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

CD and FTIR Spectroscopic Studies of Carbohydrate-modified Opioid Peptides

The variety of vital functions played by glycoproteins in many physiological and pathological processes inspired the design of glycopeptides and the study of the effect of glycosylation on conformation. This work reports comparative circular dichroism (CD) and Fourier transform infrared (FTIR) spectroscopic studies on linear and cyclic Amadori and imidazolidinone-type glycopeptides 3–8 in comparison with spectroscopic data of the non-modified flexible parent peptides, Leu-enkephalin (H-Tyr-Gly-Gly-Phe-Leu-OH, 1) and its amide (H-Tyr-Gly-Gly-Phe- -Leu-NH2, 2). The CD and FTIR measurements were performed in different solvents in order to expose the structural and conformational differences caused by a keto-sugar, a rigid 5-membered imidazolidinone ring and/or cyclization. The combined application of CD and FTIR spectroscopy allowed to evaluate the relative amount of the extended and folded conformers of Amadori as well as imidazolidinone compounds and proved to be an effective tool for characterization of their structural features leading to a deeper understanding of their conformational behaviour

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

Turn szerkezeti elemeket tartalmazó modell vegyületek szintézise és spektroszkópiai jellemzése (cirkuláris dikroizmus - CD, vibrációs spektroszkópia - FTIR, mágneses rezonancia - NMR) = Synthesis and spectroscopic studies on turn structured models

A kanyarszerkezetek spektroszkópiai vizsgálatára választott ciklopeptid modellekben egy α-aminosavat kicseréltünk a megfelelő β-aminosavra és az így bekövetkezett konformációváltozást mértük. N-védett α-aminosavból Arndt-Eistert lánchosszabbítással enantiomer-tisztán előállítható a N-védett β3-aminosav (β-homo-aminosav). β-homo-aminosav tartalmú ciklotetra-, ciklopenta- és ciklohexapeptidek sorozatát állítottuk elő szilárd fázisú szintézissel, a ciklizációt oldatfázisban végezve. A vegyületeket HPLC-vel tisztítottuk és FAB-, illetve ESI-MS mérések alapján azonosítottuk.A modelleket és ezek kation-kötő képességét különböző oldószerekben vizsgáltuk CD- és FTIR-spektroszkópiával; néhány vegyületet NMR-spektroszkópiai adatokkal is jellemeztünk. A CD/FTIR spektroszkópiai analízis eredményei a következők: - a kis gyűrűméretű, erősen feszült ciklotetrapeptideknél a β-aminosavegységek jelenléte a szomszédos α-aminosavegységek körül γ-kanyart (C7) indukált - a ciklopentapeptidekél a β-homo-aminosavegység hajlékonyabb peptidgerincet biztosít és pszeudo-β-, vagy pszeudo-γ-kanyarok jönnek létre a β-aminosavegység körül. - CD/FTIR adataink segítségével a γ- és pszeudo-γ-kanyarszerkezet különböző oldószerekben jól jellemezhető. Több oligopeptid térszerkezetvizsgálatánál használtuk eredményesen a CD/FTIR komplex spektroszkópiai módszert.| Cyclic peptides in which one α-amino acid is replaced by its β-amino acid analogy are also suitable for the conformational investigation of turn structures induced by β-amino acids in cyclic peptides. Enantiomerically pure β3-amino acids (β-homo-amino acids) were prepared from N-protected α-amino acids by Arndt-Eistert homologation reaction. A series of cyclic tetra-, penta- and hexapeptides containing β3-amino acid residue was synthesized on solid phase, cyclized in solution phase, purified by HPLC and characterised with FAB- and ESI-MS. The models and their cation-binding ability were investigated systematically by FTIR and CD spectroscopy in different solvents; some of them were studied by NMR spectroscopy, too. The combined CD/FTIR studies clearly show the followings: - the cyclic tetrapeptides are small and rather rigid molecules where the β-homo-amino acid residue induces a γ-turn (C7) which is centered on the neighbouring α-amino acid(s). - cyclic pentapeptides with β-homo-amino acid give rise to a more flexible peptide backbone and measured pseudo-β-turn or pseudo-γ-turns, which centered on the β-homo-amino acid.- the γ- and pseudo-γ-turn are well characterized in different solvents using CD- and FTIR spectroscopy. We investigated also the secondary structure of biologically active oligopeptides by combined CD/FTIR method

