Magyar K6mikusok Egyesi.ilete Csongrdd Megyei Csoportja, SZTE K6mia Doktori Iskola, SZTE,
Gy6gyszertudom6nyok Doktori Iskola kozos rendezv6nye
XXXIII.
KnUIAI EToADOI NAPOK
- F6kuszbana k6mia 6s a ry6ryszer -
P ro gram 6 s elciadds - c) s s zefo glakik
Szegedi Akad6miai Bizotts 69 Szll<hdza
Szeged ,,2010. okt6ber 25-21 .
Szerkes ztettdk
Jandkv Csaba
SZTE TTIK Fizikai K6miai 6s Anyagtudom anyi Tanszdk l,{6meth Zoltdn
SZTE TTIK Alkalmazott 6s Kornyezett K6miai Tansz6k
I S B N
BIOMIMETIKUS ELEKTRO NTRANS ZFE R KAT ALIZ ATO RO K
rpszirESE
Csendes Zita. P6link6 Istvfn
SZTE S;er"t'e.r Kdmiui Tun.s:.1k, 6720 S:.e.eed, Drim rir B.
Bevezet6s
A kataliziltorkutatiis iiltaldnos c6lja olyan anyagok kdszftdse, melyek nagy aktivitzissal 6s szelektivit6ssal rendelkeznek. A c6l el6r6se 6rdek6ben a kutat6k tobbf6le m6dszerrel prcibdlkoznak. Egy ig6retes frt lehet a termdszet leghat6sosabb kataliziitorainak az, entimek aktfv centrumainak lemiisoliisa [ ].
A z e l o o r g a n i z n i u s o k t o b b e z e r e n z i m e t t a r t a l m a z n a k a l a p v e t o e n L v z o s s z e s elk6pzelheto k6miai reakci6ra. Biir aktivitdsLrk 6s szelektivitdsuk felLilrnflhatatlannak liitszik, fgy direkt laborat6riurni alkalmaziisurk k6zenfekvonek tiinhet, azonban nagyon
€rzdkenyek a kis6rleti koriilm6nyekre, sz(ik nyomils- 6s hom6rs6klettartom6nyban, valamint .s<itartalmfr vizes oldatbarr mtikodnek optimiilisan. Ezeket a hdtr6nyokat kikiiszobolhetjiik vagy rigy, hogy az enzimet rogzftjtik kiilonf6le hordoz6kra olyan m6dszerekkel, hogy a hordoz6rnentes enzim aktivitdsa 6s szelektivitdsa megmaradjon [2-61, vagy frgy. hogy nern az enzimet, hanem csupdn aktfv centrurmdnak fr-rnkciondlis vagy szerkezeti modellj6t i r n m o b i l i z i i l . i u k [ 7 - 1 0 ] ' . A z i r n m o b i l i z d l a s t o r t 6 n h e t ( i ) adsz-orpci6val v a g v h i d r o g e n h i d - k o t 6 s s e l , ( i i ) e l e k t r o s z t a t i k u s k o t 6 s s e l ( i o n c s e r 6 v e l ) v a g y ( i i i ) k o v a l e n s k o t d s s e l . K o r 6 b b a n mdr kipr6briltdk ezeket a m6dszereket feli"ileten rogzftett 16z-anrinosav komplexek k6szit6sekor. A legobban kontrolldlhat6nak a kovalens kdt6ssel vaki rogz-ftes bizonyult, old6szerkdnt a 2-propanolt taliilt6k legmegfelelobbnek.
Funkciondlis modellez6s eset6n nem mdsoljuk le f-emion kornyezet6t, hanem olyan l i g a n d u m o k a t k e r e s i i n k , m e l y e k k e l a z e n z i m h e z h a s o n l 6 a n m r i k o d i k a m o d e l l k o m p l e x . Szerkezeti modellez6skor pedig arra t6rekszlink, hogy az enzim aktfv centrunrdt min6l p o n t o s a b b a n L r t d n z 6 r n o d e l l v e g y L i l e t e k e t a l a k i t s u n k k i . M i n d k 6 t r n e g k O z e l i t 6 s t s o k a n alkalmazzdk szerte a vildgon, 6s mindk6t megkdzelftes hozott mdr l'igyelemremelt6 eredm6nyeket.
