODW|PHJ KRPRWHWUDPHUHN

(9. ábra) és egységenként egy mangán(II)-iont tartalmaznak [28,29].

9. ábra. Az Aspergillus fumigatus-ban található MnSOD homotetramer szerkezete, egy alegysége és a mangán(II)-ion koordinációs övezete [30]

Az enzim alegységenként hét α-KpOL[E O pV |Wβ-OHPH]E O iOO $ PDQJiQLRQ

körül három hisztidin (His40, His88 és His178), egy aszparaginsav (Asp174) és egy vízmolekula helyezkedik el, torzult trigonális bipiramis geometria szerint, ahol apikális pozícióban, a vízmolekulával szemben a His40 található (9. ábra). Az aktív helyen

WDOiOKDWyPDQJiQLRQN|UQ\H]HWHD]HPEHULHUHGHW 0Q62'HQ]LPHNEHQLVLO\HQPyGRQ

épül fel [28].

Az oxidatív stressz elleni védekezésben fontos szerepet játszó SOD enzimek

HOpJWHOHQ P N|GpVH HVHWpQ D V]HUYH]HW IRNR]RWW WHUKHOpVQHN YDQ NLWpYH (QQHN

következtében hosszabb távon olyan betegségek alakulhatnak ki, mint a Parkinson-kór, az AIDS, vagy más, idegi alapú rendellenességek.

(16)

2.2. Enzimatikus reakciók modellezése

$]HQ]LPHNWLV]WDIRUPiEDQYDOyHONO|QtWpVHPHJOHKHW VHQQHKp]pVLG LJpQ\HV IHODGDW eSSHQ H]pUW D OHJW|EE HQ]LP QHKH]HQ KR]]iIpUKHW pV FVDN NHYpV YL]VJiODWUD Q\~MW OHKHW VpJHW P N|GpVN NpPLDL DVSHNWXVDLW QHKp] IHOWiUQL ) NpQW D PHWDOORHQ]LPHNHVHWpEHQMHOHQWSUREOpPiWKRJ\DQDJ\PROHNXODW|PHJ IHKpUMHFVHNpO\

fémtartalma spektroszkópiai módszerekkel csak korlátozottan vizsgálható. Ezen kívül a pontos hatásmechanizmusuk megértése részletes kinetikai vizsgálatokat igényelne, amelyhez jóval több és pontosabb mérésre lenne szükség. A nehézségek kiküszöbölésére modellvegyületeket és reakciókat kezdtek kidolgozni (9. ábra). Egy

HQ]LP IXQNFLyMiW HOV VRUEDQ DNWtY KHO\pQHN V]HUNH]HWH HOHNWURQLNXV pV Vztérikus

YLV]RQ\DL EHIRO\iVROMiNYDJ\LVIXQNFLypVV]HUNH]HWV]RURVDQ |VV]HIJJ VDMiWViJRNpV D] HO EEL PLQGHQNpSSHQ EHIRO\iVROMD D] XWyEEL NLDODNXOiViW $ PRGHOOHN H]W D] HOYHW N|YHWYHNHWW VFpO~DN

enzimek modellek

szerkezet funkció

szerkezeti analízis reaktivitás, mechanizmus

vizsgálat aktív hely

átmenetifém komplexek komplex és/vagy

szubsztrátum reakciója

9. ábra. Enzimmodellek alkalmazása és szerepük

6]HUNH]HWL PRGHOOHN HVHWpEHQ HOV GOHJHV V]HPSRQW D]RN JHRPHWULDL pV

elektronikus sajátságainak minél nagyobb hasonlatossága az aktív helyhez. Ezek – metalloenzimek esetében – rendszerint olyan fémkomplexek, amelyekben a nagyPpUHW IHKpUMHPROHNXOiW HJ\V]HU V]HUYHV OLJDQGXPRNNDO KHO\HWWHVtWLN tJ\ VWDQGDUG N|UOPpQ\HN N|]|WW V]HUH]KHW N D] HQ]LPHN PHJLVPHUpVpKH] KDV]QRV VSHNWURV]NySLDL

információk. Ilyen esetekben a kialakuló komplex általában túl stabilis ahhoz, hogy az enzimatikushoz hasonló reakciót katalizálja.

Funkcionális modelleknél a szerkezeti hasonlóság másodlagos. Szerepük az, hogy minél nagyobb szelektivitás mellett képezzék az enzimatikus reakció termékeit. Ez

(17)

történhet oly módon, hogy csak magát a komplexet (apoenzimek esetében a szubsztrátumot) visszük reakcióba, más esetekben a modellt, mint katalizátort

DONDOPD]]XN D V]XEV]WUiWXP PHJIHOHO UHDNFLyMiEDQ .LQHWLNDL YL]VJiODWRNNDO D]XWiQ D PHFKDQL]PXV IHOGHUtWKHW MHOHQW V HUHGPpQ\ OHKHW D] LQWHUPHGLHUHN VSHNWURszkópiai

NLPXWDWiVDMHOOHP]pVHYDODPLQWDNO|QE|] V]XEV]WLWXHQVHNKDWiViQDNpUWHOPH]pVH

2.2.1. Pirokatechin oxidáz modellek

Az enzimmodellek esetében gyakran a természetes szubsztrátumot valamilyen helyettesített származékkal pótolják. Többnyire a reakciósebesség befolyásolása, vagy a zavaró melléktermékek kizárása a cél. A CO enzimek modellezése során a 3,5-di-terc- butil-pirokatechin (dbcatH2) a leggyakrabban alkalmazott szubsztrátum. A dbcatH2

HO Q\H KRJ\ terc-butil-FVRSRUWMDLQDN HOHNWURQNOG KDtása kedvez az oxidációs reakciónak, másrészt sztérikus gátlásuk révén megakadályozzák Diels-Alder típusú

WHUPpNHNNpS] GpVpWPHO\HNHWHJ\pENpQWD]o-benzokinon esetében kapnánk [31].

