Self-assembled noncovalent hydrogels based on dehydrodipeptides

Abstract

Self-assembly of nanometric structures from molecular building blocks is an effective way to make new functional materials for biological and technological applications. In this work we synthesized new N-modified dehydrodipeptides based on phenylalanine and dehydroamino acid units attached to aromatic modifiers, namely trimesoyl, terephtaloyl, diphenylacetyl and 2,2´-(1,3-phenylene)diacetyl in a pattern that afforded mono or polysubstitued organic molecules. The potential use of these new compounds as hydrogelators was evaluated. The results showed that most of the prepared compounds behave as efficient molecular hydrogelators forming hydrogels at minimum gelation concentrations of 0.3-0.8 wt%. Two new compounds failed to form hydrogels probably due to unfavorable thermodynamic contribution of intermolecular interactions. The self-aggregation pattern of the hydrogelators was investigated by STEM microscopy technique, revealing different shapes depending on the N-aromatic moiety. A circular dichroism analysis was also performed in order to evaluate if the peptides aggregate into any characteristic secondary structure, usually found in protein folding. We found that the 5 hydrogelators had characteristic signals, demonstrating the presence of organized structures even below the minimum gelation concentration. At elevated pH or for the non-hydrogelating compounds, it was not observed signals indicative of the presence of such structures.

A automontagem de estruturas manométricas, a partir de entes de dimensão molecular, consiste em uma alternativa eficiente para a síntese de novos materiais funcionais para aplicações biotecnológicas. Neste trabalho, foram sintetizados novos desidrodipéptidos modificados em sua porção N-terminal. Os dipéptidos continham fenilalanina e desidroaminoácidos e os grupos modificadores foram grupos aromáticos (trimesoil, tereftaloil, difenilacetil e o 2,2´-(1,3- phenileno)diacetil) os quais foram conjugados de forma a gerar compostos mono ou polissubstituídos. A capacidade de gelificar em meio aquoso, destes novos compostos, foi avaliada e os resultados mostraram que a maioria deles conseguiram gelificar em meio aquoso em concentrações mínimas na faixa 0.3-0.8 m%. Dois destes compostos não conseguiram originar hidrogéis, provavelmente devido a um balanço termodinamicamente desfavorável das interacções intermoleculares entre os constituintes do sistema. O padrão morfológico resultante da auto-agregação dos compostos que geraram os hidrogéis foi investigado pela técnica de microscopia electrónica de transmissão por scaneamento (STEM). Esta análise revelou que houve a ocorrência de diferentes tipos de estruturas nos hidrogéis, dependendo de qual modificador aromático foi utilizado. Também realizou-se uma análise de Dicroísmo Circular para avaliar se os péptidos agregavam-se em algum padrão de estrutura secundária característica de enovelamento proteico. Detectou-se que nos 5 agentes gelificates haviam sinais característicos da presença de estruturas organizadas mesmo abaixo da concentração de gelificação mínima. Em pH elevado e nas moléculas não gelificantes, não se observam sinais indicativos da presença deste tipo de estruturas.