E-Locus - Ιδρυματικό Καταθετήριο Πανεπιστημίου Κρήτης

Αρχική Συλλογές Τύπος Εργασίας Διδακτορικές διατριβές

Διδακτορικές διατριβές

Τρέχουσα Εγγραφή: 1994 από 2427

[Προσθήκη στο καλάθι]

Κωδικός Πόρου

000315345

Τίτλος

Σχεδιασμός, σύνθεση και φυσικοχημικός χαρακτηρισμός ενώσεων-μοντέλων κυτοχρώματος c οξειδάσης

Άλλος τίτλος

Design, synthesis and physicochemical characterization of model-compounds of cytochrome c oxidase

Συγγραφέας

Χαραλαμπίδης, Γεώργιος Ηρακλή.

Σύμβουλος διατριβής

Κουτσολέλος, Αθανάσιος

Περίληψη

Το ένζυμο της κυτοχρωμικής c οξειδάσης είναι ένα σημαντικό μεταλλοένζυμο της αναπνευστικής αλυσίδας σε πολλούς αερόβιους οργανισμούς. Καταλύει την αναγωγή τεσσάρων ηλεκτρονίων του οξυγόνου προς νερό χωρίς την απελευθέρωση βλαβερών ενδιαμέσων όπως το Η₂Ο₂. Το ενεργό κέντρο του ενζύμου αποτελείται από μια αίμη και ένα ιόν χαλκού το οποίο είναι δεσμευμένο σε τρεις ιστιδίνες. Μια από τις ιστιδίνες με τις οποίες είναι συναρμοσμένος ο χαλκός είναι ομοιοπολικά συνδεδεμένη με ένα κατάλοιπο τυροσίνης. Παρά τη σημαντική πρόοδο που έχει επιτευχθεί στον προσδιορισμό της δομής και της λειτουργίας του ενζύμου αρκετά σημεία της καταλυτικής του δράσης παραμένουν αδιευκρίνιστα. Η χημική μοντελοποίηση αποτελεί έναν εναλλακτικό τρόπο προσέγγισης για την πλήρη κατανόηση της καταλυτικής δράσης του ενζύμου. Η μέθοδος αυτή περιλαμβάνει τη σύνθεση ενώσεων-μοντέλων οι οποίες προσομοιάζουν μία ή και περισσότερες από τις βασικές ιδιότητες (δομικές ή λειτουργικές) του πρωτεϊνικού ενεργού κέντρου. Τα συνθετικά μοντέλα είναι ενώσεις μικρότερου μοριακού βάρους σε σχέση με φυσικό ένζυμο με αποτέλεσμα να είναι ευκολότερη η μελέτη τους. Στόχος της παρούσας διατριβής ήταν η σύνθεση καθώς και η μελέτη ορισμένων συνθετικών μοντέλων τα οποία προσομοιάζουν το ενεργό κέντρο της κυτοχρωμικής c οξειδάσης. Τα βιομιμητικά μοντέλα που συντέθηκαν αποτελούνται από έναν πορφυρινικό δακτύλιο ο οποίος αποτελεί τη θέση δέσμευσης του σιδήρου, καθώς και από έναν υποκαταστάτη που φέρει τουλάχιστον τρεις αζωτούχες ομάδες με τις οποίες αναμένεται να συναρμοστεί το ιόν του χαλκού. Επιπλέον σε κοντινή απόσταση από τη θέση δέσμευσης των δυο μεταλλικών ιόντων υπάρχει, είτε ένα μόριο τυροσίνης, είτε ένας φαινολικός δακτύλιος ο οποίος προσομοιάζει την τυροσίνη του φυσικού ενζύμου. Αρχικά, περιγράφονται οι συνθετικές πορείες που ακολουθήθηκαν για την παρασκευή των συνθετικών αναλόγων. Σε όλες τις περιπτώσεις αρχικά συντίθεται ο πορφυρινικός δακτύλιος ο οποίος αποτελεί τη θέση δέσμευσης του σιδήρου. Στη συνέχεια ενώνονται ομοιοπολικά με το δακτύλιο της πορφυρίνης ο υποκαταστάτης του χαλκού καθώς και η ένωση η οποία προσομοιάζει την τυροσίνη του