2.2.1.1. Pirokatechinek autoxidációs reakciói

A dbcatH2 (14) báziskatalizált oxigénezési reakcióját Tyson és Martell vizsgálták. A reakció során 3,5-di-terc-butil-1,2-benzokinon (dtbq) (15) és hidrogén-

SHUR[LG NHOHWNH]LN $ WHUPpNHN WRYiEEL UHDNFLyMD V]ROJiOWDWMD D PHJIHOHO

mukonsavszármazékokat [32,33]. A mechanizmust Speier és Tyeklár vizsgálták

UpV]OHWHVHEEHQ >@ NLQHWLNDL HUHGPpQ\HLN DODSMiQ D N|YHWNH] MDYDVODWRW WHWWpN iEUD D UHDNFLy HOV OpSpVpEHQ -di-terc-butil-szemikinon (dbsq), illetve ennek protonált formája, valamint HO2-ion keletkezik. A hidroperoxid-ion gyors reakcióban reagál a dbcatH2-nel, a dbsq gyökanionnal, valamint dizmutál. A reakciók

HUHGPpQ\HNpSSHQ NHOHWNH] GWET LOOHWYH D +22 tovább reagálnak egymással mukonsavszármazékokat eredményezve. Kinetikai vizsgálatok alapján a sebességmeghatározó lépésben, nem a H2O2, hanem a HO2-anion támadja meg a dtbq egyik karbonil-csoportját báziskatalizált AN reakcióban. Ennek következtében egy hidroperoxid vegyület (16) keletkezik, ami Bayer-9LOOLJHUWtSXV~UHDNFLyEDQUHQGH] GLN

át 2,4-di-terc-butil-cisz-cisz-mukonsavanhidriddé (17). A kapott anhidrid enyhén savas, vagy enyhén lúgos közegben stabilis, szolvolízise 5-(karboxi-metil)-3,5-di-terc-butil-2- furanon (18) kialakulásához vezet.

(18)

OH OH

O O

O O O

O H

C C O

O O O CH2CO2H

O O2

+ H+ + HO2

14 15

16

17 18

10. ábra. A dbcatH2 báziskatalizált autoxidációs reakciója protonos közegben

Aprotonos oldószerekben a reakció részletes mechanizmusát nem ismerjük.

Speier és Tyeklár megállapították, hogy az oxigénezési folyamat végtermékei ilyen körülmények között megegyeznek ugyan a protonos oldószerek esetében kapottakkal,

GH D UHDNFLy PHFKDQL]PXVD HOWpU >@ $ GEFDW+2 alkálifém sóit (19) oxigénezve azt tapasztalták, hogy a reakció egy gyors intermolekulás elektronátmenettel indul a dianionról a dioxigénre, aminek következtében szemikinon (20) és szuperoxid gyök- anion keletkezik, s ezek lassú gyök-gyök reakcióban reagálnak egymással peroxo vegyületeket eredményezve. Intermedierként, AN reakcióban 1,2-dioxetán származék (21) keletkezik, mely termikus bomlással fénykibocsátás mellett 2,4-di-terc-butil-cisz- cisz-mukonsav származékot (22) eredményez (11. ábra). A kapott mukonsav hirolízisével laktonhoz jutunk (23).

O M+ O M+

O M+ O

CO2 M+ CO2 M+ O CH2CO2H

O

O2 O

O O M+ O M+

H+ + M+O2

19 20 21

22 23

(19)

Az autoxidáció során tehát dtbq csak protonos oldószerben és ott is csak közti termékként keletkezik.

2.2.1.2. Pirokatechináto-komplexek

A legkülönfélébb ligandumokkal képzett komplexeknek vizsgálták enzimutánzó

WXODMGRQViJDLW D] HOP~OW pYWL]HGHNEHQ (O iOOtWRWWDN HJ\-, illetve kétmagvú, réz(I)-, illetve réz(II)-tartalmú komplexeket egyaránt és más fémekkel is történtek kísérletek.

Ezeknek egy része az enzim szerkezetét, másik része pedig a hatásmechanizmusát volt hivatott modellezni.

Tolman és csoportja számolt be réztartalmú pirokatechináto- illetve szemikinonáto-NRPSOH[HN V]LQWp]LVpU O >@ 'LR[LJpQ-komplexek, [{CuIII(Bz- TAC)}2(µ-O)2](SbF6)2–t vagy [{CuII(iPr-TAC)}2-η2:η2-O2)](O3SCF3)2-t (Bz-TAC = 1,4,7-tribenzil-1,4,7-triaza-ciklo-nonán, iPr-TAC = 1,4,7-tri-izopropil-1,4,7-triaza-ciklo- nonán) reagáltatva -80ºC-on dbcatH2-nel és 3,4,5,6-tetra-kloro-pirokatechinnel (Cl4catH2), szemikinonáto-komplexek keletkeztek jó hozammal ([CuII(Bz- TAC)(sq)]SbF6; [CuII(iPr-TAC)(sq)]O3SCF3, ahol sq = 3,5-di-terc-butil-benzo- szemikinon vagy 3,4,5,6-tetra-kloro-benzo-szemikinon. A komplexek oxidációja során a

PHJIHOHO NLQRQV]iUPD]pNRWNDSWiNWHUPpNNpQW

Elemi rezet o-benzokinonnal reagáltatva szemikinonáto-komplexhez jutunk, míg dbcatH2 és fém-Up] UHDNFLyMiEDQ GLPHU IHOpStWpV >&XI

(dbsq)2]2 komplex keletkezik [37]. Brown volt D] DNL D] HOV >&XII

GEFDW/@ |VV]HWpWHO NRPSOH[HNHW HO iOOtWRWWD

([CuII(dbcat)(py)2]2, [CuII(dbcat)(bpy)2]2) formájában [38].

3RZHU pV PXQNDWiUVDL PDQJiQWDUWDOP~ NRPSOH[HNHW iOOtWRWWDN HO

([Mn2(dbcat)2(py)6], [Mn3(dbcat)4(py)4], [Mn4(dbcat)4(py)6]) [39]. Bianchini csoportja számos Co(III), Rh(III) és Ir(III) pirokatechináto-NRPSOH[HW iOOtWRWW HO

([M(triphos)(dbcat)]+, ahol M = Co, Rh, Ir; triphos = CH3C(CH2PPh2)3). A dbcatH2

dioxigénnel való katalitikus reakcióját megvizsgálva a fenti komplexek jelenlétében azt tapasztalták, hogy a ruténium-tartalmú komplex esetében kimutathatók voltak ugyan a

J\ U Q\LWiVL UHDNFLy WHUPpNHL LV GH D I WHUPpN GWET YROW PtJ ,U,,, HVHWpEHQ V]HOHNWtYHQFVDNDV]XEV]WUiWXPR[LGDWtYGHKLGURJpQH] GpVHMiWV]yGRWWOH>-42].

(20)

2.2.1.3. Szerves ligandumokkal képzett komplexek

Nishida és munkatársai vizsgálataik során azt találták, hogy egymagvú réz(II)- komplexek esetében kulcsszerepe van a koordinációs övezet geometriájának [43].

