Selenoxo modulation of oligopeptide backbone - synthesis, photoisomerization and electronic effects

Abstract

Die Selenoxoamid-Funktion war bisher in Peptiden nicht bekannt. In dieser Arbeit wird die Synthese von Selenoxoamid-Peptiden erstmals beschrieben. Selenoxoamid-Bindung ist ein Fotoschalter und kann effizient bei Bestarhlung mit Licht der Wellenlänge um 290 nm von der trans- in die cis-Konformation isomerisert werden. Die cis Konformation ist, abhängig von der Peptidsequenz, über Stunden bis Tage stabil. Zusätzlich zu der cis/trans-Isomerisierbarkeit der Selenoxoamid-Bindung wurde ein sehr schneller Stickstoff-Inversionsweg unter wässrigen, alkalischen Bedingungen gefunden. Außerdem spielt die atomare Polarisierbarkeit eine dominierende Rolle bei der Bestimmung des elektronischen Einflusses einer Chalkogen-Substitution in einer Peptidbindung. Weiterhin stellt die Selenoxo-Peptidbindung eineneffektiven Fotoschalter zur Fotokontrolle der Peptidkonformation dar und durch elektronische Effekte bei der Selenoxo-Modulation, wird gleichzeitig die Erforschung von dabei auftretenden nichtkonvalenten Wechselwirkungen in Peptiden und Proteinen möglich.

Selenoxo amide groups have never been incorporated inte peptides previously. Here, the selenoxo peptides have been synthesized for the first time. The selenoxo peptide bond can be efficiently photoswitched from trans conformation to cis by irradiation at about 290 nm. The cis conformation is quite stabil, with a life time from hours to days depending on peptide sequence. Additionally, an autocatalytic rapid nitrogen inversion pathway has been found to contribute to the accelerated cis to trans decay of the selenoxo peptide bond in basic aqueous solution. Moreover, the atomic polarizability is found to play a dominant role in determining the electronic effects of chalcogen substitution. Collectively, the selenoxo peptide bond is an efficient photoswitch for the peptide conformational photocontrol and the special electronic effects of selenoxo modulation allows it to be applied to probe the noncovalent interactions in peptides and proteins.