CIDEP Effects of Intramolecular Quenching of Singlet and Triplet Excited States by Nitroxide Radicals in Oligopeptides: A Potentially Useful New Method for Investigating Peptide Secondary Structures in Solution

Abstract

Two hexapeptides, each bearing one photoactive α-amino acid (Bin or Bpa) and one nitroxide-containing TOAC residue, have been synthesized and fully characterized. FT-IR absorption measurements indicate that a 310-helical conformation is adopted by these peptides in solution. As two amino acid units separate the photoactive residue from TOAC in the peptide sequences, the two moieties face each other at a distance of about 6 Å after one complete turn of the ternary helix. Irradiation by a light pulse from an excimer laser populates the excited states localized on the chromophores. An intramolecular interaction between the singlet (Bin) or triplet (Bin and Bpa) excited states and the doublet state of the TOAC nitroxide makes a spin-selective decay pathway possible, that produces transient spin polarization. In addition, in order to determine whether the intramolecular exchange interaction occurs through-bond or through-space, we have prepared linear and cyclic TOAC-Bin dipeptide units. A CIDEP study revealed that a through-space intramolecular interaction is operative. The observation of spin polarization makes the two helical hexapeptides suitable models to test the possibility of application of this novel technique to conformational studies of peptides in solution. Sono stati sintetizzati due esapeptidi, ciascuno contenente un α-amminoacido fotoattivo (Bin o Bpa) e un residuo di TOAC (caratterizzato da un radicale nitrossilico). Misure di assorbimento FT-IR hanno indicato che questi peptidi adottano in soluzione una conformazione elicoidale di tipo 310. Poiche' sono due i residui di amminoacido che separano il residuo fotoattivo dal TOAC nella sequenza peptidica, le catene laterali del Bin (o Bpa) e del TOAC si affacciano una di fronte all'altra, a una distanza di circa 6 Å, dopo un giro completo dell'elica ternaria. A seguito dell'irraggiamento dei peptidi con un impulso luminoso laser, si popolano gli stati eccitati localizzati sui cromofori. L'interazione intramolecolare tra gli stati eccitati di singoletto (Bin) o tripletto (Bin e Bpa) e lo stato di doppietto del nitrossile del TOAC rende possibile un meccanismo di decadimento che produce una polarizzazione di spin transiente. Inoltre, al fine di determinare se l'interazione di scambio intramolecolare ha luogo via legami chimici o attraverso lo spazio, abbiamo preparato due molecole dipeptidiche TOAC-Bin, una lineare e una ciclica. Uno studio CIDEP ha chiarito che in questi sistemi è operativa un'interazione attraverso lo spazio. L'osservazione della polarizzazione di spin rende i due esapeptidi modelli adatti per saggiare la possibilità di applicare questa nuova tecnica alle indagini conformazionali di peptidi in soluzione.