Síknégyzetes komplexek a pirokatechin oxidációját nem katalizálják, míg egyéb, térbeli

HOUHQGH] GpVPHOOHWWDUHDNFLyOHMiWV]yGLN

Kétmagvú rézkomplexek is hatásos katalizátoroknak bizonyultak a dbcatH2

oxidációs reakciójában. A koordinációs övezet szerkezete, hasonlóan az egymagvú komplexekhez, aODSYHW HQ PHJKDWiUR]]D D NDWDOLWLNXV DNWLYLWiVW $] Å-nél nagyobb Cu-&XWiYROViJJDOUHQGHONH] NRPSOH[HNLQDNWtYDNpVFVDND]HQQpONLVHEEWiYROViJRN HVHWpEHQ WDSDV]WDOKDWy DNWLYLWiV (] YDOyV]tQ OHJ V]WpULNXV RNRNUD YH]HWKHW YLVV]D

nevezetesen a két réz-LRQQDN RO\DQ WiYROViJEDQ NHOO OHQQLH HJ\PiVWyO DPL OHKHW Yp

teszi a szubsztrátum koordinálódását az elektron-WUDQV]IHU HO WW >@ (]W WiPDV]WMD DOi

az is, hogy a kétmagvú komplexek általában jobb katalitikus sajátságokkal rendelkeznek, mint egymagvú PHJIHOHO LN[45]. Az elektronikus/szerkezeti hatások tekintetében még így is számos kérdés tisztázatlan a szerkezetileg jól körülírt komplexek

HVHWpEHQLV 1HP iOODStWKDWyPHJSpOGiXOHJ\pUWHOP |VV]HIJJpVDNRPSOH[HNUHGR[L- potenciálja és a reakciók sebessége között, a szerkezet-aktivitásbeli összefüggések általában hipotetikusak.

2.2.2. Kvercetin 2,3-dioxigenáz modellek

2.2.2.1. Fotooxigénezési reakciók

Matsuura és munkatársai kísérletekkel igazolták, hogy a 3-hidroxi-flavon származékok fotooxigénezéVL UHDNFLyL D] HQ]LPDWLNXV ~WQDN PHJIHOHO WHUPpNHW

depszidet (O-benzoil-szalicilsav származékot) adnak CO és CO2 keletkezése mellett [46,47]. Az általuk javasolt mechanizmus szerint (12. ábra) a 3-hidroxi-flavon származékok szingulett dioxigénnel (3. táblázat) reagálva ketohidroperoxidot (24)

NpSH]QHN DPHO\QHN EHOV iWUHQGH] GpVpYHO QpJ\- vagy öttagú ciklikus peroxiddá (25, 26) alakulnak át. A szingulett állapotú dioxigénnek a fotooxigénezési reakcióban

EHW|OW|WWV]HUHSpWN|]YHWHWWPyGRQNpPLDL~WRQHO állított szingulett dioxigénnel végzett

(21)

kísérlettel támasztották alá. A ketohidroperoxid keletkezését flavonoxilgyök keletkezésén keresztül írták le.

Abból kiindulva, hogy a MnO2 katalizálja fenolok fenoxilgyökké való átalakulását, elvégezték a 3-hidroxi-IODYRQ PHJIHOHO UHDNFLyMiW iEUD (QQHN

eredményeként a 30 dehidrodimerhez jutottak mind nitrogén, mind dioxigén

MHOHQOpWpEHQ DPL HJ\pUWHOP EL]RQ\tWpN D J\|NLQWHUPHGLHU 29 NpS] GpVpUH $

reakcióban peroxilgyök (24) keletkezését nem észlelték, amit azzal magyaráztak, hogy a flavonoxilgyök inaktív triplett állapotú dioxigénnel szemben.

O

R

R O OH

R 1O2 O

R

R O O R

OO

H

O

R

R OH O R

1O2

O

R

R O O R

OOH

24

26 25

28 O O O

R

R OH O

R O

COO2H O

R

R R OH

27 O O

R

R R

O

CO2H

-CO

0,5 O2 -CO2 MnO2

O

O O O

O O

R = H

30 O

O O

O

O O

O2 vagy N2 29

R

R

R R

R R R

R

12. ábra. Flavonolszármazékok fotooxigénezési reakciójának javasolt mechanizmusa és dehidrodimer keletkezése MnO2-dal való reakcióban

(22)

Endoperoxid (25) intermedier esetén közvetlenül a 28 depszidhez jutottak CO keletkezése mellett. Az 1,2-GLR[HWiQ KDVDGiVDNRU HOV OpSpVEHQ NHWR-karbonsav (27)

NHOHWNH]LN DPHO\ H]W N|YHW HQ DODNXO iW HJ\ R[LGDWtY GHNDUER[LOH] GpVL OpSpVEHQ

depsziddé és CO2-dá [46,47].

Studer és munkatársai a 3-hidroxi-flavon fotooxigénezési reakciójára az

HO EELHNEHQ LVPHUWHWHWWHNW O HOWpU PHFKDQL]PXVW MDYDVROWDN >@ DPHO\ D NHWWHV pV

négyes szénatomok és szingulett dioxigén között lejátszódó [2+3] típusú elektrociklusos

UHDNFLyNpQW pUWHOPH]KHW $] ROGyV]HUKDWiVW YL]VJálva azt találták, hogy polaritástól

IJJHWOHQO PLQGLJ XJ\DQDKKR] D WHUPpNKH] MXWXQN GH D PHFKDQL]PXVEDQ MHOHQW V

eltérés tapasztalható. Apoláris oldószerben a szingulett dioxigén inaktív, így a triplett állapotú dioxigén reagál a flavonol tautomer formájával, míg piridinben a flavonol

DQLRQRVIRUPiMDYDQMHOHQ$]HQROiWLRQHU VQXNOHRILOMHOOHJpQpOIRJYDUHDNFLyNpSHVD]

HU VHOHNWURILOV]LQJXOHWWGLR[LJpQQHOV]HPEHQ

2.2.2.2. Báziskatalizált autooxidáció

Nishinaga és Matsuura azt találták [49-51], hogy a 3,4’-dihidroxi-flavon autoxidációja során (DMF-ban, terc-BuOK jelenlétében) a C2-&NHWW VN|WpVIHOKDVDG

a 28 depszid és CO kvantitatív keletkezése mellett. A mechanizmust tekintve a fotooxigénezési reakció esetében is feltételezett ketohidroperoxid (24) intermedieren

NHUHV]WO tUWiN OH D IRO\DPDWRW pV PHJiOODStWRWWiN KRJ\ D] ROGyV]HU Q|YHNY

polárossága gátolja az enolátion kialakulását, így a reakció lassul.

