Thermodynamics of the metal coordination of bioligands studied by ESR spectroscopy  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
72781
Type K
Principal investigator Rockenbauer, Antal
Title in Hungarian Bioligandumok fémkoordinációjának termodinamikai vizsgálata ESR spektroszkópiával
Title in English Thermodynamics of the metal coordination of bioligands studied by ESR spectroscopy
Keywords in Hungarian bioligandum, termodinamika, ESR, EPR, kétdimenziós szimuláció
Keywords in English bioligands, thermodynamics, ESR, EPR, two-dimensional simulation
Discipline
Physical Chemistry and Theoretical Chemistry (Council of Physical Sciences)60 %
Ortelius classification: Physical chemistry
Biophysics (e.g. transport mechanisms, bioenergetics, fluorescence) (Council of Medical and Biological Sciences)20 %
Ortelius classification: Molecular biophysics
Biophysics (Council of Physical Sciences)20 %
Panel Chemistry 1
Department or equivalent Institute of Materials and Environmental Chemistry (Research Center of Natural Sciences)
Participants Enyedy, Éva Anna
Gyurcsik, Béla
Korecz, László
May, Nóra Veronika
Plánkáné dr. Szabó, Terézia
Starting date 2008-04-01
Closing date 2012-12-31
Funding (in million HUF) 19.491
FTE (full time equivalent) 8.70
state closed project
Summary in Hungarian
Biológiai/farmakológiai jelentőségű ligandumoknak létfontosságú nyomelemek paramágneses ionjaival (réz(II) valamint vanádium(IV)) alkotott komplexeit kívánjuk tanulmányozni. Célunk a vizes oldatokban létrejövő mikrospeciáció (az izomereket is megkülönböztető eloszlás) és az egyes molekulafajták koordinációs módjainak integrált vizsgálata a kétdimenziós ESR-spektroszkópiai módszer alkalmazásával. Ezen túlmenően, vizsgálatainkat szélesebb hőmérséklettartományra kívánjuk kiterjeszteni azzal a célzattal, hogy az egyensúlyi állandók hőmérsékletfüggése alapján meghatározzuk az egyensúlyok termodinamikai paramétereit is. E vizsgálatokat szükség szerint pH-potenciometriás, ultraibolya-látható spektrofotometriai vagy CD spektroszkópiai mérésekkel egészítjük ki.
A tanulmányozandó ligandumok között nagy és fontos csoportot alkotnak a többszörösen szubsztituált, nagyobb (20-40) tagszámú oligopeptidek, amelyek komplexei a metalloenzimek hű modelljei lehetnek. A kisebb ligandumok (vagy analógjaik) között vannak gyógyszerek: egyes sztereoizomer aliciklusos -aminosavak és -aminosavakkal képzett dipeptidjeik gombaölők; 1,2- vagy 1,3-aminoalkohol részletet tartalmaz az efedrin, atropin, -blokkolók, kloramfenikol, tramadol; a (fluoro)kinolonsav- és szalicilsav-származékok és réz(II)-komplexeik gyulladáscsökkentők; a kumarin-származékok és réz(II)-, mangán(II)-, ezüst(I)-komplexeik között hatékony gombaölő és rákellenes vegyületek nagy számban fordulnak elő.
Summary
We are planning to study the complexation of ligands of biological or pharmacological importance with the paramagnetic ions of trace elements, like Cu(II) or V(IV). We aim to give an integrated description of microspeciation and coordination modes of various complexes in aqueous solution by using the two-dimensional ESR spectroscopic technique. We plan to extend the work for a broader temperature range in order to determine the thermodynamic parameters from the temperature dependence of equilibrium constants. We also plan to carry out pH potentiometric, UV-vis spectrophotometric or CD spectroscopic measurements as well, depending on the nature of the equilibrium systems studied.
The multi-substituted large oligopeptides built from 20 to 40 amino acids form an important class of ligands to be studied, their complexes may mimick well the properties of metalloenzimes. We extend our interest also for the complexes of smaller ligands applied as pharmaceutics against rheumatic diseases (quinolonic acid and fluoro-salicylic acid derivatives) or fungicides like certain alicyclic beta amino acids and their dipeptides formed with alpha-amino acids, and also various coumarin-derivatives. The 1,2- or 1,3-amino alcohols to be studied are the building blocks of ephedrine, athropine, beta-blockers, antibiotics chloro-amphenicol, tramadole, etc. Amongst the coumarin-derivative complexes, there are anti-cancer agents as well.




