Development and Application of NMR-methods for Structural Investigations of Small Molecules and Proteins

Abstract

Die Aufklärung der relativen Stereochemie von organischen Kleinmolekülen ist eine große Herausforderung in der Chemie, da gleichzeitig die Konformation sowie Konfiguration bestimmt werden müssen. Während konventionelle NMR-parameter wie NOEs und 3J-Kopplungen, die Informationen über Distanzen und Dihedralwinkel beinhalten, die Konfiguration von Stereozentren starrer Moleküle liefern, kann diese Vorgehensweise schwierig oder unmöglich werden bei flexiblen Molekülen oder Molekülen die Brüche in dem erforderlichen Protonennetzwerk aufweisen. Residuale dipolare Kopplugen (RDCs) haben bewiesen, dass sie Stereozentren sehr erfolgreich bestimmen können und dass dies auch für flexible Moleküle zutreffen kann. In den letzten Jahren wurden eine Reihe von neuen Orientierungsmedien für organische Lösungsmittel entwickelt, zu denen auch das PH-gel und PPH-gel zählen, die in dieser Arbeit vorgestellt werden. Diese Entwicklung erlaubte es, RDCs als wichtigen strukturbestimmeneden Parameter für Kleinmoleküle zu etablieren. In der vorliegenden Arbeit werden konformationelle und konfigurationelle Studien einer Reihe von Kleinmolekülen und Naturstoffen präsentiert. Für das zyklische Depsipeptid Hormaomycin konnten RDCs konformationelle Unklarheiten aufklären. Weiters wurde die Konformation des zyklischen Octapeptides Hymenistatin in DMSO, CDCl3 und THF bestimmt unter Einbeziehung von NOEs, J-Kopplungen und RDCs. Zusätzlich wurde die konfigurationelle Zuordnung der prochiralen Stereozentren dieses Moleküls mittels RDCs untersucht. Letztlich wurde noch die relative Konfiguration von ((-)-menthyl)-(5-oxo-5,6-dihydro-2H-pyran-2-yl)-diphtalate (DiaA) bestimmt. Dieses Molekül konnte weder kristallisiert werden, noch führten die koventionellen NMR-parameter zu einer Lösung. Zwei neue paramagnetische tags wurden in unserem Arbeitskreis entwickelt und fanden Anwendung bei dem diamagnetischen Protein trigger factor. Mit Hilfe der zusätzlichen Orientierungstensoren konnte die Struktur genauer bestimmt werden. Zusätzlich wurde eine neue HSQC-Pulssequenz entwickelt, welche ein 13C-13C-stopfilter Element enthält. Dadurch wurde es möglich, Pseudokontakt Verschiebungen (PCS) und RDCs des nicht isotopen markierten Liganden suc-AAPF-pNA komplexiert mit dem 13C-markierten Protein zu messen.