No description available.

Structural studies of peptides are of great importance in developing novel and effective biomaterials ranging from drugs and vaccines to nano materials with industrial applications. In addition, they provide model systems to study and mimic the protein conformations. The ability to generate folded intramolecularly hydrogen bonded structures in short peptides is essential for peptide design strategies, which rely on the use of folding nuclei in the construction of secondary structure modules like helices and β-hairpins. In these approaches, conformational choices at selected positions are biased, using local stereochemical constraints, that limit the range of accessible backbone torsion angles. X-ray crystallographic studies of designed peptides provide definitive proof of the success of a design strategy, and provide essential structural information that can be utilized in the future design of biologically and structurally important polypeptides. Recent trends in peptide research focus on the incorporation of β-, γ- and higher homologs of the α-amino acid residues in designed peptides as they confer more proteolytic stability to the polypeptides. X-ray crystallographic studies of such modified peptides containing non-protein residues are essential, since information on the geometric and stereochemical properties of modified amino acids can only be gathered from the systematic structural studies of synthetic peptides incorporating them. This thesis reports a systematic study of the structures and conformations of amino acid derivatives and designed peptides containing stereochemically constrained α-, β- and γ-amino acid residues and the structural studies of polymorphic peptide helices. The structures described in thesis contain the Cα,α-dialkyalted α-residues α-aminoisobutyric acid (Aib) and 1-aminocyclohexane-1-carboxylic acid (Ac6c), the β-amino acid residue 1-aminocyclohexane acetic acid (β3,3Ac6c) and the γ-amino acid residue 1-aminomethylcyclohexaneacetic acid (gabapentin, Gpn). The crystal structure determination of peptides incorporating conformationally constrained α-, β- and γ- amino acid residues permitted the characterization of new types of hydrogen bonded turns and polymorphs. The studies enabled the precise determination of conformational and geometric parameters of two ω-amino acid residues, gabapentin and β 3,3Ac6c and provided detailed information about the conformational excursions possible for peptide molecules. This thesis is divided into 10 chapters. Chapter 1 gives a general introduction to the stereochemistry of the polypeptide chain, description of backbone torsion angles of α- and ω- amino acid residues and the major secondary structures of α-peptides, β-peptides, γ-peptides and hybrid peptides. A brief introduction to polymorphism and weak interactions, in particular aromatic interactions, is also provided, followed by a discussion on X-ray diffraction and solution to the phase problem. Chapter 2 describes the crystal structures of gabapentin zwitterion and its eight derivatives (Ananda, Aravinda, Vasudev et al., 2003). The crystal structure of the gabapentin zwitterions determined in this study is identical to that previously reported (Ibers, J. A. Acta Crystallogr. 2001, C57, 641-643). Eight of the nine achiral compounds crystallized in centrosymmetric space groups P21/c, C2/c or Pbca, while one derivative (Tos-Gpn-OH) crystallized in non-centrosymmetric space group Pna21 with four independent molecules in the asymmetric unit.The structural studies presented in this chapter reveal that the geminal substituents on the Cβ atom limits the values of dihedral angles θ1 and θ2 to ±60°, resulting in folded backbone conformations in all the examples. Intramolecular hydrogen bonds with 7-atoms in the hydrogen bond turn (C7) are observed in three derivatives, gabapentin hydrochloride (GPNCL), Boc-Gpn-OH (BGPNH) and Piv-Gpn-OH (PIVGPN), while a 9-atom hydrogen bonded turn (C9) is observed in Ac-Gpn-OH (ACGPH). Unique structural features, such as an unusual anti conformation of the COOH group (in ACGPH) and positional disorder of the cyclohexane ring (in BGPNN), indicating the co-existence of both the interconvertible chair conformations, are revealed by the crystal structure analyses. Chapter 3 describes the structural characterization of novel hydrogen bonded conformations of homo oligomers of Gpn. The crystal structures of three peptides, Boc-Gpn-Gpn-NHMe (GPN2), Boc-Gpn-Gpn-Leu-OMe (GPN2L) and Boc-Gpn-Gpn-Gpn-Gpn-NHMe (GPN4) provide the first crystallographic characterization of two new families of polypeptide structures, the C9 helices and C9 ribbons (Vasudev et al., 2005, 2007), in which the molecular conformations are stabilized by contiguous C9 turns formed by the hydrogen bonding between the CO group of residue (i) and the NH group of residue (i+2). The C9 hydrogen bond is characterized by a specific combination of the four torsion angles for the Gpn backbone, with the torsion angles θ1 and θ2 