Egyetemi doktori (PhD) értekezés tézisei BERBERIN ALKALOID FLUORESZCENCIÁS SAJÁTSÁGAI ÖNSZERVEZŐDŐ RENDSZEREKBEN. Megyesi Mónika

Hasonló dokumentumok
ZÁRÓJELENTÉS. Fény hatására végbemenő folyamatok önszerveződő rendszerekben

FLUORESZCENCIÁS JELZŐANYAGOK KÖLCSÖNHATÁSA HIDROGÉNKÖTÉST LÉTESÍTŐ ANYAGOKKAL ÉS MICELLÁKKAL. Doktori (PhD) értekezés tézisei.

VILÁGÍTÓ GYÓGYHATÁSÚ ALKALOIDOK

Correlation & Linear Regression in SPSS

AZ ACETON ÉS AZ ACETONILGYÖK NÉHÁNY LÉGKÖRKÉMIAILAG FONTOS ELEMI REAKCIÓJÁNAK KINETIKAI VIZSGÁLATA

Hibridspecifikus tápanyag-és vízhasznosítás kukoricánál csernozjom talajon

Correlation & Linear Regression in SPSS

Miskolci Egyetem Gazdaságtudományi Kar Üzleti Információgazdálkodási és Módszertani Intézet. Correlation & Linear. Petra Petrovics.

FAMILY STRUCTURES THROUGH THE LIFE CYCLE

Hidrogénhíd-kötés hatása a nílusvörös és az N-(4-piridil)-1,2- naftálimid fluoreszcenciás sajátságaira

Supporting Information

ZÁRÓJELENTÉS. Nemkovalens kölcsönhatások szerepe biológiai fontosságú vegyületek fényelnyelés hatására végbemenő folyamataiban

A HÉLIUM AUTOIONIZÁCIÓS ÁLLAPOTAI KÖZÖTTI INTERFERENCIA (e,2e) KÍSÉRLETI VIZSGÁLATA

Miskolci Egyetem Gazdaságtudományi Kar Üzleti Információgazdálkodási és Módszertani Intézet Factor Analysis

Hasznos és kártevő rovarok monitorozása innovatív szenzorokkal (LIFE13 ENV/HU/001092)

A rosszindulatú daganatos halálozás változása 1975 és 2001 között Magyarországon

TIOLKARBAMÁT TÍPUSÚ NÖVÉNYVÉDŐ SZER HATÓANYAGOK ÉS SZÁRMAZÉKAIK KÉMIAI OXIDÁLHATÓSÁGÁNAK VIZSGÁLATA I

A Raman spektroszkópia alkalmazása fémipari kutatásokban Raman spectroscopy in metallurgical research Dénes Éva, Koós Gáborné, Kőszegi Szilvia

EN United in diversity EN A8-0206/419. Amendment

On The Number Of Slim Semimodular Lattices

First experiences with Gd fuel assemblies in. Tamás Parkó, Botond Beliczai AER Symposium

DOKTORI (PhD) ÉRTEKEZÉS TÉZISEI. Szintay Gergely. Veszprémi Egyetem. Általános és Szervetlen Kémia Tanszék

Összefoglalás. Summary

BUDAPEST UNIVERSITY OF TECHNOLOGY AND ECONOMY FACULTY OF CHEMICAL AND BIOENGENEERING

Sebastián Sáez Senior Trade Economist INTERNATIONAL TRADE DEPARTMENT WORLD BANK

Phenotype. Genotype. It is like any other experiment! What is a bioinformatics experiment? Remember the Goal. Infectious Disease Paradigm

Using the CW-Net in a user defined IP network

Ionos és szubsztituálatlan ciklodextrinek komplexképzése aminosavakkal és szervetlen savak aromás származékaival

Reakciókinetika és katalízis

Tudományos Ismeretterjesztő Társulat

Lopocsi Istvánné MINTA DOLGOZATOK FELTÉTELES MONDATOK. (1 st, 2 nd, 3 rd CONDITIONAL) + ANSWER KEY PRESENT PERFECT + ANSWER KEY

Geokémia gyakorlat. 1. Geokémiai adatok értelmezése: egyszerű statisztikai módszerek. Geológus szakirány (BSc) Dr. Lukács Réka

A TALAJTAKARÁS HATÁSA A TALAJ NEDVESSÉGTARTALMÁRA ASZÁLYOS IDŐJÁRÁSBAN GYÖNGYÖSÖN. VARGA ISTVÁN dr. - NAGY-KOVÁCS ERIKA - LEFLER PÉTER ÖSSZEFOGLALÁS

