| License: Publishing license for publications including print on demand (3MB) |
- URN to cite this document:
- urn:nbn:de:bvb:355-epub-133931
- DOI to cite this document:
- 10.5283/epub.13393
| Item type: | Thesis of the University of Regensburg (PhD) |
|---|---|
| Open Access Type: | Primary Publication |
| Date: | 18 March 2010 |
| Referee: | Prof. Dr. Burkhard König |
| Date of exam: | 23 February 2009 |
| Institutions: | Chemistry and Pharmacy > Institut für Organische Chemie > Lehrstuhl Prof. Dr. Burkhard König |
| Keywords: | Photochromismus, Diarylethen, Salen, diarylethene, photochromism |
| Dewey Decimal Classification: | 500 Science > 570 Life sciences 500 Science > 540 Chemistry & allied sciences |
| Status: | Published |
| Refereed: | Yes, this version has been refereed |
| Created at the University of Regensburg: | Yes |
| Item ID: | 13393 |
Abstract (English)
A small series of aromatic water-soluble salophen derivates containing Fe(III), Ni(II) and Ti(IV) were synthesized and tested for their ability to recognize amino acids. In the case of the Fe(III)-salophen derivative no binding could be observed for any of the tested amino acids, only for pyrophosphate (PPi) and adenosine-triphosphate (ATP). Interaction of this complex with ATP results in a 1:1 ...
Abstract (English)
A small series of aromatic water-soluble salophen derivates containing Fe(III), Ni(II) and Ti(IV) were synthesized and tested for their ability to recognize amino acids.
In the case of the Fe(III)-salophen derivative no binding could be observed for any of the tested amino acids, only for pyrophosphate (PPi) and adenosine-triphosphate (ATP). Interaction of this complex with ATP results in a 1:1 stoichiometry and a relatively high binding constant (lg K = 7.7). ITC measurements for this system could not be performed, due to the poor solubility of the complex in HEPES buffer.
For Ni(II)-salophen derivative 2, interactions with histidine, histidine methylester and aspartic acid could be detected in the well-plate screening. We concluded from the screening results, that for sufficient binding the donor atoms of the amino acid should have a distance of five atoms and the amino acid should act as a bidentate ligand. The C-terminal part of the amino acid is not essential for the interaction. However, fluorescence measurements showed that the binding constant and the stoichiometry seems to be concentration dependant (different binding behaviour upon changing of added equivalents), whereas the ITC measurements do not confirm these observations. Aggregate formation by pi-pi-interaction was excluded as the origin of the concentration dependency, because the UV spectra remain unchanged at different concentrations (Figure 46).
The salophen-derivative with Ti(IV) as the metal ion showed no affinity to any of the added analytes of this study.
Chiral salen derivatives with an aliphatic bridge between the aromatic moieties show much lower affinities to the same analytes than the non-chiral conjugated salophen-derivatives. However, the Fe(III)-salen complex binds catechols in the µM-range, which allows indicator displacement assays. ITC measurements are prohibited by the poor water solubility of the complex.
Future studies of salophen complexes should focus on extended aromatic systems, like naphthalene, as the central aryl ring. This may prevent aggregation and will shift the excitation wavelength to longer wavelengths making the compounds more suitable for biological applications. Another issue to address is increasing the water solubility, which would then allow the use of ITC measurements to determine binding interactions.
Translation of the abstract (German)
Im ersten Kapitel wurde ein photoaktiver Inhibitor für die menschliche Carboanhydrase I synthetisiert. Dieser basiert auf eine Dithienylethen-Einheit und enthält auf der einen Seite, einen Cu(II)-Komplex, der selektiv Imidazol der Hisitidinseitenketten erkennt. Auf der anderen Seite wurde eine Sulfonamid Einheit angebracht, die ein seit Jahrzehnten benutzter Hemmstoff für Carboanhydrasen ist. Es ...
Translation of the abstract (German)
Im ersten Kapitel wurde ein photoaktiver Inhibitor für die menschliche Carboanhydrase I synthetisiert. Dieser basiert auf eine Dithienylethen-Einheit und enthält auf der einen Seite, einen Cu(II)-Komplex, der selektiv Imidazol der Hisitidinseitenketten erkennt. Auf der anderen Seite wurde eine Sulfonamid Einheit angebracht, die ein seit Jahrzehnten benutzter Hemmstoff für Carboanhydrasen ist. Es konnte gezeigt werden, dass durch licht-induzierte Konformationsänderungen des Inhibitors, die Inhibitorwirkung, sowie die Aktivität des Enzyms verändert werden kann. Wird der Inhibitor mit sichtbaren Licht (Wellenlängen größer als 420 nm) bestrahlt, wird er in seine aktivste Form überführt. In dieser Form ist die Aktivität des Enzyms ca. eine Zehnerpotenz geringer als wäre die geschlossene Form präsent. Somit konnte gezeigt werden, dass es mit Hilfe photochromer Verbindungen biologische Reaktionen mit Licht zu beeinflussen.
