Se ha estudiado espectroscópicamente (UV-Vis, Raman, RMN) los equilibrios tautoméricos del ácido 2-(4'-hidroxifenilazo)benzoico (HABA) y el ácido 2-(4'-hidroxi-3',5'- dimetilfenilazo)benzoico. Estos equilibrios están influenciados fuertemente per el estado de protonación (neutro vs. monoaniónico) del compuesto, la polaridad del medio y la substitución en el anillo de hidroxifenilo. En el caso de les especies neutras tanto de HABA como del ácido 2-(4'-hidroxi-3',5'-dimetilfenilazo)benzoico en medios apolares, es predominante el tautómero azo. Aún así, en medios polares, mientras que el tautómero azo es aun predominante para el HABA neutro, el tautómero hidrazona es ampliamente predominante para el 3',5'-dimetil-HABA neutro. En el caso de las especies monoaniónicas, el tautómero hidrazona es predominante tanto para HABA como para el ácido 2-(4'-hidroxi¬3',5'-dimetilfenilazo)benzoico en disolventes apolares. Per otro lado, aumentando la polaridad del medio, el compuesto ácido 2-(4'-hidroxi-3',5'-dimetilfenilazo)benzoico muestra una tendencia mayor que el HABA para continuar siendo tautómero hidrazona. Se han estudiado les cinéticas de isomerización Z->E térmica de la especie neutra y monoaniónica del ácido 2-(4-metoxifenilazo)benzoico en solución en diferentes medios. Las interacciones entre el disolvente y el cromóforo juegan un papel importante en cuanto a la velocidad de isomerización, siendo mayores (mayor constante cinética) cuanto más apolar es el disolvente tanto para la especie neutra como para la monoaniónica. En cambio, no hay mucha diferencia entre las constantes cinéticas de las isomerizaciones de las especies neutra y monoaniónica, siendo ligeramente mayores para la especie neutra. Se han sintetizado dos compuestos amfifílicos derivados del HABA y se han estudiado sus monocapas de Langmuir. Al comprimir la monocapa del isómero (E)-ácido 2- (4'-metoxi-3'-N-hexadecilpropanamidafenilazo)benzoico (Me-HABA-C16) se observa la progresiva formación de dominios mientras que no se observan al comprimir la monocapa del isómero (Z)-Me-HABA-C16. En cambio, al comprimir la monocapa del compuesto ácido 2-(4'-hidroxi-3'-N-hexadecilpropanamidafenilazo)benzoico (HABA-C16) se observa un comportamiento diferenciado, la formación de dominios en forma de aguja, que podríamos atribuir al tautómero hidrazona de este compuesto. Se han sintetizado dos disulfuros, uno de ellos con el grupo HABA (HABA-S)2 como grupo terminal, y el otro con una cadena de trietilenglicol (EG3-S)2 como grupo terminal. Se han preparado las SAMs de los disulfuros y también SAMs mixtas de los dos disulfuros sobre oro. Todas estas SAMs se han caracterizado mediante voltamperometría cíclica. Se han estudiado mediante voltamperometría cíclica la interacción de la avidina sobre estas SAMs mixtas observando un desplazamiento del pico de reducción del grupo terminal HABA hacia potenciales mas negativos per el efecto de su unión a avidina. Se ha determinado que la relación molar óptima del disulfuro del HABA y disulfuro de trietilenglicol en solución etanólica para la formación de SAMs mixtas con avidina es de 1,0:3,1. Se ha desarrollado una metodología basada en ligandos de avidina de diferente afinidad, para preparar conjugados heterobifuncionales mediante la unión secuencial de los dos componentes biotinilados a la avidina. Esta metodología utiliza ligandos de avidina de moderada afinidad para bloquear, mediante una unión de tipo divalente, la mitad de los sitios de unión de la avidina y permitir la unión del primer componente biotinilado a los sitios de unión desocupados. A continuación, la transformación del tipo de unión de divalente a monovalente hace disminuir su afinidad por la avidina y permite desplazarlos con el segundo componente biotinilado, generando el conjugado heterobifuncional con avidina como linker entre los dos compuestos funcionales. Los mejores resultados se han obtenido utilizando la resina NovaPEG Wang funcionalizada con el ligando DMPDU, para inmovilizar la avidina a través de una unión de tipo divalente. Una vez incorporado el primer componente biotinilado, la rotura con hidroxilamina del enlace éster que une el ligando DMPDU a la resina, ha liberado el conjugado monofuncional de avidina. A este conjugado monofuncional se le incorpora el segundo componente biotinilado desplazando el ligando DMPDU y generando el conjugado heterobifuncional con avidina como linker entre los dos compuestos funcionales. / The tautomeric equilibrium of 2-(4'-hydroxyphenylazo)benzoic acid (HABA) and 2-(4'- hydroxy-3',5'-dimethylphenylazo)benzoic (dimethyl-HABA) acid have been studied by spectroscopy (UV-Vis, Raman, NMR). The tautomeric equilibrium is highly influenced by protonation, polarity of solvent and substitution of the hydroxyphenyl ring. Two amphiphilic HABA derivatives and have been synthesized and their Langmuir monolayers have been studied. Gold mixed SAMs of two disulfides, one with an HABA terminal group and the other with a triethylene glycol terminal group, have been prepared. The interaction of these mixed SAMs with avidin has been studied by cyclic voltammetry. This interaction with avidin leads to a shift of the HABA cathodic peak towards more negative potentials. It has been determined that the optimal HABA disulfide/triethylene glycol disulfide ratio, in order to obtain the more robust avidin SAMs, is 1.0/3.1 It has been developed a methodology to obtain heterobifunctional conjugates of avidin. This methodology uses protein ligands with moderate affinity to block the protein sites of one side of the protein, allowing a further binding of a biotinylated compound to the other side of the protein. Subsequent transformation from divalent to monovalent binding, reduces the affinity with the protein is substituted by a second biotinilated compound giving the heterobifunctional conjugate of avidin. The best results have been obtained with the usage of solid phase resins (NovaPEG Wang functionalizated with DMPDU) to immobilize avidin by a divalent binding.