Az €n munkdm c6lja az volt, hogy kdtfajta SOD enzim (Cr.r,Zn-SOD enzim 6s Ni- SOD enzim) aktfv centrumdnak szerkezeti modelljeit rogzftsem modosftott szilikag6lre kovalens kdt6ssel. Infravords spektroszk6pia segits696vel meghatdrozzam a feliileten rogzftett komplexek lehets6ges szerkezetdt. VdgezetLil m6ryem meg SOD aktivit6sukat egy biokdmiai reakciti (metionin-riboflavin-NBT reakci6) segfts6gdvel. A szerkezeti modell kialakftiisdnirl figvelembe vetti"lk, hogy a SOD enzimek aktiv centrumdban tdbbf6le a m i n o s a v v a n , a h i s z t i d i n r n i n d i g r 6 s z e a z a k t i v c e n t r u m n a k , 6 s e z e n k f v t i l i s o l y a n a m i n o s a v a k a t v d l a s z t o t t L r n k t o b b n y i r e , a r n e l y e k m e g t a l d l h a t 6 k a z i l l e t o S O D e n z i m a k t i v centrr,rmdban vagy annak kozeldben.
Kfs6rleti
Munkdm sordn kl6rpropilezett szilikag6len kovalens kotdssel rogzftettem klildnbdzo vddett aminosavakat. A reakci5k itz N-vddett aminosavak esetdn lszterk€pzoddssel, a C- v6dettekn6l pedig N-alkilez6shez hason16 folyamattal mentek v6gbe. Az iiminosavak feltiletre kcit6s6t kovetoen a f6mion-aminosav komplexek kialakitiisrit v€geztem el, ligandumban sze96ny (csak felLileten kotott aminosav-szdrmaz6kok vehettek 16szt a komplexkdpzod6sben) 6s ligandLrmban gazdag (a szint€ziselegy tartalmazott felLiletre nenr kotott aminosav-szdrmaz6kokat is) kortilm6nyek kdzott. Egyfajta 6s vegyes ligandumri immobilizrilt f6m-aminosav komplexeket iillftottam elo. Az, egyfalta ligandLrmot tartalmaz6 feliileten rogzitett f6mion-aminosav komplexek k6szftdsekor ligandumk6nt L-cisztern- m e t i l e s z t e r t v a g y L - c i s z t i n - m e t i l 6 s z t e r t h a s z n d l t a m , a k o z p o n t i f 6 m i o n C r " r ( l I ) v a g y N i ( l I ) volt. A feltrleti komplexek kialakftdsa sordn eloszor a v6dett aminosavat kiitottem a felLiletre, ezutdn a konrplexkdpz€s kOvetkezett ligandLrnrszeg€ny 6s ligandunrgazdag kornyezetben. Vegyes ligandr-rmfr keverdkkomplexeket k6tf6le m6dszerrel dllitottiim elo.
A z " A " m 6 d s z e r e s e t 6 n l : l m 6 l a r d n y f r m e g f e l e l o e n v 6 d e t t a m i n o s a v k e v e r 6 k e t k o t o t t e m a f e l l i l e t r e , m a j d l i g a n d u m s z e g 6 n y 6 s l i g a n d u m g a z d a g ( l : l m 6 l a r d n y ) k e v e r d k k o m p l e x e t h o z t a m l 6 t r e . A " B " m 6 d s z e r e s e t e n a z e g y i k v 6 d e t t a m i n o s a v a t im m o b i l i z d l t a m , m a j d a megfelelo f6ms6 oldat6ban kialakitottam a feliileti komplexet, v6giil a nidsik aminosav felesleg6nek hozzdadasdval eloiillftottam a kever6kkomplexet. A r6zkornplexek e l o d l l f t i i s 6 h o z r - b u t o x i k a r b o n i l - L - t i r o z i n t . r - b u t o x i k a r b o n i l - L - h i s z t i d i n t , L - t i r o z i n - m e t i 1 6 s z t e r t , L - h i s z t i d i n - m e t i l 6 s z - t e r t , a n i k k e l k o m p l e x e k e l o d l l f t d s d ' h o z l - b r " r t o x i k a r b o n i l - L - h i s z t i d i n t , r - b u t o x i k a r b o n i l - L - c i s z t e i n , L - h i s z t i d i n - m e t i l 6 s z t e r , L - c i s z t e i n - m e t i l 6 s z t e r t haszn6ltam.