A Nordstrom által kvercetinnel végzett kísérletek [52,53] során a várt depszid helyett 2,4,6-trihidroxi-fenil-glioxilsavat és 3,4-dihidroxi-benzoesavat kapott. Ez

HJ\pUWHOP HQ -dioxetán (26) intermedierre utalt, így Nishinaga és Matsuura feltételezték, hogy a ketohidroperoxid (24) anionos formájának tautomériája révén a 25 és 26 ciklusok eJ\PiVVDOSiUKX]DPRVDQNpS] GKHWQHN

Speier és munkatársai vizsgálták flavonol kálium-sójának oxigénezési reakcióját protikus és aprotikus közegben [54]. Az O-benzoil-V]DOLFLOiW WHUPpN NpS] GpVpW

endoperoxid intermedieren kersztül vezették le.

(23)

2.2.2.3. Fémtartalmú enzimmodellek

$]HOV IpPWDUWDOP~PRGHOO1LVKLQDJDpVPXQNDWiUVDL>@QHYpKH]I ] GLN

akik [CoII(salen)], illetve [CuII(OAc)2] katalizátort használtak flavonol származékok oxigénezési reakciójában. Mivel a kobalttartalmú rendszer hatásosabbnak bizonyult a réztartalmúnál, ezért a kiterjedtebb vizsgálatokat is ezen a rendszeren végezték. A reakcióban feltételezett [CoIII(salen)(fla)] komplexet [CoIII(salen)(OH)] és 3-hidroxi-

IODYRQ UHDNFLyMiEDQ iOOtWRWWiN HO pV V]HUNH]HWpW U|QWJHQGLIIUDNFióval is meghatározták [57], majd vizsgálták oxigénezési reakcióját [58].

Speier, Kaizer és munkatársaik a [Zn(fla)(idpa)]ClO4 komplex [59] autoxidációs

UHDNFLyMiW YL]VJiOWiN 0LQGHJ\LN UHQGV]HU HVHWpEHQ GHSV]LGHW pV V]XEV]WLWXHQVW O IJJ HQ DQQDN KLGrolizált termékeit kapták. A kobalt esetében ciklikus voltammetriás módszerrel kimutatták [60,61], hogy a komplex DMF oldószerben disszociál és a dioxigén a flavonolát-ionnal báziskatalizált rendszereknél leírtak szerint reagál, vagyis a kulcslépés mindkét esetben a fém által deprotonált szubsztrátum és a dioxigén reakciója.

A cinksó vizsgálatánál is hasonló mechanizmust javasoltak, azonban itt gyökös intermedierek szükségességét is sikerült igazolni. Kiderült, hogy a reakciósebesség az ilyen, „nem redoxakttY´UHQGV]HUHNQpOD]LRQRNV]HSDUiFLyMiYDODUiQ\RVDQQ

$] HQ]LPDWLNXV WXODMGRQViJRNQDN OHJLQNiEE PHJIHOHO NRPSOH[HNHW Up]]HO iOOtWRWWiN HO 7DNHGD pV PXQNDWiUVDL IODYRQRO V]iUPD]pNRN UHDNWtY UpV]pKH] IRUPDLODJ

hasonló 1,2-ciklohexándion (illetve annak enolos formája), mint modellvegyület oxigénezési reakcióját vizsgálták metanolban CuCl2.

5H2O katalizátor jelenlétében [62].

$ UHDNFLyEDQ I WHUPpNNpQW -ketosav és CO, melléktermékként α-hidroxi-adipát

NpS] GLN $ UHDNFLy IHOWpWHOH]pVN V]HULQW J\|N|Vmechanizmus szerint játszódik le, amelyre bizonyíték, hogy peroxid terméket is elkülönítettek, ami csak gyök-gyök rekombináció révén alakulhat ki.

Speier és munkatársai Cu(I)- és Cu(II)-IODYRQROiWNRPSOH[HNHWiOOtWRWWDNHO

ábra, 31), melyeket sikeresen alkalmaztak flavonol oxigénezési reakciójában. A 13.

iEUiQOiWKDWyND]DONDOPD]RWWOLJDQGXPRNpVD]HO iOOtWRWWNRPSOH[HN|VV]HWpWHOH

(24)

A redoxaktív fémtartalmú modellek a leginkább elfogadhatók szerkezeti és funkcionális szempontból egyaránt. A részletes szerkezeti vizsgálatok és kinetikai mérések nyomán a 14. ábrán látható mechanizmus írható fel a réztartalmú komplexek autoxidációjára.

P

N N

N N

N N

NH

N N

NH N N N

N

PPh3

phen

tmeda bpy

idpa

indH

[CuII(fla)2]

[CuI(PPh3)2(fla)]

[CuII(tmeda)(fla)2] [CuII(bpy)(fla)2]

[CuII(idpa)(fla)]ClO4

[CuII(ind)(fla)]

[CuII(phen)2(fla)]ClO4

[63]

[64]

[65]

[65]

[65]

[66]

[67,68]

Ligandum Komplex Ref. Mechanizmus

(14. ábra.) B

A B

A A

B

B

13. ábra. Réztartalmú 2,3QD modellekhez alkalmazott ligandumok

A fotooxigénezési és báziskatalizált reakciókhoz hasonlóan itt is az enzimatikus termékek keletkeztek, endoperoxid (33), illetve 1,2-dioxetán (34) intermediereken keresztül. Lényeges különbség azonban, hogy az oxigénezési reakció a fém koordinációs övezetében játszódik le oly módon, hogy a réz(II)-IODYRQROiW NRPSOH[E O

un. vegyérték izomerizáció révén flavonoxi-réz(I)-komplex (32) alakul ki.

(25)

O

O O CuII

O

O O CuI K

gyors k

lassú

O2 O

O O CuII

O O

O

O O CuII

O O O

O O CuII

O O O

O CuII O O

O

O O CuII O O O

O CuII - CO

31 32

33 34

A

B

O O O

14. ábra. A réztartalmú modellek autoxidációs reakciójára javasolt mechanizmus

Ezeket az eredményeket használták az eredeti 2,3QD enzim röntgenszerkezetének megállapítása után, az enzimatikus reakcióút leírására [11].

2.2.3. Dioxigén-komplexek

A triplett állapotú dioxigén szingulett állapotú szerves szubsztrátumokkal szemben kevésbé reakcióképes. A dioxigén elektronállapotait a 3. táblázatban tüntettük fel, aPHO\E O NLW QLN KRJ\ D WULSOHWW PHOOHWW QDJ\REE HQHUJLDWDUWDOP~ V]LQJXOHWW

állapotok is léteznek. Redoxi-, valamint elektrociklikus reakciókban a 1 g

elektronállapotú forma reagál [69].