φυσικού ενζύμου. Η σύνθεση των βιομιμητικών μοντέλων ολοκληρώνεται με την πραγματοποίηση των αντιδράσεων μετάλλωσης με το σίδηρο και το χαλκό. Μετά την ολοκλήρωση των αντιδράσεων παρασκευής των μοντέλων μελετήθηκε μέσω της φασματοσκοπίας NMR η διαμόρφωση που υιοθετούν τα μοντέλα στο διάλυμα. Συγκεκριμένα προσδιορίστηκε η σχετική θέση του υποκαταστάτη του χαλκού καθώς και του συνθετικού αναλόγου της τυροσίνης σε σχέση με τον πορφυρινικό δακτύλιο. Στις μελέτες αυτές πραγματοποιήθηκε σύγκριση των χημικών μετατοπίσεων των περιφερειακών υποκαταστατών πριν και μετά τη συναρμογή τους με το δακτύλιο της πορφυρίνης. Σε όλες περιπτώσεις οι ενώσεις που παρασκευάσθηκαν διαθέτουν την επιθυμητή διαμόρφωση καθώς τόσο ο υποκαταστάτης του χαλκού όσο και ο φαινολικός δακτύλιος βρίσκονται πάνω από το επίπεδο του πορφυρινικού δακτυλίου και σε κοντινή απόσταση από το κέντρο του. Τα βιομιμητικά μοντέλα εκτός από τις δομικές ομοιότητες που πρέπει να διαθέτουν είναι σημαντικό να προσομοιάζουν και την καταλυτική δράση του φυσικού ενζύμου. Για το λόγο αυτό σε όλα τα συνθετικά μοντέλα που συντέθηκαν, εξετάστηκε ηλεκτροχημικά η καταλυτική τους δράση ως προς την αναγωγή του οξυγόνου. Η τεχνική που χρησιμοποιήθηκε για τη μελέτη της καταλυτικής συμπεριφοράς των βιομιμητικών μοντέλων είναι η βολταμετρία περιστρεφόμενου δίσκου-δακτυλίου. Από τις μελέτες που πραγματοποιήθηκαν βρέθηκε ότι τα μοντέλα που μελετήθηκαν είναι μεικτοί καταλύτες καθώς ανάγουν το οξυγόνο με τη συμμετοχή ~3e^-. Επιπλέον στις περισσότερες περιπτώσεις η προσθήκη του χαλκού είχε ως αποτέλεσμα την αύξηση της καταλυτικής δράσης των μοντέλων. Αντίθετα η παρουσία του υδροξυλίου δεν επηρεάζει την καταλυτική συμπεριφορά των συγκεκριμένων ενώσεων. Σε όλες τις περιπτώσεις κατά τη λήψη διαδοχικών σαρώσεων παρατηρείται αποικοδόμηση των καταλυτών. Τέλος στα βιομιμητικά μοντέλα που συντέθηκαν προσδιορίστηκαν τα παράγωγα που σχηματίζονται κατά την αντίδρασή τους με το οξυγόνο και το μονοξείδιο του άνθρακα. Η αντίδραση της ανηγμένης μορφής αυτών των ενώσεων με το Ο₂ είχε σαν αποτέλεσμα το σχηματισμό ενός υπερόξο παραγώγου (Fe–O₂^-), το οποίο εμφανίζει αξιοσημείωτη θερμική σταθερότητα. Κατά την αντίδραση με το CO παρατηρείται δέσμευση του CO, μόνο στο ιόν του σιδήρου. Ωστόσο κατά τη φωτόλυση του μοντέλου το CO αποδεσμεύεται από το σίδηρο της πορφυρίνης και μεταφέρεται στο ιόν του χαλκού. Παρόμοια συμπεριφορά εμφανίζει και το φυσικό ένζυμο της κυτοχρωμικής c οξειδάσης.

Φυσική περιγραφή

ix 264 σ. : εικ. ; 30 εκ.

Γλώσσα

Ελληνικά

Θέμα

biomimetic models

cytochrome c oxidase

porhyrin complexes

Βιομιμητικά μοντέλα

κυτοχρωμικη c οξειδάση

πορφυρινικά σύμπλοκα

Ημερομηνία έκδοσης