Θερμοδυναμικές μελέτες αμιδίων και πεπτιδίων ως μοντέλων βιολογικών μορίων με τη συνδυαστική χρήση πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού και δονητικής φασματοσκοπίας
Authors: Μπαρμπαρόσου Κλημεντίνη 
Published: August 2021

Σκοπός της εργασίας είναι η σε βάθος μελέτη του cis-trans ισομερισμού πρότυπων ενώσεων αμιδίων και η δυνατότητα εξαγωγής συμπερασμάτων που αφορούν πεπτίδια και πρωτεΐνες. Συγκεκριμένα, τα μοντέλα πεπτιδίων N-μεθυλοφορμαμίδιο (NMF), N-tert-βουτυλοφορμαμίδιο (TBF), N-ακετυλο-L-προλίνη καθώς και το N-μεθυλαμίδιο και ο μεθυλεστέρας αυτής μελετήθηκαν με τη χρήση πρωτονιακής φασματοσκοπίας πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού (NMR-¹H), όπως επίσης και υπέρυθρης φασματοσκοπίας με μετασχηματισμό Fourier (FT-IR), προκειμένου να διερευνηθούν οι διαμοριακές αλληλεπιδράσεις αμιδίου-αμιδίου και αμιδίου-διαλύτη σε διαφορετικούς διαλύτες. Χρησιμοποιήθηκαν επιλεγμένοι διαλύτες διαφορετικής διηλεκτρικής σταθεράς και ικανότητας επιδιαλύτωσης, προσομοιάζοντας περιβάλλοντα είτε υδρόφιλων είτε υδρόφοβων ιδιοτήτων, όπως είναι οι περιοχές λιπιδίων των μεμβρανών. Καλύφθηκε ένα ευρύ φάσμα συγκεντρώσεων, από την περίπτωση εξαιρετικά αραιών έως πολύ πυκνών διαλυμάτων. Μετρήσεις των χημικών μετατοπίσεων ΝΗ, ως συνάρτηση της συγκέντρωσης είναι δυνατόν να δώσουν πολύτιμες πληροφορίες σχετικά με τη δυνατότητα σχηματισμού διαμοριακών και ενδομοριακών δεσμών υδρογόνου σε βιολογικά μόρια. Παράλληλα, πραγματοποιήθηκαν μελέτες μεταβλητής θερμοκρασίας σε ένα εύρος θερμοκρασιών υπαγορευόμενο από τον εκάστοτε διαλύτη με σκοπό τη θερμοδυναμική μελέτη του φαινομένου. Στόχος της παρούσης ερευνητικής εργασίας είναι η προσπάθεια, μέσω ερμηνείας της τρισδιάστατης δομής απλών μορίων-μοντέλων, να αποσαφηνισθούν τα αίτια που αφενός ωθούν μία πρωτεϊνική αλυσίδα σε συγκεκριμένο τρόπο αναδίπλωσης και αφετέρου τη σταθεροποιούν μέσω δημιουργίας χαρακτηριστικών δεσμών υδρογόνου. Επίσης, διερευνάται η εξάρτηση των σχηματιζόμενων δεσμών υδρογόνου από το υδρόφιλο ή υδρόφοβο περιβάλλον. Στα πλαίσια μελέτης του cis-trans ισομερισμού αποδεικνύεται πως η παρουσία Ν-αλκυλο-υποκαταστάτη, όπως για παράδειγμα στα N-αλκυλοφορμαμίδια, και παράπλευρης αλυσίδας, όπως στην περίπτωση της N-ακετυλο-L-προλίνης και των παραγώγων ενώσεων αυτής, καθώς επίσης και ο τρόπος επιδιαλύτωσης του αμιδικού δεσμού είναι παράγοντες που επηρεάζουν τη διαφορετική σταθερότητα των cis και trans ισομερών μορφών. Οι σταθερές προάσπισης της πρωτονιακής NMR φασματοσκοπίας είναι ιδιαίτερα ευαίσθητες σε ατομικές και μοριακές ηλεκτρονικές επιδράσεις και, ως εκ τούτου, δύνανται να χρησιμοποιηθούν για τη μελέτη επιδράσεων του διαλύτη επί της cis-trans αλληλομετατροπής αμιδικών και πεπτιδικών δεσμών. Ωστόσο, σε πολλές περιπτώσεις οι διαμοριακές επιδράσεις στις πρωτονιακές χημικές μετατοπίσεις είναι της ίδιας τάξης μεγέθους με τις ενδομοριακές και αυτό περιπλέκει την ποσοτική εκτίμηση ειδικών φαινομένων που άπτονται της φύσης του διαλύτη (Gerothanassis et al., 1994). Οι συγκεντρώσεις των μοντέλων πεπτιδίων επιλέχτηκαν έτσι ώστε να ελαχιστοποιούνται κατά το δυνατόν οι διαμοριακές αλληλεπιδράσεις αμιδίου-αμιδίου (αποφυγή φαινομένων διμερισμού ή/και πολυμερισμού) και να παρατηρείται αποκλειστικά το φαινόμενο του cis-trans ισομερισμού. Πρόκειται για μελέτη όπου από το λόγο των ολοκληρωμάτων των κορυφών, που αντιστοιχούν στο cis και trans ισομερές, δύναται να εξαχθεί η σταθερά ισορροπίας (Keq) μεταξύ των δύο ισομερών. Στη συνέχεια γίνεται προσδιορισμός της σταθεράς ισορροπίας για ένα εύρος θερμοκρασιών, προκειμένου να εξαχθούν ανά περίπτωση οι θερμοδυναμικές παράμετροι ενθαλπίας και εντροπίας. Έτσι, θα υπάρξει δυνατότητα να δοθεί ερμηνεία στον ρόλο του κάθε διαλύτη, στον τρόπο αλληλεπίδρασης αμιδίου-διαλύτη και κατ’ επέκταση να αποσαφηνισθεί, ενδεχομένως, το γιατί, σε ποιο βαθμό και υπό ποιες συνθήκες (υδρόφοβο/υδρόφιλο περιβάλλον) ευνοείται η cis ή η trans διαμόρφωση του πεπτιδικού δεσμού.