Mononukleare Kupfer(II)komplexe – Biomimetische Modelle für die Quercetin-2,3-dioxygenase

Abstract. Flavonole sind in der Natur häufig vorkommende Substanzen, z.B. in Teepflanzen und in Rotwein. Ihnen werden auch vielfältige pharmakologische Wirkungen zugeschrieben. Quercetin-2,3-dioxygenase ist ein Typ 2-Kupferenzym, welches den Abbau von Quercetin (3,3´,4´,5,7-Pentahydroxyflavon), einem häufig vorkommenden Flavonol, in zwei Benzoesäurederivate katalysiert.

Vorhergehende Forschungen an Kupfer(II)komplexen mit N-Donorliganden haben gezeigt, daß Komplexe mit zweizähnigen Liganden eine geringere Aktivität zeigen als solche mit tripodalen, tetradentaten Liganden.

In dieser Arbeit wurden Studien an Komplexverbindungen mit systematisch veränderten Liganden durchgeführt. Hierfür wurden Liganden mit N₃-, N₄- und N₆-Donorsets synthetisiert. Ausgehend von den tetradentaten Tripodliganden tpa und ntb wurden folgende Änderungen am Liganden vorgenommen:

• Austausch eines Substituenten in tpa durch sterisch anspruchsvollere Gruppen.
  
• Derivatisierung der Benzimidazolarme in ntb durch Ethylenspacer.
  
• Übergang auf ein N₃-Donorset durch Einsatz von bipodalen Liganden.
  

Mehrere Precursorkomplexe aus Ligand mit Kupfersalz konnten einkristallin erhalten werden; eine Röntgenstrukturananlyse ermöglichte den Vergleich mit literaturbekannten Spezies, soweit vorhanden.

Die eingesetzten Verbindungen zeigten in cyclovoltammetrischen Untersuchungen, einen quasi-reversiblen Elektronenübergang, der dem Übergang Cu^II ↔ Cu^I zugeordnet werden konnte. Die Lage der beobachteten Redoxübergaänge zeigt jedoch keine Korrelation mit den in den Liganden vorgenommenen Veränderungen.

Alle untersuchten Komplexverbindungen, mit Ausnahme der fünffach koordinierten Verbindung [Cu(tri2pach)](NO₃)₂, zeigten im UV-Spektrum ein dem Enzym analoges Verhalten. Bei Zugabe der Komplexlösung zum Substrat verschiebt sich die Bande bei 345 nm bathochrom. Dies beweist, daß die Anbindung des Substrates im Enzym und in den Komplexverbindungen gleich, nämlich über die beiden Sauerstoffatome der Cinnamoylsubstruktur, verläuft.

Kinetische Untersuchungen ergaben, daß das System eine Sättigungskinetik aufweist, die dem Michaelis-Menten-Modell folgt. Die Auswertung zeigte, daß ein klarer Zusammenhang zwischen der Koordinationssphäre des Kupferions und der Aktivität als Katalysator der Quercetinasereaktion besteht. Die Tripodliganden mit Methylenspacern, die eine vierfache Koordination mit drei fünfgliedrigen Chelatringen präorganisieren, zeigen nur geringe Aktivität. Dies kann dem insgesamt sehr gespannten System zugeschrieben werden, welches eine feste Anbindung des Substrates verhindert. Wird diese Spannung verringert, z.B. durch den sukzessiven Einbau sechsgliedriger Chelatringe, so wird durch eine leichte Veränderung der Position des Kupferatoms zum Liganden die Koordination des Substrates erleichtert und die Aktivität steigt sprunghaft auf Werte, wie sie auch bei den tridentaten Liganden beobachtet werden. Eine weitere Erhöhung des angebotenen Raumes für das Substrat, wie in den Komplexen mit zweizähnigen Liganden, führt jedoch zu einer zu festen Anbindung des Substrates und damit zu einem Abfall der Umsatzzahlen auf Werte nahe Null.

Zurück