Im zweiten Kapitel wurden die im ersten Kapitel hergestellten Substanzen auf ihre Selektivität innerhalb der menschlichen Carboanhydrase-Familie getestet. Diese waren die Isoformen I, II, IX, XII und XIV. Dabei wurde herausgefunden, dass für die Isoform I die symmetrisch aufgebauen Inhibitoren am wirkungsvollsten waren (zwei Sulfonamid-Einheiten und zwei Cu(II)-ida Einheiten), diese aber auch nur in ihrer offen Form. Das Molekül mit zwei Sulfonamide Einheiten war auch für die Isoform II der beste Inhibitor, hier konnte jedoch kein Unterschied zwischen der offen und der geschlossenen Form beobachtet werden. Die Isoform IX wurde nur schwach von allen Verbindungen inhibiert, wohingegen alle Verbindungen die Isoformen XII und XIV gar nicht inhibieren konnten.
Photoaktive Verbindung, die symmetrisch und flexibel mit Zn(II)-cyclen Einheiten verknüpft wurden, wurden im dritten Kapitel auf ihre Eigenschaft untersucht, die Erkennung von Phosphat-anionen reversibel zu verändern (schalten). Die Messungen wurden mit Hilfe eines Indicator Displacement Assays durchgeführt. Dabei wurde beobachet, dass der Unterschied zwischen dem offenen und geschlossenen Isomer nur ca. eine Zehnerpotenz beträgt. Auch die Bindungsaggregate, die in Lösung gebildet werden, konnten nicht eindeutig indentifiziert werden. Schlussfolgernd kann man sagen, dass für eine solche Art der Anwendung, Moleküle benutzt werden müssen, die vollkommen starr sind und nur durch die licht-induzierten Konformationsänderungen des Schalters abhängig sind.
Im vierten Kapitel wurde eine Klasse von Diarylethenen untersucht, die in der Literatur eher wenig Bedeutung findet: Di-indolylethene. Diese enthalten statt der Thiophen-Einheiten zwei Indol-Einheiten. Durch diese Veränderung wird die geschlossene Form dieses Moleküls thermisch reversibel, was für Anwendungen ein schlechtes Charakteristikum ist. Mit Hilfe geeigneter (literaturbekannten) Veränderungen, ist die Verbindung für eine gewisse Zeit (bis zu 48 h) thermisch stabil. Es wurde beobachtet, dass in der geschlossenen Form die Stickstoffatome der Indol-Einheit basisch werden. Protoniert man diese basischen Stickstoffe durch protische Säuren (HOAc, Ameisensäure und Phosphorsäure), was abhängig von der Säurestärke ist, wird wahrscheinlich eine elektrocyklische Rückreaktion zur offenen Form katalysiert (Diese Theorie von der Arbeitsgruppe Prof. Dr. M. Schütz zur Zeit durch Berechnungen geprüft). Die offene Form zeigt keine Reaktion auf Säuren.
Im fünften Kapitel wurde untersucht, inwiefern Metall-salen Komplexe zur selektiven Erkennung von Aminosäuren, sowie von Phosphat-anionen verwendet werden kann. Dabei wurde gefunden, dass achirale Ni(II)-Komplexe selektiv terminales Histidin, sowie terminale Asparaginsäure bindet. Die Affinität zu Histidin ist dabei höher als zu Asparaginsäure. Achirale Fe-salen Komplexe binden selektiv nur Phosphat-anionen und innerhalb der getesten Verbindungen auch nur Pyrophosphat (PPi) und ATP (lg K = 7.7). Chirale Salen Komplexe haben um ein vielfaches geringere Affinitäten als die achiralen Komlexe, wobei chirale Fe-salen Komplexe mit einer hohen Affinität Catechole binden. Alles in allem, wurde durch diese Voruntersuchungen gezeigt, dass diese Moleküle Potenzial zur Erkennung von Aminosäuren und Phosphat-anionen haben.
Metadata last modified: 26 Nov 2020 10:01
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