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Bioanorganische Modelle für zweikernige Nucleasen : Synthese, Struktur und katalytische Aktivität

Bioanorganic Mimics for Dinuclear Nucleases : Synthesis, Structure and Katalytic Activity

Kühn, Ulrike

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SWD-Schlagwörter:		Umesterung , Phosphorsäureester , Zweikernige Komplexe , Makrocyclische Verbindungen , Funktionelle Polymere
Freie Schlagwörter (Deutsch):		geprägte Polymere , Dimethylphosphat
Freie Schlagwörter (Englisch):		imprinted polymers , dimethyl phosphate
Institut:		Anorganisch-Chemisches Institut
Fakultät:		Fakultät für Chemie und Geowissenschaften
DDC-Sachgruppe:		Chemie
Dokumentart:		Dissertation
Hauptberichter:		Kraemer, Roland (Prof.)
Sprache:		Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung:		25.07.2003
Erstellungsjahr:		2003
Publikationsdatum:		05.09.2003
Kurzfassung in Deutsch:		Der Komplex L2Cu2 ist ein erstes funktionelles Modellsystem für die DNA-Polymerase I und weitere Phosphoryltransferenzyme, die nach analogem Mechanismus arbeiten. Die Komplexe der makrocyclischen Liganden L1 und L2 wurden wegen der bereits bekannten Metall-Metallabstände und der hohen Affinität gegenüber verbrückenden Substraten gewählt. Neben der kristallographischen Charakterisierung der Komplexe L1M2 und L2M2 wurde ihre katalytische Aktivität bei der Umesterung von Phosphodiestern untersucht. Der Kupfer(II)-Komplex von L2 ist der katalytisch aktivste LM2-Komplex und beschleunigt spezifisch die Umsetzung kleiner nichtaktivierter Dialkylphosphate. L2Cu2 estert als erstes veröffentlichtes Beispiel den nichtaktivierten Phosphatester Dimethylphosphat in Deuteromethanol mit k(cat) = 9*10^-6/s um (Hydrolyse: K = 10^-18/s). Die Ergebnisse unterstützen einen Reaktionsmechanismus, der für die Hydrolyse der Phosphodiesterbindung in DNA durch die 3',5'-Exonucleaseeinheit der DNA-Polymerase I vorgeschlagen wird. Die Röntgenstruktur [L2Cu3(m-OH)(m-CH3O)2(CH3CN)2]3+ kann als erstes Analogon des Übergangszustandes der Phosphatumesterung dienen. Der Ligand L3 wurde als Monomerbaustein für geprägte Polymere synthetisiert. Bei der Polymerisation wird durch ein Templatmolekül eine spezifische Reaktionstasche vorgebildet, in der nach Entfernen des Templats eine Reaktion beschleunigt ablaufen kann. Da Phosphate strukturell dem Übergangszustand der Esterhydrolyse ähneln, können mit ihnen geprägte Polymere für diese Reaktion als Katalysatoren dienen. L3, die Metallkomplexe L32Cu und L3Cu sowie der doppelt substratverbrückte Komplex L32Cu2(m-P(O)2(CH3)2)2 wurden als Einkristall erhalten. Nach der Polymerisation der L3Cu-Komplexe mit einem Copolymer konnte Cu2+ reversibel entfernt werden, d.h. die Reaktionstaschen sind sterisch zugänglich. Vorläufige Untersuchungen zeigten auch eine katalytische Aktivität der geprägten Polymere bei der Hydrolyse von Carbonsäureestern.
Kurzfassung in Englisch:		Complex L2Cu2 is a first functional model for DNA polymerase I and other phosphoryl transfer enzymes working by a similar mechanism. The complexes of macrocyclic ligands L1 und L2 were chosen for their known metal metal distances and a high affinity for bridging substrates. Complexes L1M2 and L2M2 were crystallographically characterized. Their catalytic activity in the transesterification of phospho diester was monitored. The most active complex LM2 is L2Cu(II)2. It specifically increases the transesterification rate of small nonactivated dialkyl phosphodiesters. L2Cu2 is the first known catalyst for the transesterification of dimethyl phosphate in deuterated methanol (k(cat) = 9*10^-6/s (hydrolysis: k = 10^-18/s)). Our observations support a mechanism proposed for hydrolysis of phosphodiester backbone of DNA by the 3',5'-exonuclease fragment of DNA polymerase I. Crystal structure [L2Cu3(m-OH)(m-CH3O)2(CH3CN)2]3+ is a first transition state analog of the transesterification of phosphates. Ligand L3 was synthesized as a functional monomer for imprinted polymers. During the polymerization a template molecule generates a spezific binding site. After removal of the template this site can accelerate a reaction. Phosphates, which are structural transition state analogs of the hydrolysis of dialkyl esters, are templates for imprinted polymers which may be used as catalysts for this reaction. L3, the complexes L32Cu and L3Cu as well as a complex with two bridging substrates L32Cu2(m-P(O)2(CH3)2)2 were crystallographically characterized. Complexes of L3Cu were copolymerized. Cu2+ can be removed from the polymer, which indicates accessibility of the cavities. Preliminary experiments show catalytic activity of the imprinted polymers in ester hydrolysis.