adopting g+/g+ or g /g- conformations. The structural analysis also permits precise determination of hydrogen bond geometry for the C9 structures, which is highly linear in contrast to the analogous γ-turn hydrogen bonds in α-peptides. A comparison of the backbone conformations in the three peptides reveals two classes of C9 hydrogen bonded secondary structures, namely C9 helices and C9 ribbons. The packing arrangement in these γ-peptides follows the same patterns as the helix packing in crystals of α-peptides. Chapter 4 describes ten crystal structures of short hybrid peptides containing the Gpn residue (Vasudev et al., 2007). In addition to the C7 and C9 hydrogen bonded turns which are defined by the backbone conformations at the Gpn residue, hybrid turns defined by a combination of backbone conformations at the α and γ-residues or at the β and γ-residues have been determined. Peptides Boc-Ac6c-Gpn-OH (ACGPH), Piv-Pro-Gpn-Val-OMe (PPGPV) and Boc-Val-Pro-Gpn-OH (VPGPH) reveal molecular conformation stabilized by intramolecular C9 hydrogen bonds, while Boc-Ac6c-Gpn-OMe (ACGPO) and Boc-Gpn-Aib-OH (GPUH) are stabilized by a C7 hydrogen bonded turn at the Gpn residue. An αγ hybrid turn with 12 atoms in the intramolecular hydrogen bonded rings (C12 turns) has been observed in the tripeptide Boc-Ac6c-Gpn-Ac6c-OMe (ACGP3), while βγ hybrid turns with 13 atoms in the hydrogen bonded ring (C13 turns) have been characterized in the tripeptides Boc-βLeu-Gpn-Val-OMe (BLGPV) and Boc- βPhe-Gpn-Phe-OMe (BFGPF). The two βγ C13 turns belong to two different categories and are characterized by different sets of backbone torsion angles for the β and γ residues. A γα C10 hydrogen bond, which is formed in the N→C direction (NHi ••• COi+2), as opposed to the regular hydrogen bonded helices of α-peptides, has also been observed in BFGPF. The Chapter provides a comparison of the backbone torsion angles of the Gpn residue in various hydrogen bonded turns and a brief comparison of the observed hydrogen bonded turns with those of the α-peptides. Chapter 5 describes the crystal structures of three αγ hybrid peptides which show C12/C10 mixed hydrogen bond patterns (Vasudev et al., 2007, 2008a; Chatterjee, Vasudev et al.,2008a). The insertion of gabapentin in the predominantly α-amino acid sequences in Boc-Ala-Aib-Gpn-Aib-Ala-OMe (AUGP5) and Boc-Leu-Gpn-Aib-Leu-Gpn-Aib-OMe results in the observation of helices stabilized by αα C10 (310-turn) and αγ C12 turns. The tetrapeptide Boc-Leu-Gpn-Leu-Aib-OMe reveals a novel conformation, stabilized by C12 (αγ) and C10 (γα) hydrogen bonds of opposite hydrogen bond directionalities. The conformations observed in crystals have been extended to generate C12 helix and C12/C10 helix with alternating hydrogen bond polarities in ( αγ)n sequences. The structure determination of three crystals, providing five molecular conformations, presented in this chapter provides the first crystallographic characterization of two types of helices predicted for the regular αγ hybrid peptides from theoretical calculations. The crystal structure of Boc-Ala-Aib-Gpn-Aib-Ala-OMe also provides an example for the co-existence of left-handed and right-handed helix in the asymmetric unit. Chapter 6 describes the structural studies of αγ hybrid peptides containing Aib and Gpn residues, and is divided into two parts. The first part presents the crystal structure analysis of peptides of sequence length 2 to 4, with alternating Aib and Gpn residues, and illustrates the conformational variability in αγ hybrid sequences as evidenced by the observation of conformational polymorphs (Chatterjee, Vasudev et al., 2008b; Vasudev et al., 2007; Ananda, Vasudev et al., 2005). The peptide Boc-Gpn-Aib-NHMe (GUN), Boc-Aib-Gpn-Aib-OMe (UGU), Boc-Gpn-Aib-Gpn-Aib-OMe (GU4O), Boc-Aib-Gpn-Aib-Gpn-OMe (UG4O) and Boc-Aib-Gpn-Aib-Gpn-NHMe (UG4N), all of which are potential candidates for exhibiting αγ C12 hydrogen bonds, reveal molecular conformations stabilized by diverse hydrogen bonded turns such as C7, C9, C12 and C17 in crystals. The conformational heterogeneity in this class of hybrid peptides is further evidenced by the observation of three polymorphs in the monoclinic space group P21/c for the tetrapeptide Boc-Aib-Gpn-Aib-Gpn-NHMe (UG4N), providing four independent peptide molecules adopting two distinct backbone conformations. In one polymorph, C12 helices terminated with an unusual three residue ( γαγ) C17 turn is observed, while the unfolding of helical conformation by solvent insertion into the backbone is observed in the other two polymorphs. The studies indicate the possible utility of Gpn residue in stabilizing locally folded conformations in the folding pathway, thus permitting their crystallographic characterization in multiple crystal forms. A discussion of the structural and conformational features of Gpn residues determined from all the crystal structures is presented in the Chapter, along with a φ-ψ plot for the Gpn residue. Part 2 of Chapter 6 describes the crystal