The effect of N-substitution on the metal binding properties of peptide binding sites

The influence of methyl- and ethylsubstitution at the nitrogen atom of peptide groups on their interaction with alkali and alkaline earth metal ions has been studied by means of quantum chemical calculations on the complexes of lithium, sodium and beryllium with the different substituted amides, and by means of difference energy surfaces obtained fromab initio calculations employing minimalGaussian basis sets. Characteristic ion specific differences are found to occur in the interaction according to the respective substitutions, which will influence the potential for the metal ion in the field of the peptide groups quite strongly. Binding energies and electron density distribution in the complexes are discussed with respect to recent experimental data obtained by metal nmr spectroscopy. The results of the calculations give some indications to possible ways of influencing the ion specifity and reactivity of peptide and protein metal binding sites in biological systems.

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Der Effekt der N-Substitution auf die metallbindenden Eigenschaften von Peptiden

Zusammenfassung Der Einfluß von Methyl- und Ethyl-Substitution am Stickstoff der Peptidbindung auf die Wechselwirkung mit Alkali- und Erdalkali-Metallionen wurde mittels quantenchemischer Berechnungen an Komplexen mit Lithium, Natrium und Beryllium mit verschieden substituierten Amiden, und mittels der Differenz-Energie-Flächen vonab initio Berechnungen mit minimalemGauß-Basis-Set, studiert. Es wurden charakteristische ionenspezifische Differenzen in den Wechselwirkungen-entsprechend den verschiedenen Substituenten gefunden, die das Potential der Metallionen im Feld der Peptidbindungsgruppe sehr stark beeinflussen. Es werden Bindungsenergien und Elektronendichten in den Komplexen, bezogen auf neuere experimentelle Daten der Metall-NMR-Spektroskopie, diskutiert. Die Ergebnisse der Berechnungen zeigen mögliche Wege auf, die Ionenspezifität und die Reaktivität von Peptid- und Protein-Metall-Bindungszentren in biologischen Systemen zu beeinflussen.