NEUTRÍNÓ DETEKTOROK. A SzUPER -KAMIOKANDE példája

UNIVERSITY OF PUBLIC SERVICE Doctoral School of Military Sciences. AUTHOR S SUMMARY (Thesis) Balázs Laufer

Supplementary materials to: Whole-mount single molecule FISH method for zebrafish embryo

Huszánk Róbert okleveles vegyész

A évi fizikai Nobel-díj

Statistical Inference

Extraktív heteroazeotróp desztilláció: ökologikus elválasztási eljárás nemideális

A jövedelem alakulásának vizsgálata az észak-alföldi régióban az évi adatok alapján

Expansion of Red Deer and afforestation in Hungary

KÉPI INFORMÁCIÓK KEZELHETŐSÉGE. Forczek Erzsébet SZTE ÁOK Orvosi Informatikai Intézet. Összefoglaló

PÉCSI TUDOMÁNYEGYETEM. Anilin származékok és egyfalú szén nanocsövek kölcsönhatásának fluoreszcenciás és elméleti kémiai vizsgálata.

Statistical Dependence

Fizikai kémiai és kolloidkémiai laboratóriumi gyakorlatok gyógyszerészhallgatók részére 2018/2019. tanév, II. félév. Név

FÖLDRAJZ ANGOL NYELVEN

Gabonacsíra- és amarant fehérjék funkcionális jellemzése modell és komplex rendszerekben

STUDENT LOGBOOK. 1 week general practice course for the 6 th year medical students SEMMELWEIS EGYETEM. Name of the student:

Proxer 7 Manager szoftver felhasználói leírás

2. Local communities involved in landscape architecture in Óbuda


Gyakorlati problémák, megoldások a metán és a szén-monoxid érzékelők és mérőműszerek

IES TM Evaluating Light Source Color Rendition

Report on the main results of the surveillance under article 11 for annex II, IV and V species (Annex B)

Szívkatéterek hajlékonysága, meghajlítása

TDA-TAR ÉS O-TDA FOLYADÉKÁRAMOK ELEGYÍTHETŐSÉGÉNEK VIZSGÁLATA STUDY OF THE MIXABILITY OF TDA-TAR AND O-TDA LIQUID STREAMS

NYOMÁSOS ÖNTÉS KÖZBEN ÉBREDŐ NYOMÁSVISZONYOK MÉRÉTECHNOLÓGIAI TERVEZÉSE DEVELOPMENT OF CAVITY PRESSURE MEASUREMENT FOR HIGH PRESURE DIE CASTING

Performance Modeling of Intelligent Car Parking Systems

Gerjesztett trisz-diimin-ruténium(ii)-komplexek alapállapotú ezüstionnal képzett exciplexeinek fotofizikai és fotokémiai vizsgálata

Rezgésdiagnosztika. Diagnosztika

1. Ábra Az n-paraffinok olvadáspontja és forráspontja közötti összefüggés

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Építőmérnöki Kar

Lexington Public Schools 146 Maple Street Lexington, Massachusetts 02420

Illékony szerves vegyületek emissziójának csökkentése. Székely Edit

PETER PAZMANY CATHOLIC UNIVERSITY Consortium members SEMMELWEIS UNIVERSITY, DIALOG CAMPUS PUBLISHER

ENROLLMENT FORM / BEIRATKOZÁSI ADATLAP

7 th Iron Smelting Symposium 2010, Holland

Website review acci.hu

A templát reakciók. Template Reactions

Miskolci Egyetem Gazdaságtudományi Kar Üzleti Információgazdálkodási és Módszertani Intézet Nonparametric Tests

Környezetben részlegesen lebomló műanyag fóliák degradációjának nyomon követése

Pályázati felhívás és tájékoztató

Emelt szint SZÓBELI VIZSGA VIZSGÁZTATÓI PÉLDÁNY VIZSGÁZTATÓI. (A részfeladat tanulmányozására a vizsgázónak fél perc áll a rendelkezésére.

FLUORIDION ICP-AES MÓDSZERREL TÖRTÉNŐ INDIREKT

Összefoglalás. Summary. Bevezetés

MEDINPROT Gépidő Pályázat támogatásával elért eredmények

Gottsegen National Institute of Cardiology. Prof. A. JÁNOSI

Fotoszenzibilizátorok felhalmozódásának nyomonkövetése és mennyiségi

EN United in diversity EN A8-0206/445. Amendment

TEHETSÉGGONDOZÁS HAZAI ÉS NEMZETKÖZI PROJEKTEKKEL NURTURING THE TALENTS WITH NATIONAL AND INTERNATIONAL PROJECTS

Vízben oldott antibiotikumok (fluorokinolonok) sugárzással indukált lebontása

Construction of a cube given with its centre and a sideline

Report on the main results of the surveillance under article 11 for annex II, IV and V species (Annex B)

Angol Középfokú Nyelvvizsgázók Bibliája: Nyelvtani összefoglalás, 30 kidolgozott szóbeli tétel, esszé és minta levelek + rendhagyó igék jelentéssel

Bird species status and trends reporting format for the period (Annex 2)

KELET-ÁZSIAI DUPLANÁDAS HANGSZEREK ÉS A HICHIRIKI HASZNÁLATA A 20. SZÁZADI ÉS A KORTÁRS ZENÉBEN

KERÜLETI DIÁKHETEK VERSENYKIÍRÁS 2017.