structures of two octapeptides, Boc-Gpn-Aib-Gpn-Aib-Gpn-Aib-Gpn-Aib-OMe (GU8) and Boc-Leu-Phe-Val-Aib-Gpn-Leu-Phe-Val-OMe (LFVUG8), featuring C12 turns at the Aib-Gpn segments (Chatterjee, Vasudev et al., 2009). GU8 folds into a C12 helix flanked by C9 hydrogen bonds at both the termini, while LFVUG8 adopts β-hairpin conformation with a chain-reversing C12 turn at the central Aib-Gpn segment. A remarkable feature of the Aib-Gpn turn in the β-hairpin structure is the anti conformation about the Cβ-Cα (θ2) bond, which is the only example of a Gpn residue not adopting gauche conformation for both θ1 and θ2. The crystal structures of the two peptides, mimicking the two major secondary structural elements of α-peptides in hybrid polypeptides, permits a comparative study of the mode of molecular packing in crystals of α-peptides and hybrid peptides. The chapter also discusses theoretical calculations on αγ hybrid sequences, which reveal new types of C12 hydrogen bonded turns. Chapter 7 describes the crystal structures of conformationally biased tert-butyl derivatives of Gpn. The crystallographic characterization of the E (trans) and Z (cis) isomers of the residue,three protected derivatives and a tripeptide provides examples of C7 and C9 hydrogen bonded conformations, suggesting that the C7 and C9 hydrogen bonds can be formed by Gpn residues with both the chair conformations of the cyclohexane ring. Chapter 8 describes the systematic structural studies of the derivatives and peptides of the stereochemically constrained β- amino acid residue, β3,3Ac6c (Vasudev et al., 2008c). The backbone torsion angles φ and θ adopt gauche conformation in majority of the examples, owing to the presence of a cyclohexane ring on the Cβ atom. In contrast to Gpn, β3,3Ac6c does not show strong preference for adopting intramolecularly hydrogen bonded conformations. Of the 16 crystal structures determined, intramolecular hydrogen bonds involving the β-residue are observed only in 4 cases. The amino acid zwitterion (BAC6C), the hydrochloride (BACHCL) and the dipeptide Boc-β3,3Ac6c-β3,3Ac6c-NHMe (BAC62N) form N-H•••O hydrogen bonds with 6-atoms in the hydrogen bond ring (C6 turns). An αβ hybrid C11 hydrogen bonded turn is characterized in the dipeptide Piv-Pro-β3,3Ac6c-NHMe, which is distinctly different from the C11 hydrogen bonds observed in αβ hybrid peptide helices. Several unique structural features such as a dynamic disorder of the hydrogen atom of the carboxylic acid group (in BBAC) and cis geometry of the urethane bond (in BBAC, BAC62N and BPBAC) have been observed in this study. A comparison of the backbone conformations of β3,3Ac6c with other β- amino acid residues is also provided. Chapter 9 describes the crystallographic characterization of a new polymorph of gabapentin monohydrate and crystal structures of the zwitterions of E and Z isomers of tert-butylgabapentin and its hydrochloride and hydrobromide (Vasudev et al., 2009). A comparison of the crystal structures of the monoclinic form (Ibers, J. A. Acta Crystallogr. 2001, C57, 641-643) of gabapentin monohydrate and the newly characterized orthorhombic form reveals identical molecular conformations and intermolecular hydrogen bond patterns in both the polymorphs. The two polymorphs show differences in the orientation of molecules constituting a layer of hydrophobic interactions between the cyclohexyl side chains. A comparison of the packing arrangements of the zwitterionic amino acid molecules in the crystal structures of gabapentin monohydrate, the tert-butyl derivatives and other co-crystals of gabapentin that had been characterized so far, is provided which would facilitate prediction of new polymorphs of the widely used drug molecule, Gpn. Chapter 10 describes the crystallization of α-peptide helices in multiple crystal forms (Vasudev et al., 2008b). Crystal structures of two peptides, Boc-Leu-Aib-Phe-Phe-Leu-Aib-Ala-Ala-Leu-Aib-OMe (LFF), Boc-Leu-Aib-Phe-Ala-Leu-Ala-Leu-Aib-OMe (D1) in two crystal forms and the crystal structure of a related sequence, Boc-Leu-Aib-Phe-Ala-Phe-Aib-Leu-Ala-Leu-Aib-OMe (D10) permit an analysis of the molecular conformation and packing patterns of peptide helices in crystals. The two polymorphs of LFF, crystallized in the space groups P21 and P22121, reveal very similar molecular conformation (α/310-helix) in both the polymorphic crystals; the two forms differ significantly in the pattern of solvation. The crystal structure determination of a monoclinic (P21) and an orthorhombic polymorph (P21212) of D1 provides five different peptide conformations, four of which are α-helical and one is a mixed 310/α-helix. The crystal structure determination of the three peptides provide an opportunity to compare the nature and role of aromatic interactions in stabilizing molecular conformation and packing and its significance in the observation of polymorphism. An analysis of the Cambridge Structural Database and a model for nucleation of crystals in hydrophobic peptide helices are also discussed.