Somatostatin (SST), also known as somatotropin release-inhibiting factor (SRIF), is a 14-amino-acid peptide discovered in 1973. It is a natural hormone whose biological activity is linked to five identified receptors: SSTR1-5. In clinical practice, somatostatin is currently used as a gastric anti-secretory drug as well as to treat growth hormone secretion disorders and endocrine tumors. Cortistatin (CST) is another natural hormone, structurally a related to somatostatin. It has shown an interesting inflammatory activity that somatostatin do not display. Therefore, it has potential applications against inflammatory diseases such as Crohn's disease. In the present thesis, three families of fourteen-residue somatostatin analogs have been designed and synthetized replacing L-β-phenylalanine in positions 6, 7 and 11 by the non-natural aromatic amino acids L-β-3’,5'-difluorophenylalanine, L-β-3'-pyridylalanine and L-β-4'-piridilalanine. The intramolecular aromatic interactions of these peptides (with amino acids whose aromatic electron-density is lower than Phe) increased substantially allowing us to obtain the major tridimensional conformation for each derivative by NMR. Furthermore, L-β-mesitylalanine and L-β-3’,5'-trimethylphenylalanine (with high aromatic electron density) were also included in certain peptides, to increase even further the strength of the aromatic interactions. Our NMR conformational studies demonstrated that the inclusion of an electron-poor aromatic amino acid in position 7 causes a three-dimensional cluster-type arrangement of the three aromatic residues in positions 6th, 7th and 11th. We have observed that peptides with this kind of conformation showed a good binding with SSTR3. On the other hand, when these amino acids were included in positions 6 or 11, only a strong 6-11 interaction was observed, being residue 7 placed on the other side of the peptide. In these cases, the additional replacement of the phenylalanine at position 7 by L-β-mesitylalanine provoked a further increase of the selectivity for SSTR2. Specifically, [L-4'Pya6_L-Msa7_D-Trp8] -SST showed a completely selective activity profile for SSTR2, with an affinity for this receptor at the same level of SST. Finally, various cortistatin analogs were synthesized, their major 3D conformation were determined by NMR and their binding profile with SSTR1-5 were measured. Some of these peptides showed a remarkable response against Crohn’s disease. One of them, with a cluster-type structure, showed a response similar to CST against different parameters of inflammatory bowel disease. / La somatostatina (SST), es un péptido natural de 14 residuos descubierto en 1973, con cinco subreceptores identificados, SSTR1-5. En la práctica clínica, y debido a su carácter inhibidor de secreción de otras hormonas endógenas, se utiliza para tratar los trastornos de la secreción de la hormona del crecimiento y tumores endocrinos. Además, la cortistatina (CST), un péptido relacionado con la somatostatina, ha mostrado un perfil farmacológico interesante contra enfermedades inflamatorias, como la enfermedad de Crohn, que la somatostatina no presenta. En esta tesis doctoral, se han diseñado tres familias de análogos de somatostatina de catorce residuos, sustituyendo a las L-β-fenilalanina en posiciones 6, 7 y 11 por los aminoácidos aromáticos no naturales L-β-3’,5’-difluorofenilalanina, L-β-3’-piridilalanina y L-β-4’piridilalanina. Al utilizar estos aminoácidos (de menor densidad electrónica aromática que L-β-fenilalanina), la potencia de las interacciones aromáticas intramoleculares aumenta, lo que ha permitido obtener la estructura de la conformación mayoritaria para cada uno de los derivados estudiados. Además, se incluyeron los aminoácidos L-β-mesitilalanina y L-β-3’,4’,5’-trimetilfenilalanina (de mayor densidad electrónica) en determinados péptidos, incrementando aún más la fuerza de las interacciones aromáticas. Los estudios conformacionales (realizados mediante RMN) demuestran que la inclusión de un aminoácido aromático pobre en electrones, en posición 7, provoca un acercamiento espacial de tipo clúster de los tres residuos aromáticos 6, 7 y 11. Este ordenamiento favorece la interacción con SSTR3. Cuando estos aminoácidos fueron incluidos en posiciones 6 u 11, se produjo una interacción entre 6-11, quedando el aminoácido 7 por la otra cara del péptido. En estos casos, al sustituirse la fenilalanina en posición 7 por L-β-mesitilalanina, se aumenta la selectividad por SSTR2. Concretamente, [L-4’Pya6_L-Msa7_D-Trp8]-SST presenta un perfil de actividad completamente selectivo para SSTR2, alcanzando además los niveles de afinidad de la SST. Por último, se sintetizaron diversos análogos de cortistatina, determinando de nuevo su conformación tridimensional mayoritaria, además de determinar su respuesta in vivo e in vitro frente a enfermedad de Crohn y perfil farmacológico en SSTR1-5. Sólo uno de ellos, con estructura tipo clúster, obtuvo un perfil de respuesta similar a CST frente a diferentes parámetros de enfermedad inflamatoria intestinal.

Plastic scintillation microspheres (PSm) are a solid dispersion of one or more fluorescent solutes encapsulated within a polymeric matrix. PSm appear as an alternative to the use of liquid scintillation cocktails for radioactivity determination with the advantage of avoiding the mixed waste, for the measurement of salty samples, for performing measurements in continuous, or for employing them as a medium to join the measurement and separation steps. However, PSm are not completely available in the market, since only a few providers supply them at a high cost and with a limited range of sizes and compositions. This thesis has been focused in two main objectives. The first one has been the evaluation of the feasibility of different methodologies to produce PSm, starting at laboratory scale and addressing their production at a higher scale. The second one has been to increase the knowledge about the energy transfer mechanism through the evaluation of different quenching agents and different organic scintillators. The production of PSm was successfully performed through organic solvent extraction/evaporation methodology (E/E). Other techniques based on drying, the Spray Drying (SD) and the supercritical antisolvent (SAS) were also evaluated. The E/E allowed the production of PSm at laboratory and at large scale with features and radiometric performances comparable to those of the commercial ones, and also producing PSm with the ability for alpha/beta discrimination. On the other hand, SD and SAS proved to produce PSm and polystyrene based submicron particles, respectively, which enabled the measurement of radioactivity but involving a high associated operational cost and a low production yield. Finally, the evaluation of the energy transfer mechanism was performed by conducting a systematic study of the interference of several quenching agents when different organic scintillators were employed. Moreover, the wide range of PSm diameters obtained allowed the study of the relationship between the size and the radiometric capacities, resulting in a better understanding of the energy transfer mechanism through the evaluation of the particle and optical quenching. / Las microesferas de centelleador plastico (PSm) son una dispersión sólida de uno o más solutos fluorescentes disueltos y encapsulados en una matriz polimérica. Su diámetro puede variar desde los pocos hasta varios centenares de micrómetros. Las PSm han aparecido como una alternativa al uso de los cócteles de centelleador líquido para la mayoría de las deteminaciones de radionucleidos de media y alta energía, con la ventaja de que al estar polimerizadas se evita la producción del residuo mixto (mezcla de residuos orgánicos y radioactivos). Por otro lado, las PSm son de utilidad en las medidas de muestras salinas, de sistemas de medida en continuo y además sirven de soporte para la inmovilización de extractantes selectivos a determinados radionucleidos. Sin embargo, las PSm no están completamente disponibles en el mercado, ya que existen sólo un par de casas comerciales capaces de proveerlas a un alto coste y con un rango limitado de diámetros y composiciones. El presente trabajo ha sido enfocado en dos objetivos principales. El primero, ha sido evaluar diferentes metodologías que permitan la producción de PSm de diferentes diámetros y composiciones a escala de laboratorio para superar la dependencia sobre los proveedores comerciales y a su vez, ampliar su uso en nuevas aplicaciones. El segundo objetivo, ha sido explorar el mecanismo de transferencia de energía en las medidas de radionucleidos cuando se emplean las PSm. La síntesis de PSm se llevó a cabo por medio de diferentes técnicas. La primera, basada en la evaporación/extracción del disolvente orgánico. Dicha técnica permitió la producción de PSm con un alto rendimiento y con características físicas y capacidades radiométricas similares a las de las microesferas de centelleador plástico de origen comercial. También permitió la evaluación de la encapsulación de los solutos fluorescentes, la producción de microesferas con capacidad para discriminar partículas alfa y beta, la evaluación de los parámetros de síntesis para optimizar la producción y además se empleó para producir PSm a una mayor escala que la empleada en el laboratorio (prueba de concepto con equipos industriales). Por otro lado, la producción de PSm mediante las técnicas basadas en el secado del disolvente orgánico (Spray Drying y antidisolvente supercrítico). Dichas técnicas permitieron la producción de PSm y de partículas poliméricas centelleadoras de tamaño submicrométrico, respectivamente, capaces de medir la radioactividad. Sin embargo, resultaron en un alto coste operacional asociado y bajos rendimientos de producción. Finalmente, la evaluación del mecanismo de transferencia de energía se llevó a cabo mediante el estudio sistemático de diferentes interferentes (NaCl, BaCl2, glicerina, nitrometano y naranja de metilo) y distintos centelleadores orgánicos (PSm de diferentes diámetros, cóctel de centelleador líquido y cóctel de centelleador gel) para la medida de dos emisores beta de baja y alta energía, 3H y 36Cl, respectivamente. Adicionalmente, teniendo en cuenta el amplio rango de diámetros de PSm obtenidos mediante las diferentes metodologías, fue posible realizar algunas observaciones sobre la relación de las capacidades radiométricas de diferentes radionucleidos respecto al tamaño de diámetro de las PSm, basadas principalmente en los fenómenos de quenching de partícula y de quenching óptico.

