A doença de Chagas é uma doença tropical negligenciada de alta prioridade nos programas de pesquisa e desenvolvimento da Organização Mundial da Saúde (OMS). Endêmica em 21 países da América Latina, a doença tem recentemente se tornado uma preocupação de saúde em outras regiões do planeta, como a América do Norte, Europa, Oceania e Ásia. Causada pelo parasita Trypanosoma cruzi, a doença de Chagas atinge 8-10 milhões de pessoas, de acordo com estimativas da OMS. Os únicos dois medicamentos disponíveis para o tratamento da doença são ineficazes e causam graves efeitos adversos. Este panorama tem evidenciado a urgência por novos agentes terapêuticos. O objetivo desta dissertação de mestrado é o desenvolvimento de modelos de relações quantitativas entre a estrutura e atividade (QSAR, na sigla inglesa para quantitative structure-activity relationships) para uma série de derivados piridínicos inspirados em um composto líder com potente ação anti-T. cruzi. Os modelos de QSAR foram gerados com os métodos holograma QSAR (HQSAR, na sigla inglesa para hologram QSAR); análise comparativa dos campos moleculares (CoMFA, na sigla inglesa comparative molecular field analysis); e análise comparativa dos índices de similaridade estrutural (CoMSIA, na sigla inglesa para comparative molecular similarity indices analysis). Os modelos identificaram as principais características estruturais que determinam a potência biológica destes compostos. Além disso, os modelos possuem alta consistência estatística e elevada capacidade de predição para novas moléculas. Os resultados apresentados revelam a utilidade dos modelos de QSAR no planejamento de novos antichagásicos mais potentes dentro da diversidade química explorada. / Chagas disease is a neglected tropical disease of high priority for the World Health Organization (WHO) drug discovery and development programs. Endemic in 21 countries in Latin America, the disease has recently become a public health problem in other regions of the planet, such as North America, Europe, Oceania and Asia. Caused by the parasite Trypanosoma cruzi, Chagas disease affects 8-10 million people worldwide, according to WHO. The only two available drugs are ineffective and cause serious side effects. These drawbacks have demonstrated the urgency for novel therapeutic agents. The main goal of this masters dissertation is the development of quantitative structure-activity relationships models (QSAR) for a series of pyridine derivatives having prominent activity against T. cruzi. The compounds were inspired in the structure of a lead compound with potent anti-T. cruzi action. The QSAR models were created using the methods hologram QSAR (HQSAR); comparative molecular field analysis (CoMFA); and comparative molecular similarity indices analysis (CoMSIA). The resulting models have identified key molecular features that determine the biological potency of the compounds. Furthermore, these models possess high statistical consistency and distinct ability to predict the potency of new molecules. The results reported reveal the usefulness of the developed QSAR models in the design of new antichagasic agents within this structural diversity.

O Mal de Alzheimer (MA) foi caracterizado pela primeira vez em 1907 pelo neuropatologista alemão Alois Alzheimer, tendo como sintomas clínicos disfunções cognitivas, fisiológicas, comportamentais, perda de memória, e eventualmente incontinência, demência, acamação e morte. É uma doença neurodegenerativa do sistema nervoso central que costuma afetar, principalmente, indivíduos em faixa etária mais avançada. Este mal é caracterizado microscopicamente pela presença de placas amilóides, que são acúmulos da proteína betaamilóide inter-neurônios, e emaranhados neurofibrilares, formados predominantemente por formas altamente fosforiladas de uma proteína associada aos microtúbulos, Tau, as quais formam massas emaranhadas que consomem o corpo celular neuronal, possivelmente levando à disfunção neuronal e finalmente à morte. MAPK p38? tem sido implicada em dois eventos associados ao MA, fosforilação da Tau e inflamação. MAPK p38? é ativada por uma via de fosforilação dupla em Thr180 e Tyr182. O planejamento de fármacos inibidores de p38? é principalmente focado em pequenas moléculas que competem pelo sítio catalítico do ATP. Aqui, nós utilizamos diferentes técnicas de modelagem molecular e planejamento racional baseado em estrutura e ligantes, tendo como base os inibidores da MAPK p38? descritos na literatura, além das estruturas depositadas no PDB. Como resultado das diferentes abordagens de triagens virtuais utilizadas neste trabalho, tais como \"docking\", farmacóforo, dinâmica