Design of complex protein folds requires complete understanding of the stereochemical principles that govern polypeptide chain folding. Extensive studies on design and synthesis of specific secondary structures like β-helices, β -sheets and hairpins have taught us that the unnatural amino acid aminoisobutyric acid (Aib) can be successfully employed for helix nucleation and tight turns of appropriate stereochemistry are facilitated by the use of DPro-Xxx sequences. Availability of such rigid secondary structure scaffolds therefore permits the design of synthetic peptides that can be used as models for investigation of tertiary interactions, primarily that of aromatic residues. Chapter 1 summarizes the present knowledge of peptide design using non-protein amino acids. The chapter also details the unique features of aromatic amino acids, especially tryptophan, and their employment as secondary structure stabilizing elements. Chapters 2-7 contain detailed descriptions of the work carried out on design, synthesis, and structural characterization of designed peptides containing aromatic amino acids. In Chapter 2, the use of aromatic pairs in strand segments of peptide hairpins has been discussed with the results clearly indicating that aromatic interactions at the non-hydrogen bonding position of peptide hairpins contribute to structure stability. In Chapter 3, accommodation of the Leu-Trp-Val segment in helical scaffolds the role of Trp residues in crystallization has been discussed. Chapter 4 outlines the influence of a large number of Trp residues on the preferred backbone conformation, with the studies clearly indicating a preference for helical scaffolds in small peptides. The role of Trp residues at turn regions of peptide hairpins has been discussed in Chapter 5, using examples from both synthetic peptides and from natural peptides containing Pro-Trp segments. The studies suggest that the Pro-Trp segments serve as helix nucleators and disrupt formation of peptide hairpins. The results of this study have been further extended to Conus monile peptides, discussed in Chapter 6. The studies also suggest the role of an aromatic-Pro segment on the cis-trans isomerization of the Xxx-Pro tertiary amide unit. Chapter 7 discusses the contribution of a Cys-His vs Tyr-His pair on strand segment stability in diproline nucleated peptide hairpins. Chapter 8 summarizes the key findings of the work. Chapter 9 lists the references cited in the thesis and the Appendix chapter provides details of experimental techniques used in the study.β

Synthetic construction of protein molecules has been widely pursued over the last two decades. A primary goal behind de novo protein design has been to build minimal systems by capturing the essential features of protein structures. Such minimal models can be used to understand underlying principles governing folding, structure, and function of proteins molecules. Several approaches envisioning successful construction of synthetic proteins have been described over the years, some of them being admirably successful (DeGrado et al, 1999; Richardson et al> 1992; Baltzer, 1998). Specific patterning of polar and apolar residues in synthetic sequences has been widely used to achieve designed polypeptide structures like helix bundles (DeGrado et ah, 1999) and (3-sheets (Smith and Regan, 1997; Lacroix et a/., 1998), with reliance on hydrophobic driving forces for folding. Our laboratory has been pursuing a distinctly alternative approach, that employs stereochemically constrained amino acids to generate specific secondary structures which can then be assembled into composite structures by appropriately chosen linking segments. This approach, which involves linking prefabricated modules of secondary structures can be termed as a "Meccano set" approach to protein design (Balaram, 1992). The studies embodied in the present thesis describe attempts at construction of synthetic polypeptide motifs using the stereochemically directing influence of conformationally constrained amino acid residues, such as DPro or Aib (α-aminoisobutyric acid). This thesis is subdivided into 8 chapters, with Chapter 1 providing a perspective of the field of protein design. Subsequent chapters (2-8) describe studies directed towards the specific goal of construction of polypeptide motifs. Chapter 2 describes synthesis and conformational characterization of two octapeptides Boc-Leu-Val-Val-DPro-LAla-Leu-Val-Val-OMe (1) and Boc-Leu-Val-Val-DPro-DAla-Leu-Val-Val-OMe (2), designed to investigate the effect of specific β-turn stereochemistry on β-hairpin structures. 500 MHz NMR studies establish that both peptides 1 and 2 adopt predominantly β-hairpin conformations in chloroform and methanol solutions, with interstrand registry established by observation of long-range nuclear Overhauser effects (NOEs). Specific NOEs provide evidence for a type II' β-turn conformation for the DPro-LAla segment in 1, while the NMR data suggest that a type I' DPro-DAla β-turn conformation predominates in the peptide 2. The crystal structure of 1 reveals two independent molecules in the crystallographic asymmetric unit, both of which adopt β-hairpin conformations nucleated by a type II’ β-turn across DPro-LAla and stabilized by 3 cross strand hydrogen bonds. These designed β-hairpins with defined tight turns produce characteristic vibrational circular dichroism (VCD) patterns, demonstrating the utility of VCD as a probe for conformational analysis of β-hairpins. In Chapter 3, we present conformational analysis on designed β-hairpin sequences incorporating a 'Phe-Phe' residue pair at a non-hydrogen bonding position. Two octapeptides Boc-Leu-Phe-Val-DPro-Gly-Leu-Phe-Val-OMe and Boc-Leu-Phe-Val-DPro-Ala-Leu-Phe-Val-OMe were synthesized and conformationally characterized by 500 MHz NMR spectroscopy. Specific NOEs observed in solution provide conclusive evidence favoring specific orientation effects pertaining to the 'Phe-Phe' pair. The peptides exhibited anomalous electronic CD, which has been explained in terms of aromatic contributions by the side chain chromophores. Interestingly, the VCD patterns obtained for these peptides were almost identical to those obtained for other β-hairpins, described in Chapter 2. Chapter 4 describes the synthesis and conformational analysis of designed decapeptide sequences with centrally located DPro-Xxx β-trun segments. Two sequences Boc-Met-Leu»Phe-Val'DPro-Ala-Leu-Val-Val-Phe-OMe (1) and Boc-Met-Leu-Val-Val-^ro-Gly-Leu-Val-Val-Phe-OMe (2) were designed to study the effect of chain length elongation, of β-strands, on designed β-hairpin structures. 