Komplexbildungseigenschaften von Maillard-Reaktionsprodukten
Final Report Abstract
Das Forschungsprojekt war darauf gerichtet, den wissenschaftlichen Erkenntnisstand zu den Wechselwirkungsmöglichkeiten von ausgewählten Maillardprodukten und strukturverwandten Verbindungen mit biorelevanten Metallionen zu erweitern, in dem relevante Stabilitätskonstanten ermittelt und mit Hilfe von Strukturbetrachtungen interpretiert wurden. Dabei konnten die Komplexbildungseigenschaften der Maillard-Reaktionsprodukte Ne-Carboxymethyllysin, Isomaltol und Maltosin, sowie deren Strukturanaloga Maltol, Deferipron, Mimosin und Pyridosin gegenüber den physiologisch relevanten Metallionen Cu(ll), Zn(ll), Fe(lll), Al(lll) und Mn(ll) charakterisiert werden. Voraussetzung dafür war die Optimierung der Synthesen von Ne-Carboxymethyllysin und Isomaltol sowie die Entwicklung von neuartigen effektiven Synthesewegen für Maltosin und Pyridosin. Die Stabilitätskonstanten wurden durch potentiometrische und UV/Visspektroskopische Messungen in Wasser bei 25°C und einer lonenstärke KKNOs) = 0,15 M bestimmt. Ausgeprägte Stabilitäten mit den untersuchten Systemen sind insbesondere für Cu(ll) und Fe(lll) charakteristisch, wobei die Stabilitätskonstanten für Fe(HI) und Maltosin um mehrere Größenordnungen über denen des Pharmakons Deferipron liegen. Zur Klärung von strukturellen Besonderheiten der unterschiedlichen Komplexspezies erfolgten Modellrechnungen auf DFT-Niveau. Für Isomaltol und dessen Cu(ll)-Komplex konnte die Festkörperstruktur erstmalig durch Röntgenkristallstrukturanalyse aufgeklärt werden. Durch den Einbau von Maltosin in Rinderserumalbumin konnte die Eisenbindekapazität des Blutproteins signifikant erhöht werden, was andeutet, dass sich die nach Aufnahme alimentärer Maillard-Produkte oder auch die Bildung entsprechender Derivate in vivo auf den Metallhaushalt biologischer Systeme auswirken kann. Der eindeutige und erstmalige Nachweis der Tatsache, dass nichtenzymatisch gebildete Aminosäurederivate der Maillard-Reaktion aufgrund ihrer Metallbindung die Aktivität von Metalloenzymen beeinflussen können gelang durch Inhibitionsstudien mit Angiotensin Converting Enzyme (ACE). Hier konnte als „proofof-principle" dokumentiert werden, dass am N-Terminus carboxymethylierte bzw. carboxyethylierte Peptide signifikant stärkere Inhibitoren des Enzyme darstellen als die entsprechenden Ausgangspeptide. Diese Ergebnisse stellen nun eine gute Grundlage für weitere Untersuchungen zur Aufklärung von Struktur- Wirkungsmechanismen dar.