molecular, campos de interação molecular, predição de atividade e toxicidade, cálculo de propriedades farmacocinéticas e físico-químicas, foi selecionado um total de 14 compostos que atendem aos critérios adotados de baixa ou nenhuma toxicidade potencial, bom perfil farmacoterapêutico predito, atividades calculadas em valores comparáveis aos obtidos para os compostos de referência, além da manutenção das principais interações observadas para os inibidores mais potentes. Estes compostos podem ser adquiridos para estudos de inibição in vitro frente à enzima MAPK p38?, contribuindo assim na busca de um potencial candidato à fármaco no tratamento do Mal de Alzheimer. / Alzheimer\'s disease (AD) was first characterized in 1907 by the German neuropathologist Alois Alzheimer, whose clinical symptoms includes cognitive, physiological and behavioral dysfunctions, memory loss, eventually incontinence, dementia, and death. It is a neurodegenerative disease of the central nervous system that usually affects individuals group in older age. This is characterized microscopically by the presence of amyloid plaques, which are accumulations of beta-amyloid protein inter-neurons, and neurofibrillary tangles formed predominantly by highly phosphorylated forms of the microtubule-associated protein, tau, which form tangled masses that consume neuronal cell body, possibly leading to neuronal dysfunction and ultimately death. p38? MAPK has been implicated in both events associated with AD, tau phosphorylation and inflammation. p38? MAPK pathway is activated by a dual phosphorylation at Thr180 and Tyr182 residues. The drug design of p38? MAPK inhibitors is mainly focused on small molecules that compete for ATP in the catalytic site. Here, we used different techniques of molecular modeling based on p38? MAPK structure deposited in the PDB and its inhibitors described in the literature. As a result of different virtual screening approaches used in this work, such as \"docking\", pharmacophore, molecular dynamics, molecular interaction fields, activity and toxicity predictions assays, pharmacokinetic properties and physicochemical, was selected a total of 14 compounds that meet these criteria of low or no toxicity potential, good pharmacotherapeutic profile, predicted activities calculated values comparable to those obtained for the reference compounds, while maintaining the main interactions observed for the most potent inhibitors. These compounds should be acquired for in vitro inhibition studies against the enzyme p38? MAPK, thereby helping in the search of a potential drug candidate for the treatment of Alzheimer\'s disease.

Doenças negligenciadas acometem milhares de pessoas em todo o mundo, principalmente em países subdesenvolvidos. A exemplo destas encontram-se doenças como a leishmaniose e a doença de Chagas que representam relevantes problemas de saúde pública. As terapias disponíveis para estas doenças tropicais, contudo, estão longe de serem satisfatórias e eficazes, considerando-se que os quimioterápicos existentes apresentam reconhecida toxicidade, alto custo e eficácia moderada. Com o propósito de obter alternativas terapêuticas otimizadas, este projeto de pesquisa teve como objetivo a obtenção de pró-fármacos de compostos nitroderivados com comprovada atividade leishmanicida e antichagásica para serem utilizados em sistemas ADEPT visando maior eficácia e menor toxicidade no tratamento destas parasitoses. A princípio, duas frentes de trabalho em paralelo foram adotadas: uma teórica, para determinação do mecanismo catalítico da carboxipeptidase G2 (CPG2) e obtenção de informações relacionadas ao mecanismo de clivagem dos pró-fármacos propostos, e a outra sintética, para obtenção dos compostos propriamente ditos. Estudos teóricos de ancoramento e dinâmica molecular da CPG2 com um de seus reconhecidos substratos, o metotrexato, indicaram que o mecanismo de ação proposto para metaloproteases em geral também pode ser aplicado a esta enzima. Informações relacionadas ao mecanismo de clivagem dos pró-fármacos propostos também foram obtidas. A rota sintética inicialmente proposta para a obtenção dos pró-fármacos partia da ligação dos nitroderivados ao ácido glutâmico por intermédio de um agente espaçante, o ácido succínico. Com base nas informações obtidas nos estudos teóricos, entretanto, o projeto foi reformulado focando-se na síntese dos pró-fármacos sem agente espaçante, pois estes se mostraram mais favoráveis ao reconhecimento pela enzima. Com relação à síntese, a obtenção dos compostos planejados não foi alcançada a despeito dos esforços empreendidos. Estudos teóricos e experimentais de reatividade parecem