A kapott mintdk IR spektrr"rmdt felvettem, a spektrumokat alapvonal-korrigdltam, simftottam, ha szliks6ges volt, a hordoz6 spektrumdt kivontam 6s a vegyes aminosav komplexek eset6n dekonvolfci6t is alkalmaztam, ahol szLiks6ges volt. A spektrr"rmokat elemeztem, a megfelelo felLileten nem kotott vddett aminosavak szink6peivel cisszehasonlftottarn, 6s fgy valtiszintisftettem az adott koordindci6s szf6riit.
Az elo6llitott felLileten rogzftett komplexek sz-uperoxid-dizmutaz aktivitiisiit a m e t i o n i n - r i b o f l a v i n - N B T ( n i t r o b I u e t e t r a z o I i L r r n ) t e s z t r e a k c i c i v a l v i z s g d l t a m .
Eredmdnyek 6s 6rt6kel6siik
S ze r k e :.e t nt e g h u t d r rt z.ti.t i r 1f ru v d r d s .; p e k t r o s :.k 6 p i ti t, u I
P 6 l d a k 6 n t a 7 , "A " m 6 d . s z e r r e l e l o d l l f t o t t ie l i - i l e t r e k o t o t t N i ( l I ) - C - v e d e t t h i s z t i d i n : C - v 6 d e t t c i s z t e i n v e g y e s l i g a n d u m r i k o m p l e x e k i n f r a v o r o s s p e k t r u m a i n a k e l e m z e s e t m u t a t o m b e .
A kl6rpropilezett szilikag6lre az N-termindlison keresztlil kovalensen kotottlik az C- vddett aminosavakiit, ez-6rt az aminocsoport nitrogdnatomja nem k6pes koordindci6ra, mivel tf l kozel takilhat6 a hordoz6 felszfn6hez. Brztos koordindl6d6 csoport a C-v6dett hisztidin e s e t 6 n a z e g y i k i m i d a z o l n i t r o g d n [ 1 1 ] , l e h e t s 6 g e s je l o l t e k a k a r b o n i l o x i g 6 n 6 s a z 6sztercsoport metoxioxig6nje. Az elobbi szt6rikus okok miatt val6szfntibb, mint az ut6bbr.
Ligandumszeg6ny kornyezetben a komplexk6,pz6,s leginkabb rlgy val6sulhat meg, hogy a hisztidin-rnetildszter k6tfogfr ligandLrmkdnt koordinirlcidik a kozponti ionhoz, mivel nincs e169 feli.ileten kotott aminosav egymiishoz olyan kozel, hogy egyfogfr ligandumk6nt
rCSZ
tudjanak viselkedni. Ligandumban gazdag koriilm6nyek kozt az aminocsoport nitrog6nje is szerepet j6tszik.
A C-v6dett cisztein eset6n lehets6ges komplexk6pzo csoport a tioldtcsoport k6natomja 6s a karboniloxig6n. Ezek alapjrin val6szfn[isitheto, hogy ligandumszegdny k c i r n y e z e t b e n a C - v 6 d e t t c i s z - t e i n k 6 t f o g i r li g a n d L r m k 6 n t v i s e l k e d i k 6 s a k a r b o n i l o x i 9 6 n valamint a tiolatk6n taliilhat6 a Ni(II) koordiniicitis szf6rdjdban. Ligandr.rmgazdag kciriilrndnyek kozdtt, ii feleslegben adott anrinosav aminocsoporqiinak nitrogenje is szerepel.
j6tszhat a koordiniici6ban.
Az IR spektrumokat elenrezve meg6llapfthat6. hogy mindkdt C-v€dett aminosav r6szt vesz a komplexk6pzesben ( l. ribra).
1. 6bra FT-IR spektrumok: hisztidin-metil6szter (A), cisztein-metil6szter (B) 6s a hordoz<in rtigzftett C-v6dett aminosav-kever6k killiinbs6gi spektruma ligandumszeg6ny (C) 6s ligandumgazdag (D) kiirnyezetben (az ut6bbi kdt esetben a
hordoz6 spektrumft kivontam).