El presente trabajo aborda la preparación de varios compuestos lactónicos naturales y sintéticos de posible actividad antitumoral, aplicando para ello los fundamentos y resultados de nuestras diferentes líneas de investigación como herramienta sintética. Como complemento hemos llevado a cabo la evaluación de su actividad citotóxica hacia líneas celulares de cáncer humano, para estudiar su aplicación como posibles agentes antineoplásicos. En las primeras aproximaciones, empleamos el protocolo de hidroboración de alenos-adición a aldehídos descrito en nuestro grupo y que permite construir estereoselectivamente sistemas 1,3-diol, a partir de los cuales se puede acceder a estructuras y-butirolactona. En primera instancia sintetizamos el fragmento lactol del antitumoral Halicoblelida, observando el alcance efectivo del proceso tándem de hidroboración-adición. En la segunda aplicación, conseguimos sintetizar la forma natural del antibiótico (—)-Isoavenaciolida, bislactona perteneciente a una familia de compuestos naturales que han demostrado interesantes propiedades farmacológicas. Sin embargo, el intento de aplicar la reacción tándem de hidroboración de alenos-adición a aldehídos no permitió acceder a la estereoquímica requerida para la preparación de la bislactona (±)-Avenaciolida, un antibiótico natural perteneciente a la misma familia que su homóloga. Para su acceso, aplicamos una metodología de ciclocarbonilación sobre glioxilatos preparados a partir de sistemas alénicos, ampliamente usados en nuestro grupo de investigación. Este proceso, aunque con bajo rendimiento, nos permitió lograr la obtención directa del esperado antibiótico. El objetivo posterior se focalizó en la obtención del compuesto antitumoral C75, que presentaba como etapa clave de la síntesis la versión intramolecular de una de las herramientas más usadas en el campo de la activación C-H, la alquilación alílica catalizada por complejos de paladio. Sin embargo, a pesar de los números esfuerzos y cambios de estrategia aplicados, el proceso intramolecular no llegó a término y decidimos abandonar la síntesis y centrarnos en la aproximación sintética de una colección de derivados lactámicos basados en la estructura del compuesto líder C75. Nuevamente las condiciones de alquilación intramolecular catalizada por paladio fallaron cuando se aplicaron sobre la amida secundaria en un intento de obtener la correspondiente lactama N-libre. Sin embargo, la aplicación de esta metodología sobre la amida N-bencilada logró desencadenar la transformación alílica generando simultáneamente la y-butirolactama esperada y el producto de acetoxilación alílica fácilmente transformable en la anterior. La posterior conversión del doble enlace en éster de metilo y la introducción de la olefina exocíclica condujeron favorablemente al derivado nitrogenado del C75. Las moléculas descritas, tanto naturales como sintéticas, junto con otros compuestos diseñados en nuestro grupo investigación, fueron destinados a evaluar sus propiedades antitumorales sobre diferentes líneas tumorales como ovario, mama y colón, tomando como control células sanas de fibroblastos gingivales. La evaluación biológica de moléculas derivadas del C75 nos ha permitido ir elucidando poco a poco las características estructurales necesarias para desencadenar una potente actividad citotóxica hacia líneas tumorales de diferentes tejidos. En base a ello, hemos conseguido diseñar estructuras alfa-metilén-gamma-butirolactónicas y lactámicas racémicas capaces de proporcionar una respuesta anticancerígena mayor que el C75. El ácido DS70 y especialmente el alcohol M10 han conseguido alcanzar unos valores de citotoxicidad importantes para una gama de derivados nitrogenados no estudiados hasta la fecha, poniendo de manifiesto que la presencia de un grupo polar donador de puentes de hidrógeno en la posición beta del anillo, es determinante para frenar la actividad de la enzima FAS y por extensión, la proliferación celular. Este hecho, se ha visto respaldado por los elevados valores de viabilidad obtenidos con moléculas donde el grupo polar, ya fuese ácido o hidroxilo, se encontraba protegido (N11 y N12) o ausente (Avenaciolida e Isoavenaciolida), al no inducir apoptosis en ningún rango de concentración o hacerlo a dosis muy elevadas en cada una de las líneas celulares. / The preparation of various natural and synthetic products having possible antitumor activity is reported. A cytotoxic evaluation using different human cancer cell lines has also been carried out on the new compounds synthesized in order to evaluate their application as possible antineoplastic agents. Chapter 1 describes the application of the strategy of allene hydroborationaldehyde addition described by our group for synthesizing y-butyrolactones. The first application of this method was directed towards the synthesis of the lactol fragment of the antitumor agent Halicoblelide, which is structurally related to the a-methylene-y-butyrolactone family of compounds. Subsequently a more ambitious objective was undertaken in the total synthesis of the bislactone natural product (-)-Isoavenaciolide. This compound has antibiotic activity and structural similarities to the antitumor agent C75, whose synthesis and biological evaluation was undertaken by Kamil Makowsky in our research group. Unfortunately, the allene hydroboration-aldehyde addition strategy did not provide sufficiently high yields or diastereoselectivities when applied to the synthesis of the natural product (-)-Avenaciolide. As an alternative the cyclocarbonylation of allene substrates, widely used in our group, was employed and allowed the desired natural product to be obtained directly albeit in low yields. In the first part of Chapter 2 the synthesis of the antitumor agent C75 using an intramolecular alkylation as the key step was attempted. Nevertheless despite carrying out a study on different allylic substrates under a range of conditions, it was not possible to bring about the desired intramolecular reaction required for the synthesis of C75. In the second part of Chapter 2 we centred our attention on the synthesis of a new series of nitrogenated derivates of C75. Again the desired intramolecular alkylation failed when applied to the cyclization of the secondary amide required for synthesizing the corresponding lactam incorporating a free NH group in the final product. Nevertheless the application of the same approach to the N-benzylated substrate did allow the desired y-butyrolactam to be obtained, which was subsequently transformed into trans-70. In Chapter 3 a study of the antitumor properties of the new compounds using ovarian, breast, and colon human cancer cell lines compared against healthy gingival fibroblast cells as control. The acid trans-70 and especially the alcohol M10 exhibited levels of cytotoxicity higher than those of C75 itself, demonstrating the importance of polar functional groups capable of hydrogen bonding at the 13 position of the ring for promoting inhibition of the FAS enzyme and, by extension, cellular proliferation.