comprovar a tese de que o grupo nitro desativa as funções nucleofílicas das estruturas dos nitrocompostos que seriam fundamentais para as reações de acoplamento ao transportador ácido glutâmico. Este achado, contudo, constitui um importante problema a ser solucionado, visto que nitroderivados parecem exercer suas atividades principalmente mediante redução do grupo nitro e produção de espécies reativas de oxigênio nas redondezas dos parasitas. / Neglected diseases affect millions of people around the world for the most part in underdeveloped countries. Leishmaniasis and Chagas disease are example of important public health problems spread through Africa, Asia and Latin America. Unfortunately, currently available chemotherapy to treat these diseases remains ineffective, being the most frequently applied drugs toxic, expensive and of moderate potency. By considering this actual picture and envisioning new therapeutic alternatives, the aim of this work was to design and synthesize potential antichagasic and antileishmanial prodrugs of nitroderivatives to be used in Antybody-Directed Enzyme Prodrug Therapy (ADEPT), a drug design approach which results in targeted delivery of the active compounds, increasing their potencies in addition to lowering their toxicity. Theoretical studies to determine the catalytic mechanism of the carboxypeptidase G2 (CPG2) and to obtain information about the cleavage mechanism of proposed prodrugs were performed whereas different synthetic approaches were made to obtain the compounds. Docking and molecular studies of the CPG2 considering theoretical interactions with its known substrate, methotrexate, indicated that the proposed general mechanism for metalloproteases could be indeed applied to this enzyme. Information about the cleavage mechanism of prodrugs was also obtained. Initially prodrugs proposed were composed by nitroderivatives structures attached to glutamic acid, the chosen transporter agent, by a spacer group, the succinic acid. Theoretical studies, however, had showed that prodrugs constructed without a spacer agent could be better recognized by the enzyme. These results re-directed the synthetic approach to new prodrug structure without spacer. Despite all efforts spent, it was impossible to obtain the proposed prodrug structures. Experimental reactivity studies were then accomplished, since it was possible that the nitro group, from nitroderivatives structure, was able to reduce the nucleophilic power of particular functional groups chosen to accomplish the coupling between the active compound and the transporter. The results corroborate this hypothesis and the absence of nitro group facilitates the prodrug synthesis. This, however, constitute an important problem to be solved since the nitroderivative seams to exert their function mainly by nitro group reduction and production of free radical species in the surrounding of the parasites.

A situação da tuberculose (TB) foi alterada de forma significativa pela síndrome de imunodeficiência adquirida (SIDA ou AIDS) e pelo aparecimento de novas cepas do Mycobacterium tuberculosis resistentes ao tratamento quimioterápico, que justificariam a pesquisa de novos agentes antimicobacterianos. Alvos interessantes têm emergido para o planejamento racional de novos fármacos contra a TB, particularmente, considerando processos metabólicos específicos que ocorrem durante a biossíntese da parede celular micobacteriana e que envolvem a síntese de ácidos graxos (FAS-II, fatty acid synthase). O sistema FAS-II constitui diferença bioquímica importante entre mamíferos e micobatérias. A enzima enoil-acp (acyl carrier protein, proteína acil-carregadora) redutase (ENR) é alvo determinante no sistema FAS-II, responsável pela etapa de alongamento dos ácidos micólicos, que são os principais componentes da parede celular do M. tuberculosis. O presente projeto tem como objetivo a aplicação de metodologias do planejamento de fármacos auxiliado por computador, CADD (Computer-Aided Drug Design), em um conjunto de derivados pirrolidina carboxamidas descritos como inibidores potenciais da ENR do M. tuberculosis (InhA) com intuito de mapear o farmacóforo, investigar a orientação dos ligantes no sítio ativo e os tipos de interações que se estabelecem com os resíduos de aminoácidos do sítio de interação. Inicialmente, investigaram-se as relações quantitativas entre estrutura química e atividade biológica (QSAR, quantitative structure-activity relationships) com aplicação de abordagem multivariada. O melhor modelo QSAR indicou que propriedades estruturais, termodinâmicas e eletrônicas devem ser consideradas no processo de planejamento e proposição