500 MHz NMR studies establish β-hairpin folds in both these sequences, with strand segments aligned even at the termini of the structures. Multi-stranded, antiparallel β-sheet structures can be generated by successive placement of β-hairpin sequences in a single polypeptide chain. The successful construction of three stranded β-sheet structures is described in Chapter 5 of this dissertation. A 14-residue peptide Boc-Leu-Phe-Val-DPro-Gly-Leu-Val-Leu-Ala-DPro-Gly-Phe-Val-Leu-OMe (LFV14) was designed such that it is composed of three strand segments linked by two DPro-Gly turn segments. The peptide showed excellent solubility in apolar media, permitting detailed conformational analysis by 500 MHz NMR spectroscopy in organic solvents. Observation of long-range, interstrand NOEs, diagnostic of multiple hairpin structures, provides conclusive evidence for a predominantly populated three stranded β-sheet structure in solution. Extension of this strategy has been described in which an 18-residue peptide, Arg-Gly-Thr-Ile-Lys-DPro-Gly-Val-Thr-Phe-Ala-DPro-Ala-Thr-Lys-Tyr-Gly-Arg, was designed with enhanced solutility in water to probe (β-sheet structure formation in aqueous and mixed aqueous-methanol systems. NMR data provided conclusive evidence in favor of the desired structure being significantly populated in methanol and methanol-water mixtures (50 %, v/v). In water, spectroscopic evidence suggests that the long-range order expected of a three-stranded structure is lost, possibly due to water invading the interstrand hydrogen bonds. Successful construction of a four-stranded antiparallel β-sheet structure has been demonstrated in Chapter 6. A 26-residue peptide Arg-Gly-Thr-Ile-Lys»DPro-Gly-Ile-Thr- Phe-Ala-DPro-Ala-Thr-Val-Leu-Phe-Ala-Val-DPro-Gly-Lys-Thr-Leu-Tyr-Arg was designed to have four strand segments linked by three DPro-Xxx turn segments. The peptide exhibited excellent NMR properties permitting structure determination by analysis of NOE data, which revealed that a four stranded β-sheet structure is indeed populated in methanol. Structural studies on this peptide in mixed methanol-water established that the four stranded β-sheet is appreciably populated at a composition of 50 % (v/v) methanol-water mixture, with the β-sheet structure still detectable even at a composition of 70 % water-30 % methanol. In a completely aqueous environment, the β-sheet structures is significantly disrupted, presumably due to solvent invasion. The nucleating β-turns, however, appear to have retained their structural integrity even in this competitive environment. Chapter 7 describes the insertion of L-Lactic acid (Lac), a hydroxy acid, into polypeptide helices stabilized by a-aminoisobutyricacid (Aib). This study was undertaken to investigate the effect of hydrogen bond deletion on peptide helices. Crystal structure determination of three oligopeptides containing Lac residues has been performed. Peptide 1, Boc-Val-Ala-Leu-Aib-Val-Lac-Leu-Aib-Val-Ala-Leu-OMe, and peptide 2, Boc-Val-Ala-Leu-Aib-Val-Lac-Leu-Aib-Val-Leu-OMe adopt completely helical conformations in the crystalline state, with the Lac(6) residue comfortably accommodated in the center of a helix. NMR studies of peptide 1 and its all amide analog 4, Boc-Val-Ala-Leu-Aib-Val-Ala-Leu-Aib-Val-Ala-Leu-OMe, provide firm evidence for a continuous helical segment in both the cases. In a 14-residue peptide 3, Boc-Val-Ala-Leu-Aib- Val- Ala-Leu- Val- Ala-Leu- Aib-Val-Lac-Leu-OMe, residues Val( 1 )-Leu( 10) adopt a helical conformation, which is terminated by formation of a Schellman motif, with Aib(ll) as the site of chiral reversal. The loss of the hydrogen bond at the C-terminus appears to facilitate the chiral reversal at Aib(l 1). In the final section of this thesis, Chapter 8, successful construction of a synthetic motif containing two distinct elements of secondary structure, a (β-hairpin and a helix, has been described. The design of a 17-residue peptide Boc-Val-Ala-Leu-Aib-Val-Ala-Leu-Gly-Gly-Leu-Phe-Val-DPro-Gly-Leu-Phe-Val-OMe, BH17, is based on a modular approach, in which previously characterized β-hairpin (Leu-Phe-Val-DPro-Gly-Leu-Phe-Val) and helix (Val-Ala-Leu-Aib-Val-Ala-Leu) modules are linked by a Gly-Gly linker. The positioning of the achiral Gly residue at position 8 facilitates termination of the potential helical segment (residues 1-7) by formation of a Schellman motif. Gly(9) is anticipated to be the sole conformationally flexible residue. NMR studies on BH17 indicated the presence of both the helix (residues 1-7) and the β-hairpin (residues 10-17) structures in the sequence, with four major conformational possibilities at the linking segment. Crystal structure determination of BH17 revealed that the two elements of structure are approximately arranged in an orthogonal fashion. The crystal structure validates the original premise that a modular assembly strategy may be viable for the construction of larger synthetic structures. Chapter 9 summarises the major results of this thesis. (For formulae, please refer "pdf" format)

No description available.