$ V]LQJXOHWW GLR[LJpQ NHOHWNH]pVpW D N|YHWNH] HJ\HQOHW V]HULQW NpSzelik el biológiai rendszerekben (5), ahol a reaktív forma kialakulásához redukált intermedierekre, vagy ezek vegyületeire van szükség.

2O2 + 2H+ 1O2 és 3O2 + H2O2 (5)

(26)

3. táblázat. A dioxigén elektronállapotai és tulajdonságaik Elektron-

állapot

HOMO Relatív energia (kJ)

Élettartam (s) gáz foly.

Elektron- szerkezet

1 g 1

g 3

g

π*x π*y

155 92

0

7,12 10-9 3000 10-3 oo oo

2-O O=O

2-O

A metalloenzimek kapcsán végzett modellreakciók egy része tehát arra, a biokémiában viszonylag ritkán tárgyalt kérdésre próbál kémiai választ nyújtani, hogy a dioxigén aktiválása milyen módon történhet az adott enzimben [70]. A 15. ábrán tüntettük fel a lehetséges dioxigén-komplexek szerkezetét.

LM O O ML

LM O ML

O

LM O ML O LM O O

LM ML

O O

LM ML

O O LM

O O

η1-1,1 LMred

η1

"end"-on

η1

"side"-on

+LMred vagy

vagy

és/vagy transz µ−η1:η1-peroxo

bisz(µ-oxo) µ-η2:η2-peroxo

cisz µ−η1:η1-peroxo QD modell

CO modell 15. ábra. A dioxigén koordinációjának lehetséges változatai

Már korábban is feltételezték rendkívül instabilis réz-dioxigén komplexek keletkezését réz(I)-komplexek reakciója során víz-acetonitril elegyben, azonban az akkRUL YL]VJiODWL PyGV]HUHNNHO QHP WDOiOWDN HJ\pUWHOP EL]RQ\tWpNRNDW OpWH]pVNUH

[71,72].

$ PyGV]HUHN IHMO GpVpYHO pV D YL]VJiODWL FpORNQDN PHJIHOHO OLJDQGXPRN

alkalmazásával sikerült különféle dioxigén-NRPSOH[HNHWHO iOOtWDQLpVNLPXWDWQL5p],- liganduP NRPSOH[HNE O NLLQGXOYD R[LGDWtY DGGtFLy VRUiQ MXWRWWDN D iEUiQ Yi]ROW

(27)

szerkezetekhez [73-91], melyek a 2.1.1. és 2.1.2. fejezetekben tárgyalt enzimek dioxigén aktiválási modelljeiként foghatók fel.

Egyes három-, illetve négyfogú ligandumok alkalmazásával az 1:1 arányú intermedier (15. ábra, QD modellek) és a dimer termék (15. ábra, CO modellek)

NHOHWNH]pVH |VV]HPpUKHW VHEHVVpJJHO MiWV]yGLN OH pV VSHNWURIRWRPHWULiVDQ PLQGNHWW Q\RPRQN|YHWKHW >6-83,85]. Más ligandumok esetében az 1:1 komplex keletkezése a

VHEHVVpJPHJKDWiUR]ytJ\ DMHOHQOpY 0/NRPSOH[D]RQQDOHOUHDJiOYHOHGLPHUWHUPpN

keletkezése közben [89-91@ $ KDUPDGLN HVHWEHQ D UHQGNtYO J\RUV HO HJ\HQV~O\ UpYpQ

kialakuló 1:1 komplex feleslegbe kerül, így a dimer keletkezése az 1:1 komplexre nézve

PiVRGUDQG NLQHWLNDV]HULQWYL]VJiOKDWy>6-88, 92-94].

Nagy sztérikus hatású szubsztituenseket tartalmazó ligandumoknál kizárólag intermedier keletkezését figyelték meg [78,79] és egyes esetekben szilárd formában is elkülönítették [95-98]. A reakciókról általánosan elmondható, hogy azok entrópiája negatív, így a termodinamikailag kedvezményezett (negatív entalpia értékek) 1:1

DUiQ\~ LOOHWYH GLPHU WHUPpNHN NLDODNXOiVD FVDN NLV K PpUVpNOHWHQ NpS]HOKHW HO

Mindezek mellett megállapították, hogy az HOHNWURQNOG V]XEV]WLWXHQVHN Q|YHOLN D UHDNFLyVHEHVVpJHW $ GLPHU V]HUNH]HWHN PDJMiW NpSH] 022)M kötések tulajdonságait a fémionok közötti távolság szabja meg.

Kiemelt figyelmet érdemelnek azok a komplexek, amelyekben a µ−η22- peroxo- és a bisz(µ−oxo)-diréz magok egymással egyensúlyban állnak. Az ilyen modellek jól reprezentálják az O−2 N|WpV UHYHU]LELOLV ELROyJLDL KDVtWiViW (OV NpQW

Tolman és munkatársai írták le ezt a jelenséget iPr-TAC (1,4,7-tri-izo-propil-1,4,7- triaza-ciklononán) és Bz-TAC (1,4,7-tri-benzil-1,4,7-triaza-ciklononán) [99]

ligandumokkal képzett, kétmagvú rézkomplexeknél [90,91,100]. Stop-flow kinetikai vizsgálatok során azt találták, hogy a dioxigén és a [CuI(iPr-TAC)(MeCN)]+ prekurzor egyes részrend szerint reagál egymással, tehát a sebességmeghatározó lépés az 1:1 arányú dioxigén-réz-komplex kialakulása, még akkor is, ha ilyen vegyületet nem sikerült kimutatni. Acetonban végzett kísérletek során a termék ~4:1 arányban a µ−η22-peroxo- és a bisz(µ−oxo)-diréz komplex volt. Az izoméria oldószerfüggést is mutat: THF-ban a bisz(µ−oxo)-, míg CH2Cl2-ban a µ−η22-peroxo-komplex

(28)

keletkezése a kedvezményezett, az oldószerek keverésével az egyensúlyi összetétel is azonnal megváltozik.

.LVHEE V]WpULNXV LJpQ\ V]XEV]WLWXHQVHN HVHWpEHQ SO D %]-TAC ligandum benzilcsoportjai) [98], kizárólagosan bisz(µ−oxo)-komplex keletkezését tapasztalták.

Más, helyettesített diaminok, illetve triaminok vizsgálata során hasonló hatásokat figyeltek meg [101-104].