 

Final report

  
Results in Hungarian
A projekt keretében nagyszámú ligandum koordinációs viselkedését vizsgáltuk meg különböző fémionokkal (réz, cink, vas, kobalt, mangán, króm), melyekben a ligandumok kiemelt fontosságúak mint gyógyszer alapanyagok (oligopeptidek, kumarin származékok, tioszemikarbazon, pirimidilmetanol, acetilszalicil sav) vagy egyéb jelentős biológiai aktivitással rendelkeznek (elágazó és hisztidinben gazdag peptidek, aminosavak, glikoproteinek). A gyógyászati hatásmechanizmus feltárása szempontjából döntő a kötési tulajdonságok és a fémionokkal alkotott koordináció részletes ismerete. Ennek érdekében alapvetően ESR spektroszkópiai vizsgálatokat végeztünk különböző hőmérsékű oldatokban és megfagyasztott mintákban, a vizsgálatokat kiegészítettünk pH-potenciometriás, UV/látható és CD spektroszkópiás mérésekkel, valamint kvantumkémiai számításokat is végeztünk. Az ESR spektrumok 2D-technikával való értékelése lehetővé tette nagyszámú kompetitív speciesz esetén is az egyértelmű azonosítást és a termodinamikai paraméterek meghatározását. Ennek keretében részben koncentráció és pH függő, részben hőmérséklet függő spektrumok integrált kiértékelésére került sor. A feltáró jellegű vizsgálatok néhány anyag esetén elősegíthetik a gyógyászati alkalmazásokat.Az eredményekről 14 publikációban (40,5 impakt) és konferencia előadásokban számoltunk be.
Results in English
In this project we studied the coordination properties for a great number of ligands to various metal ions (Copper, Zink, Iron, Manganese, Chrome), in which the ligands have either significant importance in medicine (e.g. oligopeptides, kumarins, tiosemicarbazons, pyrimidylmethanol, acetylsalicyl acid) or exerting substantial biologic activity (branching and histamine rich peptides, amino acids, glycoproteins). In order to understand the activity of medicines, the knowledge of coordination and binding mechanism between ligands and metals has a primary importance. For this reason we carried out basically electron spin resonance (ESR) investigations in liquid solvents at various temperatures and in frozen solutions, which investigations were extended by pH-potentiometry, UV/Vis and CD spectroscopy, furthermore, quantum chemical computations. The 2D-evaluation of ESR spectra offered reliable information for species assignment and thermodynamic data even when simultaneously many components were present. In this method integrated evaluation was carried out for great sets of spectra recorded at various pH, concentration or temperature. For a few materials there is a chance for medical application. The results were published in 14 papers (impact 40.5) and four conference publications.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=72781
Decision
Yes





 