প্লাজমা ঝিল্লি একটি প্রাথমিক কার্যকরী ইউনিট হিসাবে একটি কোষ দক্ষ কার্যকরী জন্য অপরিহার্য হিসাবে গণ্য করা হয়। এই ঝিল্লিগুলি বহিরাগত কোষের কোষের ভিতরের অংশটিকে পৃথক করে এবং পাশাপাশি এটি জুড়ে চলমান নিয়ন্ত্রনের বাধা হিসাবে কাজ করে। প্লাজমা ঝিল্লিগুলি বিভিন্ন বিভিন্ন উপাদানের সাথে গঠিত, তবে সবার মধ্যে, ঝিল্লি প্রোটিনগুলিকে বৈজ্ঞানিক সম্প্রদায়ের দ্বারা প্লাজমা ঝিল্লির প্রধান কাঠামোগত এবং কার্যকরী স্তম্ভগুলির মধ্যে সর্বসম্মতিক্রমে গ্রহণ করা হয়। বৈজ্ঞানিক গবেষণায়, ঝিল্লী প্রোটিনগুলির কার্যকারিতা গুরুতর রোগের জন্য দায়ী বলে মনে করা হয়েছে। সুতরাং, এটি কৃত্রিম ট্রান্সমেম্রেন প্রোটিন ডোমেনগুলি ডিজাইন এবং বিকাশের জন্য একটি দুর্দান্ত বৈজ্ঞানিক আগ্রহ রয়েছে যা স্বাভাবিকের ত্রুটিগুলির সমাধান করতে সক্ষম। এই প্রোটিন ডোমেনগুলির ভাঁজ গঠন এবং ট্রান্সমেমব্রেন গতিবিদ্যা পিছনে আণবিক শক্তি এবং অন্যান্য পদার্থ-রাসায়নিক প্রক্রিয়াগুলি বোঝা হালনাগাদকৃত কৃত্রিম ট্রান্সমিম্ব্রেন প্রোটিন ডোমেনগুলি বিকাশের প্রক্রিয়ার অবিচ্ছেদ্য অংশ। গত দুই দশক ধরে, বিটা-পেপটাইডগুলি আরও প্রতিশ্রুতিশীল পেপটিডোমিম্যাটিক মোটিফগুলির মধ্যে একটি হিসাবে বিবর্তন হয়েছে। প্রোটিলাইটিক হ্রাসের বিরুদ্ধে অসাধারণ স্থিতিশীলতা এবং স্থিতিশীল হেলিকাল সেকেন্ডারি স্ট্রাকচার যেমন 14 -12- এবং বিকল্প 10 / 1২-হেলিসেসগুলি 4-6 এমিনো এসিডগুলি তৈরি করার ক্ষমতা, এর পিছনে দুটি প্রধান কারণ peptidomimetics মধ্যে β-peptides এর বিমোচন এন্ট্রি। অন্যান্য গুরুত্বপূর্ণ প্যারামিটারগুলির পাশাপাশি পেপটাইডের হেলিক্যাল ম্যাক্রো-ডিপোল মুহূর্তটি ট্রান্সমেম্রেন সন্নিবেশ এবং বিস্তারের ক্ষেত্রে গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা বলে মনে করা হয়। পেপটাইডগুলির হেলিক্যাল ম্যাক্রো-ডিপোল মুহূর্তের সরাসরি পরীক্ষামূলক সিদ্ধান্ত অত্যন্ত চ্যালেঞ্জিং হচ্ছে, হেলিক্যাল ম্যাক্রো-ডিপোল মুহূর্তের সম্ভাব্য প্রভাবগুলি কেবলমাত্র তাত্ত্বিকভাবে প্রস্তাবিত। অতএব, এই থিসিসের প্রধান উদ্দেশ্যগুলি ট্রান্সমেম্রেন সন্নিবেশ এবং বিস্তারের পাশাপাশি পরোক্ষ পরীক্ষার মাধ্যমে সেলুলার উপসর্গের মধ্যে হেলিক্যাল ম্যাক্রো-ডিপোল মুহূর্তের সম্ভাব্য ভূমিকা পালন করা। সাধারণভাবে, β-peptides নির্দিষ্ট হেলিক্যাল ম্যাক্রো-ডিপোল মুহূর্ত থাকে তবে প্রাকৃতিকভাবে ঘটমান α-peptide analogues এর তুলনায় বিপরীত দিকে থাকে। ধারণাটি হল বিটা-পেপটাইডের একটি ধরণের সনাক্তকরণ এবং সংশ্লেষ করা যার প্রায় মোট কোনও হেলিক্যাল ম্যাক্রো-ডিপোল মুহূর্ত নেই এবং β-peptides সহ এবং হেলিক্যাল ম্যাক্রো-ডিপোল ছাড়া ট্রান্সমেমব্রেন সন্নিবেশ স্টাডিজগুলি অন্যান্য সমস্ত পরামিতিগুলিকে ধ্রুবক রাখে। ক্ষেত্রে, তারা ঝিল্লি সন্নিবেশের জন্য কোন ডিফারেনশিয়াল ক্ষমতা প্রদর্শন করে, এটি