Pearl in der Wissenschaft (2) - Der Einfluss des pH-Werts auf Peptid-Nanoröhren
Castelletto et al. haben ein selbstorganisiertes Peptid-Nanoröhrchen untersucht, das oberflächenaktive Arginin3-Leucin12 (R3L12) [1]. Diese Art von Nanoröhrchen bietet interessante Anwendungsmöglichkeiten, u.a. in der Biokatalyse und beim Einschluss pharmazeutischer Moleküle zur gezielten Freisetzung von Medikamenten. Diese Peptid-Nanoröhren bilden eine breite Palette von Strukturen, darunter Spulen und β-Faltblätter [2,4]. In ihrer früheren Arbeit [4] berichteten die Autoren, dass R3L12 unter sauren Bedingungen α-Helix-Strukturen mit Querverbindungen zwischen den Nanoröhren bildet. Diese Struktur ist in der wissenschaftlichen Literatur bisher einzigartig. Die Nanoröhren bauten sich selbst zu einer Struktur auf, bei der der Argininanteil an den Wänden der Röhren (sowohl an der Innen- als auch an der Außenseite) vorhanden war und das Leucinfragment in die Nanoröhre eingebettet war.
In ihrer Studie mit der Pearl wollten die Autoren die Auswirkungen eines basischeren Milieus untersuchen, wobei der pH-Wert zwischen 9 und 13 bei Konzentrationen von 0,04 bis 0,07 Gew.-% des Peptids variiert wurde. Um den Effekt auf die Nanoröhren zu untersuchen, setzten die Autoren eine Reihe von Techniken ein. Die CD-Spektroskopie zeigte, dass die α-Helix-Struktur mit steigendem pH-Wert verloren ging, wobei die Nanoröhrchen bei SAXS-Messungen erst bei pH 9 entdeckt wurden. Die TEM- und SAXS-Messungen zeigten, dass sich die Nanoröhrchen bei höheren pH-Werten zu kugelförmigen, mizellenartigen Strukturen umformten. Während TEM, CD und SAXS nachweisen konnten, dass eine Veränderung stattgefunden hatte, konnte nur die FTIR-Spektroskopie genutzt werden, um diese Veränderungen auf molekularer Ebene zu untersuchen. Die Verwendung der Pearl mit einer CaF2-Oyster-Küvette war daher entscheidend für das Verständnis, warum die Nanoröhrchen bei höheren pH-Werten zerfielen.
Die FTIR-Spektren bestätigten den Verlust der α-Helix-Struktur, wobei der Peak bei 1665 cm-1, der der Amid-I-Bande zugeordnet ist, mit einer bei pH 9 vorhandenen α-Helix-Struktur übereinstimmt, bevor er in den bei pH 12 und 13 aufgenommenen Spektren abnimmt. Die Amid-III-Bande blieb über verschiedene pH-Werte hinweg bestehen. In der CH-Region wurden die Peaks bei 2871 und 2959 cm-1 den symmetrischen und asymmetrischen Modi der CH3-Endgruppen und bei 2930 cm-1 den CH/CH2-Streckmodi zugeordnet. Diese Peaks sind der 2-Methylpropyl-Seitenkette des Leucinpeptids zuzuordnen. Es wurde beobachtet, dass die Intensität dieser Peaks abnahm, wenn der pH-Wert erhöht wurde, was auf die Bildung eines hochgradig ungeordneten molekularen Zustands hindeutet, möglicherweise mit der Bildung von R3L12-Dimeren.
Referenzen
[1] Castelletto, V., Seitsonen, J., Ruokolainen, J. & Hamley, I.W., Soft Matter, 17, (2021), 3096-3104. DOI: 10.1039/D0SM02095H
[2] Morris, K.L., Zibaee, S., Chen, L., Goedert, M., Sikorski P. & Serpell, L.C., Angew. Chem., Int. Ed., 52, (2013), 2279-2283. DOI: 10.1002/anie.201207699
[3] Pandya, M.J., Spooner, G.M., Sunde, M., Thorpe, J. R., Rodger, A. & Woolfson, D. N., Biochemistry, 39, (2000), 8728-8734. DOI: 10.1021/bi000246g.
[4] Castelletto, V., Seitsonen, J. , Ruokolainen, J., Piras, C., Cramer, R., Edwards-Gayle C.J.C, & Hamley I.W., Chem. Commun., 56, (2020), 11977-11980. DOI: 10.1039/D0CC04299D
