Radikaldanning i røntgenbestrålte einkrystallar av N-acetyl-L-tyrosin ved 295 K og 77 K : eit EPR-, ENDOR-, EIE- og DFT-studium

Abstract

EPR-spektroskopi, med avartar som ENDOR og EIE, er veletablerte teknikkar for studiar av radikaldanning i einkrystallar. Hovudmålet med dette arbeidet har vore å identifisere kva radikal som vert danna i einkrystallar av dipeptidet N-acetyl-L-tyrosin etter røntgenbestråling ved 295 K og 77 K. Arbeidet føyer seg inn i eit større prosjekt der generelle strålingsmekanismar for enkle aminosyrer og dipeptid vert undersøkt i håp om å finne kva stråleeffektar som vil kunne gjere seg gjeldande på makromolekylært nivå. I tillegg til dei spektroskopiske teknikkane nemnt over vart det gjort Density Functional Theory (DFT) molekylorbital-berekningar av dei føreslåtte radikalstrukturane.

Røntgenbestråling av einkrystallar av N-acetyl-L-tyrosin ved romtemperatur (295 K) produserar minst tre stabile radikal (I-III). Radikal I er identifisert som eit nøytralt tyrosylradikal, danna ved ein oksidasjon av OH-gruppa bunde til den aromatiske ringen i N-aetyl-L-tyrosin. Frå tidlegare studiar veit ein at liknande tyrosylradikal er viktige komponentar i fotosystem II, i ribonukleotid reduktase (RNR) og i prostaglandin-H-syntase. Radikal II er ikkje fullt ut identifisert i dette arbeidet, men ei av hypotesane er at radikalet er eit oksidasjonsprodukt danna ved ein netto hydrogenabstraksjon av H(3-1)/H(3-2). Radikal III gjev berre ei kopling og ein klar dublett i EPR-spekteret. Ein kandidat til radikal III er σ-radikalet danna ved β-OH-eliminasjon av karboksylgruppa i N-acetyl-L-tyrosin. Ein annan kandidat er det protonerte karboksylanionet i N-acetyl-L-tyrosin. Ingen av dei to kandidatane har godt nok samsvar med radikal III til at ein med visse kan fastslå radikalstrukturen.

På grunn av elektronkonfigurasjonen sin er radikal vanlegvis svært reaktive og dei vil i løpet av kort tid inngå i nye reaksjonar og danne nye kjemiske konfigurasjonar. I romtemperaturstudiar detekterar ein normalt difor berre dei stabile sluttprodukta i lengre reaksjonssekvensar. Ved lave temperaturar vil reaksjonane gå saktare og det vil vere mogleg å detektere dei radikala som primært vert danna ved ioniserande stråling og som er forløparane til dei produkta ein ser ved romtemperatur. Einkrystallar av N-acetyl-L-tyrosin vart difor kjølte til 77 K med flytande nitrogen både under røntgenbestråling og målingar. Resultata frå desse eksperimenta viser stabilisering av minst tre radikal A, B og C ved 77 K. Radikal A er identifisert som tyrosylradikalet (jamfør radikal I) og radikal B er identifisert som eit dekarboksylert N-acetyl-L-tyrosin-kation. Dekarboksyleringsprodukt er av dei vanlegaste oksidasjonsprodukta, danna i aminosyrer og peptid utsette for ioniserande stråling. Radikal C er truleg eit protonert karbonylanion. Det vart og gjort oppvarmingsforsøk der stabiliteteten til dei ulike lågtemperaturradikala vart undersøkt. Moglege mekanismar som knyt saman resultata ved 77 K og resultata ved 295 K er diskuterte og jamførte med ulike data på dipeptid frå litteraturen.