Metallocorrole als Häm-Analoga: Cofaktor-Austausch an Myoglobin und Hämoxygenasen
Der Austausch von nicht-kovalent gebundenen Kofaktoren in Proteinen gegen synthetische Metall-Komplexe ist derzeit im Fokus vieler bioanorganischer Forschungsaktivitäten. Im allgemeinen wird hierbei das Ziel der Herstellung und Untersuchung von Biohybriden und Biokonjugaten verfolgt. Die Abbildung unten enthält eine allgemeine Skizze zur Veranschaulichung der Herangehensweise.
Schematische Darstellung des Cofaktor-Austauschs
Biohybrid-Systemen werden spezielle Eigenschaften zugeschrieben. Hierbei soll das proteinogene Material die Eigenschaften der aktiven Tasche, d.h. Isolation des molekularen Cofaktors, Chiralität und Mikropolarität, unterstützend einbringen. Der erfolgreichste Ansatz bisher ist der Austausch der Häm-Gruppe von einfachen Häm-Proteinen wie Myoglobin oder Meerrettichperoxidase, gegen modifizierte Häm-Derivate oder andere Porphyrinoide. Die modifizierten Metalloporphyrine sind hierbei strukturell der natürlichen Häm-Gruppe eng verwandt und tragen so neue Reaktivitäten in das Biomolekül herein.
Darstellung von stellungsisomeren propionatsubstituierten Eisencorrolen
Propionatsubstituierte Corrole mit unterschiedlichen Zentralmetallen konnten erfolgreich dargestellt und als Cofaktor-Analoga in verschiedene Apo-Myoglobine eingebaut werden. Selbst Kupfercorrole, die nicht zur Bindung an der Histidinseitenkette der Proteintasche befähigt sind, lassen sich vollständig einbauen und erweisen sich als robust gegenüber einer Dissoziation des Cofaktor-Analogons. Beim Studium der Wechselwirkung von Eisencorrolen mit verschiedenen Hämoxygenasen (Kooperation mit Nicole Frankenberg-Dinkel von der Ruhr-Universität Bochum) wurde überraschend gefunden, dass die natürliche Ringöffnung in Abhängigkeit von der Regiochemie des Corrols und der Herkunft des Proteins abläuft. Interessanterweise wird hierbei allerdings kein CO freigesetzt.
Ungewöhnliche Ringöffnung von γ-CH-Fe(cor) durch HO-3 von Arabidopsis thalliana
Aktuell wird das Portfolio der Häm-Analoga erweitert. Zudem sind Untersuchungen an weiteren Hämproteinen und an Mutanten in Arbeit.