Peptide und Membranen

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1 OC 9 Struktur, Eigenschaften und Reaktivität organischer Moleküle Peptide und Membranen Keimbildung, Elongation, Stabilität Armin Geyer Fachbereich Chemie Philipps-Universität Marburg SS

2 Keilförmige Amphiphile (eine Kette) bilden Mizellen (einschichtig), stabförmige Amphiphile (zwei Ketten) bilden Liposomen (doppelschichtig). Bizellen bilden sich in starken Magnetfeldern aus DHPC und DMPC. Sie sind die einzige Phase mit planaren Oberflächen.

3 Signalverbreiterung eines Pentapeptids in Gegenwart von Liposomen Left: lowfield region of the 1 H NMR spectra of (a) the mixture of Met-Enkephalin (5 mm) with the PS(50 mm)-luv (large unilamellar vesicle), and (b) Met-Enkephalin (2 mm) in bulk water, showing signals from the aromatic side chains in Tyr1 and Phe4 residues. The spectra were recorded on a 600 MHz spectrometer at 30.0 C. Gysin, B., and Schwyzer, R. (1983) Head group and structure specific inter-actions of enkephalins and dynorphin with liposomes: investigation by hydrophobic photolabeling, Arch. Biochem. Biophys. 225, Es ist unwahrscheinlich, dass Neuropeptid Y (NPY) direkt auf einen membranständigen Rezeptor trifft und diesen bindet. Das 36er-Peptid bindet an die Zellmembran und diffundiert zum Rezeptor. Bisher ungeklärt ist, ob dabei noch das Membranpotential der Zelle hilft.

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5 c) WATERGAE ist kein Prüfungsstoff für OC-9 g1 und g2 sind Feldgradienten, welche alle Signale mit Ausnahme der spektralen Mitte (Wassersignal) refokussieren. Alle anderen Methoden benötigen (umständliche) Markierungsmethoden, welche meist auch die Eigenschaften von NPY verändern. Gezeigt: Pyrrolidin-oxyl-Radikal als Spinlabel

6 Strukturaufklärung organischer Moleküle in Lösung Aus NOEs (Nuclear Overhauser Enhancement) können aufgrund der r -6 - Abhängigkeit direkt geometrische Daten (r = Abstand zwischen zwei Protonen) gewonnen werden. Ein paar grundlegende Dinge müssen beachtet werden, wen man Kreuzsignale im 2D-NOESY-Spektrum als Interprotonenabstände auswerten will. Schnelle Konformerengleichgewichte täuschen virtuelle Konformationen vor. Spindiffusion: Nur kurze Mischzeiten im NOE-Experiment können direkt in Interprotonen-abstände umgerechnet werden. Kein Kreuzsignal sichtbar, wenn die Korrelationszeit des Moleküls dem Kehrwert der Spektrometerfrequenz entspricht. Je größer der Abstand zwischen zwei Protonen, umso größer ist der Bestimmungsfehler. Quantification of NOE distances 1. Step Measure NOESY with a short mixing time Two-spin approximation 2. Step Determine the cross signal intensities 3. Step Assign calibration signal (fixed proton pair) 4. Step Calculate unknown distances isotropic tumbling approximation

7 One NOE - one distance approximation cross signal intensity in the 2D-NOESY spectrum between the chemical shifts of H i and H j mixing time m Two-spin approximation valid for: m 0 cross relaxation rate between H i and other protons H k, H l etc... cross relaxation rate between H i and H j depends on: (distance H i - H j ) -6 tumbling rate etc... NOE quantification Short mixing times: one cross signal correlates with one proton pair. For long mixing times each cross signal depends on the whole set of protons. The mixing time in the NOESY spectrum is a parameter which is set by the spectroscopist. < 0.5 s for small molecules ~ 0.5 kd < 0.1 s for intermediate sizes < 5 kd Qualitative NOEs for large moelcules

8 Nur kurze Mischzeiten korrelieren mit Abständen 10 ms 50 ms 250 ms red: chemical exchange blue: NOE cross peaks 1000 ms 2000 ms The molecule acts like a heat bath: long mixing times result in similar cross peaks intensities. One NOE - one distance approximation The NOE between H i and H j depends on ij, the cross relaxation rate of the two protons. r ij : distance between H i and H j c : correlation time = (time tumbling rate) -1 dedends on : size of the molecule, its shape, solvent viscosity, temperature etc... Eliminate the tumbling rate by forming the ratio (ref = reference)

9 Brown sche Molekularbewegung und NOE c = Rotationskorrelationszeit 0 = Spektrometerfrequenz ij = Winkel zwischen H i -H j und B 0 Nulldurchgang Schnitte durch NOESY Spektren Alle Kreuzsignale skalieren sich um den gleichen Faktor