A dioxigén kötésrendjének kialakulásában kétmagvú komplexek esetén tehát a legfontosabb szerepet a ligandumok közötti sztérikus kölcsönhatások játsszák. A ~3,6 Å Cu-Cu távolság peroxo-, míg ~2,8 Å távolság bisz(µ−oxo)-komplex keletkezésének kedvez [105]. Legtöbb esetben a nagyobb termodinamikai stabilitású bisz(µ−oxo)-

NRPSOH[NHOHWNH]LND]RQEDQQDJ\WpUNLW|OWpV OLJDQGXPRNHVHWpEHQDNLVHEEVWDELOLWiV~

peroxo-IRUPDNLDODNXOiVDYDOyV]tQ EE

-HOHQW V KDWiVD YDQ PpJ D 1−Cu−N szögeknek a kialakult kelátokban.

Háromfogú ligandumok esetében a négyzet alapú piramis geometria a bisz(µ−oxo)- Cu(III)-komplex kialakulásának kedvez. Kétfogú ligandumok alkalmazása során a N−Cu−N síkbeli szögek kis értéke stabilizálja a bisz(µ−oxo)-Cu(III)-komplexeket, mivel ilyenkor a rézion és az oxo-ligandum orbitáljai közötti átfedés nagyobb. Az

HOHNWURQLNXV KDWiVRNDW WHNLQWYH DKRJ\DQ D] YiUKDWy LV D] HOHNWURQNOG FVRSRUWRN

kedveznek a bisz(µ−oxo)-Cu(III)-komplexek kialakulásának [106].

2.2.4. 1H-3-Hidroxi-4-oxokinolin 2,4-dioxigenáz modellek

A kinolinszármazékok, ezen belül is a 1H-2-metil-3-hidroxi-4-oxokinolin biológiai lebontásának témakörében számos, a 2.1.3. fejezetben tárgyalt enzimológiai munka jelent meg. A tisztított enzimek szerkezetvizsgálata és az enzimatikus reakciók termékeinek elkülönítése mellett sor került részletes mechanizmus vizsgálatokra is.

Czaun pV 6SHLHU YL]VJiOWiN NO|QE|] R[RNLQROLQ V]iUPD]pNRN terc-BuOK jelenlétében lejátszódó báziskatalizált oxigénezési reakcióját THF, DMF és DMSO oldószerekben [107,108], valamint a szubsztrátumok Li-sóinak hasonló reakcióját. Ezek

(29)

a rendszerek az ionos enzimreakció funkcionális modelljeiként foghatók fel. A reakciókra a 16. ábrán feltüntetett mechanizmust javasolták.

HN

O OH

R H

N

O O

R H

N

O O R

HN

O O R O2 O2

HN

O O R O2

O2

O O

HN

O O R O O HN

O O R O

O

35 36 37

38

40 39 41

16. ábra. Oxokinolin származékok báziskatalizált oxigénezési reakciójának mechanizmusa

A szubsztrátumból (35) Ei]LV KDWiViUD D] HOV HJ\HQV~O\L OpSpVEHQ NLDODNXO D PHJIHOHO DQLRQ 36), mely keto-enol tautomer viszonyban van a 37 formával. A 37 karbanion ezután szuperoxiddá redukálja a dioxigént, miközben átmenetileg gyökké (38) alakul. A 38 J\|NE O D NpS] G|WW V]uperoxid hatására peroxid-származék (39) keletkezik, melynek további reakciója endoperoxidot (40), vagy 1,2-dioxetánt (41) szolgáltat. A másik lehetséges reakcióúton a 37 karbanion és dioxigén lassú reakcióban alakítja ki a 39 intermediert. Protonos oldószHUHNEHQ D] XWyEEL UHDNFLy~W MHOHQW VpJH PHJQ DSURWRQRVN|]HJEHQD]RQEDQD]HO EELUHDNFLy~WGRPLQiO Az irodalom alapján a 2.1.3. fejezetben tárgyalt gyökös mechanizmusra még nem született modell.

2.2.5. MnSOD utánzó vegyületek

A természetes SOD enzimHN KLiQ\RV P N|GpVpW HQQHN N|YHWNH]WpEHQ D

szuperoxid gyök-anion kumulálódását, számos betegség (pl. AIDS, rák, gyulladásos

(30)

betegségek stb.) kiváltó okaként tartják számon [109]. Ennek eredményeképpen az

XWyEELpYWL]HGEHQMHOHQW VpUGHNO GpVLUiQ\XOWmesterségesKHO\HWWHVtW NHO iOOtWiViUDpV

vizsgálatára [110]. Annak ellenére, hogy a természetes enzimek mintájára, Fe, Mn és

&X=Q IpPWDUWDOP~ PRGHOOHNHW HJ\DUiQW HO iOOtWRWWDN pV WHV]WHOWHN in vivo

KHO\HWWHVtW NpQW YDOy DONDOPD]iVUD OHJLQNiEE D 0Q62' XWiQ]ó vegyületek alkalmasak.

(]I NpQWDV]DEDGPDQJiQ,,-LRQNLVHEEWR[LFLWiViQDNN|V]|QKHW >1].

$] HO iOOtWRWW NRPSOH[HN N|]O HGGLJ NpW WtSXV MXWRWW HO D NOLQLNDL WHV]WHNLJ D

helyettesített penta-aza-ciklusokkal [112] és a salen-típusú ligandumokkal [113] képzett komplexek.

A 17iEUiQD]HJ\pE~MOLJDQGXPRNNDOHO iOOtWRWW62'XWiQ]yDNWLYLWiVWPXWDWy

vegyületeket tüntettük föl a teljesség igénye nélkül. Az I50 értékek azt a komplex koncentrációt jelölik, ahol a közvetett módszer [114] során alkalmazott indikátor vegyület és a szuperoxid gyök-anion között lejátszódó redoxi reakció sebessége 50%- kal csökken. Ez az érték jelzi a komplex szuperoxiddal szembeni aktivitását.

-HOOHP] DNRPSOH[UHKRJ\DIpPPHO\UHGR[LiWPHQHWHjátszik szerepet a SOD katalízis során. Egy vegyület azon redoxi átmenete révén mutathat SOD utánzó

DNWLYLWiVWPHO\QHNIpOOpSFV SRWHQFLiOMDD22/O2 és O2/H2O2iWPHQHWHNQHNPHJIHOHO

-0,33 V<E1/2 (vs. NHE)<0,89 V értékek közé esik [115]. A feltüntetett N-donor

OLJDQGXPRN HOV Vorban a természetes enzim aktív helyének szerkezetét utánozva próbálják annak funkcionalitását minél jobban biztosítani.

NH OH X

NH NH

OH X

HO

X

I50 (PM)

Ligandum Ref.

