Peptidek, peptidmimetikumok és más királis szerves vegyületek térszerkezet-vizsgálata VCD-spektroszkópiával = Investigation of the steric structure of peptides, peptidomimetics and other chiral organic compounds by VCD spectroscopy

A VCD-spektroszkópiát kis- és közepes méretű peptidek, valamint királis szerves molekulák [mint például ?-laktámok és N-S(IV)-O axiális kötésrendszerű spiro-?4-szulfánok] széles körében sikeresen alkalmaztuk konformáció vagy abszolút konfiguráció meghatározására. Kimutattuk, hogy ?-aminosavat tartalmazó ciklotetrapeptidekben a ?-aminosavegység jelenléte a szomszédos ?-aminosavegységek körül ?-kanyart (C7) indukál, és csak nagyobb, kevésbé feszült ciklopenta- és hexapeptidek esetében jönnek létre a várt C6, C8 H-kötéses ún. pszeudo-?-kanyar szerkezetek. Cisz-2-aminociklopentán-karbonsav alternáló enantiomerjeiből felépülő lineáris oligo-?-peptidek esetében VCD-spektroszkópiával stabilis H10/H12 hélix szerkezetet azonosítottunk. Az oldószer erős kölcsönhatása a vizsgált molekulával vagy a molekulák asszociációja megnehezítheti a spektrum értelmezését, ennek kiküszöbölésére az alacsony hőmérsékletű (8-12 K) mátrixizolációs VCD-technikát vezettük be, mely a majdnem kölcsönhatás-mentes környezet mellett egyidejűleg nagyobb spektrális felbontást is eredményez, így több konformer detektálását teszi lehetővé. Védett aminosavszármazékok vízzel való kölcsönhatását vizsgálva kimutattuk, hogy a VCD-spektroszkópia a kiralitástranszfer jelenség alapján alkalmazható királis vegyületek akirális molekulákkal (például oldószerrel) képezett komplexeinek kimutatására is. | VCD spectroscopy has been successfully applied in the determination of the conformation or absolute configuration of a wide range of small and mid-sized peptides, as well as other chiral organic compounds, such as ?-lactams and spiro-lambda 4-sulfanes with N-S(IV)-O axial bond system. It has been shown that cyclic tetrapeptides containing ?-amino acid residues form ?-turns (C7) centered at the neighboring ?-amino acid units, while the expected pseudo-?-turns (C6 or C8) are only present in larger, less strained cyclic penta- and hexapeptides. In linear oligo-?-peptides built up from alternating enantiomers of cis-2-amino cyclopentanecarboxylic acid residues formation of a stable H10/H12 helix structure was identified by VCD spectroscopy. Strong interaction between the studied molecule and the solvent or intermolecular associations may cause difficulties in the interpretation of spectra. To overcome this, we introduced the low-temperature (8-12 K) matrix isolation VCD spectroscopic technique which provides an almost interaction free environment and higher achievable spectral resolution at the same time, permitting the detection of a higher number of conformers. By studying the interaction of protected amino acids with water we showed that VCD spectroscopy, based on the chirality transfer phenomenon, can be applied in the detection of complexes between chiral substrates and achiral guest (e.g. solvent) molecules

Cirkuláris dikroizmus, Fourier transzformációs infravörös és vibrációs cirkuláris dikroizmus spektroszkópia alkalmazása a peptidek, fehérjék és szupramolekuláris komplexek vizsgálatában = Application of circular dichroism, Fourier-transform infrared and vibrational circular dichroism spectroscopy in the investigation of peptides, proteins and supramolecular complexes