de novos protótipos potencialmente tuberculostáticos. / The incidence of tuberculosis (TB) disease has significantly changed considering the acquired immunodeficiency syndrome (AIDS) co-infection as well as the emergence of new Mycobacterium tuberculosis strains resistant to the currently chemotherapy. These facts support the search for novel antimycobacterial agents. Interesting targets have been elucidated and could be used for the rational design of new drugs against TB, primarily those related to specific biochemical metabolic pathways that occur during the cell wall biosynthesis, specially involved in the fatty acid synthase (FAS) system. The FAS-II system is an important biochemical difference between mammals and mycobacteria. The enoyl-ACP reductase (ENR) is the key enzyme in the FAS-II system, responsible for the elongation step of mycolic acids, which are the major components in the M. tuberculosis cell wall. This research project aims the application of computer-aided drug design (CADD) methodologies to a set of pyrrolidine carboxamide derivatives, which were previously reported as potential M. tuberculosis ENR (InhA) inhibitors, for mapping the pharmacophore, investigating the ligands\' orientation at the active site and also the interaction types regarding the amino acid residues in the active site. Initially, the quantitative structure-activity relationships (QSAR) were performed applying a multivariate approach. The best QSAR model indicated the structural, thermodynamic, and electronic properties must be taken into account in the design of novel leads as potential antituberculosis agents.

Made available in DSpace on 2014-06-12T15:59:53Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo5698_1.pdf: 3804801 bytes, checksum: aa41836778b80a7eb5530851fab24093 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2007 / A Modelagem Molecular é a área que consiste em representar apropriadamente sistemas moleculares através de modelos computacionais, assim como reproduzir seu comportamento por meio da utilização de metodologias teóricas e técnicas computacionais. Quando estes sistemas moleculares são modelados na presença de moléculas do solvente, simulações realizadas nestes ambientes são chamadas de simulações com efeito solvente . O estudo dos efeitos do solvente vem recebendo grande atenção devido principalmente ao fato de que a grande maioria de processos químicos e biológicos ocorre em meio condensado, particularmente, em soluções aquosas. A aplicação destes estudos em bio-macromoléculas, tais como proteínas, apresenta-se como um grande desafio, visto que a quantidade de átomos presentes nestas moléculas dificulta a geração de suas estruturas ou aglomerados de hidratação. Estas estruturas são geradas através do uso de uma metodologia chamada AGOA, que requer para este propósito, o potencial eletrostático (MEP) da molécula em questão. Desta forma, este presente trabalho tem como objetivo, o desenvolvimento de uma metodologia computacional, denominada GridMEP, responsável pela obtenção do potencial eletrostático para proteínas, que consiste em três etapas: (i) fragmentação da proteína em suas unidades básicas (aminoácidos), (ii) cálculo do MEP individual de cada fragmento, e (iii) associação dos resultados obtidos parcialmente com os aminoácidos para compor o MEP final da proteína. A metodologia foi avaliada através da inclusão destes princípios em uma implementação em C++. Com o intuito de explorar o paralelismo intrínseco desta proposta e assim obter um menor tempo de resposta computacional para a geração do MEP da proteína, utilizou-se Computação em Grid para realizar, de forma distribuída, o cálculo do MEP de todos os fragmentos individuais constituintes da proteína. Para tal, foi utilizado o toolkit OurGrid no estabelecimento da plataforma Grid usada neste trabalho. Testes realizados demonstram que a metodologia satisfaz adequadamente o objetivo proposto, onde a demanda computacional (medida em tempo de processamento) apresentou uma tendência inversamente proporcional quase linear em relação ao número de máquinas usadas no Grid. É importante ressaltar que, para o nosso conhecimento, esta é a primeira iniciativa de utilização de Computação em Grid voltada para a estimativa de efeito solvente em Modelagem Molecular

