Authors:	Braunagel, Julia
Title:	Derivate des Ionentransporters Valinomycin
Online publication date:	31-Mar-2010
Year of first publication:	2010
Language:	german
Abstract:	In der vorliegenden Arbeit wurden Derivate des Ionentransporters Valinomycin synthetisiert und als Sensorelemente in Modellmembransysteme inkorporiert. Als Modellmembranen wurden festkörpergestützte Lipiddoppelschichten (tBLMs, tethered bilayer lipid membranes) verwendet. rnValinomycin transportiert selektiv Kalium-Ionen durch Membranen, was durch einen Rückgang des Widerstandes über elektrochemische Messmethoden nachgewiesen werden kann. Es ist ein zyklisches Dodecadepsipeptid, das aus zwei verschiedenen Aminosäuren (L- und D- Valin) und  Hydroxysäuren (L Milchsäure und D Hydroxyisovaleriansäure) besteht. In dieser Arbeit wurde ein L Valin durch ein L-Lysin ausgetauscht, um eine freie Aminogruppe zum Anbinden verschiedenster Liganden zu erhalten. rnDie Synthese erfolgte in Lösung über einen linearen Decadepsipeptid-Precursor, hierbei wurde hauptsächlich mit Benzyl- und Boc-Schutzgruppen gearbeitet. An den Precursor wurden dann unterschiedlich modifizierte Lysin-Didepside gebunden und das daraus erhaltene lineare Dodecadepsipeptid zyklisiert.rnInsgesamt wurden sechs verschiedene Derivate synthetisiert, deren Ionentransportfähigkeit mit Hilfe eines angebundenen Liganden blockiert wurde. Diese Blockade kann entweder mechanisch durch Festhalten des Ionencarriers an der Oberfläche der Membran oder chemisch durch Einbringen einer Ladung erfolgen, da geladene Moleküle eine Membran nicht überwinden können. rnAcetyl-Lysin-Valinomycin wurde als Testsystem hergestellt, um zu zeigen, dass die Synthese einen funktionsfähigen Ionencarrier ergeben hatte. Im nächsten Schritt wurde Lysin-Valinomycin mit freier Aminogruppe synthetisiert, um es als pH-Sensor zu nutzen und damit zu überprüfen, ob das chemische Einbringen einer Ladung möglich ist. Es konnte ein pH abhängiger Kalium-Transport nachgewiesen werden, die Blockade der Ionentransportfähigkeit über eine eingebrachte Ladung ist somit möglich. rnAuf dem gleichen Konzept beruht Ferrocen-Valinomycin. Wird der Ferrocen-Ligand oxidiert, liegt eine positive Ladung vor und der Ionencarrier kann die Membran nicht mehr überwinden. Eine Reduktion macht diesen Prozess reversibel. Ferrocen-Valinomycin konnte innerhalb einer tBLM chemisch oxidiert und reduziert werden, dieses System kann somit als chemischer Redox-Sensor eingesetzt werden.rnEine mechanische Blockade liegt dem Biotin- und dem Sulfonamid-Valinomycin zugrunde. Dabei soll die Zugabe von Streptavidin bzw. BCA II (bovine Carboanhydrase) den Ionentransport durch die Membran stoppen. Beide Valinomycin-Derivate zeigten aber keine Ionentransportfähigkeit, eine Inkorporation in tBLMs konnte jedoch über SPR gezeigt werden. rnDie Synthese eines fluoreszenz-markierten (FITC) Valinomycins ergab zwar auch keinen transportfähigen Ionencarrier, aber mit diesem Derivat konnte der Diffusionskoeffizient von Valinomycin in sBLMs mit Hilfe von Fluorescence Recovery after photobleaching (FRAP) bestimmt werden.rn The presented thesis comprises the synthesis of derivatives of the ion carrier valinomycin and their incorporation into model membrane systems (tBLMs, tethered bilayer lipid membranes) to establish sensing systems.rnValinomycin selectively transports potassium ions through membranes which can be detected by a decrease of resistance with electrochemical impedance spectroscopy. Valinomycin is a cyclic dodecadepsipeptide consisting of two amino acids (L- and D-valine) and hydroxy acids (L-lactic acid and D-hydroxy isovaleric acid). In this work one L-valine was exchanged by an L-lysine to create a free amino group ready for covalent attachment of different ligands.rnThe synthesis was performed in solution via a linear decadepsipeptide precursor relying on a benzyl/Boc protecting group strategy. Differently modified lysine didepsides were coupled to the precursor followed by cyclisation. rnSix derivatives have been synthesised and their ability to transport ions assessed in presence or absence of a blocking ligand. This blocking may be due to mechanical fixation of the ion carrier on the membrane surface or chemically by introduction of a charge which is known not to be able to pass membranes. Acetyl-lysine-Valinomycin was prepared as a model system showing the same behaviour as natural valinomycin. Lysine-Valinomycin could be used as a pH-sensor due to its free amino group. pH-dependent protonation of the amino group resulted in a decrease of potassium transport, thus validating the principle of blocking via charge introduction. rnThe same concept accounts for Ferrocene-Valinomycin. Oxidation gives the positively charged ferrocinium ion unable to pass a membrane while a reduction reverses the process. This could be shown in a tBLM which makes the system suitable as chemical redox sensor.rnExamples for a mechanical blockage are Biotin- and Sulfonamide-Valinomycin, which were designed to block transport on addition of a suitable binding protein (streptavidin/carboanhydrase, respectively). However these derivatives were not able to pass the membrane even without protein added. The incorporation into the membrane was successful and shown via surface plasmon resonance spectroscopy. rnThe synthesis of a fluorescence labelled FITC-Valinomycin did also not result in a functional ion carrier and therefore was used to determine the laminar diffusion coefficient by FRAP (fluorescence recovery after photobleaching).rn
DDC:	540 Chemie 540 Chemistry and allied sciences
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 09 Chemie, Pharmazie u. Geowissensch.
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-2234
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-22149
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
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