Munkánk során az alábbi ECD és VCD spektroszkópián alapuló vizsgálatokra került sor: 1. Foszforatomot tartalmazó királis koronaéterek és komplexeik vizsgálata 2. Transzlokális peptidek szintézise és peptid-oligonukleotid konjugátumok sejtpenetrációs tulajdonságainak vizsgálata 3. Antitumor hatású enkefalin analógok ECD spektroszkópiai vizsgálata 4. Elektronikus cirkuláris dikroizmus (ECD, CD) vizsgálatok 5. Vibrációs cirkuláris dikroizmus (VCD) spektroszkópiai vizsgálatok 6. VCD spektroszkópián alapuló együttműködések 7. Kiralitás generálásának vizsgálat Az OTKA T049792 támogatásával folytatott kutatások legnagyobb eredményének a VCD spektroszkópia széleskörű hazai és nemzetközi alkalmazását tekintjük (4. és 5. pont). A műszer tudomásunk szerint unikális, legnagyobb előnye az abszolut konfiguráció és/vagy abszolut konformáció meghatározása. Figyelmet érdemel a királis koronaéterek szisztematikus vizsgálata (1. pont), valamint a VCD spektroszkópia és mátrix izolációs technika együttes alkalmazása (6. pont). Huszonnyolc közleményünk jelent meg nemzetközi kémiai vagy biológiai folyóiratban. | The following ECD and VCD spectroscopic studies have been performed in this project: 1. Studies on chiral crown ethers containing a phosphorous atom and their complexes 2. Synthesis of membrane-translocating peptides and studies on the cell-penetrating properties of peptide-oligonucleotide conjugates 3. ECD spectroscopy of enkephalin-analogues of antitumor activity 4. Electronic circular dichroism (ECD, CD) spectroscopy 5. Vibrational circular dichroism (VCD) spectroscopy 6. Collaborations supported by vibrational spectroscopy 7. Study on the generation of chirality The most important result of research supported by OTKA project Nr T049792 is the broadscale application of VCD spectroscopy in Hungary and abroad (4. and 5. points). The instrument is unique in Hungary, its greatest advantage is that it can be applied for the determination of the absolute configuration or conformation (5. and 6. points). Systematic studies on chiral crown ethers (1. point). Joint application of VCD spectroscopy and matrix isolation technique (6. point). Supported by the OTKA project, we have published twenty eight papers in international chemical or biological journals

Metal-Binding Ability of Leu-Enkephalin, Related Glycoconjugates and Peptidomimetics

Both the chemistry and consequences of the nonenzymatic reaction between reducing sugars and reactive amino groups of amino acids, peptides and proteins (known as the Maillard reaction), have received considerable attention in food and health science fields. This initial reaction results in Amadori and similar products formation, followed by degradation to advanced glycation end products (AGEs). It is well established that AGEs are associated with color and odor of thermally processed or stored food, as well as with pathogen products in a number of diseases. The model systems of early stage Maillard reaction products (MRP) were prepared between endogenous opioid peptide leucine enkephalin (1) and D-glucose / D-glucuronic acid. The complexation ability of prepared MRP with metal ions (Ca2+, Zn2+, Al3+, Pb2+ and Cu2+) was investigated and compared to the complexation ability of parent peptide using ECD and FTIR spectroscopic measurements

Szerkezeti biológia = Structural biology

Kiroptikai spektroszkópia (ECD, VCD) - Az abszolút konfiguráció meghatározása - Gyűrűs és lineáris peptid modellek konformációjának meghatározása - Királis diródium komplexek ECD és VCD vizsgálata Fehérje NMR és modellezés - Peptidek számitástechnikai vizsgálata - Fehérjék NMR vizsgálata Fehérje röntgenkrisztallográfia - Egy prolil-oligopeptidáz (POP) komplexei kristályszerkezetének meghatározása - A kalmodulin (CaM) vizsgálata - A molekuláris felismerés szerkezeti vonatkozásai - A Pyrococcus horikoshii acilamino-peptidáz (AAP) kristályszerkezetének meghatározása Biokémiai vizsgálatok - A scallop-peptid vizsgálata három kristályközegben - A miozin-6 utolsó (tail) doménje szerkezetének predikciója - A coiled-coil és rendezetlen fehérje szegmensek kereszt-predikciójának analízise - Öt természetes és két szintetikus, töltéssel rendelkező ?-hélix lánc mikroszekundum időskálájú molekuladinamikai szimulációja vizes közegben - Az LC8 dynein centrális (hub) fehérje könnyű láncának (DYNLL) vizsgálata Immunológiai vizsgálatok - Az SHP-2 tirozin-foszfatáz vizsgálata. Különböző szerkezetű foszfopeptidek tanulmányozása - Egy biotinilezett kollagén epitóp peptid, az extravidin-peptid complex és extravidin szerkezetvizsgálata Közlemény: 36 | Chiroptical spectroscopy (ECD, VCD) - Determination of the absolute configuration - Determination of the conformation of cyclic and linear model peptides - Studies on the chiral dirhodium complexes by ECD and VCD Protein NMR and protein modeling - Computational work on peptides. - NMR studies in proteins Protein X-ray crystallography - The crystal structures of prolyl oligopeptidase (POP) in complexes were solved. - Studies on calmodulin (CaM). - Structural aspects of molecular recognition were characterized. - The crystal structure of Pyrococcus horikoshii acylaminoacyl peptidase was solved. Biochemical studies - The structure of a scallop peptide in three crystal environments was determined . - The structure of the tail domain of myosin-6 was predicted. - A thorough analysis of cross-predictions of coiled-coil and disordered protein segments was performed. - Microsecond classical molecular dynamics simulations of five naturally occurring and two synthetic charged single ?-helices were performed. - Studies on LC8 dynein light chain (DYNLL), a hub protein. Immunological studies - Studies on SHP-2 tyrosine phosphatase. A variety of phosphopeptides were tested. - Structural studies were performed on biotinylated collagen epitope peptide, an extravidin-peptide complex and extravidin. Papers: 3