Bevezetés a kvantum-informatikába és kommunikációba 2015/2016 tavasz

Report on the main results of the surveillance under article 11 for annex II, IV and V species (Annex B)

ANGOL NYELVI SZINTFELMÉRŐ 2013 A CSOPORT. on of for from in by with up to at

AMINOKARBONILEZÉS ALKALMAZÁSA ÚJ SZTERÁNVÁZAS VEGYÜLETEK SZINTÉZISÉBEN

ANGOL NYELV KÖZÉPSZINT SZÓBELI VIZSGA I. VIZSGÁZTATÓI PÉLDÁNY

USER MANUAL Guest user

Miskolci Egyetem Gazdaságtudományi Kar Üzleti Információgazdálkodási és Módszertani Intézet. Hypothesis Testing. Petra Petrovics.

A modern e-learning lehetőségei a tűzoltók oktatásának fejlesztésében. Dicse Jenő üzletfejlesztési igazgató

DOKTORI (PhD) ÉRTEKEZÉS TÉZISEI

EN United in diversity EN A8-0206/473. Amendment


A BÜKKI KARSZTVÍZSZINT ÉSZLELŐ RENDSZER KERETÉBEN GYŰJTÖTT HIDROMETEOROLÓGIAI ADATOK ELEMZÉSE

Átírás:

Egyetemi doktori (PhD) értekezés tézisei BERBERIN ALKALOID FLUORESZCENCIÁS SAJÁTSÁGAI ÖNSZERVEZŐDŐ RENDSZEREKBEN FLUORESCENT PROPERTIES OF BERBERINE ALKALOID IN SELF-ASSEMBLED SYSTEMS Megyesi Mónika Témavezető: Dr. Biczók László Konzulens: Dr. Joó Ferenc DEBRECENI EGYETEM Kémia Doktori Iskola Debrecen, 2009

1. Irodalmi előzmények és célkitűzések Az alkaloidok erős biológiai hatással rendelkező természetes nitrogéntartalmú vegyületek. Számos képviselőjük a hagyományos népi gyógymódokban használt főzetek hatóanyaga. Az alkaloidok nagy orvosi, biológiai jelentősége ellenére, nagyon kevés információ áll rendelkezésre a fényelnyelést követő reakcióikról és fotofizikai sajátságaikról. Ez különösen meglepő, hiszen több alkaloidról ismert, hogy fény hatására bomlik és fototoxikus. E farmakológiailag aktív vegyületcsalád sikeres, biztonságos alkalmazásához alapvető fontosságú a fotokémiai átalakulásaik feltárása, és annak megértése, hogy fény hatására milyen kedvezőtlen folyamatokat indítanak az élő szervezetben. Vizsgálataimhoz modellvegyületként egy rákellenes hatású, természetes izokinolin-vázas alkaloidot, a berberint (9,10-dimetoxi-5,6- dihidro-[1,3]dioxolo[4,5-g]izokino[3,2-a]izokinolinilium-klorid) választottam, mert kimutatására fontos lenne kidolgozni egy érzékeny analitikai módszert, ugyanis vízben elhanyagolható mértékben fluoreszkál. O O N MeO + OMe A berberin kation (B + ) szerkezeti képlete. A szupramolekuláris komplexképződést széleskörűen alkalmazzák különböző analitikai eljárások, optikai szenzorok 1

