Σύμπλοκες ενώσεις παραγώγων ενεργού αλδεΰδης της θειαμίνης και των φωσφορικών της εστέρων με στοιχεία της ομάδας ΙΙβ: ρόλος των μεταλλικών ιόντων στην ενζυματική δράσης της θειαμίνης

Abstract

This thesis consists of five parts: the Introduction, the Results and Discussion (two parts), the Conclussions and the Experimental part. In the Intoduction (First Part) a general review of the mechanism of the enzymic action of thiamin is attempted. The pyrophosphate ester of thiamin,the so-called cocarboxylase, is the coenzyme of pyruvate decarboxylase and of many other enzymes which mostly catalyze the metabolism of α-keto acids. In the first part of Introduction several proposed mechanisms concerning the catalytic cycle of thiamin enzymes are discussed. The morerecent results obtained from the crystal structure determinations of these enzymes leading to modem mechanistic conclusions are also reviewed. The intermediates of catalytic cycle of thiamin which are called “active aldehyde” derivatives, play a very important role during its enzymic catalysis. Therefore, a brief review of their metal complexes is included in this thesis. Finally we describe the goal of the present study which was the interaction of the “active aldehyde” derivatives of thiamine mono- and pyrophosphate with metal ions. In the Second Part (Results and Discussion) we have summarized the results obtained from the crystal structure determinations of both the ligand (HBTmPH2)+Cr and the complex Hg(HPTmPH)°2Cl2. The interaction of HBTmP in the protonated form ((HBTmPH2)+CI') with M2+ (M=Zn,Cd) results in the formation of ionic salts of the general formulae (HBTmPH2)+(MCb)'. In case of interaction with Hg2+ the obtained salt presents the formulae (HBTmPFbJVHgCU)'2 Using the zwitterionic form of the ligand (HBTmPH)0, complexes presented direct metal-ligand bonds of the general formulae M(HBTmPH)°Cl2 (M=Cd, Zn) and Hg(HBTmpH)°2Cl2 were isolated and characterized in the solid state. The techniques used in the solid state characterization were elemental analysis, IR, Raman, 13C CP/MAS NMR and31P NMR spectroscopies. The metal binding sites, were found to be both the phosphate group and the N (T) in Zn(HBTmPH)°Cl2 and Cd(HBTmPH)°Cl2 metal complexes, while in Hg(HBTmpH)02CI2 complex the Hg2+ ion interacts only with the N (T) of two ligand molecules. On the other hand, the metal binding sites in freshly prepared solutions were found to be both the N(1’) and the phosphate group detected by 13C, 31P and 1H NMR spectroscopies. In the Third Part (Results and Discussion) we report on the interaction of HBTPP with Zn2+, Cd2* and Hg2+. The isolated solid adducts of formulaes {K[Zn(HBTPPH)'CI2]}n, {K2[Cd(HBTPP)'2CI2]}n, {K2[Hg(HBTPPH)2CI2]}n andZn(HBTPP2)°2CI2 were characterized by elemental analysis, IR, Raman and 1*C NMR spectroscopies. In the complexes (K[Zn(HBTPPH)'CI2]}n and {K2[Cd(HBTPP)'2CI2]}n, the metal ions are coordinated both to the pyrophosphate group and to N (T), while in the complexes {K2[Hg(HBTPPH)‘ 2CI2]}n and Zn(HBTPP2)°2CI2 coordination takes place either at the N (T ) (firstcomplex) or at the pyrophoshate group (second complex). On the other hand, in freshly prepared solutions of these complexes the coordination mode depicted above is confirmed again by 13C, 31P and ’H NMR spectroscopies. Based on the 1H-1H- ROESY NMR spectra of the ligand and the metal complexes, we obverved that the ligands (both free and coordinated) adopt the S-conformation.In the Fourth Part our results are summarized. Finally in the Experimental Part the synthetic proccedures of ligands and metal complexes and the techniques used in this study are described.