Fémek szerepe a fehérjeszerkezetben és - működésben = The role of metals in protein structure and function

Fehérjekrisztallográfia, mágneses magrezonancia-spektroszkópia és molekulamodellezés segítségével vizsgáltuk az összefüggéseket néhány metalloprotein, valamint egy új típusú, rendezetlen fehérje szerkezete és működése között. Hatékony módszert fejlesztettünk ki a reakcióút kvantummechanikai számítására enzimekben. Tisztáztuk a DNS javításában fontos szerepet játszó dUTPáz által katalizált reakció legtöbb részletét. Meggyőző bizonyítékokat szolgáltattunk arra, hogy az enzimatikus foszfáthidrolízis során a dUTPázban nagy energiájú, trigonális bipiramisos elrendeződésű intermedier keletkezik. Kimutattuk, hogy a KAR-2 nevű molekula más, biszindol típusú ligandumoktól eltérő módon kötődik a kalmodulinhoz, ez magyarázza különleges fiziológiai hatását. Elvégeztük a hemoglobin hem-csoportjainak normál koordináták szerinti analízisét, amiből következtetéseket vontunk le a szerkezetre vonatkozóan. A deformációk azt mutatják, hogy a hem csoport szerkezete érzékeny a molekula távoli részében kötődő effektor jelenlétére, ami az allosztérikus szabályozás hatásmechanizmusának a tercier szerkezettel való kapcsolatát támasztja alá. A közelmúltban egy új agy-specifikus fehérjét izoláltunk, melynek átlagos rendezetlensége 46-47%, tehát szerkezet nélkülinek tekinthető. Részletes vizsgálatokat végeztünk e fehérje, illetve különböző fehérjékkel képezett komplexe szerkezetére vonatkozóan. | We investigated the relationship between the structure and activity of some metalloproteins and a new unfolded protein. We developed an efficient method for the quantum mechanical calculation of the reaction path in enzymes. Most details of the reaction catalysed by dUTPase, playing an important role in DNA repair, have been clarified. We provided convincing evidence that during enzymatic phosphate hydrolysis a high-energy, trigonal bipyramidal intermediate is formed. We have shown that the molecule KAR-2, in contrast to other bisindole-type ligands, has a different binding mode to calmodulin, which explains its special physiological effect. We performed the normal co-ordinate analysis of the hem groups of haemoglobin and derived conclusions on their structure. The deformations indicate that the structure of the hem group is sensitive to the presence of an effector bound in a distant region of the molecule. This finding supports the relation between the allosteric mechanism of action and the tertiary structure. Recently we isolated a new brain-specific protein, which is 46 to 47 per cent disordered, i.e. it can be considered as unfolded. We made detailed studies on the structure of this protein and its complex with others

Peptide Models - XXIV: An ab Initio Study on N-formyl-l-prolinamide With Trans Peptide Bond. The Existence or Non-existence of Alpha(l) And Epsilon(l) Conformations

N-formyl-L-prolinamide was subjected to geometry optimization at three levels of theory: HF/3-21G, HF/6-31G (d) and B3LYP/6-31G (d). At all three levels of computation the global minimum was gamma(L) (inverse gamma-Turn) backbone conformation with two ring-puckered forms "UP" and "DOWN". At HF/3-21G level of theory three backbone conformations were found gamma(L), epsilon(L), and alpha(L). At higher levels of theory the epsilon(L), and alpha(L) conformations disappeared. The ''UP'' and ''DOWN'' ring-puckered forms, in the gamma(L) backbone conformation, led to practically identical vibrational spectra at the B3LYP/6-31G (d) level of theory

Über Peptidsynthesen, LVII Synthesen von Cyclopeptiden aus Glycin und zwei Paaren von Prolin

Um die Konformation, das Komplexbildungsvermögen mit Natriumionen und die vor Phallotoxinen schützende Wirkung von Cyclopeptiden zu studieren, die – wie das natürliche Antitoxin Antamanid – 2 Paare von Prolinresten enthalten, wurden die vereinfachten, außer Prolin nur Glycin enthaltenden Cyclopeptide 2a–e mit 6–10 Aminosäureresten synthetisiert