kifejlesztésére, valamint a hidrofób vegyületek, gyógyszerek oldékonyságának a növelésére. A szupramolekulák reverzibilis folyamatban, alkotórészeik önszerveződésével keletkező, jól definiált szerkezetű részecskék, melyeket másodlagos kötések tartanak össze. A világszerte tapasztalható széleskörű érdeklődés és intenzív kutatómunka ellenére az önszerveződő rendszereket jórészt alapállapotban vizsgálták, kevésbé ismertek a fény hatására lejátszódó átalakulásaik. Munkám során különös figyelmet kívánok fordítani a berberin (B + ) szupramolekuláris komplexeiben, aggregátumokban lejátszódó fotoindukált folyamatok megismerésére. Az asszociáció megváltoztatja a gerjesztett állapotok energiáját, ami jelentős változást okozhat az energiavesztési folyamatok sebességében. Szupramolekuláris komplex képzés akadályozhatja a bimolekuláris reakciókat, ezáltal védelmet nyújt a fotokémiai átalakulások ellen. Célom, hogy feltárjam a makrociklus gyűrűméretének hatását a berberin 4-szulfonáto-kalix[n]arén komplexek sajátságaira. Vizsgálataimat kiterjesztem, egy viszonylag új, hét glikoluril egységből felépülő makrociklusba, a kukurbit[7]urilba ékelődött B + vizsgálatára is. A rákellenes és számos egyéb kedvező biológiai hatást mutató B + iontranszport gátló, kálium-ioncsatorna blokkoló sajátságokkal is rendelkezik, és csökkenti a kloridion kiválasztást. Ezért tanulmányozom a berberin kation és különféle anionok kölcsönhatását is. 2

SO 3 H O CH 2 N N CH 2 OH CH 2 n N N CH 2 n = 4, 6, 8 SCXn 7 O CB7 Vizsgálataim során használt makrociklusos vegyületek: különböző gyűrűtagszámú 4-szulfonáto-kalixarének (SCXn), illetve kukurbit[7]uril (CB7). Munkámat kiterjesztem természetes felületaktív anyagok, epesavak aggregációjának tanulmányozására is. Na + COO - OH OH OH NaC A nátrium-kolát szerkezeti képlete. Annak ellenére, hogy e vegyületek alapvető szerepet játszanak az élő szervezetben apoláros anyagok vízoldhatóságának növelésében és szállításában, nem ismert olyan fluoreszcenciás jelzőanyag, amely különböző jellegű epesav aggregátumokhoz egyaránt képes kapcsolódni. Olyan fluoreszcenciás jelzőanyagot kerestem, amely detektálni tudja az epesav-aggregátumok szerkezetének és nagyságának változását. 3

2. Vizsgálati módszerek és berendezések Az elnyelési színképeket Unicam UV 500 kétsugaras spektrofotométerrel rögzítettem. A fluoreszcenciaspektrumokat egyfoton-számlálásos detektálást alkalmazó, Jobin Yvon Fluoromax-P spektrofluoriméterrel vettem fel. A fluoreszcencia élettartamokat időfelbontott elsőfotonszámlálási technikával mértem. Gerjesztő fényforrásként a Picoquant által forgalmazott 372 illetve 400 nm hullámhosszú fényt kibocsátó diódalézereket használtam. A fluoreszcencia lecsengést egy Hamamatsu R3809U-51 fotoelektron-sokszorozó érzékelte, amely Picoquant Timeharp 100 elektronikához kapcsolódott. A detektálandó hullámhosszakat a fluoreszcencia-színkép ismeretében monokromátorral választottam ki. A fluoreszcencia lecsengési paramétereket Picoquant FluoFit programmal, nemlineáris legkisebb négyzetösszeg rekonvolúciós módszerrel számítottam. AM1 félempirikus módszerrel végzett számolásokat a HyperChem 7.52 programmal végeztem. Az 1 H NMR spektrumokat Varian, Gemini Consol 200 MHz készüléken vettem fel, a kiértékelésükhöz pedig a gyártó cég által kifejlesztett szoftvert használtuk. 4

3. Eredmények 3.1 Ionpár képződés hatása a berberin fluoreszcenciájára a) Kimutattam, hogy mérsékelten poláris közegben a B + ionpárt képez anionokkal. Spektrofotometriás, fluoreszcenciás és időfelbontott fluoreszcenciás mérések együttes kiértékelésével meghatároztam a B + Cl ionpárképződés egyensúlyi állandóját (1,5 10 5 mól 1 dm 3 ) diklór-metánban. b) Igazoltam, hogy a fluoreszcencia kibocsátás sebességi együtthatója jelentősen csökken, miközben a sugárzásmentes folyamatok felgyorsulnak ionpár képződéskor. c) Megállapítottam, hogy butironitrilben az ionpárképződés nem kap szerepet, mégis a B + fluoreszcencia élettartama csökken nagy perklorát koncentráció esetén. Következtetésképpen, ha a B + alkaloidot fluoreszcenciás jelzőanyagként kívánjuk alkalmazni, akkor figyelembe kell venni nemcsak az ionpár képződést, hanem a sóhatást is. 3.2 Szupramolekuláris komplexképződés berberin és 4-szulfonátokalixarének között a) Megállapítottam, hogy a B + 4-szulfonáto-kalixarén típusú makrociklusos vegyületekkel (SCXn) nagy stabilitású szupramolekuláris komplexet képez. 5

