2023-12-082023-12-08https://hdl.handle.net/11420/44536Jüngste bioinformatische Untersuchungen von Proteinstrukturdatenbanken haben ergeben, dass die Struktur eines Drittels aller bekannten Proteine durch nicht-kovalente Wechselwirkungen zwischen Schwefel und pi-Elektronen aromatischer Gruppen, so genannte S-pi-Wechselwirkungen, stabilisiert wird. Aufgrund der Veränderung der Elektronenorbitale sind die S-pi-Wechselwirkungsgruppen auch als Relaisstationen an den Elektronentransportprozessen innerhalb der Proteine beteiligt. Die biologische Relevanz dieser Wechselwirkung wird auch dadurch deutlich, dass sie bei Krankheiten eine Rolle spielt, die mit dem Verlust der Wechselwirkung aufgrund von Schwefeloxidation einhergehen, darunter altersbedingte Krankheiten wie Alzheimer oder Creutzfeldt-Jakob. S-pi-Wechselwirkungen gewinnen in vielen Forschungsbereichen an Interesse, etwa bei der Entwicklung neuer Medikamente für gezielte Therapien, beim Entwurf von Organokatalysatoren und beim Verständnis der Struktur und der Funktionen biologischer Systeme. Bislang gibt es jedoch keinen spektroskopischen Fingerabdruck dieser Wechselwirkung, der nicht nur Informationen über die elektronische Struktur, Ladungstransfers und abgeleitete Eigenschaften von schwefel- und aromatenhaltigen Proteinen liefert, sondern auch einen Biomarker für die Proteindenaturierung zur frühzeitigen Erkennung bestimmter Krankheiten darstellen könnte. Mit diesem Projekt zielen unsere Teams darauf ab, fortschrittliche Gasphasenspektroskopie-Instrumente (IR-, UV/VUV- und Röntgenspektroskopie) in Kombination mit massenspektrometrischen Techniken einzusetzen, um die Fingerabdrücke der S-pi-Wechselwirkungen in Peptiden und Proteinen zu entschlüsseln. Die grundlegenden Auswirkungen der Schwefeloxidation auf die Denaturierung des Proteins und die Veränderungen der spektroskopischen Signatur werden ebenfalls untersucht. Diese experimentelle Arbeit wird durch theoretische Berechnungen unterstützt, bei denen die S-pi-Wechselwirkung und der Rest des Moleküls durch ab initio-Methoden (QM) bzw. Molekularmechanik (MM) behandelt werden. Die Spektrenberechnung könnte auch Clustering-Techniken erfordern, um eine Schätzung der wichtigen Konformeren zu erhalten und so Schlüsselmerkmale für die Stabilisierung der Proteinstruktur durch S-pi-Wechselwirkungen zu ermitteln.Recent bioinformatics studies on protein structure databases have revealed that one third of all known proteins have their structure stabilized by non-covalent interactions between sulfur and pi electrons of aromatic groups, called S-pi interactions. Due to the change in the electron orbitals, S-pi interacting groups are also involved as relay stations in the electron transport processes within proteins. The biological relevance of this interaction is also imparted by its implication in pathologies associated with the interaction loss due to sulfur oxidation, including aging-related diseases such as Alzheimer or Creutzfeldt-Jacob. S-pi interactions are gaining interest in many research areas, for the development of new drugs for targeted therapeutics, the design of organo-catalysts and for the understanding of the structure and functions of biological systems. However, there is, to date, no spectroscopic fingerprint of this interaction which, in addition to bringing information on the electronic structure, charge transfers and derived properties of sulfur and aromatic containing-proteins, could provide a Biomarker of the protein denaturation for the early detection of some pathologies. With this project, our teams aim at employing advanced gas-phase spectroscopic tools (IR, UV/VUV and X-ray spectroscopy) in combination with mass spectrometric techniques to unravel the fingerprints of the S-pi interactions in peptides and proteins. Fundamental effects of the sulfur oxidation on the protein's denaturation and changes in the spectroscopic signature will also be studied. This experimental work is supported by theoretical calculations where the s-pi interaction and the rest of the molecule are treated by ab initio methods (QM) and molecular mechanics (MM), respectively. The spectra calculation might require as well clustering techniques to provide an estimate of the important conformers to identify key features in stabilizing protein structure via S-pi interactions.