Struktur- und Funktionsanaloga der Cu,Zn-Superoxid-Dismutase

Doktorarbeit / Dissertation aus dem Jahr 1997 im Fachbereich Chemie - Biochemie, Note: 1,0, Eberhard-Karls-Universität Tübingen (Unbekannt), Sprache: Deutsch, Abstract: Inhaltsangabe:Zusammenfassung: Neun neue Kupfer-Di-Schiff-Basen-Komplexe wurden erstmals synthetisiert und mit der Reaktivität bekannter Komplexe wie [Cu(II)PuPy](ClO4)2, [Cu(II)PuACPy]](ClO4)2 und [Cu(II)(phen)2]Cl2 verglichen. Alle Komplexe wurden chemisch und spektroskopisch (UV/Vis, ESR, AAS, IR) charakteri-siert. Von fünf Kupfer-Di-Schiff-Basen gelang es Einkristalle zu isolieren und Kristall-strukturen aus Röntgenbeugungsdaten zu berechnen. Bezüglich der physikochemischen Eigenschaften kommt [Cu(II)PuPhePy](ClO4)2 der Cu,Zn-Superoxid-Dismutase (SOD) am nächsten. Auch die Kristallstruktur zeigt eine dem aktiven Zentrum der SOD sehr ähnliche Koordinationsgeometrie des Kupfers. Für den SOD-aktivsten der Komplexe, [Cu(II)PuPhePy](ClO4)2, wurde im Nitrotetrazolium-blau Test mit einer Halbwertshemmkonzentration (IC50) von 0,27 µM 3 % der Aktivität des Enzyms gemessen. Der Komplex reagiert mit pulsradiolytisch erzeugtem Superoxid in Gegenwart eines vierfachen Überschusses an EDTA mit einer Geschwindigkeit von k2 = 0,48 x 109 M-1 s-1 und liegt damit in der gleichen Größenordnung wie intakte Cu,Zn-SOD. Die thermodynamische Stabilität ist mit log K von 18,33 bei pH 7 um zwei Größenordnungen höher als die von Cu(II)EDTA oder Cu(II)Serumalbumin. Damit ist [Cu(II)PuPhePy](ClO4)2 nicht nur einer der aktivsten SOD Funktions- und Strukturanaloga, sondern er ist auch gegen Hydrolyse bei pH 5 - 8 und gegenüber kompetitiven Biochelatoren außerordentlich stabil. Neben der SOD-Aktivität ist [Cu(II)PuPhePy](ClO4)2 membrangägngig, Fenton-aktiv und spaltet DNA in vitro mit einer ähnlichen Reaktivität wie [Cu(II)(phen)2]Cl2, eine der effektivsten Nuklease-mimetischen Verbindungen. Der Komplex ist bezüglich Interkalation und Oxidation von DNA im Ames Test in vivo nicht mutagen und im Blut gegenüber Serumalbumin stabil (intravenöse Anwendung). Aufgrund seiner intrazellulären Reaktivität, die speziell für oxidationsempfindliche Krebszellen schädlich ist, stellt [Cu(II)PuPhe-Py](ClO4)2 ein potentielles Therapeutikum für die Krebsbehandlung dar. Die Zelltoxizität von [Cu(II)PuPhePy](ClO4)2 liegt mit einer LC50 von 20 µM bei 5-stündiger Inkubation von Rattenhepatozyten bezüglich der Kupferkonzentration im physiologischen Bereich. Therapeutische Dosen sollten daher keine Osmose-Phänomene zur Folge haben. Zusammenfassend stellt [Cu(II)PuPhePy](ClO4)2 in oxidativer Umgebung eines der besten SOD-Mimetika und in reduktiver Umgebung ein wirksames Fenton-Reagenz dar. Beide Anwendungen sind durch die Wahl der äußeren Bedingungen möglich. Inhaltsverzeichnis:Inhaltsverzeichnis: 1.Einleitung1 1.1Reaktive Sauerstoffspezies1 1.2Kupfer,Zink-Superoxid-Dismutase9 1.3Cu2Zn2-Superoxid-Dismutase-mimetische Komplexe17 1.4Übergangsmetallkomplexe als Nukleasen29 1.4.1.Interkalierende Metallkomplexe29 1.4.2."Kovalent" bindende Koordinationsverbindungen42 1.5Zelltoxizität von Kupferverbindungen46 1.6Engere Problematik51 2.Material und Methoden53 2.1.Chemikalien53 2.2.Geräte55 2.3.Präparatives56 2.3.1.Liganden56 2.3.2.Kupferkomplexe60 2.3.3.Zinkkomplex67 2.3.4.Oktanol/Wasser-Verteilungskoeffizient68 2.3.5.Rattenhepatozyten69 2.4.Spektroskopie70 2.4.1.Infrarotspektroskopie70 2.4.2.Circulardichroismus70 2.4.3.Elektronenabsorption70 2.4.4.Atomabsorption71 2.4.5.Elementaranalysen72 2.4.6.Elektronenspinresonanz72 2.4.7.Kristallstrukturen73 2.4.8.Zyklovoltammetrie73 2.5.Biochemische Analytik74 2.5.1.Pulsradiolyse74 2.5.2.Nitrotetrazoliumblau Test74 2.5.3.Thiobarbitursäure Test76 2.5.4.Tetrazoliumblau Test (3-[...