b) Kimutattam, hogy minél nagyobb az SCXn gyűrűmérete annál nagyobb a képződő szupramolekula stabilitási állandója. c) A B + fluoreszcenciaintenzitása SCX8-hoz kötődés hatására, erősen savas közegben (ph=2) több mint 40-szeresére nőtt, ami lehetővé tette már nyomnyi mennyiségű, 10 8 mól dm 3 koncentrációjú, B + kimutatását. d) Kimutattam, hogy a ph alapvetően befolyásolja a komplex fluoreszcenciás tulajdonságait. Minden vizsgált B + SCXn komplex elhanyagolható mértékben fluoreszkál ph=12,2-jű oldatban, mivel a szingulett gerjesztett állapotú komplex komponensei közötti gyors elektronátadás hatékony energiavesztést okoz erősen lúgos közegben. Mivel a fenolátforma könnyebben oxidálható, mint a fenol, a fenolos OH deprotonálódása elősegíti a szingulett gerjesztett komplexen belüli elektronátadást a gazdavegyületről a gerjesztett berberinre. Ezenkívül a fokozatos deprotonálódás következtében csökken a hidrogénkötések száma a fenolos OH-k között, így a kalixaréngyűrű flexibilisebbé válik, jobban beékelődhet a berberin, ami szintén elősegíti a nagyobb hatékonyságú elektronátadást a gazdamolekuláról a gerjesztett vendégmolekulára. 6

3.3 Szupramolekuláris komplexképződés berberin és kukurbit[7]uril között a) Igazoltam, hogy a B + erősen kötött, 1:1 sztöchiometriájú komplexet képez a kukurbit[7]uril (CB7) makrociklusos vegyülettel vízben (log K=6,2). b) Kvantumkémiai számításokkal és 1 H NMR mérésekkel igazoltam, hogy a B + metoxi-izokinolin része ékelődik csak be a CB7 hidrofób üregébe. c) A beékelődés hatására több mint ötszázszoros fluoreszcenciaintenzitás növekedést tapasztaltam, ami lehetővé teszi nanomól dm 3 alatti B + koncentrációk mérését is, és alapul szolgálhat nagyérzékenységű fluoreszcenciás szenzor kifejlesztéséhez. d) Kimutattam, hogy a NaCl jelentősen megváltoztatja a komplex fluoreszcenciás sajátságait, valamint stabilitását, míg az anion változtatása gyenge hatást fejt ki. Megállapítottam, hogy a szupramolekuláris komplex egyensúlyi állandójának reciprok értéke négyzetgyökös függést mutat a NaCl koncentrációjával. e) Feltártam az 1-alkil-3-metil-imidazólium-klorid ionfolyadék hatását a komplex fluoreszcenciájára. Kimutattam, hogy jobban módosítja B + -CB7 komplex fluoreszcencia sajátságait, mint a NaCl. Az ionfolyadék kationja készséggel kötődik a B + CB7-hez, miközben hármas komplex képződik, mely kis 7

fluoreszcencia kvantumhasznosítási tényezővel és rövid fluoreszcencia élettartammal jellemezhető. 3.4 Nátrium-kolát epesav aggregáció fluoreszcenciás vizsgálata berberinnel a) Kimutattam, hogy B + kiváló fluoreszcenciás jelzőanyag epesav aggregáció vizsgálatára, mert gerjesztett állapotának energiavesztési folyamatai erősen függnek a mikrokörnyezettől és elsődleges, valamint másodlagos epesav aggregátumokhoz egyaránt képes kötődni. Nátrium-koláttal végzett részletes vizsgálatok szerint, 2 10 mm koncentráció tartományban csak viszonylag kisméretű, hidrofób kötőhellyel rendelkező primer asszociátumok keletkeznek. Töményebb oldatokban pedig polárosabb, nagyobb méretű másodlagos aggregátumok is kimutathatók. b) Igazoltam, hogy a B + fluoreszcencia lecsengési ideje teljesen eltérő elsődleges és másodlagos epesav asszociátumokban és jól tükrözi az aggregátumok szerkezetének a változását. c) Megállapítottam, hogy a szerves oldószerek alapvetően befolyásolják a nátrium-kolát aggregációját vízben. A hatás erőssége a metanol < formamid < acetonitril < dimetilformamid sorban nő, mert egyre jobban segítik a víz behatolását az aggregátumokba, és csökkentik a másodlagos aggregátumok számát. 8