Tesi realitzada a l'Institut de Diagnòstic Ambiental i Estudis de l'Aigua (IDAEA-CSIC) / Els contaminants orgànics persistents (COP) són un ampli grup de substàncies orgàniques molt resistents a la degradació fotolítica, biològica i química en el medi ambient, fet que els concedeix llargs temps de vida mitja en sòls, sediments, aire o biota. Això, sumat a la gran dispersió arreu del planeta d’aquests contaminants degut al seu transport a llargues distàncies (per les seves propietats físico-químiques) i a la seva toxicitat, fa que els COP esdevinguin un problema a escala global. Les dioxines (PCDD/Fs) i els bifenils policlorats similars a les dioxines (dl-PCBs) són dues de les principals famílies de COP, conegudes per la seva gran toxicitat i el seu potencial carcinogènic. Els dl-PCBs van ser produïts per a diverses aplicacions industrials, però durant les dècades dels 70 i dels 80 es va prohibir la seva producció a la majoria dels països industrialitzats. Les dioxines no han estat mai produïdes a propòsit, però són subproductes de diverses activitats industrials i processos de combustió. En les darreres dècades s’ha començat a prendre consciència de la perillositat d’aquestes substàncies tant pel medi ambient com per a la salut humana i s’han establert diverses regulacions per a controlar les seves emissions al medi així com organismes internacionals de control de COP com el Conveni d’Estocolm, que compromet els països signants a controlar els seus nivells ambientals existents. Les mostres analitzades en aquesta tesi en territori espanyol formen part dels compromisos adquirits amb el Conveni d’Estocolm. En aquesta tesi s’han analitzat els nivells de PCDD/Fs i dl-PCBs presents en diferents matrius ambientals i en diferents àrees, tant continentals com oceàniques, per tal de tenir una visió més global de la seva distribució i compartimentació ambiental, així com dels diferents processos que defineixen el seu destí final. Per una banda s’han analitzat ous de gavina, considerats un excel·lent bioindicador, en 5 parcs naturals distribuïts en la zona costanera d’Espanya durant 4 anys, analitzant les diferències espacials, temporals i entre dues espècies de gavina cohabitants en la mateixa àrea. Les gavines es troben situades en una alta posició de la cadena tròfica marina, fet que fa que l’acumulació de COP a través de la dieta sigui important. En cada posta es transfereix una part d’aquests contaminants als ous, esdevenint un bon bioindicador ambiental. Per altra banda s’han analitzat diverses mostres atmosfèriques de zones terrestres en diferents localitzacions d’Espanya i Colòmbia, en zones rurals/remotes, urbanes i industrials, utilitzant tant captadors actius, amb els que s’ha col·lectat la fracció de PM10, com captadors passius. En les 12 estacions espanyoles s’han recollit mostres des del 2008 fins a l’actualitat en cada estació de l’any, observat les tendències temporals i estacionals de les àrees estudiades. A Colòmbia l’estudi es centra en una ciutat andina, situada a més de 2000 metres d’altitud i propera a un volcà actiu. L’estudi de la fracció de PM10 amb captadors actius, al mateix temps que l’estudi atmosfèric amb els captadors passius, ha permès analitzar la diferent compartimentació de dioxines i bifenils policlorats en l’atmosfera i observar les seves principals fonts d’emissió. Entre els aspectes més innovadors d’aquesta tesi en podem destacar un darrer apartat que mostra els resultats de PCDD/Fs i dl-PCBs obtinguts en àrees oceàniques. L’oceà obert es considera un ambient clau en la dinàmica global dels contaminants degut a la seva enorme cobertura espacial de la superfície terrestre, el seu elevat potencial de degradació i la seva capacitat d’actuar com a reservori i desguàs de substàncies químiques antropogèniques. La seva amplitud espacial i el difícil accés a la recol·lecció de mostres fa que existeixin poques o nul·les dades sobre els nivells de PCDD/Fs i dl-PCBs en l’oceà obert. Durant la campanya de circumnavegació Malaspina 2010 a través de les zones tropicals i subtropicals dels oceans Atlàntic, Pacífic i Índic van ser recollides i analitzades 39 mostres atmosfèriques (fase gas i aerosol) i 29 mostres de plàncton. Amb les mostres atmosfèriques s’ha pogut conèixer els nivells atmosfèrics oceànics globals i avaluar la degradació i la deposició seca atmosfèrica de les PCDD/Fs i els dl-PCBs, parametritzant amb les dades de deposició seca per tot l’oceà, la quantitat d’aquests contaminants que es dipositen anualment sobre la superfície oceànica des de l’atmosfera. Els resultats de PCDD/Fs i dl-PCBs en el plàncton oceànic són els primers que s’obtenen ja que fins ara només existien dades d’algunes zones costaneres. S’han pogut estudiar els diferents processos biogeoquímics que determinen els nivells de contaminants en el plàncton oceànic així com la biodilució, la influència de la deposició atmosfèrica i els fluxos verticals associats a la sedimentació de matèria orgànica (bomba biològica) per tal de poder entendre i identificar les dinàmiques i el destí final dels contaminants orgànics persistents en l'Oceà Obert.

El trabajo que se presenta en esta tesis has sido realizado entre Enero del 2011 y Diciembre del 2015 en el Institut de Ciència de Materials de Barcelona (ICMAB-CSIC), con la colaboración del Sincrotrón ALBA (Cerdanyola del Vallès). Los óxidos de cobalto presentan numerosas propiedades funcionales y fenómenos físicos de interés como magnetorresistencia gigante, doble intercambio, separación de fases, cambios de estado de espín, transiciones metal-aislante (TMI), alto poder termoeléctrico, difusión de oxígeno, conducción mixta, orden de carga, orbital, de estado de espín o superconductividad, entre otras propiedades. Presentan interés desde un punto de vista fundamental y debido a su potencial aplicación en campos como la espintrónica, los dispositivos termoeléctricos, como materiales para SOFC, catálisis, sensores, etc.. Destaca en algunas cobaltitas la singular habilidad de los iones del cobalto para adoptar diferentes estados de espín. Ello proporciona un grado de libertad adicional, que además favorece el acoplamiento espín-red, y tiene efectos importantes sobre la movilidad electrónica, la respuesta termoeléctrica y catalítica, o la estabilidad estructural y magnética. Esta tesis investiga la influencia de las inestabilidades del estado de espín en cobaltitas con acoplamiento espín-red. Aborda cuatro clases principales de cobaltitas correlacionadas, con diferentes estructuras, preparadas o fabricadas principalmente (pero no sólo) en forma másica: LnCoO3, Ln0.50Sr0.50CoO3, LnBaCoO5.50 and Ba2Co9O14. Distintas transiciones estructurales, electrónicas, magnéticas, magnetostructurales y metal-aislante han sido investigadas mediante experimentos en fuentes de radiación sincrotrón y de neutrones. Entre ellas, los sincrotrones ALBA (Barcelona), ESRF (Grenoble), SLS ((PSI, Switzerland)) y Helmholtz-Zentrum Berlin-BESSY II (HZB, Berlín), el reactor de neutrones ILL (Grenoble) y la fuente de espalación SINQ (PSI, Switzerland). A partir de experimentos de difracción de polvo mediante neutrones (NPD) y radiación sincrotrón (SXRPD), espectroscopías de absorción y emisión de rayos-X (XAS y XES) y dicroísmo magnético circular (XMCD). El interés por los sistemas con fórmula general LnCoO3 reside en la naturaleza de las transiciones de estado de espín (SS) y los dos posibles escenarios propuestos para el compuesto de referencia LaCoO3: LS→LS+HS→HS o LS→IS→HS. Nosotros hemos combinado el análisis de datos de absorción XAS con difracción de neutrones para comprender la influencia de la configuración de espín sobre la evolución de las estructuras cristalinas, y su variación en el diagrama de fases aumentando la distorsión de las cobaltitas LnCoO3. En el caso de la inesperada segunda transición magnética que muestra la cobaltita metálica Pr0.50Sr0.50CoO3 , la resolución de las estructuras cristalinas y magnéticas que aquí se presenta, junto a la characterización del momento orbital, han sido cruciales para entender el mecanismo de la transición magnetoestructural que presenta este compuesto. La síntesis de otros compuestos similares nos ha permitido trazar las propiedades magnéticas y electrónicas de las cobaltitas semi-dopadas ricas en estroncio de la familia Ln0.50(Sr, A)0.50CoO3 (A=Ba, Ca). Se han examinado cuidadosamente las complejas propiedades de algunas perovskitas dobles laminares con fórmula LnBaCoO5.50 que presentan una transición metal-aislante cerca de temperatura ambiente. YBaCoO5.50 muestra sucesivas transiciones estructurales y magnéticas que están relacionadas con cambios en el estado de espín. A partir de técnicas de difracción y espectroscopías de rayos-X hemos examinado el papel de los cambios en el estado de espín de los iones Co3+ (en coordinación octaédrica y piramidal) como mecanismo para la transición metal-aislante. La cobaltita de fórmula Ba2Co9O14 presenta una cierta complejidad estructural y propiedades catalíticas