1 6 0 0 1400 1200 1000
W a v e n u m b e r ( c m ' )
Ligandumszeg6ny koriilm6nyek kozt a hisztidin-metildszter karbonilcsoportjdnak v e g y d r t 6 k r e z g 6 s e l 7 6 l c n r ' - r o l 1 6 1 4 c m ' - r e t o l 6 d o t t e l , t e h d t a k a r b o n i l o x i g e n b i z t o s a n r 6 , s z t v e s z a k o m p l e x k 6 p z d s b e n . E z a c i s z t e i n - m e t i l 6 s z t e r k a r b o n i l o x i g d n j d r o l i s e l m o n d h a t c i . E z a r e z g 6 s 1 7 4 4 c m - r - r o l 1 8 6 c m - ' - r e t o l 5 d o t t e l . A s z a b a d c i s z t e i n - metil6szter spektrumiban 712 cm-r-ndl taliilhat6 siiv a C-S rezg6shez tartozhat, mely a ligandumszeg6,ny kornyezetben felvett spektrumban 122 cm' '-n6l jelenik meg, tehdt a k6natom is koordindcicis hely. A ligandurmszeglny kornyezetben kapott anyag szine zold, tehdt a Ni(II) koordin6ci6s szdma n6gy [l21. A rendelkez6slinkre iil16 inforrndci6k szerint a legvalSszfntibb koordin6ci6s szfera a kovetkezokdppen n6.2. ki'.
N r r ' i d a z . l H i s s u r l O k a r h o n i l H i s s u r r ' O k a r h . n i l c , ' s s u r t ' S r i . l i r C v i s u r r ' . ( s u r l ' : f e l L i l e t r e k i j t i i t t )
A feli,hleten kotott, v6dett aminosavak f-eltehetoleg k6tfogfr ligandLrmk6nt koordiniil<idnak a kozponti ionhoz, mivel nincs el6g felLileten kijtott aminosav egymdshoz olyan kozel, hogy egyfogri ligandumk6nt tLrdjanak viselkedni.
;i'
A ligandumgazdag kornyezetben felvett komplex spektrumiiban a hisztidin- m e t i l d s z t e r d o m i n d l , a m i a z t j e l e n t h e t i , h o g y a f e l e s l e g b e n a d o t t c i s z t e i n - m e t i l 6 s z t e r n e m koordiniil6dik a kdzponti ionhoz. A Kjeldahl m6dszerrel meghatdrozott nitrog6ntartalom azt mutatja, hogy sokkal tobb aminosav taliilhat6 a mintdban, mint ami a kovalens kotessel 6s a komlexk6pz6ssel elk6pzelheto, ez€,rr az felt€,telezziik, hogy a hisztidin-metil6szter adszorbedl6dik a feliiletre. A kapott anyag szine ebben az esetben barna, ami arra utal, hogy a Ni(II) koordindci6s szdma hat [ 2). A spektrumb6l megiillapithat6, hogy a feleslegben adott hisztidin-metil6szter karboniloxig6nje nem koordin6l6dik. Tobbf6le koordindci6s kdrnyezet kdpzelheto el, p6ldiiul az egyik lehets€ges variiici6 a kcjvetkezo:
N i m i c l l z o l H i s s L r r l O k e l h o n i l C v s s u r l ' S t i o l h t C v s s u r l N r m i c l l z o l F { i s N i r r i d r z o t H i s N i n r i d r z o l H i s .
S t.u p e ro rid d i :ltt u t ri :. u k t iv i t ri s i m d rd s e k e re d nt i n t' e i
Minden sz,intetizfit anyag mutatott szuperoxid dizmutitz aktivit6st, de a legjobbak is kb. mdsfdl nagys6grenddel elmaradtak az enzim aktivitasdtrll. A ligandumszeg€,ny k c i r i i l m e n y e k k c i z t s z i n t e t i z i r l t k o m p l e x e k n a g y o b b a k t i v i t i i s t i a k v o l t a k , m i n t a l i g a n d u m b a n gazdag kozegben elod'llitott komplexek. Tulajdonk6ppen ez nem meglepo, hiszen ennek a komplexnek a leginkiibb torzult a geometririja a szabad komplex6hez k6pest. Itt csak feliiletre kotott aminosavak dllnak rendelkez6sre ligandumk6nt, a feliileti koncentrdci6 pedig meglehetosen alacsony. A fesz-iiltsdg csokkent6senek nagy a hajt6ereje, amely a k o n r p l e x n a g y re a k t i v i t d s i i b a n n y i l v d n u l m e g .