Submitted by Caroline Falcao (caroline.rfalcao@ufpe.br) on 2017-04-04T19:45:56Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) 2012-Dissertação-MarceloRabello.pdf: 28475883 bytes, checksum: a9615b2d4a3b20d9263dba3af92c324c (MD5) / Made available in DSpace on 2017-04-04T19:45:56Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) 2012-Dissertação-MarceloRabello.pdf: 28475883 bytes, checksum: a9615b2d4a3b20d9263dba3af92c324c (MD5) Previous issue date: 2012 / Este projeto pode ser resumido como uma comparação metodológica de abordagens in silico, mais precisamente de docking molecular. Foram utilizadas como alvos biológicos as fosfolipases A2 (PLA2), sendo estas um grupo de toxinas presentes abundantemente em venenos de serpentes. Foram utilizadas, como ligantes (potenciais inibidores), um total de 103 moléculas conhecidas na literatura. Um banco de dados com os ligantes e alvos foi construído, agregando-se informações sobre a atividade biológica e também suas respectivas estruturas tridimensionais. Os programas AUTODOCK, AUTODOCK VINA, GOLD, DOCK, SURFLEX e PLANTS foram utilizados para gerar os resultados de docking. O programa BINANA foi utilizado na análise das interações intermoleculares presentes nos complexos ligante-receptor, obtidos como resultados dos cálculos. Os dados gerados foram analisados com métodos multivariados, como por exemplo, a Análise de Componentes Principais (PCA) e a Análise Hierárquica de Clusters (HCA). Resíduos de aminoácidos, importantes para a estabilidade do complexo ligantereceptor, também foram identificados através de uma análise detalhada dos melhores resultados. Adicionalmente, foi reportado um artigo publicado, envolvendo PLA2s, com foco especial na molécula Quercetina como inibidor dos efeitos de veneno de serpente. Foi possível identificar os programas que apresentaram menor demanda computacional na análise comparativa de seus tempos de processamento, o que pode vir a ser muito útil em futuros estudos de docking, até mesmo com um número ainda maior de ligantes e alvos que podem ser submetidos ao procedimento de docking molecular, no intuito de aumentar o banco de dados de inibidores potenciais de PLA2s. As abordagens analíticas multivariadas utilizadas foram capazes de revelar aspectos interessantes sobre as semelhanças e diferenças entre os resultados de docking obtidos. Com a aplicação destas análises, pôde-se estabelecer uma metodologia de análise para a interpretação dos resultados nas escalas visual, numérica e gráfica, através, respectivamente, da geração das imagens para visualização molecular, das análises estatísticas (multivariadas) e da elaboração dos gráficos provenientes destas análises. Este estudo foi importante para aumentar a base de conhecimento do nosso grupo de pesquisa, e da comunidade científica como um todo, a respeito dos cálculos de modelagem molecular que envolvem os métodos de docking, e certamente serão úteis em estudos futuros com PLA2s ou outros alvos farmacológicos. / This project can be summarized as a methodological comparison of in silico approaches, more precisely between docking methods. Several phospholipase A2 (PLA2), a group of toxins abundantly present in snake venoms, were used as targets. A total number of 103 molecules were used for the definition of the ligands. It was built a database with all these ligands, adding information about their activity and also their three-dimensional structures. The programs AUTODOCK, AUTODOCK VINA, GOLD, DOCK, SURFLEX and PLANTS were used in docking calculations. The program BINANA was used to analyze the intermolecular interactions present in the ligand-receptor complexes obtained as poses from docking results. The data generated by BINANA was statistically analyzed by applying multivariate analysis methods, such as principal component analysis (PCA) and hierarchical cluster analysis (HCA). Important aminoacids residues for the stability of the complex ligandreceptor were indetified through a detailed analysis of the best results. Additionally, an article was reported, involving PLA2s, with special focus on the Quercetin molecule as an inhibitor of snake venom. In a comparative analysis of the docking calculation’s time, it was possible to identify the programs that present low computational demands. This performance analysis can be very useful in future studies of docking, even with a much larger number of ligands and targets, increasing the database of potential PLA2s inhibitors. By applying these tests, we could establish a methodological analysis for the results interpretation on visual, numerical and graphic scales, means, respectively by the generation of images for molecular visualization, statistical analysis (multivariates) and graphing from these tests. This study was important to increase the knowledge of our research group and also of the scientific community, about the molecular modeling calculations that involves docking methods, and will certainly be useful in future studies with PLA2 or other pharmacological targets.

