Foldamer-peptide conjugates as hydrogenase mimics

• Applicant: Professor Dr. Nils Metzler-Nolte
• Subject Area: Biological and Biomimetic Chemistry ; Inorganic Molecular Chemistry - Synthesis and Characterisation ; Organic Molecular Chemistry - Synthesis and Characterisation
• Term: from 2014 to 2019
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 259117146

• Final Report Year: 2019

Final Report Abstract

Hydrogenasen sind Wasserstoff-erzeugende Enzyme. Mit Blick auf die Energiewende haben Hydrogenasen ein erhebliches wirtschaftliches und gesellschaftliches Potential als Komponenten alternativer Systeme zur Energiespeicherung. Jedoch sind diese Enzyme noch nicht im Detail verstanden, und es besteht ein großes Interesse daran synthetische Analoga zu entwickeln, die zum einen ein direkteres Verständnis des Mechanismus der Wasserstofferzeugung auf molekularer Ebene leisten könnten, andererseits auch als synthetische Systeme leichter handzuhaben und zu optimieren sind als die natürlich vorkommenden Enzyme. In diesem Projekt sollten synthetische Analoga zu natürlich vorkommenden Hydrogenasen dargestellt, auf Elektroden immobilisiert und auf ihre elektrochemischen Eigenschaften hin untersucht werden. Das Projekt war als gemeinsames Forschungsprojekt der Gruppe um Prof. Ivan Huc und Dr. Yann Ferrand (IECB Bordeaux, Frankreich) und unserer Gruppe in Bochum konzipiert. Es gelang uns, in dieser Zusammenarbeit die Eigenschaften von synthetischen Hydrogenase-Analoga erfolgreich zu untersuchen. In zyklischen Oligoamiden, sog. Foldameren, konnten wir die Dynamik eines selbstorganisierenden Systems im Detail aufklären. Dieses System ist außerdem prinzipiell dazu geeignet, aktive Metallzentren, wie sie auch in den natürlich vorkommenden Hydrogenasen beobachtet werden zu binden. Zweitens konnten wir solch ein aktives Zentrum, bestehend aus zwei Eisenatomen mit den dazugehörigen Liganden im Detail nachbilden und seine Eigenschaften bis in molekulare Details durch Einkristall-Röntgenstrukturuntersuchungen aufklären. Eine Immobilisierung solcher Moleküle auf Elektroden ist für die industrielle Anwendung von Hydrogenase-Analoga ein wichtiger Zwischenschritt. Es gelang uns, hierzu geeignete Protokolle für die von uns entwickelten, oben beschriebenen Foldamere zu optimieren. https://news.rub.de/presseinformationen/wissenschaft/2016-04-25-chemiker-origami-kuenstliche-molekuele-gezielt-schraubenfoermige-strukturen-falten

Publications

• “A Structural View of Synthetic Cofactor Integration into [FeFe]-Hydrogenases“ Chem. Sci. 7 (2016) 959-986
  J. Esselborn, N. Muraki, K. Klein, V. Engelbrecht, N. Metzler-Nolte, U. Apfel, E. Hofmann, G. Kurisu, T. Happe
  
• “Selective Dynamic Assembly of Disulfide Macrocyclic Helical Foldamers with Remote Communication of Handedness“ Angew. Chem. Int. Ed. 55 (2016) 6848-6852
  C. Tsiamantas, X. de Hatten, C. Douat, B. Kauffmann, V. Maurizot, H. Ihara, M. Takafuji, N. Metzler-Nolte, I. Huc