y termoeléctricas prometedoras. Hemos encontrado y descrito una fuerte correlación entre el orden magnético singular, los cambios estructurales y la transición aislante-aislante de alta temperatura con cambios del estado del espín en posiciones específicas de los átomos de cobalto durante dicha transición. / The work presented in this thesis has been carried out between January of 2011 and December of 2015 at the Institut de Ciència de Materials de Barcelona (ICMAB-CSIC), with the collaboration of the ALBA Synchrotron Light Source (Cerdanyola del Vallès). Cobalt oxides present a plethora of remarkable properties and physical phenomena like giant magnetoresistance, double-exchange, phase separation, spin-state changes, metal-insulator transitions (MIT), high thermoelectric power, oxygen diffusivity, mixed-conduction, charge, spin-state and orbital ordering or superconductivity among others. These properties are interesting not only from a fundamental point of view but also due to their potential applicability in different fields (spintronics, thermoelectric devices, materials for SOFCs, catalyst systems, sensors, etc..). A very remarkable characteristic of cobaltites is the almost unic ability of Co ions to adopt different spin states. This makes that Co oxides have, in comparison with other transition metal oxides, an extra degree of freedom, which favors the spin-lattice coupling and plays a prominent role in the electron mobility, the thermoelectric and catalytic responses or the structural and magnetic stability. In this thesis, we have investigated the influence of spin state instabilities on the structural, electrical and magnetic properties of cobalt oxides with spin-lattice coupling. Four main classes of strongly correlated cobaltites having different crystallographic structures were prepared or fabricated (mainly but not solely) in bulk form: LnCoO3, Ln0.50Sr0.50CoO3, LnBaCoO5.50 and Ba2Co9O14. Structural, electronic, magnetic, magnetostructural and metal-insulator transitions were addressed by means of experiments using synchrotron X-rays and neutron sources. Among them, the ALBA (Barcelona), ESRF (Grenoble), SLS (PSI, Switzerland) and Helmholtz-Zentrum Berlin-BESSY II (HZB, Berlín) synchrotrons, the ILL neutron reactor (Grenoble) and the SINQ (PSI, Switzerland) spallation source, performing Neutron Powder Diffraction (NPD), Synchrotron X-Ray Powder Diffraction (SXRPD), X-ray Absorption and Emission Spectroscopies (XAS and XES), and X-ray Magnetic Circular Dichroism (XMCD). The interest for LnCoO3 arises from the nature of the two stages spin-state (SS) transition and the possible scenarios proposed for the LaCoO3 reference compound: LS→LS+HS→HS or LS→IS→HS. We have combined the analysis of XAS and NPD to understand the influence of the espín configuration on the crystalline structure evolution, and its variation in the phase diagram by increasing the distortion of LnCoO3 compounds. In the case of the low temperature unexpected second magnetic transition in the FM metal Pr0.50Sr0.50CoO3, the resolution of the crystal and magnetic structures we here provide together with the orbital moment characterization have been crucial to understand the mechanism of the magnetostructural transition in this compound. The synthesis of compounds with similar composition has allowed us to draw an overview of the magnetic and electronic properties of the half-doped Ln0.50(Sr, A)0.50CoO3 cobaltites family (A=Ba, Ca). The complex properties of some double-layered LnBaCoO5.50 perovskites presenting a metal-insulator transition close to room temperature were carefully examined. YBaCoO5.50 exhibits successive concomitant structural and magnetic transitions coupled to spin-state changes. The influence of the changes in the spin state of Co3+ ions as the mechanism for the metal-insulator transition has been described for Co atoms in octahedral and pyramidal coordination using X-ray spectroscopies and diffraction techniques. The charge-ordered Ba2Co9O14 cobaltite presents structural complexity and promising catalytic and thermoelectric properties. We have described a close correlation between its singular magnetic order, structural changes and the insulator-insulator transition at high temperature, and the change in the spin-state of specific Co sites at this transition.

Les plantes estan exposades a diversos estressos ambientals incloent la sequera i temperatures extremes els quals poden limitar el seu creixement i supervivència. La disponibilitat d'aigua es considera el principal factor limitant per a la productivitat vegetal. Les plantes presenten una sèrie d'estratègies per fer front a la sequera i mantenir un balanç hídric adequat entre les quals s'inclouen modificacions de l'àrea foliar, control estomàtic, canvis en l'assignació de biomassa, modificacions del balanç de carboni font/embornal, i la resistència a l'embolisme del xilema. Tot i així, la mortalitat forestal induïda per sequera és un fenomen generalitzat, amb grans implicacions a nivell d'ecosistema, i s'espera que incrementi degut a l'augment dels episodis de sequera com a resultat de les condicions de canvi climàtic actuals. Entendre com la complexa xarxa de trets que presenten les plantes implicats en la resistència a la sequera determina la seva supervivència tant a nivell d'espècie com d'individu és fonamental per avaluar la vulnerabilitat de la vegetació actual als canvis del clima, i l’impacte potencial en el serveis ecosistèmics. Al 2008, McDowell et al. varen sintetitzar els mecanismes de mortalitat induïda per sequera en un marc hidràulic coherent i senzill. La seva hipòtesi incloïa dos mecanismes fisiològics, no excloents, com a principals causants de la mortalitat d'arbres induïda per sequera: la fallida hidràulica i l’exhauriment de carboni. La fallida hidràulica és el punt en que el transport d'aigua de tota la planta queda bloquejat per cavitació com a resultat de tensions crítiques al xilema. L'exhauriment de carboni és la situació en que el subministrament de carboni provinent de la fotosíntesi, d'estocs de carboni o d'autofàgia no satisfà les necessitats metabòliques mínimes. En aquest marc, la preponderància d'un o altre mecanisme depèn de la intensitat i duració de la sequera, així com de la capacitat de les plantes per regular el seu potencial hídric (Ψw). Les especies isohídriques serien més vulnerables a l'exhauriment de carboni degut a un tancament estomàtic més ràpid per tal de mantenir el Ψw relativament constant (i evitar l'embolisme), mentre que les especies anisohídriques serien més susceptibles a la fallida hidràulica a mesura que el sòl s'asseca ja que operen amb marges de seguretat hidràulica més estrets degut als seus Ψw més negatius. El marc previ es centra en el comportament estomàtic sense tenir en compte la plètora de trets que també intervenen en resposta a la sequera. A més a més, els estomes responen a altres factors a banda del Ψw, i és per això que assumir que la regulació iso/anisohídrica del Ψw és capaç d’explicar completament el comportament estomàtic pot ser enganyós. Per aquest motiu, els principals objectius d’aquesta tesi foren: (2) determinar si les diferències en la regulació estomàtica entre especies estan relacionades amb comportaments iso/anisohídrics i com s’associen aquests als distints mecanismes de mortalitat en condicions de sequera, escalfament o ambdós factors; (2) testar les assumpcions que relacionen comportaments anisohídrics amb majors conductàncies estomàtiques i marges de seguretat hidràulica més amplis; i (3) comprendre com i en quina mesura expliquen els trets morfològics i fisiològics, així com la seva plasticitat, el temps fins la mort en resposta a la sequera dins d’espècie. Per abordar els objectius (1) i (2) vàrem estudiar dos sistemes models amb contrastada vulnerabilitat a l’embolisme entre espècies: la formació boscosa piñon-juniper i l’alzinar Mediterrani. En ambdós casos vàrem comparar les respostes a la sequera entre espècies isohídriques (Pinus edulis i Quercus ilex) i espècies anisohídriques (Juniperus monosperma i Phillyrea latifolia), fent èmfasi en la regulació estomàtica i l’economia de l’aigua i el carboni. En aquestes especies, observem que un comportament més anisohídric no es tradueix necessàriament amb menor sensitivitat estomàtica al Ψw i, per tant, amb major taxa d’embolisme. De la mateixa manera, una major regulació del Ψw (comportament isohídric) no s’associa amb un tancament estomàtic més ràpid en condicions de sequera ni tampoc amb majors limitacions de carboni. Ambdós estudis desafien les idees previes i adverteixen de la confusió que pot generar l’associació directa de la iso/anisohidria amb un comportament estomàtic contrastat i els mecanismes de mortalitat. A nivell d’individu en Pinus sylvestris (3), mantenir activa l’adquisició de carboni i els estocs de carboni per sobre d’un nivell crític fou clau per perllongar la supervivència front a una sequera extrema, fins i tot a costa de majors pèrdues