5,50

Redoxi átmenet

Mn(III)/Mn(II) vagy Mn(IV)/Mn(III)

[116]

N N N

NH HO O

Mn(III)/Mn(II) [117]

1,2 mg/cm-3 (polimer)

(31)

N N HB N

N N

N

0,75 Mn(III)/Mn(II) [118]

HN R4

N R1

NH

R2 N

R3

0,043-72,00

5FVRSRUWRNWyO IJJ HQ

Mn(III)/Mn(II) [119]

N NH

HN N N NH

N 4,3 Mn(III)/Mn(II) [120]

HN N

NH N O OH

MeO2C MeO2C

0,05 Mn(III)/Mn(IV) [121]

N N

N N

O O 2,93 Mn(III)/Mn(II) [122]

17. ábra. MnSOD utánzó vegyületek aktivitása és a felhasznált ligandumok

A kémiai alkalmasságon, vagyis a szuperoxid gyök-anionnal szembeni szelektív reakciókészségen kívül, más feltételeknek is teljesülniük kell egy vegyülettel szemben [110]. Ezek közé tartozik a ligandumok biológiai lebonthatósága káros termékek keOHWNH]pVHQpONODNRPSOH[NHOO VWDELOLWiVDWHUPpV]HWHVNRPSOH[NpS] NNHOV]HPEHQ SODOEXPLQYDODPLQWD]DONDOPD]RWWOLJDQGXPRNPHJIHOHO HQNLVPpUHWH8WyEELQDND ELROyJLDL PHPEUiQRNRQ YDOy iWMXWiV VRUiQ YDQ V]HUHSH (EE O D V]HPSRQWEyO QHP PHJOHS KRJ\ D V]LQWHWLNXV OLJDQGXPRN PHOOHWW HJ\UH QDJ\REE pUGHNO GpV |YH]L D Q|YpQ\L YDJ\ iOODWL HUHGHW NHOiWNpS] NHW pV H]HN DONDOPD]KDWyVigát MnSOD utánzó vegyületekként

(32)

&pONLW ]pVHN

$ NXWDWiVDLQN DODSMiW NpSH] pV D] HO ] IHMH]HWHNEHQ WiUJ\DOW R[LGRUeduktáz enzimek szerepe lényegében a szubsztrátum és a dioxigén közötti redoxireakció lejátszódásához szükséges körülmények biztosítása. Az elemi lépések szintjén egymást

N|YHW YDJ\SiUKX]DPRV&−H kötés felhasadás és új, C−O kötés(ek) kialakulása zajlik, aminek eredményeképpen oxidált termékhez és többnyire kis molekulájú melléktermékekhez jutunk (6).

C H

C O H

C O

+ O2 + H2O2

+ H2O + CO

(6)

Az enzim a molekulák egymással szembeni reakciókészségét képes kialakítani intra-, vagy intermolekuláris elektronátmeneti lépések révén. A legtöbb esetben az aktív helyükön fémet tartalmazó metalloenzimek rendelkeznek ilyen funkcióval, de láthattunk példát olyan proteinekre is, amelyek pusztán bázicitásuk révén játszanak szerepet a reakció során.

3.1. Pirokatechin oxidáz modellek

1. Ismert, hogy a CO enzim aktív helyén 3-as típusú rézcentrummal rendelkezik. A réz redoxaktivitása révén képes a koordinált molekuláktól elektront elvonni, vagy azoknak elektront átadni. Ezt a jelenséget nevezzük vegyérték izomerizációnak.

Feltételezésünk szerint a fém ezen tulajdonságának meghatározó szerepe van a CO enzimP N|GpVHVRUiQ

Ennek felderítésére szerettünk volna rezet, illetve cinket tartalmazó, hasonló

V]HUNH]HW NpWPDJY~ NRPSOH[HNHW D]RQRV OLJDQGXPPDO HO iOOtWDQL pV D V]XEV]WUiWXP

oxidációs reakciójában katalizátorként alkalmazni. A katalitikus reakció mecKDQL]PXViQDN YL]VJiODWiYDO OHKHW VpJQN Q\tOW D]RQRV N|UQ\H]HWEHQ YL]VJiOQL HJ\

Ábra

6. ábra. Flavonol származékok enzimatikus lebontásának mechanizmusa
6. ábra. Flavonol származékok enzimatikus lebontásának mechanizmusa p.12
7. ábra. Az oxokinolin származékok enzimatikus lebontásának ionos mechanizmusa
7. ábra. Az oxokinolin származékok enzimatikus lebontásának ionos mechanizmusa p.13
8. ábra. Az oxokinolin származékok enzimatikus lebontásának gyökös mechanizmusa
8. ábra. Az oxokinolin származékok enzimatikus lebontásának gyökös mechanizmusa p.14
10. ábra. A dbcatH 2  báziskatalizált autoxidációs reakciója protonos közegben
10. ábra. A dbcatH 2 báziskatalizált autoxidációs reakciója protonos közegben p.18
12. ábra. Flavonolszármazékok fotooxigénezési reakciójának javasolt mechanizmusa és  dehidrodimer keletkezése MnO 2 -dal való reakcióban
12. ábra. Flavonolszármazékok fotooxigénezési reakciójának javasolt mechanizmusa és dehidrodimer keletkezése MnO 2 -dal való reakcióban p.21
14. ábra. A réztartalmú modellek autoxidációs reakciójára javasolt mechanizmus
14. ábra. A réztartalmú modellek autoxidációs reakciójára javasolt mechanizmus p.25
16. ábra. Oxokinolin származékok báziskatalizált oxigénezési reakciójának  mechanizmusa
16. ábra. Oxokinolin származékok báziskatalizált oxigénezési reakciójának mechanizmusa p.29
17. ábra. MnSOD utánzó vegyületek aktivitása és a felhasznált ligandumok
17. ábra. MnSOD utánzó vegyületek aktivitása és a felhasznált ligandumok p.31
A komplex frissen készített DMF-oldatának ESR felvételén (19. ábra) a szerves  tartományban kilenc vonalas felhasadást mutató finomszerkezet látható

