Mgr Aneta Buczek



Promotor: Dr hab. Małgorzata Broda, prof. UO

Właściwości konformacyjne pochodnych α,β-dehydrofenyloalaniny

Słowa kluczowe: dehydrofenyloalanina, nizyna, wpływ rozpuszczalnika, obliczenia DFT, spektroskopia IR.

Cele projektu

Jednym ze sposobów modyfikacji peptydów jest wprowadzenie α,β-dehydroamino-kwasu w łańcuch peptydowy, co prowadzi do polepszenia właściwości biologicznych związku [1-5]. Większość prac naukowych zajmujących się badaniem konformacji a,B-dehydropeptydów dotyczy związków zawierających reszty (Z)-Phe. Jeżeli badane są właściwości innych reszt dehydroaminokwasowych to też najczęściej są to izomery o konfiguracji (Z). Wynika to z faktu, że stosowane procedury syntezy dają wyłącznie te izomery lub powstają one z większą wydajnością [6]. Z drugiej strony receptory rozróżniają precyzyjnie konfigurację (Z) lub (E) (Rys.1) wiązania podwójnego C=C w bioligandzie. Na przykład modyfikowana resztą dehydrofenyloalaniny [D-Ala2,(E)-Phe4,Leu5] enkefalina wykazuje szczególnie zmniejszoną aktywność wobec opioidowych receptorów w porównaniu do jej analogu (Z) [7].

Rys. 1. Izomery (E) i (Z) reszty α,β-dehydro-aminokwasowej. R – wyższy według reguł pierwszeństwa -podstawnik alifatyczny lub aromatyczny.

(E)-α,β-Dehydropeptydy występują w naturze. Są antybiotykami lub wykazują właściwości toksyczne. Na przykład (E)-Abu znaleziona w fomalidzie [8], toksynie wyizolowanej z grzybów, okazała się niezbędna dla fitotoksyczności tego związku, ponieważ syntetyczny izofomalid zawierający (Z)-Abu okazał się biologicznie nieaktywny [9].

Celem mojej pracy doktorskiej jest poznanie i porównanie właściwości konformacyjnych obu izomerów (Z i E) reszty α,β-dehydrofenyloalaniny. Badania prowadzone będą metodami teoretycznymi i spektroskopowymi na przykładzie wybranych modelowych pochodnych Z i E izomerów reszty Phe łączących takie elementy strukturalne jak reszta dehydro, trzeciorzędowy układ amidowy i grupa alkilowa na węglu β. Planujemy poznać właściwości konformacyjne zarówno najprostszych układów diamidowych, naśladujących aminokwas włączony w łańcuch peptydowy, jak i większych modeli (dipeptydów) gdzie mogą się przejawiać oddziaływania pomiędzy dwoma resztami w łańcuchu peptydowym.

Zainteresowanie dehydropeptydami wynika z faktu, że często są to substancje biologicznie aktywne. Niektóre z dehydropeptydowych antybiotybiotyków wykazują czynność przeciwnowotworową jak stosowana od dawna w lecznictwie bleomycyna [10], uzyskana ze szczepu Streptomyces verticullus. Innym α,β-dehydropeptydowym antybiotykiem jest nizyna, wytwarzana przez bakterie kwasu mlekowego ( Streptococcus lactis ), którą stosuje się do konserwacji żywności, głównie serów [11].

Planowane metody i narzędzia badawcze

W celu poznania właściwości konformacyjnych reszty dehydrofenyloalaniny połączonej z elementami strukturalnymi często stosowanymi do modyfikacji peptydów, takimi jak trzeciorzędowy układ amidowy lub/i grupa alkilowa na -węglu, badane będą następujące modele diamidowe:

X=Ph R1=Me R2=Ph R3=H Bz-(E)-∆(βMe)Phe-NHMe

X=Ph R1=Ph R2=Me R3=H Bz-(Z)-∆(βMe)Phe-NHMe

X=Ph R1=Me R2=Ph R3=Me Bz-(E)-∆(βMe)Phe-NMe2

X=Ph R1=Ph R2=Me R3=Me Bz-(Z)-∆(βMe)Phe- NMe2

X=Me R1=H R2=Ph R3=Me Ac-(E)∆Phe-NMe2

X=Me R1=Ph R2=H R3=Me Ac-(Z)∆Phe-NMe2

Ponadto planowana jest synteza oraz zbadanie właściwości konformacyjnych większych modeli dipeptydowych, w których możliwe są oddziaływania pomiędzy dwoma resztami aminokwasowymi:

Ac-Gly-(Z/E)-∆Phe-NHMe

Ac-Gly-(Z/E)-∆Phe-NMe2

Ac-Ala-(Z/E)-∆Phe-NHMe

Ac-Ala-(Z/E)-∆Phe-NMe2


Badania zostaną wykonane według następującego planu:

  1. Synteza modelowych związków zawierających reszty α,β-dehydrofenyloalaniny

  2. Badanie konformacji w ciele stałym (dyfrakcja promieni Rentgena),

  3. Badanie konformacji w rozpuszczalnikach o różnej polarności z wykorzystaniem metod spektroskopii w podczerwieni i magnetycznego rezonansu jądrowego,

  4. Badanie preferencji konformacyjnych w próżni oraz w rozpuszczalnikach, wykonane metodami obliczeniowymi (ab initio, DFT),

