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Entwicklung und Charakterisierung neuartiger Markierungen für Biomoleküle mit Anwendungen in NMR-Hyperpolarisationstechniken

Herr, Kevin Sebastian (2021):
Entwicklung und Charakterisierung neuartiger Markierungen für Biomoleküle mit Anwendungen in NMR-Hyperpolarisationstechniken. (Publisher's Version)
Darmstadt, Technische Universität Darmstadt,
DOI: 10.26083/tuprints-00019701,
[Ph.D. Thesis]

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Item Type: Ph.D. Thesis
Status: Publisher's Version
Title: Entwicklung und Charakterisierung neuartiger Markierungen für Biomoleküle mit Anwendungen in NMR-Hyperpolarisationstechniken
Language: German
Abstract:

Diese Arbeit befasst sich mit der Herstellung und Einführung von Radikal-, Allyl- und Benzophenon-Markierungen in Peptidstrukturen für Anwendungen in Festkörper-DNP-, PHIP- und CIDNP-NMR sowie ESR. Es wird eine Markierungsstrategie für Fmoc-Aminosäuren an ihren Seitenketten vorgestellt und für die Markierungen PROXYL, TOTAPOL und Benzophenon realisiert. Hierfür werden die Hydroxyl-Seitenketten der Fmoc-Aminosäuren Hydroxyprolin (Hyp), Serin (Ser) und Tyrosin (Tyr) für das Monoradikal 3-Carboxy-PROXYL und die Carboxy-Seitenkette der Glutaminsäure (Glu) für das Boc geschützte Biradikal TOTAPOL und 3-Amino-Benzophenon zugänglich gemacht, um Fmoc-Aminosäuren mit Markierungen in der Festphasen-Peptidsynthese verwenden zu können. Der hergestellte Fmoc-Hydroxyprolin-basierende Monoradikal-Aminosäurebaustein wird in eine Modell-Peptidsequenz eingebaut, um ebenso Radikalmarkierungen an verschiedenen Positionen zu erreichen wie auch Peptid-basierende Biradikale herzustellen. So soll die Markierungsstrategie mittels markierter Fmoc-Aminosäuren validiert und neuartige Polarisationsagenzien für DNP-NMR-Anwendungen generiert werden. Zusätzlich wird der Einbau der Benzophenon markierten Fmoc-Aminosäure in eine Tetra-Peptid-Sequenz erreicht, um die Vielseitigkeit der Funktionalisierungsstrategie von Fmoc-Aminosäuren zu bestätigen und zukünftige CIDNP-NMR-Experimente zu unterstützen. Des Weiteren werden zwei neue ortsselektive Markierungen auf Bissulfon-Basis synthetisiert und deren Eignung für die Einführung in die Disulfidbrücke des bioaktiven Moleküls Eptifibatid nachgewiesen. Sowohl der Amino-TEMPO- als auch der Allyl-modifizierte Interkalator werden als Zweikomponentengemisch aus dem Bissulfon und dessen Eliminierungsprodukt erhalten. Als Beispiel für die Durchführbarkeit des Interkalationsverfahrens werden die Markierungen in die Disulfidbrücke von Eptifibatid eingebaut. Dabei wird die Erhaltung der Aktivität der Radikal-Markierung nach dem Einbau in die Disulfidbindung des Eptifibatids mittels ESR-Spektroskopie untersucht und DNP-NMR-Messungen für Verstärkungsfaktor-Bestimmung durchgeführt. Zuletzt wird der Einbau der Allylmarkierung in die Disulfidbindung des Eptifibatids als Modelsystem betrachtet, um diese Markierungsstrategie ebenso für PHIP-Experimente verwenden zu können.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage

This work addresses the preparation of radical, allyl, and benzophenone labels and their introduction into peptide structures for applications in solid-state DNP-, PHIP- and CIDNP-NMR as well as ESR. A labeling strategy for Fmoc amino acids at their side chains is presented and realized for PROXYL, TOTAPOL and Benzophenone labels. For this purpose, the hydroxyl side chains of Fmoc amino acids hydroxyproline (Hyp), serine (Ser) and tyrosine (Tyr) are labeled with the mono-radical 3-carboxy-PROXYL. Additionally the carboxy side chain of glutamic acid (Glu) is labeled with the Boc protected biradical TOTAPOL and 3-amino-benzophenone. These labeled Fmoc amino acids can take place in solid-phase peptide synthesis. The prepared Fmoc-hydroxyproline based monoradical amino acid building block is incorporated into a model peptide sequence to achieve radical labeling at different positions as well as to prepare peptide-based biradicals. Thus, the labeling strategy will be validated using labeled Fmoc amino acids and novel polarization agents are generated for DNP-NMR applications. In addition, the incorporation of the benzophenone-labeled Fmoc amino acid into a tetra-peptide sequence is achieved to confirm the versatility of the functionalization strategy of Fmoc amino acids and support future CIDNP-NMR experiments. Furthermore, two new bissulfone-based site-selective labels are synthesized and their suitability for introduction into the disulfide bridge of the bioactive molecule eptifibatide is demonstrated. The amino-TEMPO as well as the allyl modified intercalator are obtained as a two-component mixture of the bissulfone and its elimination product. As an example of the feasibility of the intercalation procedure are incorporated into the disulfide bridge of eptifibatide. Here, the conservation of activity of the radical label after incorporation into the disulfide bond of eptifibatide is investigated by ESR spectroscopy and DNP-NMR measurements are performed. Finally, the incorporation of the allyl label into the disulfide bond of the eptifibatide is considered as a model system in order to be able to use this labeling strategy for PHIP-experiments.

English
Place of Publication: Darmstadt
Collation: X, 199 Seiten
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 540 Chemie
Divisions: 07 Department of Chemistry > Physical Chemistry
TU-Projects: DFG|BU911/22-2|Simulationen und Neu
Date Deposited: 07 Oct 2021 09:28
Last Modified: 07 Oct 2021 09:28
DOI: 10.26083/tuprints-00019701
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-197015
Referees: Buntkowsky, Prof. Dr. Gerd ; Kolmar, Prof. Dr. Harald
Refereed: 30 September 2021
URI: https://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/19701
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