1. Literature overview and research objectives Natural alkaloids have a wide range of biological activity. Most of them are the active substance of traditional herbal medicines. Despite the large biological and pharmaceutical importance of alkaloids, very few systematic studies are available in the literature on their light initiated processes. This is particularly surprising because some of them are phototoxic, and it would be desirable to know the photostability and photochemical reactions of this class of compounds before their utilization. The topical application of alkaloids to the skin or eyes raises the possibility that light absorption by these substances may induce adverse reactions in living organism. My dissertation focuses on the fluorescence properties of a clinically important natural isoquinoline alkaloid, berberine (B + ), which is a promising drug for the treatment of Alzheimer s disease, exhibits anticancer, antiviral, antibacterial activity, reduces fever and lowers cholesterol level. It would be important to develop a sensitive analytical method for the quantitative determination of B +, because it has a negligible fluorescence in water. Despite of the biological importance of B + very few information is available in the literature about its photophysical properties. Supramolecular complex formation of macrocyclic compounds is widely utilized in nanotechnology to develop molecular-scale devices, sensors, and fluorescent probes and to increase the solubility of hydrophobic compounds. Supramolecular complexes are formed from simple parts by noncovalent interaction in reversible reaction. Despite 9

the widespread interest in self-organized systems, they have been studied mainly in the ground state, and less attention has been devoted to their excited state. The main goal of the dissertation has been to unveil the most important factors, which should be taken into account when B + is used as a fluorescent probe. Since spontaneous assembly into aggregates of well-defined structure can induce new energy dissipation pathways or modify the kinetics of the existing excited state relaxation processes, I also intend to reveal how the fluorescence properties of B + changes upon encapsulation in macromolecules and bile salt aggregates. O O N MeO + OMe Berberine cation (B + ). The change of the fluorescent behavior upon binding to a receptor serves as a basis for biological assays and other highly sensitive analytical procedures. Moreover, supramolecular complex formation may hinder bimolecular reactions. Hereby, the encapsulated compound is protected against photochemical transformation. Therefore, I study how complex formation with sulfonatocalixarenes (SCXn) of different cavity size and cucurbit[7]uril (CB7) affect the fluorescent behavior of B + cation. 10

SO 3 H O CH 2 N N CH 2 OH CH 2 n N N CH 2 n = 4, 6, 8 SCXn 7 O CB7 p-sulfonatocalix[n]arenes (SCXn) and Cucurbit[7]uril (CB7). This alkaloid inhibits intestinal ion transport, reduces Cl secretion and can serve as a K + channel-blocking agent in cells. For this reason, we examined the effect of anions on the fluorescence properties of B +. The medium polarity dependence of the fluorescence characteristics of B + can be exploited to examine the aggregation of a simple bile salt, sodium cholate (NaC). Na + COO - OH OH OH NaC Sodium cholate. Despite the fact that the bile salts are the most important natural surfactants, which are responsible for the solubilization of lipids, cholesterol, bilirubin, lecithin, and fat-soluble vitamins in living organisms, no probe has been reported in the literature, which can be 11

encapsulated into both types of bile salt aggregates. Since B + contains both hydrophilic positively charged and hydrophobic aromatic moieties, we anticipated that B + might be incorporated in both primary and secondary NaC agglomerates. Despite the potential biological importance of the alkaloid bile salt agglomerates, no systematic studies have been published on this type of species. 2. Experimental methods The UV-visible absorption spectra were recorded on a Unicam UV 500 spectrophotometer. Corrected fluorescence spectra were obtained on a Jobin-Yvon Fluoromax-P photon-counting spectrofluorometer. Fluorescence decays were measured with the timecorrelated single-photon counting technique. A Picoquant diode laser (pulse duration ca. 70 ps, wavelength 372 nm) excited the samples, and the fluorescence decays were detected with a Hamamatsu R3809U- 51 microchannel plate photomultiplier, which was connected to a Picoquant Timeharp 100 electronics (36 ps/channel time resolution). Data were analyzed by a nonlinear least-squares deconvolution method using Picoquant FluoFit software. Molecular modeling calculations were carried out with AM1 method using HyperChem 7.52 program (Hypercube Inc., Gainesville, FL). NMR spectra were recorded on a Varian, Gemini Consol 200 MHz spectrometer. 12