Az ultrafinom légköri aeroszol = Ultrafine atmospheric aerosol

Nemzetközileg új, tudományos eredményeket értünk el 1) a légköri nukleáció területén, amely magába foglalja a jelenség azonosítását, mechanikai jellemzését, gyakoriságának meghatározását, évszakos változékonyságának magyarázatát, mechanizmusának vizsgálatát, térbeli kiterjedésének becslését, a különböző városi környezetekben tapasztalt eltérések felderítését, a városlakók expozíciójának modellezését, valamint mindezek környezeti és egészségügyi jelentőségének bizonyítását, 2) a légköri humuszszerű anyag témakörben, különösen az oldatcsepp kolloidkémiai, nedvesedési tulajdonságainak és felületi feszültségének relaxációja területén, valamint mindezek levegőkémiai és éghajlati következményeit tekintve, illetve első alkalommal alkalmaztunk kiroptikai módszereket aeroszol kutatásban, 3) különleges városi mikrokörnyezetek jellemzésében, valamint a budapesti városi aeroszol kémiai összetétele és fizikai tulajdonságai hosszú távú megváltozásának egészségi és környezeti következményei tekintetében. Az elért eredményeket 5 könyvfejezetben, 23 SCI cikkben közöltük (a szakma 5,31 impaktfaktorú, csúcsfolyóiratában 5 cikkünk jelent meg), összesített impaktfaktor 68,19, a projekt vezetője és a társintézmény vezető kutatója megszerezték az MTA doktora címet a futamidő alatt, a projekt vezetője a hónap OTKA kutatója lett, az OTKA – Élet és Tudomány cikkpályázat országos második helyezettje lett egyik dolgozatunk. A kutatási projekt - a terveket meghaladó mértékben - eredményesen zárul. | Internationally new research results were achieved in the following fields: 1) atmospheric nucleation including the identification, characterization of new particle formation events and particle growth, nucleation frequency, their seasonal variation, investigation of the possible mechanisms, horizontal spatial scales, observed differences in various urban environments, exposure of inhabitants to particles, together with environmental and health implications, 2) atmospheric humic-like substances, in particular with regard to their colloidal and hygroscopic properties, and to relaxation of the surface tension of their solution droplets, together with some climate implications, and also the first application of chiroptical methods in organic aerosol research, 3) characterization of specific urban microenvironments, and revealing the health and environmental effects of long-term changes in chemical composition and physical properties of urban aerosol in Budapest. The results were published in 5 book chapters, 23 SCI articles (note: 5 articles appeared in the most prestigious journal of the field with an impact factor of 5.31), the principal investigator and the lead researcher at the cooperating institute both received their DSc degree of the Hungarian Academy of Sciences in the duration of the project, the principal investigator became the researcher of the month with OTKA, etc. The project is closed with outstanding research success

Identification of motives mediating alternative functions of the neomorphic moonlighting TPPP/p25

The disordered Tubulin Polymerization Promoting Protein (TPPP/p25), a prototype of neomorphic moonlighting proteins, displays physiological and pathological functions by interacting with distinct partners. Here the role of the disordered N- and C-termini straddling a middle flexible segment in the distinct functions of TPPP/p25 was established, and the binding motives responsible for its heteroassociations with tubulin and α-synuclein, its physiological and pathological interacting partner, respectively, were identified. We showed that the truncation of the disordered termini altered the folding state of the middle segment and has functional consequences concerning its physiological function. Double truncation diminished its binding to tubulin/microtubules, consequently the tubulin polymerization/microtubule bundling activities of TPPP/p25 were lost highlighting the role of the disordered termini in its physiological function. In contrast, interaction of TPPP/p25 with α-synuclein was not affected by the truncations and its α-synuclein aggregation promoting activity was preserved, showing that the α-synuclein binding motif is localized within the middle segment. The distinct tubulin and α-synuclein binding motives of TPPP/p25 were also demonstrated at the cellular level: the double truncated TPPP/p25 did not align along the microtubules in contrast to the full length form, while it induced α-synuclein aggregation. The localization of the binding motives on TPPP/p25 were established by specific ELISA experiments performed with designed and synthesized peptides: motives at the 178-187 and 147-156 segments are involved in the binding of tubulin and α-synuclein, respectively. The dissimilarity of these binding motives responsible for the neomorphic moonlighting feature of TPPP/p25 has significant innovative impact in anti-Parkinson drug research

Membrane-grafted asymmetric organocatalyst for an integrated synthesis-separation platform

In this work we introduce a sustainable membrane-based synthesis–separation platform for enantioselective organocatalysis. An azido derivatized cinchona-squaramide bifunctional catalyst was synthesized and subsequently grafted to the surface of a polybenzimidazole-based nanofiltration membrane. The favorable effect of the covalent graftingdue to the change in geometry and increased secondary interactionson the catalytic activity due to conformational changes was confirmed by quantum chemical calculations. Asymmetric <i>Michael</i> and aza-<i>Michael</i> reactions of 1,3-dicarbonyl and indole, pyrazole, and triazole derivatives to β-nitrostyrene were performed with as high as 99% enantiomeric excess. This report on the enantioselective aza-<i>Michael</i> reaction of pyrazoles and triazoles opens new frontiers in the application of squaramide-based cinchona catalysts. A catalytic membrane cascade reactor was developed for an integrated synthesis–purification process allowing at least 98% product and substrate recovery, and quantitative in situ solvent recycling. The sustainability of the synthetic methodology was assessed through E-factor and carbon footprint

ON THE ADVANTAGES OF MATRIX-ISOLATION VIBRATIONAL CIRCULAR DICHROISM SPECTROSCOPY

Author Institution: Institute of Chemistry,; Eotvos University,; H-1518 Budapest 112, P.O. Box 32, HungaryIt is shown on the examples of R-2-amino-1-propanol }, in press 2006.} and N-acetyl-L-alanyl-N-methylamide } that matrix isolation vibrational circular dichroism spectroscopy is a useful method for simultaneous determination of the conformational distribution and absolute configuration of molecules with multiple conformers capable of strong intermolecular interactions, especially hydrogen-bonds. The technique could also be utilized for the characterization of reactive chiral species or weakly bound complexes of chiral molecules