Crystallization of polypeptides in the course of polymerization, 5. Effect of the steric hindrance on the crystal growth by the side chains†‡

In order to examine the effect of the steric hindrance by the polypeptide side chains on the growth mechanism of polypeptide crystals in the course of polymerization, we studied kinetics of the heterogeneous polymerization of L-valine N-carboxy anhydride (NCA), L-isoleucine NCA, and L-leucine NCA initiated by butylamine in acetonitrile and the structures and morphologies of the resultant polymers. In the early stages of polymerization, oligomers formed crystallized into thin ribbon-like crystals with the antiparallel β-conformation. The molecular arrangements in the crystals were studied by electron diffractions. In the later stages, the grown chains of poly(L-valine) and poly(L-isoleucine) continued to take the β-structure and their active ends were occluded in the crystals formed, which resulted in the levelling off of the conversion at a low value. On the other hand, poly(L-leucine) seemed to give the extended chain crystal, which made the conversion very high. This can not be accounted for without assuming the formation of β-helical chains onto the β-skeleton crystals formed in the early stages of polymerization as in the case of poly(L-alanine) reported previously. Es wurde der Einflus der sterischen Hinderung durch Polypeptid-Seitenketten auf den Wachstumsmechanismus von Polypeptidkristallen wahrend der Polymerisation untersucht. Dabei wurden von uns Untersuchungen der Kinetik der heterogenen Polymerisation von L-Valin-LEUCHS-Anhydrid (NCA), L-Isoleucin-NCA und L-Leucin-NCA mit Butylamin als Initiator in Acetonitril und der Strukturen sowie der Morphologie der gebildeten Polymere durchgefuhrt. In den Anfangsstadien der Polymerisation bildeten sich Oligomere, die in dunnen, bandformigen Kristallen mit antiparalleler β-Konformation kristallisierten. Die molekularen Anordnungen in den Kristallen wurden mit Hilfe der Elektronenbeugung untersucht. In den spateren Stadien der Polymerisation setzten die gewachsenen Poly(L-valin)- und Poly-(L-iso1eucin)-Ketten die β-Struktur weiter fort, und ihre aktiven Enden wurden in den gebildeten Kristallen eingeschlossen, was ein-Einpendeln des Umsatzes bei einem niedrigen Wert zur Folge hatte. Poly(L-leucin) andererseits schien Kristalle mit gestreckten Ketten zu bilden, die zu einem sehr hohen Umsatz fuhrten. Dies kann nicht ohne die Annahme erklart werden, das sich auf den in den Anfangsstadien der Polymerisation gebildeten β-Skelettkristallen α-Helix-Ketten bilden, wie dies im Falle des Poly(L-alanins) bereits fruher berichtet wurde.