3. Conclusions 3.1 Effect of ion pairing on the fluorescence of berberine a) We demonstrated that ion pair formation takes place between B + and chlorid anion in moderately polar solvent. Global analysis of the concentration dependence of spectrophotometric data as well as the results of steady-state and time-resolved fluorescence measurements provided large equilibrium constant (1.5 10 5 M 1 ) for the B + Cl interaction. b) I proved that ion association significantly diminished the radiative rate constant and markedly accelerated the radiationless deactivation. c) Despite the lack of ion pairing in butyronitrile, the fluorescence lifetime of B + decreased at high perchlorate salt concentration. These results clearly demonstrate that the effect of salts and ion pairing should be taken into account to achieve an optimized response when B + is used as a fluorescent probe. 3.2 Supramolecular complex formation between berberine and p- sulfonated calixarenes a) I found remarkably strong binding of B + to 4- sulfonatocalix[8]arene in aqueous solution. 13

b) I concluded that the bigger is the size of the macrocycle the larger is the equilibrium constant of B + binding to SCXn. c) The significant fluorescence enhancement of B + upon association with SCX8 at ph=2 may be utilized in the development of a sensitive fluorescent probe. d) The fluorescence quantum yield of B-SCXn was found to be negligible in strongly basic medium (ph=12.2). This probably reflects that the deprotonation of the lower rim OH substituents expedites the electron transfer within the complex from the host to the excited B + because the phenolates can be oxidized easier than the corresponding phenols. Moreover, the gradual deprotonation lessens the number of hydrogen bonds among the phenolic OH groups allowing a greater degree of conformational flexibility for the calixarene ring. This probably facilitates a closer host-guest contact, which may also contribute to the acceleration of the excited B quenching. 3.3 Supramolecular complex formation between berberine and cucurbit[7]uril a) I proved that B + forms very stable 1:1 inclusion complex with cucurbit[7]uril in water (log K=6,2). b) AM1 semiempirical calculations with Hyper-Chem 7.52 program in accord with the results of 1 H NMR measurement 14

showed that only the methoxy-isoquinoline moiety of the B + is embedded into the host, and the heterocyclic nitrogen is located in the vicinity of a carbonyl-laced portal. The other end of B + molecule is not encapsulated because the length of CB7 is only 0.91 nm. On the other hand, the confinement of the benzodioxole moiety is not favored because its smaller size does not allow a tight fit in CB7. c) On the basis of the largest fluorescence quantum yield and stability of B + CB7, we concluded that CB7 could be the best host compound for the quantitative determination of B + by a fluorimetric method. The extraordinarily large, ca. 500-fold fluorescence quantum yield increase upon inclusion in CB7 make it possible to detect B + even below nanomolar concentration. d) My results demonstrated that the association constant and the fluorescence quantum yield of the complex diminish significantly with increasing salt concentration, but the change of the anion causes a small effect. A quadratic dependence of the reciprocal equilibrium constant of inclusion complex formation on NaCl concentration is found for B + CB7. e) We established that 1-alkyl-3-methylimidazolium type ionic liquids modify the fluorescent properties of B + -CB7 much more efficiently than NaCl. The cation of ionic liquid readily binds to B + -CB7 producing a ternary complex, whose fluorescence has a small quantum yield and short lifetime. 15

3.4 Berberine alkaloid as a sensitive fluorescent probe for bile salt aggregates a) I found considerable change in the fluorescent properties of B + upon binding to NaC aggregates in aqueous solution. Alterations in the absorption spectrum, fluorescence intensity and decay characteristics indicated that aggregation of NaC started at about 2 mm concentration in the presence of B +. In the relatively small, hydrophobic primary aggregates the fluorescence lifetime was short (<0.62 ns) because B + was only partly embedded. The larger, more polar secondary aggregates, which coexisted with primary associates above 10 mm NaC concentration, provided better protection from interaction with water leading to much longer (4.3-4.9 ns) lifetime for singlet excited B + in this binding site. b) B + is a suitable probe for detecting the structur and size of the bile salts aggregates, because its fluorescence lifeime is very sensitive to the polarity change in the microenvironment. c) The unique dual binding ability and the high sensitivity of the fluorescence lifetime of B + to the change in its microenvironment made this alkaloid an excellent probe for the study of the effect of organic solvents on bile salt agglomerates. Among cosolvents used (dimethylformamide, acetonitrile, formamide, and methanol), dimethylformamide had the strongest bile salt aggregate disorganizing power, 16

whereas methanol affected the properties of the aggregates to the smallest extent. The cosolvents enhanced the water accessibility of the probe bound to primary aggregate, decreased the number of secondary aggregates but induced limited change in the structure of the remaining secondary binding sites. 17

