Foldamer-Peptid Konjugate als Hydrogenase-Mimetika

• Antragsteller: Professor Dr. Nils Metzler-Nolte
• Fachliche Zuordnung: Biologische und Biomimetische Chemie ; Anorganische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung ; Organische Molekülchemie - Synthese, Charakterisierung
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 259117146

Aktuelle Studien zur [FeFe]-Hydrogenase, einem Diwasserstoff-produzierenden Enzym, weisen auf die besondere Bedeutung spezifischer Aminosäuren in der zweiten Koordinationssphäre für effiziente H2-Erzeugung hin. Wegen der offensichtlichen Bedeutung dieses Enzyms sind zahlreiche synthetische Modellsysteme vorgeschlagen worden, von denen jedoch keines an die hohe Aktivität des Enzyms heranreicht.Durch die Einbettung eines synthetischen Modellkomplexes in eine Umgebung, die die zweite Koordinationssphäre nachbildet wollen wir biomimetische Modellsysteme darstellen, deren Effizienz der des natürlichen Enzyms näher kommt. In früheren Arbeiten hierzu verwendete synthetische Gerüste waren entweder zu flexibel, oder boten nur eine limitierte Auswahl an funktionalen Gruppen. Wir wollen zeigen, daß mit kurzen Peptiden funktionalisierte aromatische Oligoamid-Foldamere eine Lösung sein können mit denen sowohl eine wohldefinierte, rigide Umgebung als auch hohe synthetische Variabilität erreicht werden können. Mit diesen Systemen können gezielt funktionelle Gruppen platziert und sogar eine enzym-identische Umgebung erreicht werden. In dem beantragten Projekt sollen ein helicaler Kegel aus aromatischen Oligoamiden mit einer besonders stabilen Sekundärstruktur um einen kovalent gebundenen biomimetischen Dieisen-Komplex herum synthetisiert werden. An den Innenseiten des Kegels befinden sich funktionelle Gruppen, die die Umgebung des aktiven Zentrums der Hydrogenase nachbilden. Zusätzlich wird mittels Click-Chemie ein kleines Oligopeptid terminal angebracht werden, welches als leicht diversifizierbare Gruppe zusätzliche enzym-identische funktionelle Gruppen in die Nähe des aktiven Zentrums bringt. Die katalytische Aktivität der neuen Hybridsysteme soll mittels elektrochemischer Diwasserstoff-Erzeugung untersucht werden. Zusätzlich werden wir die durchweg hohe Kristallinität der aromatischen Oligoamide zu Einkristall-Röntgenstrukturanalysen nutzen. Aus diesen Ergebnisse, zusammen mit spektroskopischen Studien, soll in diesem Projekt ein iterativer Prozeß mit dem Ziel etabliert werden, kontinuierlich das Verständnis und damit schließlich die katalytische Funktion des Systems zu verbesseren.Wir möchten mit diesem Projekt zeigen, daß die Kombination von Foldameren und Peptiden ein neues, bio-inspiriertes Konzept darstellt, welches das Design von Metalloenzyme-Mimetika insgesamt revolutionieren könnte. Mit diesem Projekt wollen wir eine Perspektive öffnen: Die de novo Synthese künstlicher Objekte, die an Biopolymere in Bezug auf Größe, Komplexizität und Effizienz erinnern, jedoch in ihrer Strukturvielfalt über das mit Biomolekülen erreichbare Maß deutlich hinausgehen. In diesem Projekt wollen wir diese Designprinzipien exemplarisch zur Optimierung der zweiten Koordinationssphäre in Hydrogenase-Enzymmimetika einsetzen, und damit gleichzeitig das Design neuer Foldamere und artifizieller Katalysatoren insgesamt inspirieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Frankreich
• Beteiligte Person: Dr. Yann Ferrand