Orientador: Paula Regina Kuser Falcão / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-18T04:08:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Caminha_IsabelPereira_M.pdf: 3436107 bytes, checksum: b845e4fcef68195720f058be396caa68 (MD5) Previous issue date: 2011 / Resumo: A capacidade de Gluconacetobacter diazotrophicus produzir ácidos orgânicos representa uma das suas potenciais aplicações biotecnológicas. Entretanto, a via metabólica do gluconato é bastante complexa e, muitas vezes, inviável economicamente. Este estudo tem como objetivo buscar uma maneira de otimizar a síntese do produto de interesse. A opção sugerida é alterar as enzimas envolvidas na conversão de gluconato em cetogluconatos, visando aumentar a concentração de ácido glicônico. A mutagênese dirigida é uma técnica utilizada neste tipo de estudo, entretanto, realizar e avaliar diversos tipos de mutações exige grande demanda de tempo e recursos financeiros. A biologia computacional pode ajudar a encurtar o caminho dos processos experimentais, por isto foi utilizada neste estudo. Após uma busca no genoma de G. diazotrophicus, foram selecionadas oito ORFs relacionadas com a produção de ácido glicônico. Como nenhuma delas possui uma estrutura resolvida experimentalmente, foi utilizada uma técnica de predição, a modelagem por homologia, com o objetivo de inferir a respeito do funcionamento de cada proteína. Uma estratégia de substituição de resíduos selecionados por alaninas aliada à modelagem molecular foi utilizada para avaliar o impacto dessa mutação. Um estudo da via metabólica do gluconato em diversos organismos forneceu dados suficientes para eleger os dois melhores alvos para a mutagênese, uma gluconato 5-desidrogenase e uma putativa gluconato quinase, ambas relacionadas com a conversão de ácido glicônico em cetogluconatos. A partir de um estudo do mecanismo catalítico das enzimas, foi possível selecionar os possíveis resíduos críticos para a atividade enzimática. Estes foram substituídos, in silico, por alaninas, e as consequências das alterações foram analisadas. As mutações que acusaram um impacto no funcionamento da enzima foram Arginina 106 e Serina 152 na gluconato 5-desidrogenase, e Histidina 133 na gluconato quinase. Espera-se que, ao substituirmos estes resíduos, o potencial catalítico seja minimizado ou até mesmo inativado, diminuindo a quantidade de gluconato convertido em outros produtos. Estes resultados serão testados experimentalmente por colaboradores. / Abstract: The ability of Gluconacetobacter diazotrophicus to produce organic acids represents one of its potential biotechnological applications. However, the metabolic pathway of gluconate is quite complex and often impracticable economically. This study aims to find a way to optimize the synthesis product of interest. The suggested option is to alter the enzymes involved in the conversion of gluconate into cetogluconates, to increase the concentration of gluconic acid. Site directed mutagenesis is a technique used in this type of study, however, implement and evaluate various types of mutations requires a great deal of time and financial resources. The computational biology can help shorten the path of experimental processes, so it was used in this study. After a search in the genome of G. diazotrophicus, eight ORFs were selected related to the production of gluconic acid. As there is little physical or structural information available for this enzyme, we used a technique of prediction, homology modeling, in order to infer about the function of each protein. A molecular modeling approach with an amino acid replacement by alanines strategy was employed to assess the impact of this mutation. A study of the metabolic pathway of gluconate in several organisms has provided sufficient data to choose the two best targets for mutagenesis, a gluconate 5-dehydrogenase and a putative gluconate kinase, both related to the conversion of gluconic acid in cetogluconates. From a study of the catalytic mechanism of enzymes, it was possible to select any residues critical for enzymatic activity. These were replaced in silico by alanines, and the consequences of changes were analyzed. Detailed analysis of the modeled structures reveals that the mutations that may cause an impact on the functioning of the enzyme were Arginine 106 and Serine 152 in gluconate 5- dehydrogenase, and Histidine 133 in gluconate kinase. It is expected that, in replacing these residues, the catalytic potential is minimized or even inactivated, reducing the amount of gluconate converted into other products. These results will be experimentally tested by collaborators, and once proved right our findings may be applicable in the use of this bacteria in biotechnological processes / Mestrado / Bioinformatica / Mestre em Genética e Biologia Molecular