Az értekezés alapját képző közlemények: Publications related to this dissertation: 1. Mónika Megyesi, László Biczók Considerable fluorescence enhancement upon supramolecular complex formation between berberine and p-sulfonated calixarenes ; Chemical Physics Letters, 424, 71 (2006) IF 2,462, Független idézetek száma:10 2. Mónika Megyesi, László Biczók Berberine Alkaloid as a Sensitive Fluorescent Probe for Bile Salt Aggregates Journal of Physical Chemistry B, 111, 5635 (2007) IF 4,086, Független idézetek száma:5 3. Mónika Megyesi, László Biczók Effect of ion pairing on the fluorescence of berberine, a natural isoquinoline alkaloid Chemical Physics Letters, 447, 247 (2007) IF 2,207, Független idézetek száma:3 4. Mónika Megyesi, László Biczók, István Jablonkai Highly sensitive fluorescence response to supramolecular complex formation of berberine alkaloid with cucurbit[7]uril Journal of Physical Chemistry C, 112, 3410 (2008) IF 3,396, Független idézetek száma:4 18

További közlemények: Other publications: 5. Mónika Megyesi, László Biczók, Helmut Görner Dimer-promoted fluorescence quenching of coralyne by binding to anionic polysaccharides Photochemical and Photobiological Sciences, 8, 556 (2009) IF 2,144 6. Zsombor Miskolczy, László Biczók, Mónika Megyesi, István Jablonkai Inclusion complex formation of ionic liquids and other cationic organic compounds with cucurbit[7]uril studied by 4,6-diamidino-2- phenylindole fluorescent probe Journal of Physical Chemistry B, 113, 1645 (2009) IF 4,189, Független idézetek száma:2 7. Mónika Megyesi, László Biczók, Helmut Görner Effects of solvent polarity and hydrogen bonding on the fluorescence properties of trans-4-hydroxynitrostilbene J. Photochem. Photobiol. A Chemistry (közlés alatt) 19

Az értekezés anyagához kapcsolódó előadások és poszterek: Lectures and posters related to this dissertation: 1. Megyesi Mónika, Biczók László Berberin alkaloid szupramolekuláris komplex képzése szulfokalixarénekkel ; Reakciókinetikai és Fotokémiai Munkabizottsági Ülés, Balatonalmádi, 2006. április 27-28. 2. Megyesi Mónika, Biczók László Szupramolekuláris komplex képződés alkalmazása a berberin alkaloid kimutatására ; IX. Doktori Kémiai Iskola, Tahi 2006. április 24-25. 3. Biczók László, Miskolczy Zsombor, Megyesi Mónika (poszter) Compounds of biological importance as fluorescent probes Central European Conference on Photochemistry, Bad Hofgastein, Austria, 2006. március 5-9. 4. Megyesi Mónika, Biczók László Epesav aggregáció fluoreszcenciás vizsgálata berberin alkaloiddal X. Doktori Kémiai Iskola, Mátraháza, 2007. május 7-9. 20

5. Megyesi Mónika, Miskolczy Zsombor, Biczók László Gerjesztett szupramolekulák fluoreszcenciás sajátságai Kutatóközponti Tudományos Napok 2007. május 22-24. 6. Megyesi Mónika, Biczók László Fluorescent properties of berberine alkaloid in self-assembled systems The International Conference on Molecular/Nano-Photochemistry, Photocatalysis and Solar Energy Conversion, Kairo, Egyiptom, 2008. február 24-28. További előadások és poszterek: Other lectures and posters: 7. Megyesi Mónika, Várhelyi Csaba (poszter) Szemi- és tioszemikarbazonok előállítása és jellemzése ; VIII.Nemzetközi Vegyészkonferencia, Kolozsvár, Románia, 2002. november 15-17. 8. Megyesi Mónika, Miskolczy Zsombor, Biczók László Competitive Binding of Ionic Liquids and Fluorescent Probes to Cucurbit[7]uril 1 st International Conference on Cucurbiturils, POSTECH, Pohang, Korea, 2009. július 10-11. 21

9. Mónika Megyesi, Zsombor Miskolczy, László Biczók (poszter) Cucurbit[7]uril-induced basicity change of sanguinarine natural alkaloid 1st International Conference on Cucurbiturils, Pohang, Korea, július. 10-11, 2009 P-3 10. Miskolczy Zsombor, Megyesi Mónika, Biczók László (poszter) Interaction of Ionic Liquids with 4-Sulfonatocalixarenes Studied by Berberine Alkaloid Fluorescent Probe 10 th International Conference on Calixarenes, Seoul, Korea, 2009. július 13-16. 11. Miskolczy Zsombor, Megyesi Mónika, Biczók László Beékelődési komplex képződés kukurbituril és 4-szulfonátokalixarén makrociklusokkal MTA Reakciókinetika és Fotokémiai Munkabizottság ülese, Gyöngyöstarján, 2009. október 29-30. 12. Miskolczy Zsombor, Megyesi Mónika, Biczók László, Jablonkai István Ionfolyadékok szupramolekuláris komplexképződése makrociklusos vegyületekkel Kutatóközponti Tudományos Napok 2009. november 24-26. 22