A neurodegeneratív rendellenességek közé tartózó prion betegségek, mint például a Creutzfeldt-Jakob, a súrló- vagy a kergemarhakór, kialakulásában a megváltozott szerkezetű prion fehérjét tartják felelősnek. A normális prion protein (PrPC) tényleges biológiai szerepe, valamint a megváltozott kóros forma (PrPSc) kialakulásának mechanizmusa még nem tisztázott. Az utóbbi időben azonban egyre több kísérleti bizonyíték támasztja alá, hogy a fémionok részt vesznek a prion fehérje normális működésével kapcsolatos biokémiai folyamatokban és/vagy konformációs átalakulásokban. Az eddigi irodalmi adatok főként a réz(II)ionnal való komplexképződési folyamatok megismerésére irányultak. A peptidek koordinációs kémiájára vonatkozó ismeretek alapján azonban nyilvánvaló volt, hogy a nikkel(II)ionokat is számottevő mértékben megkötik és ezek a komplexek egyúttal modellek is lehetnek a réz(II)komplexek szerkezetének megértésében. A doktori munkám során a prion betegségekkel összefüggésbe hozható prion fehérje N-terminális rendezetlen régiójában található kötőhelyek fémion-szelektivitását tanulmányoztuk. Ehhez hisztidintartalmú prion peptidfragmensek nikkel(II)ionokkal, illetve nikkel(II)/réz(II)ionokkal alkotott vegyes rendszereinek, valamint a kötőhelyeket modellező peptidek réz(II)-, nikkel(II)- és cink(II)ionokkal alkotott rendszereinek az oldategyensúlyi vizsgálatát végeztük el. Munkánk első részében célunk volt a prion peptidfragmensek nikkel-kötőképességének vizsgálata, valamint a vegyes réz(II)/nikkel(II) rendszereiben zajló komplexképződési folyamatok tanulmányozása. A munka második részében célul tűztük ki annak a tanulmányozását, hogy milyen tényezők befolyásolják az eltérő szelektivitást, illetve a réz(II)-, nikkel(II)- és cink(II)komplex, valamint vegyes magvú nikkel(II)/réz(II)komplexek képződését az egyes kötőhelyeket modellező egy, kettő, illetve három hisztidint tartalmazó modellpeptidekben. A ligandumok protonálódási állandóit és a különböző sztöchiometriájú fémkomplexek stabilitási állandóit pH-potenciometriás módszerrel határoztuk meg. A kialakuló szerkezetek igazolására spektrofotometriát, CD, 1H NMR és ESR spektroszkópiát alkalmaztunk. A koordinációs izomerek tanulmányozásához CD spektroszkópiás összehasonlításokat végeztünk.

Prion diseases, such as Creutzfeldt-Jakob disease, scrapie and bovine spongiform encephalophaty (mad cow disease), belong to the neurodegenerative disorders and for their development the conformational changes of the normal form of the protein (PrPC) to the disease-related scrapie isoform (PrPSc) are considered to be responsible. The physiological function of PrPC and the mechanism of the transformation are not well established yet. Recently, however, more and more experimental evidence supports that metal ions may take part in the biochemical processes related to the normal function of prion protein and/or its conformational changes. As a consequence, the interaction between copper(II) ion and prion protein and its peptide fragments was widely studied. However, from the knowledge concerned about the coordination chemistry of peptides, it was evident that these peptide fragments can interact with other transition metal ions, which explains the necessity of the metal ion selectivity study on prion peptide fragments. They are expected to bind nickel(II) ions significantly and these complexes can be models for understanding the structure of copper(II) complexes. During my PhD work I studied the metal ion selectivity of the binding sites at the unstructured N-terminal region of the prion protein related to prion diseases. Solution equilibrium studies on complexes formed between four prion peptide fragments and Ni(II), Ni(II)/Cu(II) or in one case Cu(II) ions have been performed. Afterwards we studied the interaction between nine histidine containing model peptides and Cu(II), Ni(II) and Zn(II) ions and in the case of multihistidine peptides the Ni(II)/Cu(II) mixed metal systems also. Our aims were to characterize the nickel(II) binding affinity of the prion peptide fragments and the complex formation processes in the Ni(II) and in the Ni(II)/Cu(II) mixed metal – peptide systems. In the second phase of the work we studied the factors influencing the metal selectivity and the Cu(II), Ni(II), Zn(II) and Ni(II)/Cu(II) mixed complex formation processes with one, two and three histidine containing peptides modelling the binding sites of the prion protein. The protonation constants of the ligands and the stability constants of the various copper(II), nickel(II) and zinc(II) complexes were determined by potentiometric titration. The structures of the complexes were confirmed by UV vis, CD, 1H NMR and EPR spectroscopy, and then we performed CD spectroscopic comparisons to study the coordination isomers.