This work consists in carrying out a crystalochemical and quantum chemical study of six tiofênicos derivative 2 - [(arylidene) amino] -4,5-cycloalkyl-thiophene-3-carbonitrile (LPSF / SB). This class of compounds is considered of fundamental importance for the study and design of new drugs, since they exhibit a wide range of pharmacological properties, such as antibacterial, antifungal, analgesic, anti-inflammatory, antioxidant, antitumor and anesthetic. In this context, the present work was to study structural and electronic parameters of the above-mentioned compounds, in order to assess and understand chemical characteristics that provide information about the reactivity and stability of the same. The structures of these compounds were determined by X ray crystallography technique, employing WingX v1.80.05 program. Such structures have also been obtained by geometry optimization using the semi-empirical method Recife Model 1 (RM1) by means of HyperChem program. Therefore, it was possible to verify the applicability of the computational method of molecular modeling (MM) to predict structural characteristics, such as distances, bonding angles, torsion angles and QSAR parameters. The results obtained from crystallographic coordinates (solid state) were compared to the results generated by energy minimization (which provides the geometric configuration of the molecule at equilibrium). With this analysis, we observed a good agreement between the crystallographic results and optimized. Thereafter, it was possible to correlate the calculated parameters and perform a structural analysis of the compounds, to verify the quantitative relationship between the chemical structure and some physicochemical properties (QSPR) and the quantitative relationship between chemical structure and biological activity (QSAR) of derivatives under study. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho consistiu na realização de um estudo cristaloquímico e químico-quântico de seis derivados tiofênicos 2-[(arilideno)-amino]-4,5-cicloalquil-tiofeno-3-carbonitrila (LPSF/SB). Esta classe de compostos é considerada de fundamental importância para o estudo e planejamento de novos fármacos, visto que apresentam uma larga escala de propriedades farmacológicas, tais como bactericida, antifúngica, analgésica, anti-inflamatória, antioxidante, antitumoral e anestésica. Neste âmbito, o presente trabalho teve como objetivo estudar parâmetros estruturais e eletrônicos dos derivados supracitados, a fim de avaliar e compreender características químicas que forneçam informações sobre a reatividade e estabilidade dos mesmos. As estruturas dos referidos compostos foram determinadas através da técnica de cristalografia de raios X, empregando o programa WingX v1.80.05. Tais estruturas foram obtidas também por otimização de geometria, utilizando o método semi-empírico Recife Model 1 (RM1), por meio do programa HyperChem. Com isto, foi possível verificar a aplicabilidade da metodologia computacional da Modelagem Molecular (MM) em predizer características estruturais, tais como distâncias, ângulos de ligações, ângulos de torção e parâmetros QSAR. Os resultados obtidos a partir das coordenadas cristalográficas (no estado sólido) foram comparados aos resultados gerados por minimização de energia (que fornece a configuração geométrica da molécula no estado de equilíbrio). Com esta análise, foi possível observar uma boa concordância entre os resultados cristalográficos e os otimizados. A partir de então, foi possível correlacionar os parâmetros calculados e realizar uma análise estrutural dos compostos, para verificar a relação quantitativa entre a estrutura química e algumas propriedades físico-químicas (QSPR), bem como, a relação quantitativa entre a estrutura química e a atividade biológica (QSAR) dos derivados em estudo.

Orientador: Marcia Miguel Castro Ferreira / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-15T02:36:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Melo_EduardoBorgesde_D.pdf: 5803988 bytes, checksum: 6377ba7d02209df67db56420a1568312 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Apesar da implantação da HAART, existe uma necessidade contínua de novos agentes anti- HIV. Os inibidores da enzima HIV-1 integrase (HIV-IN) constituem um dos mais recentes avanços na luta conta a AIDS. A principal abordagem utilizada nessas pesquisas são os métodos relacionados ao planejamento de fármacos auxiliados por computador (CADD). Neste trabalho, foram realizados três estudos QSAR (2D, 4D e híbrido) utilizando um conjunto de treinamento formado por 85 compostos descritos como inibidores da reação de transferência de fita catalisada pela HIV-IN. No estudo QSAR-2D, foram utilizados 1291 descritores físico-químicos obtidos por diversos programas. Para o estudo QSAR-4D, perfis de amostragem conformacionais (PACs) foram obtidos com o programa de