List of publications

  
Rastislav Šípoš, Terézia Szabó-Plánka*, Antal Rockenbauer, Nóra Veronika Nagy, Jozef Šima, Milan Melník, István Nagypál: Equilibria of 3-pyridylmethanol with copper(II) in solutionan electron spin resonance study, J. Phys. Chem. A, 112, 10280-10286, 2008
W. Ghattas, M. Giorgi, Y. Mekmouche, T. Tanaka, A. Rockenbauer, M. Réglier, Y. Hitomi, A. J. Simaan: Identification of a Copper(I) Intermediate in the Conversion of 1-Aminocyclopropane Carboxylic Acid (ACC) into Ethylene by Cu(II)-ACC Complexes and Hydrogen Peroxide, Inorganic Chemistry 47, 4627-4638, 2008
S. Tóth, D. Quintavalle, B. Náfrádi, L. Forró, L. Korecz, A. Rockenbauer, T. Kálai, K. Hideg, F. Simon: Stability and electronic properties of magnetic peapods, Physica Status Solidi (b), 245, 2034-2037, 2008
N.I. Jakab, O. Lőrincz, A. Jancsó, T. Gajda, B. Gyurcsik: Approaching the minimal metal ion binding peptide for structural and functional metalloenzyme mimicking, Dalton Trans., 6987-6995, 2008
A. Kolozsi, I. Vosekalna, T. Martinek, E. Larsen and B. Gyurcsik: Copper(II) and zinc(II)ion binding properties of a MAP type branched ligand with histidines as surface functionalities,, Dalton Trans., (2009), 5647–5654, 2009
A. Jancsó, A. Kolozsi, B. Gyurcsik, N.V. Nagy, T. Gajda: Probing Cu2+ and Zn2+ binding affinity of histidine-rich glycoprotein,, J. Inorg. Biochem. 103, 1634–1643, 2009
N.V. Nagy, A. Lakatos, B. Gyurcsik, A. Rockenbauer: Complexation properties of oligopeptide H-GHKHG-H with copper(II) studied by the decomposition of electron paramagnetic resonance spectra., Trace elements in the food chain, Vol 3. pp. 472-476, 2009
Szabó-Plánka T Nagy NV Rockenbauer A Creaven BS Karcz D: ESR study of some „problematic” copper(II) – therapeutic ligand equilibrium systems, INSIGHTS INTO COORDINATION, BIOINORGANIC AND APPLIED INORGANIC CHEMISTRY: pp. 386-402, 2009
Éva A. Enyedy, Nóra V. Nagy, Éva Zsigó, Christian R. Kowol, Vladimir: Comparative solution equilibrium study on interaction of copper(II),, Eur. J. Inorg. Chem, 11, 1717-1728, 2010
B. S. Creaven, E. Czeglédi, M. Devereux, É. A. Enyedy, A. Foltyn-Arfa Kia, D. Karcz, A. Kellett, S. McClean, N. V. Nagy, A. Noble, A. Rockenbauer, T. Szabó-Plánka*, M. Walsh: Biological activity and coordination modes of copper(II) complexes of Schiff base-derived coumarin ligands, Dalton Transactions, 39, 10854-10865, 2010
T. Szabó-Plánka, B. Gyurcsik, I. Pálinkó, N. V. Nagy, A. Rockenbauer, R. Šípoš, J. Šima, M. Melník: Effect of fluorine position on the coordinating ability of fluorosalicylic acids – An experimental study complemented with computations, J. Inorg. Biochem., 105, 75-83, 2011
N.V. Nagy, B. Gyurcsik, E. Tóth, A. Rockenbauer: Coordination isomers of histidylglycine copper(II)complex investigated by temperature dependent CW ESR and CD spectra, The 44th Annual International Meeting of the ESR Spectroscopy Group of the Royal Society of Chemistry, University of York,, 2011
G. Nagy, B. Gyurcsik, E.A. Hoffmann, T. Körtvélyesi: Theoretical design of specific DNA-Zinc-finger protein interaction by semiempirical quantum chemical methods, J. Mol. Graphics Modell, 29, 928-934, 2011
Lakatos, B. Gyurcsik, N.V. Nagy, Z. Kele, Z. Csendes, C. Triznya, L. Fülöp, T. Kiss:: Histidine-rich branched peptides as Zn(II) and Cu(II) chelators with potential therapeutic application in Alzheimer’s disease., Dalton Trans. 41,1713-1726, 2012
T. Szabó-Plánka, N.V. Nagy, A. Rockenbauer, E. Tóth, B. Gyurcsik, Z. Vasková, J. Moncol, D. Valigura: ESR and pH-metric study of the mixed-ligand complex formation in the copper(II) – 4-fluorosalicylic acid – N,N-diethylnicotinamide system, structure and spectral properti, Polyhedron, 30, 2421–2429, 2011
E. Tóth, B. Gyurcsik: The metal-ion complexation equilibria of multihistidine peptides in view of the microconstants, New Trends in Coordination, Bioinorganic and Applied Inorganic Chemistry; XXIII. International Conference on Coordination and Bioinorganic Chemistry, Smolenice, 2011
Éva A. Enyedy, Éva Zsigó, Nóra V. Nagy, Christian R. Kowol, Alexander Roller, Bernhard K. Keppler, Tamás Kiss: Complex formation ability of salicylaldehyde thiosemicarbazone towards ZnII, CuII, FeII, FeIII and GaIII ions, Eur. J. Inorg. Chem., 25, 4036-4047, 2012
Miljan N. M. Milunovic, Éva A. Enyedy*, Nóra V. Nagy, Tamás Kiss, Robert Trondl, Michael A. Jakupec, Bernhard K. Keppler, Regina Krachler, Ghenadie Novitchi, Vladimir B. Arion: L- and D-proline thiosemicarbazone conjugates: coordination behavior in solution, and the effect of copper(II) coordination on their antiproliferative activity, Inorganic Chemistry, 51, 9309-9321, 2012




 

Events of the project

  
2014-11-19 09:40:34
Kutatóhely váltás
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: Molekuláris Farmakológiai Intézet (MTA Természettudományi Kutatóközpont), Új kutatóhely: Anyag- és Környezetkémiai Intézet (MTA Természettudományi Kutatóközpont).
2012-01-03 14:08:28
Kutatóhely váltás
A kutatás helye megváltozott. Korábbi kutatóhely: Szerkezeti Kémiai Intézet (MTA Természettudományi Kutatóközpont), Új kutatóhely: Molekuláris Farmakológiai Intézet (MTA Természettudományi Kutatóközpont).



Back »