Az eliiSllitott anyagok kozlil a legnagyobb szr,rperoxid dtzmutLz aktivitiist az "A"
m6dszerrel ligandumszegdny kdrtilm6nyek kozt szintetizllt feliileten rogzitett Cr.r(lI)-C- v6dett tirozin ;C-v6dett hisztidin vegyes ligandumir komplex mutatta.
OsszefoglalSs
A z I R s p e k t r o s z k 6 p i a i v i z s g d l a t o k a z t n r u t a t t d k , h o g y a f 6 m i o n - a m i n o s a v komplexek elodllitdsa minden esetben sikeres volt. Megrillapitottam, hogy az imidazolgyiir(i nitrogdnje, a tioliit 6s tiolcsoport k6natonrja 6s a diszLrlfid-hid k6natomjai mindig, a karbonilcsoport oxig6nje 6s a fenoldtoxigdn igen gyakran koordindlcldik.
Minden komplex mLrtatott szuperoxid drzmuliz aktivitrist. N6melyik eg6szen kiemelkedot, remdnyt nyrijtva arra, hogy alkalmazhat5 lesz egy6b, p6ld6ul finomkemikdli6kat elodllftds6t c6lz6 elektrontranszfer reakci6kban az, enzimreakcidknril szigorfrbb kdri.ilm6nyek (szerves old6szer', magasabb horndrsdklet, atmoszf6riindl nagyclbb nyomds) koz-ott is.
Irodalomiesvz6b
t l l t2l I 3 l t4l t s l
A . J . K i r b y , A n g e w . C h e m . , I n t . E d . E n g l . 3 5 ( 1 9 9 6 ) 7 0 6 .
S . A k g o l , Y . K a c a r , S . O z k a r a , H . Y a v u z , A . D e n i z l i , M . Y . A r i c a , J . M o l . C a t a l . B t 5 , 2 0 0 r ) 1 9 7 .
A . M . A z e v e d o , D . M . F . P r a z e r e s , J . M . S . C a b r a l , L . P . F o n s e c a , L P C a t a l . B l - 5 ( 2 0 0 1 ) l 4 l .
F . M . B a u t i s t a , J . M . C a m p e l o , A . G a r c i a , A . J u r a d o , D . L u n a , J . M . R o m e r o , J . M o l . C a t a l . B I I ( 2 0 0 1 ) 5 6 7 .
I. Domfnguez, V. Forn6s, M.J. Sabater, J. Catal. 228 (2004\ 92.
( 2 0 0 1 ) J . M o l . M a r i n a s . A . A .
t 6 l T . J o s e p h , M . H a r t m a n n , S . E r n s t , S . B . H a l l i g u d i , J . M o l . C a t a l . A 2 0 l ( 2 0 0 4 ) l3 l . U ) H . B . A l b a d a , F . S o u l i m a n i , B . M . W e c k h u y s e n , R . M . J . L i s k a m p , (2 0 0 1 \ C h e m
C o m m u n (2 0 0 7 ) 4 8 9 5 .
t 8 l B . M . W e c k h u y s e n , H . L e e m a n , R . A . S c h o o n h e y d t , P C C P I ( 1 9 9 9 ) 2 8 1 5 . t 9 l R . J . P . W i l l i a m s , J . I n o r g . B i o c h e m . 1 0 2 ( 2 0 0 8 ) l .
t l 0 l I . P d l i n k 6 , i n I n o r g a n i c B i o c h e m i s t r y : R e s e a r c h P r o g r e s s . N o v a S c i e n c e P r ' r b l i s h e r s I n c . , 2 0 0 8 , C h 1 0 , p p . 2 8 l - 3 0 3 .
t l l l P . C . A . B r u i j n i n c x , M . L u t z , A . L . S p e k , W . R . H a g e n , B . M . W e c k h u y s e n , G . v a n Koren, R.J.M.K. Gebbink, (2001) J. Am. chem. soc. 129 (2001) 2215.
I 1 2 l F . A . C o t t o n , G . W i l k i n s o n in A d v a n c e d I n o r g a n i c C h e m i s t r y , 5 t h e d . , J o h n W i l e y
& s o n s , l 9 t t 8 . p p . 7 4 4 - 7 4 1 .
