Die Auswirkung von Einzelbindungs-Konformationsänderungen auf die Polyprolin II Sekundärstruktur

Abstract

Der Polyprolin II-Helix (PP II) wurde, im Gegensatz zu den klassischen Sekundärstrukturen wie α-Helix, β-Faltblatt oder Schleifenstrukturen, bisher wenig Beachtung geschenkt. Dieses Phänomen ist darauf zurückzuführen, dass dieses Sekundärstrukturelement oft als ungefaltet oder "random" Zustand angesehen wurde. In vivo dagegen sind PP II-helikale Polypeptide wichtige Strukturen für die Übertragung zellulärer Signale. Ziel dieser Arbeit war es, erstmalig ein einheitliches Modell zu entwerfen, dass den Einfluss von Einzelbindungs-Konformationsänderungen auf die Polyprolin-(PP) Sekundärstrukturen, unter Einbezug aller bisherigen Literaturdaten, beschreiben kann. Zu diesem Zweck wurden Polyprolinpeptide untersucht, in denen ortsspezifisch das Carbonylsauerstoffatom einer Peptidbindung gegen ein Schwefelatom ausgetauscht war. Dieses erlaubte die Detektion einzelner Peptidbindung innerhalb der untersuchten Peptide, und ermöglichte eine vergleichende Analyse von Photo- und Lösungsmittelinduzierten cis/ trans-Gleichgewichtsverschiebung auf die PP-Sekundärstrukturen. Die Untersuchungen wurden anhand unstrukturierter Dipeptide als auch mit 13 gliedrigen Polyprolin-Peptiden durchgeführt. Diese Studien zeigten, dass PP I- und PP II-Helices nicht an allen Positionen die gleichen Freiheitsgrade besitzen und nur "Idealfälle" darstellen, da verschiedene semistabile Intermediatstrukturen existieren.

In contrast to the classical secondary structures, α-helix, β-sheet and turn structures, less attention was paid at the poly-proline (PP) II-helix in the last decade. This phenomenon might be caused by the fact that this structure was often falsely assigned as random or unfolded. However, in vivo PP II structures play an important role for many cell signalling processes. The main goal of this work was to establish a model, including the present literature, which described the influence of single conformational switches on the PP secondary structures. For this purpose we synthesized peptides where a single carbonyl oxygen atom of a 13mer polyproline peptides was replaced by sulphur. The resulting thioxopeptides allowed the detection of structural changes of a single peptide bond within the polyproline-peptides and were used for comparative analyses of photo- and solvent induced cis/ trans isomerisation processes of the PP secondary structures. The kinetic and thermodynamic properties of the different thioxo-polyproline peptides and reference thioxo dipeptides showed that PP I- and PP II-helices do not possess the same degrees of freedom at every position within such a structure. Therefore, the PP I- and PP II-helices represent only an ideal state of such structures.