পরীক্ষামূলকভাবে নিজ নিজ পদার্থ-রাসায়নিক ঘটনায় হেলিক্যাল ম্যাক্রো-ডিপোলের ভূমিকা নির্দেশ করবে। ব্যাপক গবেষণার পরে, বিকল্প β3 / β2-amino অ্যাসিডের সংযোজিত বিকল্প 10/12-হেলিকাল β-peptides তাদের অনন্য রূপান্তরিত অভিযোজন কারণে সামগ্রিক অলঙ্কৃত হেলিক্যাল ম্যাক্রো-ডিপোল পাওয়া যায় নি। অতএব, বিভিন্ন ধরণের β-peptides সহ 14-, 12- এবং বিকল্প 10/12-হেলিক্যাল পেপটাইড তুলনীয় ট্রান্সমেম্রেন দৈর্ঘ্য এবং ক্রম সহ বিভিন্ন সিন্থেটিক কৌশল মিশ্রিত করে সংশ্লেষিত করার পরিকল্পনা করা হয়েছে, যেমন মাইক্রোওয়েভ সহায়তায় ম্যানুয়াল SPPS, অ- মাইক্রোওয়েভ সহায়তায় ম্যানুয়াল SPPS, এবং ফ্লুরোস-ট্যাগ সংযুক্ত তরল ফেজ পেপটাইড সংশ্লেষণ। পরের ধাপে, পেপাইডাইডগুলির ট্রান্সমেমব্রেন সন্নিবেশ হাইড্রোফোবিক মাইক্রো-এনভায়রনমেন্ট সংবেদনশীল ট্রপ-ফ্লোরেসেন্স স্পেকট্রোস্কপি দ্বারা পরীক্ষা করা হবে। তিনটি ভিন্ন লিপিড, ডিএলপিসি / ডিএমপিসি / পিওপিসি এর একই গোষ্ঠীটি বিভিন্ন 14-, 12-এবং বিকল্প 10/12-হেলিক্যাল পেপাইডাইডের জন্য তুলনামূলক দৈর্ঘ্যের সাথে এইভাবে নির্বাচিত হয় যে নেতিবাচক হাইড্রোফোবিক মেলেম্যাচ ধীরে ধীরে একটি প্রায় পুরোপুরি hydrophobic ম্যাচিং পরিস্থিতি। এটি ভালভাবে জানা গেছে যে নেতিবাচক হাইড্রোফোবিক মেলেম্যাচের থ্রেশহোল্ড মানের উপরে ট্রান্সমেমব্রেন সন্নিবেশ সম্ভব নয়। অন্য দিকে, ইথানল মত শর্ট চেইন অ্যালকোহল, অ্যাসিড চেইন interdigitating দ্বারা লিপিড ঝিল্লি বেধ কমানোর একটি উচ্চারণ প্রভাব ভোগ করতে পরিচিত। অতএব, ETOH এর ক্রমবর্ধমান বৃদ্ধি ঘনত্বটি বিভিন্ন পেপটাইডের জন্য ব্যবহার করা হবে এবং একই লিপিডের জন্য একই পেপাইডাইডগুলির জন্য প্রতিটি পেপাইডাইডের জন্য প্রয়োজনীয় ন্যূনতম থ্রেশহোল্ড ঘনত্বের অনুরূপ নেতিবাচক হাইড্রোফোবিক মেলেম্যাচটি সাবধানে ন্যূনতম ক্ষতিপূরণ নেতিবাচক ক্ষতিপূরণ হিসাবে পর্যবেক্ষণ করা হবে। Trp-fluorescence বর্ণালী ক্রিয়ার সাহায্যে সফল ট্রান্সমেমব্রেন সন্নিবেশের জন্য অপরিসীম প্রয়োজন। এই পরীক্ষামূলক ফলাফল থেকে, এই সিদ্ধান্তে পৌঁছানো সম্ভব হবে যে পেপাইডাইডটি ETOH- এর আরো কম ঘনত্বের প্রয়োজন, যা নেতিবাচক মেলামেশের উচ্চতর ক্ষতিপূরণ, লিপিড ঝিল্লিতে পুনর্গঠন করতে সফলভাবে, ট্রান্সমেম্রেন সন্নিবেশ এবং বিস্তারের দিকে কম প্রবণ। ক্ষেত্রে, হেলিক্যাল ম্যাক্রো-ডিপোল মুহূর্তের সাথে এবং পেপাইডাইডগুলি এই আচরণের প্রতি কোনও ডিফারেনশিয়াল প্রবণতা প্রদর্শন করে, এটি পরোক্ষভাবে নির্দেশ করে এবং পরীক্ষামূলকভাবে ট্রান্সমেম্রেন সন্নিবেশ এবং স্প্যানিংয়ের মধ্যে হেলিক্যাল ম্যাক্রো-ডিপোল মুহূর্তের উল্লেখযোগ্য ভূমিকা যাচাই করবে (যেহেতু পেপাইডাইডগুলির মধ্যে প্রধান পার্থক্য হল হেলিক্যাল ম্যাক্রো-ডিপোল মুহূর্তের উপস্থিতি এবং অনুপস্থিতি)। তাছাড়া, লিপিড পরিবেশের অভ্যন্তরে যখন