A komplex

frissen készített DMF-oldatának ESR felvételén (19. ábra) a szerves tartományban kilenc vonalas felhasadást mutató finomszerkezet látható p.36
21. ábra. A [Zn(dbcat)(idpa)] 2  NRPSOH[U OFVHSSIRO\yVQLWURJpQK PpUVpNOHWpQ OHYHJ Q'0) -ben készült ESR felvétel
21. ábra. A [Zn(dbcat)(idpa)] 2 NRPSOH[U OFVHSSIRO\yVQLWURJpQK PpUVpNOHWpQ OHYHJ Q'0) -ben készült ESR felvétel p.41
22. ábra. A [Zn(dbsq)(idpa)]ClO 4 - UyOV]REDK PpUVpNOHWHQOHYHJ Q'0) -ben készült  ESR felvétel
22. ábra. A [Zn(dbsq)(idpa)]ClO 4 - UyOV]REDK PpUVpNOHWHQOHYHJ Q'0) -ben készült ESR felvétel p.43
29. ábra. A dbcatH 2  [Cu II (dbcat)(idpa)] 2  katalizátor jelenlétében lejátszódó oxidációs  reakciójának javasolt mechanizmusa
29. ábra. A dbcatH 2 [Cu II (dbcat)(idpa)] 2 katalizátor jelenlétében lejátszódó oxidációs reakciójának javasolt mechanizmusa p.50
32. ábra. Az oxidációs reakció sebessége a dbcatH 2  kiindulási koncentrációjának  függvényében (10
32. ábra. Az oxidációs reakció sebessége a dbcatH 2 kiindulási koncentrációjának függvényében (10 p.53
36. ábra. A dbcatH 2  [Zn(dbcat)(idpa)] 2  katalizátor jelenlétében lejátszódó oxidációs  reakciójának javasolt mechanizmusa
36. ábra. A dbcatH 2 [Zn(dbcat)(idpa)] 2 katalizátor jelenlétében lejátszódó oxidációs reakciójának javasolt mechanizmusa p.57
38. ábra. Egy tipikus oxidációs reakció során felvett UV-vis spektrum
38. ábra. Egy tipikus oxidációs reakció során felvett UV-vis spektrum p.59
11. táblázat. A dbcatH 2  oxidációs reakciójának kinetikai adatai  Sorszám  T  (°C)  [O 2 ]  (10-3 M)  [dbcatH 2 ](10-3 M)  [TEMPO] (10-3M)  k’ TEMPO(10-6s-1 )  k TEMPO(M-2s-1 )  1  50  4,33  12  1,20  8,35±0,21  1,61±0,04  2  50  4,33  18  1,20  9,34±0,36
11. táblázat. A dbcatH 2 oxidációs reakciójának kinetikai adatai Sorszám T (°C) [O 2 ] (10-3 M) [dbcatH 2 ](10-3 M) [TEMPO] (10-3M) k’ TEMPO(10-6s-1 ) k TEMPO(M-2s-1 ) 1 50 4,33 12 1,20 8,35±0,21 1,61±0,04 2 50 4,33 18 1,20 9,34±0,36 p.62
43. ábra. A dbcatH 2  TEMPO jelenlétében lejátszódó oxidációs reakciójának javasolt  mechanizmusa
43. ábra. A dbcatH 2 TEMPO jelenlétében lejátszódó oxidációs reakciójának javasolt mechanizmusa p.63
12. táblázat. A [Cu II (fla)(Bz-TAC)]ClO 4  komplex fizikai tulajdonságai, spektroszkópiai  adatai és elemanalízise
12. táblázat. A [Cu II (fla)(Bz-TAC)]ClO 4 komplex fizikai tulajdonságai, spektroszkópiai adatai és elemanalízise p.66
15. táblázat. A [Cu II (fla)(iPr-TAC)]ClO 4  komplex fizikai tulajdonságai, spektroszkópiai  adatai és elemanalízise
15. táblázat. A [Cu II (fla)(iPr-TAC)]ClO 4 komplex fizikai tulajdonságai, spektroszkópiai adatai és elemanalízise p.69
táblázat tartalmazza a fontosabb kötéstávolságokat és kötésszögeket.

táblázat tartalmazza

a fontosabb kötéstávolságokat és kötésszögeket. p.70
17. táblázat. A [Cu II (O-bs)(Bz-TAC)]ClO 4  komplex krisztallográfiai adatai  Komplex  [Cu(O-bs)](Bz-TAC)ClO4  Összegképlet  C 41 H 42 ClCuN 3 O 8  Szín  kékeszöld   Molekulatömeg  803.77   + PpUVpNOHW 293 K
17. táblázat. A [Cu II (O-bs)(Bz-TAC)]ClO 4 komplex krisztallográfiai adatai Komplex [Cu(O-bs)](Bz-TAC)ClO4 Összegképlet C 41 H 42 ClCuN 3 O 8 Szín kékeszöld Molekulatömeg 803.77 + PpUVpNOHW 293 K p.71
46. ábra. A [Cu II (O-bs)(Bz-TAC)]ClO 4  komplex röntgendiffrakciós képe
46. ábra. A [Cu II (O-bs)(Bz-TAC)]ClO 4 komplex röntgendiffrakciós képe p.72
A komplex elemi összetételére és szerkezetére vonatkozó adatokat a 22. táblázat  tartalmazza

A komplex

elemi összetételére és szerkezetére vonatkozó adatokat a 22. táblázat tartalmazza p.75
24. táblázat. Fontosabb kötésszögek és kötéstávolságok a [Cu II (ind)(mco)] komplexben
24. táblázat. Fontosabb kötésszögek és kötéstávolságok a [Cu II (ind)(mco)] komplexben p.77
48. ábra. A [Cu II LQGPFR@NRPSOH[U ONpV]OWU|QWJHQV]HUNH]HW
48. ábra. A [Cu II LQGPFR@NRPSOH[U ONpV]OWU|QWJHQV]HUNH]HW p.78
54. ábra. A flaH [Cu II (fla)(idpa)]ClO 4  jelenlétében lejátszódó oxigénezési reakciójának  javasolt mechanizmusa
54. ábra. A flaH [Cu II (fla)(idpa)]ClO 4 jelenlétében lejátszódó oxigénezési reakciójának javasolt mechanizmusa p.84
62. ábra. A k’ függése a kiindulási szubsztrátum-koncentrációtól (31. táblázat, 5-9.
62. ábra. A k’ függése a kiindulási szubsztrátum-koncentrációtól (31. táblázat, 5-9. p.95
31. táblázat. A DPPH szabad gyök és az 56-59 szubsztrátumok oxigénezési reakcióinak  kinetikai adatai  Sorsz
31. táblázat. A DPPH szabad gyök és az 56-59 szubsztrátumok oxigénezési reakcióinak kinetikai adatai Sorsz p.97
65. ábra. Az oxokinolin származékok és flavonol DPPH hatására lejátszódó oxigénezési  reakciójának javasolt mechanizmusa
65. ábra. Az oxokinolin származékok és flavonol DPPH hatására lejátszódó oxigénezési reakciójának javasolt mechanizmusa p.98
32. táblázat. Az 64-69 komplexek spektroszkópiai adatai és fizikai állandói
32. táblázat. Az 64-69 komplexek spektroszkópiai adatai és fizikai állandói p.100

Hivatkozások

Kapcsolódó témák :