Universität zu Köln

Peckelsen, Katrin (2018). Strukturaufklärung komplexer Ionen in der Gasphase. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

In der vorliegenden Arbeit sollten Histidin und in der Natur vorkommende Derivate, sowie deren Interaktion mit Kationen untersucht werden. Für die Untersuchung wurden Massenspektrometrie, computerchemische Modellierungen, sowie IRMPD-Experimente mit einem Freie-Elektronen-Laser durchgeführt. Zunächst sollte Ergothionein, ein Thiourea-Derivat von Histidin, welches ein Schwefelatom am Imidazol-Ring trägt, sowie dessen natürlicher Vorläufer Hercynin, ein Trimethylbetain von Histidin, untersucht werden. Ergothionein kann sowohl als Thiourea Derivat, als auch als das entsprechende Thiol vorliegen. Zunächst sollte Ergothionein in seiner protonierten Form und anschließend als Natrium Addukt untersucht werden. Es konnte gezeigt werden, dass Ergothionein in der Gasphase als Thion vorliegt, obwohl Rechnungen zeigen, dass die Thiol Struktur in der Gasphase energetisch günstiger ist. Des Weiteren sollte die Struktur von Nickel-Histidin Komplexen in der Gasphase untersucht werden. Dabei wurde festgestellt, dass ein Histidin Molekül nicht ausreicht um Nickel adäquat zu komplexieren. Deshalb wurde die Studie auf Komplexe mit zwei Histidin Liganden ausgeweitet. Um den Einfluss des Kations, in Bezug auf Ionenradius und Ligandenaffinität, auf die Struktur der Komplexe zu untersuchen, wurden zusätzlich Calcium-Komplexe studiert. Es konnte gezeigt werden, dass drei ähnlich stabile Konformere des Nickel-Komplexes in der Gasphase simultan vorliegen. Für Calcium konnte keine so eindeutige Zuordnung getroffen werden. Um die Flexibilität der Komplexe einzuschränken und eine neue Bindungsstelle zu schaffen, wurde das Histidin Dipeptid (HisHis) synthetisiert und dieses als Ligand für Nickel und Calcium verwendet. Es konnte gezeigt werden, dass der Nickel-Komplex eine Iminolat Struktur einnimmt, Calcium hingegen eine „Charge Solvation" Struktur, bei der C-Terminus deprotoniert ist, die Peptid-Bindung jedoch nicht. Als weitere Modifikation des Histidins sollte die Phosphorylierung (N-PO3H-), als Mimikry für die post-translationale Modifikation von Peptiden, untersucht werden. Für diese Studie wurde Histidin, Hercynin und HisHis untersucht. Durch die geringe Stabilität von Phosphor-Stickstoff Bindungen gestaltete sich die Generierung der Moleküle und deren Verwendung in der ESI-MS als äußerst schwierig. Durch die Anzahl möglicher Phosphorylierungsstellen in den Molekülen, nahm diese Studie zudem viel Rechenaufwand ein. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass die Kombination von MS, IRMPD und Computerchemie geeignet ist, um solch komplexe Fragestellungen zu bearbeiten.