চারিত্রিক হেলিক্যাল প্যাটার্নটি রক্ষণাবেক্ষণ করা হয় কিনা তা ব্যাখ্যা করার জন্য, বিভিন্ন পেপাইডাইডগুলির দ্বিতীয় হেলিক্যাল কাঠামো সমাধান এবং পাশাপাশি অভ্যন্তরীণ লিপিড ভিসিক্যালগুলিতে নির্ধারণ করা হবে। তাপমাত্রা নির্ভর সিডি-স্পেকট্রসকপি দ্বারা সমাধান হিসাবে তুলনায় লিপিড vesicles ভিতরে যখন 14- এবং 10/12-হেলিক্যাল পেপটাইড স্থিতিশীলতা পরিবর্তন করা হয় কিনা তা পরীক্ষা করা হবে। হেলিক্যাল ম্যাক্রো-ডিপোল মুহূর্তটি সমাধান বা অভ্যন্তরীণ লিপিড vesicles মধ্যে সেকেন্ডারি হেলিকাল কাঠামো স্থিতিশীল করতে কোনো প্রভাব আছে কিনা তাও ইঙ্গিত করে। অবশেষে, 6-অ্যামিনো অ্যাসিড দীর্ঘ শৃঙ্খল চেইন 14-হেলিকাল এবং 10 / 1২-হেলিকাল 5 (6) -ফ্যাম সংযুক্ত পেপটাইডগুলি মানব ব্রোঞ্চিয়াল এডেনোকার্কিনোমা সেল লাইন A549 ব্যবহার করে সেলুলার আপটেক স্টাডিজের জন্য সংশ্লেষিত হয়। প্রথমটি ক্লোজোজেনিক অ্যাস এবং এমটিটি-অ্যাস দ্বারা একই কোষ লাইনে সাইটোটক্সিসটিটি পরীক্ষা করা হয়। যদি 1 μM ঘনত্ব না হওয়া পর্যন্ত অ-সাইটোটক্সিক পাওয়া যায়, তাহলে ফ্লোরোসেন্স অ্যাক্টিভেটেড সেল সোর্সিং (FACS) দ্বারা পরিমাণগত সেলুলার উত্তোলনের দক্ষতার দিকে আরও গবেষণা 14- এবং বিকল্প 10/12-হেলিক্যাল পেপাইডাইডগুলি হয়। একটি সুপরিচিত কোষ তীক্ষ্ণ পেপটাইড, এইচআইভি -1 ট্যাট, একটি রেফারেন্স মান হিসাবে ব্যবহৃত হয়। দুটি লক্ষ্য পেপটাইডগুলির মধ্যে সেলুলার আপটেক কার্যকারিতাগুলির মধ্যে কোন পার্থক্য পরীক্ষামূলকভাবে নির্দেশ করবে যে হেলিক্যাল ম্যাক্রো-ডিপোল মুহূর্তটি ট্রান্সমেমব্রেন সন্নিবেশ এবং বিস্তারকে প্রভাবিত করে না তবে সেলুলার অ্যাকটেককেও নিয়ন্ত্রণ করে। FACS ফলাফলগুলি নিশ্চিত এবং সমর্থন করার জন্য, পেপাইডাইডগুলি কন confocal লেজার স্ক্যানিং ফ্লুরোসেন্স মাইক্রোস্কপি অধীনে দৃশ্যমান হবে। মাইক্রোস্কোপি ইমেজিং প্রদর্শন করবে যে টার্গেট পেপাইডগুলি প্রকৃতপক্ষে সেল অনুপ্রবেশের মাধ্যমে অভ্যন্তরীণ হয় কিনা বা শুধুমাত্র ঝিল্লিতে আটকা পড়ে। উপরন্তু, যদি কোন লক্ষ্য β-peptides উল্লেখযোগ্য কোষ অনুপ্রবেশ ক্ষমতা পাওয়া যায়, এটি নতুনত্ব, হাইড্রোফোবিক, uncharged সেল ভেতরে পেপটাইড (সিপিপি) প্রার্থী যারা proteases উপস্থিতি স্থিতিশীল স্থিতিশীল দিকে একটি নতুন বর্ণমালা খুলতে হবে। অবশেষে, এই সমস্ত গবেষণাগুলি পরীক্ষামূলকভাবে ট্রান্সমেম্রেন সন্নিবেশ, বিস্তার এবং সেলুলার উপসাগরীয় অঞ্চলে ঝিল্লি প্রোটিন ডোমেনের হেলিক্যাল ম্যাক্রো-ডিপোল মুহূর্তের নিয়ন্ত্রক প্রভাবের উপর আলোকপাত করবে। এই তথ্যটি এই গুরুত্বপূর্ণ পদার্থ-রাসায়নিক ঘটনাগুলিতে পেপটাইড হেলিক্যাল ম্যাক্রো-ডিপোল মুহূর্তের প্রভাবকে মোকাবেলা করবে এবং β-পেপটাইড ভিত্তিক মডেল ট্রান্সমেম্রেন ডোমেন সিস্টেমগুলি পাশাপাশি β-পেপটাইড-ভিত্তিক নতুন প্রজন্মের কোষ তীব্র পেপটাইডগুলি ডিজাইনে সহায়তা করবে।