d’aigua. Una completa integració de l’economia del carboni i l’aigua és el repte per poder avançar en el coneixement de les respostes de les plantes a la sequera i els mecanismes de mortalitat. / Plants are exposed to several environmental stressors including drought and extreme temperatures that can limit their growth and survival. Water availability is considered the main limiting factor for plant productivity. Plants display a plethora of strategies to cope with drought and maintain an adequate water balance, including modifications of the leaf area, stomatal control, changes in biomass allocation, modifications of source/sink carbon balance, and resistance to xylem embolism. Despite this, drought-induced forest mortality is a widespread phenomenon with potentially large ecosystem-level implications and is expected to increase due to increasing drought events as a result of ongoing climate change. Understanding how the complex network of traits involved in drought resistance determine species’ or individuals’ to survive drought is critical to assess the vulnerability of current vegetation to changes in climate and the potential impacts on ecosystem functioning and services. In 2008, McDowell et al. summarized drought-induced mortality mechanisms in a coherent and simple hydraulic framework. They hypothesized two main, non-exclusive physiological mechanisms leading to plant death under drought: hydraulic failure and carbon starvation. Hydraulic failure is the point at which whole-plant water transport becomes blocked due to excessive cavitation resulting from critical tensions in the xylem. Carbon starvation is the situation in which carbon supply from photosynthesis, carbon stocks or autophagy fails to meet the minimum metabolic needs. According to this framework, the preponderance of one or the other mechanism depends on the drought intensity and duration and plants' ability to regulate their water potential (Ψw). Isohydric species might be more vulnerable to carbon starvation due to earlier stomatal closure to maintain relatively constant Ψw (and avoid embolism), while anisohydric species would be more susceptible to hydraulic failure as soil dries as they operate with narrow hydraulic safety margins due to their lower Ψw. The previous framework is centered on stomatal behavior, regardless of the plethora of traits involved in plant drought responses. In addition, stomata respond to several factors besides Ψw, hence assuming that iso/anisohydric regulation of Ψw is able to fully explain stomatal behavior may be misleading. For these reasons, the main objectives in this thesis were to: (1) determine if differences in stomatal regulation between species relate to iso/anisohydric behaviors and how these are associated to different mortality mechanisms under drought, warming or both; (2) test the assumptions that relate anisohydric behaviors with higher stomatal conductances and longer periods of carbon uptake under drought, and isohydric behaviors with stronger stomatal control and wider hydraulic safety margins; and (3) understand how morphological and physiological traits and their plasticity in response to drought explain, and to what extent, time until death within species. To address targets (1) and (2) we studied two reference models with contrasted drought-vulnerability between species: piñon-juniper and holm oak systems. In both cases, we compared drought responses between isohydric (Pinus edulis and Quercus ilex) and anisohydric species (Juniperus mosperma and Phillyrea latifolia), emphasizing stomatal regulation and carbon and water economies. In these species, we provided evidence that more anisohydric behavior is not necessarily related with looser stomatal responses to Ψw and, thus, with higher levels of xylem embolism. Likewise, stronger regulation of Ψw (isohydric behavior) was neither associated with earlier stomatal closure under drought nor with higher carbon constrains. Both studies challenge widespread notions and warn against linking iso/anisohydry with contrasted stomatal behaviors and mortality mechanisms. At the tree level (3), sustaining carbon uptake and carbon stocks above some critical level was the key factor prolonging survival under extreme drought, even at expenses of higher water losses. Fully integrating carbon and water economies is the key challenge to advance our understanding of drought responses and mortality mechanisms in plants.

El monitoreig ambiental basat en sistemes de biosensors té molta rellevància, no només en el camp de la investigació sinó també en aplicacions reals a nivell industrial. Això és degut als avantatges d’aquestes plataformes analítiques com, especialment, la seva simplicitat i alta rendibilitat pel seu cost. A més, els avenços recents en nanociència i nanotecnologia incrementen donen lloc a nous nanomaterials que tenen propietats elèctriques interessants com ara la seva capacitat de millorar la conductivitat dels elèctrodes. Aixó té un interès particular de cara al desenvolupament de sistemes de biosensors electroquímics. La combinació de nanomaterials amb biosensors electroquímics permeten construir eines d’anàlisi poderoses per al monitoreig mediambiental. Aquest és l’objectiu principal d’aquesta tesi, que descriu el desenvolupament i l’aplicació de tres nous biosensors pel monitoreig mediambiental mitjançant l’ús de nanomaterials. El primer capítol de la tesi proporciona una introducció general sobre el monitoreig mediambiental de contaminants i dona una breu descripció i classificació d’aquests components nocius. També dona una visió de la rellevància de l’ús de nanomaterials en sistemes de biosensors pel monitoreig mediambiental amb una detallada revisió dels últims treballs publicats que descriuen aspectes innovadors així com possibles inconvenients. Al capítol 3 es descriu una plataforma de monitoreig mediambiental basada en la inhibició de l’enzim acetilcolinesterasa. El sistema desenvolupat utilitza partícules magnètiques i l’enzim acetilcolinesterasa sobre elèctrodes de diamant dopats amb Bor. Gràcies a l’ús de partícules magnètiques i a les característiques de la superfície de l’elèctrode, aquesta plataforma és utilitzada com a sistema multi ús amb una alta reproducibilitat que és capaç de mesurar el pesticida chlorpyrifos en mostres reals d’aigua de riu (riu Yokoama, Japó). Al capítol 4 s’explica el desenvolupament de d’un sistema de detecció simultània de contaminants, el catecol (un derivat fenòlic) i el chlorpyrifos (un pesticida del grup dels organofosfats). Aquesta detecció s’aconsegueix utilitzant elèctrodes serigrafiats de carboni (screen printed carbon electrodes, SPCE) modificats amb nanopartícules d’òxid d’Iridi i amb tirosinasa. El biosensor proposat millora la sensibilitat en la detecció del catecol si es compara amb altres biosensors ja descrits en la bibliografia. Aquest biosensor mostra també una elevada sensibilitat en la detecció de chlorpyrifos quan s’utilitza el mode d’operació d’inhibició de la tirosinasa. Finalment, s’ha explorat l’eficiència del biosensor per aplicacions reals en aigua de riu i aigua de l’aixeta mostrant grans possibilitats per futures aplicacions com a plataforma de baix cost. El tercer biosensor desenvolupat s’explica al capítol 5. En aquest capítol es proposa un sistema de biosensors sense enzims basat en nanopartícules d’òxid de coure (CuO) per la detecció de components fenòlics i d’un herbicida altament tòxic, el Diuron. La detecció es fa mitjançant SPCE on les nanopartícules de CuO formen un complex estable amb els components fenòlics que es mesuren a partir de la reacció electroquímica que té lloc a la superfície de l’elèctrode. Val a dir que és una de les primeres aplicacions que s’utilitzen pel monitoreig mediambiental mitjançant l’ús de nanopartícules de CuO. Aquestes nanopartícules mimetitzen el centre actiu de la tirosinasa obtenint resultats comparables a altres plataformes enzimàtiques. Aquesta plataforma analítica pot ser utilitzada en aplicacions amb mostres reals donat que el límit de detecció obtingut es troba en els nivells que demana el monitoreig establerts per la legislació vigent. / Environmental monitoring based on biosensing systems has increased its relevance not only in the research field but also in the real industrial application. This is due to the advantages of such analytical platforms especially their simplicity and their cost/efficiency. Moreover, the recent advances in nanoscience and nanotechnology increase the emerging of new nanomaterials which have interesting electrical properties such as their capacity to improve the electrode conductivity. This has a particular interest in the development of electrochemical biosensing systems. The combination of nanomaterials with electrochemical biosensing platforms can build up powerful analytical tools for the environmental monitoring. This represents the main objective of this PhD Thesis, that divided in six chapters describes the development and application of three