Η διατριβή αυτή περιλαμβάνει την Εισαγωγή, τα Αποτελέσματα-Συζήτηση που περιγράφονται στο δεύτερο και τρίτο μέρος, τα Συμπεράσματα και το Πειραματικό μέρος. Στην εισαγωγή (Α. Μέρος Πρώτο) επιχειρείται μια γενική ανασκόπηση της ενζυμικής δράσης της θειαμίνης, ο πυροφωσφορικός εστέρας της οποίας είναι το συνένζυμο συνκαρβοξυλάση και ονομάζεται έτσι επειδή είναι συνένζυμο της καρβοξυλάσης αλλά και πολλών άλλων ένζυμων που συμμετέχουν κυρίως στον μεταβολισμό των α-κετοοξέων. Έτσι το πρώτο μέρος περιλαμβάνει διάφορους μηχανισμούς που προτάθηκαν για τον καταλυτικό κύκλο των ενζύμων θειαμίνης. Στη συνέχεια γίνεται μια αναφορά στις δομές αυτών των ενζύμων που λύθηκαν καθώς και στις σύγχρονες απόψεις σχετικά με τον μηχανισμό της ενζυμικής της δράσης. Επίσης επιχειρείται μια ιστορική αναδρομή στη σύνθεση των συμπλοκώνθειαμίνης και παραγώγων της με δισθενή μεταλλικά ιόντα μιας και αναπτύχθηκε η σπουδαιότητα ενός παραγώγου της που ονομάζεται “ενεργός αλδεύδη” και είναι ενδιάμεσο της καταλυτικής δράσης της. Το πρώτο μέρος της διατριβής κλείνει με το σκοπό αυτής όπου αναφέρονται οι λόγοι για τους οποίους αποφασίστηκε να παρασκευαστούν σύμπλοκα μεταλλικών ιόντων με παράγωγα της μονοφωσφορικής και πυροφωσφορικής θειαμίνης. Στην αρχή του Δεύτερου Μέρους (Αποτελέσματα-Συζήτηση), αναφέρονται τα αποτελέσματα που πήραμε από την ανάλυση της δομής του υποκαταστάτη (HBTmPH2)+CI' και του συμπλόκου Hg(HBTmPH)02Cl2 με ακτίνες-Χ. Συνεχίζοντας αναφέρεται ότι χρησιμοποιώντας τον υποκαταστάτη (HBTmPH2)+Cr έχουμε σχηματισμό αλάτων του τύπου (HBTmPH2)+(MCl3)' όπου Μ.Ζη και Cd και το άλας (HBTmPH2)+2(HgCl4)'2· χρησιμοποιώντας όμως τον υποκαταστάτη (HBTmPH)0 έχουμε σχηματισμό συμπλοκών με άμεσουςδεσμούς μετάλλου-υποκαταστάτη του τύπου M(HBTmPH)°CI2 όπου Μ:Ζη και Cd και του συμπλόκου Hg(HBTmPH)°2CI2 που απομονώθηκαν και χαρακτηρίστηκαν σαν στερεά προϊόντα με στοιχειακή ανάλυση, φάσματα υπερύθρου και Raman, 13C NMR και 31Ρ NMR. Στα πρώτα δύο σύμπλοκα τομέταλλο συνδέεται με το Ν (1") της πυριμιδίνης αλλά και τη φωσφορική ομάδα ενώ στο σύμπλοκο HgfHBTmPHfsCb ο Hg συνδέετα μόνο με το Ν (1") δύο μορίων υττοκστσστάτη. Επίσης τα τταραττάνω σύμττλοκα μελετήθηκαν με φασματοσκοπίες 13C NMR. 31Ρ NMR κα 1Η NMR σε διάλυμα κα από εδώ συμπεραίνουμε ότι υπάρχει άμεσος δεσμός μετάλλου-Ν (1 ") κα μετάλλου-φωσφορκής ομάδας σε τουλάχιστον πρόσφατα παρασκευασμένα διαλύματα * Στο Τρίτο Μέρος (Απστελέσμστσ-Συζήτηση) παρουσιάζεται η απομόνωση κα ο χαρακτηρισμός των συμπλοκών {K[Zn(HBTPPH)~CbI},n· {K^CdfHBTPP^CblK», (K^Ho{HBTPPH)"2Cl2l}n κα Zn(HBTPP2)°2Cb αρχικά σαν στερεά προϊόντα με στοιχειακή ανάλυση, φάσματα υπερύθρου, R am ai κα 13C Μ MR Στα δύο πρώτα από τα παραπάνω σύμπλοκο το μέταλλο συνδέετα με το Ν (1') της πυριμιδίνης αλλά κα με την πυροφωσφορική ομάδα Στο σύμπλοκο {K£Hg(HBTPPH)'2Cb]}n ο Hg συνδέετα μόνο με τοΝ(1 *) δύο μορίων υποκατάστατη ενώ τέλος στο σύμπλοκο Zn(HBTPP2)°2Cb ο Ζπ συνδέετα μόνο με την πυροφωσφορική ομάδα δύο μορίων υπσκσταστάτη. Η μελέτη αυτών των συμπλοκών σε διάλυμα έγινε με φασματοσκοπίες 13C NMR. 31Ρ NMR κα 'Ή NMR συμπεραίνουμε ότι οι παραπάνω δεσμοί μετάλλου-Ν(1') κα μετάλλουπτυροφωσφορικής ομάδας διατηρούνται σε πρόσφατα παρασκευασμένα διαλύματα τους. Επίσης από την μελέτη των φασμάτων ROESY ελεύθερου υποκατάστατη και συμπλοκών συμπεραίνουμε ότι ο υποκατάστατης διατηρεί την S διαμόρφωση κα κατά τη συμπλοκσποίησή του. Στο Τέταρτο Μέρος σνακεφαλαιώνονται τα συμπεράσματα τηςπαρούσας διατριβής Τελικά στο Πειραματικό Μέρος σναφέρσνται οι συνθετικές πορείες υποκσταστστών κα συμπλοκών, τα αντιδραστήρια καθώς και τα όργανα που χρησιμοποιήθηκαν για να ολοκληρωθεί η παρούσα μελέτη.