  5. Porównanie preferencji konformacyjnych obliczonych z danymi eksperymentalnymi.



Wpływ realizacji projektu na wzrost innowacyjności gospodarki regionu poprzez zintensyfikowanie powiązań między nauką i przemysłem, w tym określenie możliwości zastosowania wyników badań w konkretnym sektorze bądź przedsiębiorstwie


W ostatnich latach coraz więcej uwagi poświęca się żywności bezpiecznej dla zdrowia. Konsumenci poszukują zdrowej żywności jednak coraz częściej z powodu braku czasu sięgają po produkty gotowe do spożycia („ready to eat food – RTE food”). Niestety żywność ta bardzo często zawiera niepożądane bakterie między innymi Gram-dodatnie pałeczki Listeria monocytogenes. Spożycie zatrutego posiłku może wywołać chorobę zakaźną nazywaną listeriozą. W 2005 roku w Polsce zanotowano 22 zachorowania na listeriozę. Najczęściej chorują osoby z grupy ryzyka: kobiety w ciąży, noworodki, ludzie starsi i osoby z upośledzeniem odporności.

Najbardziej znaną oraz powszechnie stosowana bakteriocyną, o szerokim spektrum działania obejmującym bakterie Gram-dodatnie takie jak Listeria monocytogenes jest nizyna. Jest to peptyd o masie 3510 Da, zbudowany z 34 aminokwasów. Wśród nich występują trzy reszty α,β-dehydroaminokwasowe. Działanie nizyny polega na tym, że łączy się ona z fragmentem lipidu jednego z ważniejszych składników ściany komórkowej bakterii gramdodatnich, w wyniku czego powstają pory w ścianie komórkowej bakterii, które w konsekwencji prowadzą do zniszczenia komórki bakteryjnej.

Nizyna została uznana przez Światową Organizację Zdrowej Żywności za bakteriocynę bezpieczną. Stosowana jest ona w ponad pięćdziesięciu krajach włącznie z Unią Europejską oznaczona na opakowaniach jako symbol E234. Używa się jej do konserwacji konserw mięsnych, mleka, serów, deserów mlecznych oraz innych napojów, co zapobiega ich kwaśnieniu. Zwykle dawka wynosi 1-12 mg /kg.

Opolszczyzna jest dobrze rozwiniętym terenem rolniczym, na którym produkcja mleka stanowi jedną z najważniejszych gałęzi gospodarki. W naszym rejonie mleko przetwarza się w siedmiu głównych mleczarniach (OSM Brzeg, OSM Głubczyce, OSM „Gomi” Grodków, SMRŚl w Kadłubie, OSM Olesno, OSM Prudnik, Zott Polska Sp. z. o.o.).

Kolejnymi związkami zawierającymi reszty α,β-dehydroaminokwasowe, takie jak metylodehydroalanina, metylodehydrobutyryna, są bardzo silne hepatotoksyny wytwarzane przez cyjanobakterie (sinice), zamieszkujące wody słodkie i słonawe. Cyjanobakterie stanowią duże zagrożenie dla ludzi i zwierząt szczególnie podczas tzw. zakwitu wód.

Znane na naszym terenie Jeziora Turawskie są zaliczane do najpiękniejszych sztucznych zbiorników w kraju, jednak od wielu lat Gmina Turawa ma duży problem z funkcjonowaniem zbiornika właśnie ze względu na „zakwit wód”. Obecność w wodzie związków organicznych pochodzących z nawozów sztucznych i detergentów powoduje intensywne rozwijanie się glonów oraz sinic. Konsekwencją tego jest zamykanie kąpielisk, co wiąże się z znacznymi stratami w turystyce.

Planowane przeze mnie badania właściwości strukturalnych związków zawierających reszty α,β-dehydroaminokwasowe umożliwią lepsze poznanie struktury i sposobu działania biologicznie aktywnych dehydropeptydów.


Literatura

1. IL. Givol, RH. Abeles, J. Biol. Chem. 1970, 245, 327.

2. RJ. Stonard, RJ. Anderson, J. Org. Chem. 1980, 45, 3687.

3. G. Jung, Angew. Chem. Int. Engl. Ed. 1991, 103, 1067.

4. N. Loiseau, F. Cavelier, J-P. Noel, J-M. Gomis, J. Peptide Sci. 2002, 8,335.

5. C. Adessi, C. Soto,Current Medicinal Chemistry 2002, 9, 963.

6. M. A. Broda, D. Siodłak, B. Rzeszotarska, J.Pept.Sci. 2005, 235.

7. T. J. Nitz, Y. Shimohigashi, T. Costa, H-Ch. Chen, C. H. Stammer, Int. J. Pept Protein Res. 1986, 27, 522.

8. M.S.C. Pedras, J.T. Taylor, T.T. Nakashima, J.Org Chem. 1993, 58, 4778.

9. D.E. Ward, A. Vazquez, M.S.C. Pedras, J.Org Chem. 1996, 61, 8008.

10. Q. Ma, Z. Xu, B. R. Schroeder, W. Sun, F. Wei, J. Am. Chem. Soc. 2007,129, 12439.

11. E. Gross, J.I. Morell, J. Am. Chem. Soc. 1967, 89, 2791.





dol