new biosensing platforms for environmental monitoring using nanomaterials. The first chapter of the thesis gives a general introduction on environmental monitoring of pollutants and offers a brief description and classification of these compounds. This chapter also gives an overview of the relevance of the use of nanomaterials in biosensing systems for environmental monitoring with a detailed review of the last published works describing also their innovation aspects and also the possible drawbacks. In Chapter 3 the biosensing platform for environmental monitoring based on the inhibition of acetylcholinesterase is described. The developed system uses magnetic beads and acetylcholinesterase enzyme over Boron Doped Diamond Electrode. Moreover, through the use of magnetic beads and the surface characteristics of the electrode, this platform is used as multi use system with high reproducibility able also to measure the pesticide chlorpyrifos in real sample (Yokoama river, Japan). In Chapter 4 a simultaneous detection system of pollutants for catechol (a phenol derivative) and chlorpyrifos (an organophosphate pesticide), is developed. Such sensing is achieved through a SPCE modified with IrOx NPs and tyrosinase. The proposed biosensor reports improvement in the sensitivity for catechol compared to previously reported biosensors. This biosensor shows also a high sensitivity for chlorpyrifos while being used in a tyrosinase inhibition mode operation. Finally the efficiency of this biosensor is explored for real applications in river and tap water showing great possibilities for future application as a low cost platform. In Chapter 5 a free enzymatic bio-sensing system based on CuO nanoparticles for detection of phenols compounds and for a high toxic herbicide (Diuron) is proposed. Such sensing is achieved through a SPCE where CuO NPs create a stable complex with phenolic compounds that are measured through electrochemical reaction at electrode surface. Moreover it is one of the first applications using CuO NPs for environmental monitoring. CuO NPs have the function to mimic the active centre of tyrosinase obtaining results comparable with other enzymatic platforms. This analytical platform can be used for real sample applications due to the fact that the detection limit is within the requested levels of monitoring established by the legislation. Annex A shows a very interesting review over the biosensing systems inenvironmental monitoring using nanomaterials. This review was published in a very high impact factor journal (Chemical Review Impact factor of 46.658).

Tesi realitzada a l'Institut de Recerca Biomèdica de Barcelona (IRBB) / The known as "difficult peptides", as well as those sequences that aggregate in solution, are some of those molecules with high applicability as nanomaterials or even in medicine field. This thesis has addressed to overcome the synthetic, as well as, the peptide manipulation in solution drawbacks associated to this kind of peptides. The strategies proposed and evaluated in the present work have been divided in three chapters classified depending on the strategies evaluated. The "difficult peptide" RADA-16, which is also a self-assembling peptide, has been described as a valuable sequence for its biomedical applications. In order to reach its synthesis with the maximum purity, three solid-phase peptide strategies (SPPS) were selected. First, the most commonly used, the stepwise methodology; and later the two convergent approaches: the solid-phase and the fragment condensation in solution. The four times repeating Arg-Ala-Asp-Ala sequence comprised in this peptide was crucial for the retro-synthetic design of both convergent strategies. Fragment condensation in solution of two fully protected segments resulted in the most fruitful strategy to synthesize the RADA-16 peptide. Development of a new work-up protocol was essential to achieve the final peptide with a satisfactory purity. Several HPLC conditions of commercial RADA-16 samples were studied allowing to find the most significant parameters to achieve an accurate characterization of this peptide. In the second chapter, the design of a new backbone amide protecting group, the Mmsb, was developed as a "safety-catch" protector to facilitate the synthesis of "difficult peptides". The solid-phase incorporation of the Mmsb into a sequence was preceded by the synthesis of an alanine protected with the Mmsb. The safety-catch property of this protecting group was confirmed by evaluating its stability to the cleavage conditions, and its subsequent lability after a chemoselective modification. Three difficult peptides were selected to evaluate the Mmsb strategy, the decaalanine, the RADA-16 and the Aß(1-42). The three peptides were synthesized by SPPS affording improved purities when one Mmsb moiety was present in the sequences, compared with those non-protected peptide syntheses. Moreover, due to the presence of Mmsb containing sequences after the cleavage from the resin, the solubility of the three peptides resulted enhanced compared with the non-Mmsb containing sequences. Two of these peptides were purified by HPLC confirming that thanks to the enhanced solubility this step was possible to be performed. The last chapter was focused on the strategy to solubilize non-polar molecules/peptides in solution by conjugation of short cationic peptide sequences (known as solubilizing tags). The permanent and temporary conjugation methods were evaluated in this chapter. Initially, various short cationic peptide sequences based on Lys or Arg residues were synthesized and conjugated to a non-polar model to evaluate their effect in terms of polarity as permanent conjugation model. The most polarity enhancer tag structure was linked to a known insoluble drug providing a proof of concept to demonstrate the tag contribution to enhance the solubility and polarity of some drugs. The temporary conjugation of a non-soluble peptide, through a linker, to a short linear poly-Lys solubilizing tag was evaluated herein. The Mmsb-OH is a linker described in the literature which was used in this study as a connector between the solubilizing tag and the insoluble peptide. Enhancement of solubility of the peptide permitted the accurate peptide characterization. A final step allow to reach the peptide target by detaching it from the solubilizing tag. A new application of the Mmsb-OH linker was provided in this case as a new C-terminal protecting group. This protector allow to carried out the fragment condensation of two fully protected sequences in solution successfully and, the subsequent protecting groups removal rendered the expected peptide. / En la presente tesis, en base al diseño de metodologías de síntesis que contribuyen a facilitar la obtención de péptidos complejos, se ha participado en el desarrollo de nuevas herramientas para la síntesis de los llamados "péptidos difíciles". Además, facilitando también la purificación de aquellos péptidos que agregan en solución. Dentro del campo de la síntesis de péptidos en fase-sólida (SPPS), este trabajo se encuentra dividido en tres capítulos, clasificados según el tipo de estrategia abordada en cada caso. En el primer capítulo se han evaluado tres estrategias conocidas para poder obtener el "péptido difícil" RADA-16 con la máxima pureza. El desarrollo de la obtención de este péptido, con elevado interés en la biomedicina, se ha basado en la SPPS, combinada con la síntesis de péptidos en solución. De modo que, mediante la condensación en solución de dos fragmentos de RADA-16, sintetizados previamente en fase-sólida, se ha logrado la secuencia con una pureza razonable. Además, se ha diseñado un método de eliminación de las impurezas principales, así como un protocolo para una rigurosa caracterización mediante HPLC. En el segundo capítulo se han sintetizado tres "péptidos difíciles" mediante la incorporación, en sus secuencias, de un nuevo grupo protector para las amidas. La síntesis del grupo y su incorporación se han desarrollado con resultados satisfactorios. La mejora en la síntesis de las secuencias que contenían este grupo han permitido la obtención de los péptidos con mayor pureza, comparado con aquéllos que no contenían este grupo. La presencia del grupo protector en los péptidos ha hecho aumentar su solubilidad en solución y por tanto ha facilitado también su caracterización y purificación. En el tercer capítulo se han diseñado péptidos iónicos de cadena corta que, conjugados a una molécula/péptido apolar, han hecho aumentar su solubilidad y, consecuentemente, su manipulación en solución. De manera permanente y temporal, esta unión se ha realizado para dos casos, demostrándose una solubilidad mejorada que ha permitido una adecuada caracterización. Un espaciador bifuncional, descrito previamente en la literatura, se ha utilizado para la conjugación temporal, y además se ha desarrollado como nuevo grupo protector de ácido carboxílico C-terminal para péptidos.

The Central Asia region is dominated by the Zagros orogen in the western sector and the Himalaya-Tibetan orogen in the eastern sector, which resulted from the subduction of the Tethys oceanic lithosphere towards the NNE and the subsequent collision of the Arabia and India plates with the Eurasia plate during the Cenozoic. The collisions produced tectonic escapes toward lateral regions (in Anatolia and south-eastern Tibet), oblique convergence in the Zagros fold-and-thrust belt, the formation of the Makran subduction zone and shortening in Himalaya, Karakorum and Tibetan Plateau. Different mountain belts also developed far into the continent interiors, e.g. Caucasus, Alborz, Kopet Dagh, Pamir and Tian Shan. The lithosphere structure plays an important role in controlling the surface deformation and its propagation inside the continent. The compositional and strength heterogeneities within the lithosphere directly affect the tectonic behaviour of the region and, hence, the evolution of the orogenic systems. This Thesis focalizes on the characterization of the lithospheric structure of the Zagros and the Himalayan-Tibetan orogens and on the role of the lithospheric structure and rheology in the accommodation of the deformation related to the Arabia and India convergence against Eurasia. The lithospheric structure of the Zagros and the Himalaya-Tibetan orogens has been characterized from the thermal, compositional and seismological viewpoint using an integrated geophysical-petrological modelling approach. The models make compatible seismic, density and thermal modelling findings, and allow quantifying the effect of mineral physics on previous results from integrated thermal models. The results obtained in the Zagros orogen reveal that the transition from the Arabian to the Eurasian lithosphere is characterized by a thinning of the lithospheric mantle extending from the suture zone beneath the Zagros range to the Alborz in the North and the Central Iran. The lithospheric mantle composition is compatible with a Proterozoic peridotitic mantle-type beneath the Arabian Platform, the Mesopotamian Foreland Basin and the accreted terrains of the Eurasia plate, and with a more depleted Phanerozoic harzburgitic mantle-type below the frontal parts of the Zagros range. In the Himalaya-Tibetan orogen, the results suggest that the present-day lithospheric mantle structure is laterally-varying within the Tibetan Plateau in the east-west direction. The lithospheric mantle is thicker and more buoyant in the western sector than in the north-eastern sector. The lherzolitic mantle-type is the dominant mantle composition, but it changes to a more fertile composition beneath the Tarim Basin, to a Fe-Mg-rich mantle beneath Tian Shan, Junggar and Altai regions, and to highly MgO-depleted mantle in the north-eastern Tibetan Plateau. The results on the present-day lithospheric structure of the Zagros and the Himalaya-Tibetan orogens have been combined with the present-day kinematics, geodetic observations and stress data to characterize the current deformation patterns in the Central Asia region related to the tectonic convergence of the Arabia and India plates with Eurasia. The thin-sheet approach allowed investigating the effect of the lithospheric structure, rheology, boundary conditions, and friction coefficient on the predicted velocity and stress fields. The models reproduce the main directions of the velocities in Central Asia by only imposing the convergence of Arabia and India plates respect to the fix Eurasia, and varying the rheology parameters. The models simulate the observed kinematics including the counter-clockwise rotation of Arabia and Iran triggering the westward escape of Anatolia, and the eastward extrusion of the northern Tibetan Plateau structural domains. Besides the large scale, the models offer a coherent result in regions with little or no data coverage, as in the case of the Arabia-India inter-collision zone, over large areas of Pakistan and entire Afghanistan. The study has been supported by the project ATIZA (CGL2009-09662-BTE), and the FPI grant associated to. / Asia Central está dominada por dos importantes orógenos, el orógeno del Zagros y el sistema Himalaya-Tibet, resultantes de de la colisión de las placas Arábiga e India con el margen meridional de la placa Eurasiática. Esta Tesis se focaliza en: 1) la caracterización del manto litosférico a través de un metódo de modelización geofísico-petrológico integrado y 2) el estudio del efecto de la estructura litosférica y de la reología en la deformación neotectónica relacionada con la convergencia de Arabia y de India respecto a Eurasia utilizando una metodología basada en la aproximación de lámina delgada (thin-sheet). En el caso del orógeno del Zagros, los resultados revelan que el manto litosférico se adelgaza debajo de Irán Central, del Alborz y parcialmente debajo de la cordillera del Zagros. En el caso del sistema Himalaya-Tibet, los resultados indican una litosfera engrosada en el sector occidental, debajo de la cordillera Himalaya, Meseta del Tibet, Kunlun Shan y Tian Shan, y un adelgazamiento debajo de las cuencas de Tarim y de Junggar. En el sector oriental los resultados confirman que la Meseta del Tibet está suportada por una litosfera más adelgazada y caliente en el norte que en el sur. Ha sido necesario introducir variaciones laterales de composición mantélica, relacionadas con procesos del manto litosférico superior, en todos los perfiles modelados evidenciando la presencia de diferentes dominios litosféricos. El estudio de la deformación neotectónica ha revelado el rol clave de la reología en la reproducción del campo de esfuerzos y de velocidades en Asia Central, sugiriendo una litosfera menos rígida en la Meseta del Tibet que en la meseta de Irán. En conjunto, la deformación es más rápida en la zona de colisión India-Eurasia que en la zona de colisión Arabia-Eurasia. Finalmente, la presencia de un manto adelgazado en el noreste del Tibet y la consecuente disminución de viscosidad debida al aumento de temperatura explicarían la presencia de fallas extensionales en la Meseta del Tibet y reconciliarían el modelo con los datos de flujo de calor elevado y bajas velocidades sísmicas registrados en la región. Esta tesis ha sido financiada por el proyecto ATIZA (CGL2009-09662-BTE) y la beca FPI asociada.