dinâmica molecular Gromacs 4, e 65.856 descritores de campo (Coulomb e Lennard-Jones) foram obtidos a partir do programa LQTA-QSAR. As seleções de variáveis foram realizadas pela metodologia Ordered Predictors Selection (OPS), e os modelos foram construídos utilizando regressão por quadrados mínimos parciais (PLS). Na etapa de QSAR-2D, foi realizado um estudo preliminar com 33 compostos com baixa variabilidade estrutural e 167 descritores de mais simples interpretação. O modelo obtido foi formado por duas variáveis latentes e quatro descritores. Esse modelo apresentou uma relação direta com o mecanismo de inibição mais aceito. Já para o modelo com o conjunto completo, foram selecionados quatro descritores, porém de difícil interpretação, provavelmente devido à grande variabilidade estrutural do conjunto de treinamento. Já para o modelo QSAR-4D, uma relação direta com o mecanismo de inibição, com descritores correspondentes à interação com os co-fatores metálicos e com a alça hidrofóbica do sítio de ligação da HIV-IN, também pôde ser traçada. Todos os modelos apresentaram qualidade estatística aceitável, com boas capacidades de predição interna e robustez, além de não apresentarem correlação ao acaso. Já o modelo híbrido, construído com alguns dos descritores selecionados nos estudos anteriores, possui alta qualidade estatística, mas é inferior ao modelo QSAR-4D. Logo, ao serem considerados os resultados obtidos, conclui-se que os objetivos da tese foram alcançados e que os modelos obtidos apresentaram grande potencial para proposição de novos inibidores da HIV-IN. / Abstract: Despite the HAART implantation, there is a continuous need to search for new anti-HIV agents. The HIV-1 integrase (HIV-IN) inhibitors are one of the most recent breakthrough in AIDS research. So, the computer aides-drug design (CADD) related methods have been the main approach used in the research of such class of drugs. In this work, three QSAR studies (2D, 4D and hybrid), with a training set, consisted of 85 inhibitors of strand transfer (ST) reaction catalyzed by HIV-IN. In the 2D-QSAR study, 1,291 physicochemical descriptors were obtained by several programs. For the 4D-QSAR study, the conformational essembles profiles (CEPs) were obtained by the molecular dynamic program Gromacs 4. With the LQTA-QSAR program, 65,856 descriptors (Coulomb and Lennard-Jones) were obtained. In both the studies, the variable selections were carried out according to the Ordered Predictors Selection (OPS) method while the models were composed with Partial Least Squares (PLS) regression. In the 2D-QSAR step, a preliminary study with 33 compounds with low structural variability and 167 descriptors of more simple interpretation was developed. The obtained model was based on two latent variables and four descriptors. But, for the model with a complete set, there were four selected descriptors, although the difficult interpretation, probably due to the great structural variability of the training set. On the other hand, a direct relation with the inhibition mechanism could be traced for the 4D-QSAR model, including descriptors related with the interaction with the metallic co-factors and with the hydrophobic loop, placed in the binding site of HIV-IN. All the models showed an acceptable statistic quality, with good capacity of internal prediction and robustness. Moreover, the models did not present any randomized correlation. But, the hybrid model, built with some of descriptors selected in both studies, although it also has high statistic quality, is inferior to the 4D-QSAR model. Hence, considering the good obtained results, it can be concluded that the purposes of this thesis were achieved and that the models present a great potential to propose new HIV-IN inhibitors. / Doutorado / Físico-Química / Doutor em Ciências

A capsaicina é um componente pungente das pimentas do gênero capsicum que possui atividade antitumoral. Na busca por compostos antineoplásicos mais eficazes e seletivos em relação aos disponíveis atualmente, foi desenvolvido um análogo sulfonamídico sintético da capsaicina, o RPF101, que apresentou atividade citotóxica superior em linhagens de adenocarcinoma de mama. Face ao exposto, o objetivo deste trabalho foi otimizar a atividade do RPF101 a partir da síntese de análogos sulfonil-hidrazônicos planejados por bioisosterismo. Treze análogos foram sintetizados em três etapas, baseando-se na reação entre cloreto de sulfonila e hidrato de hidrazina para obtenção do intermediário sulfonil-hidrazida; oxidação do álcool piperonílico para obtenção do piperonal; e reação de adição nucleofílica entre sulfonil-hidrazida e piperonal ou vanilina, que apresentaram rendimentos entre 23 e 85%. Os compostos foram caracterizados por metodologias de RMN 1H/13C, faixa de fusão e análise elementar e avaliados quanto sua capacidade citotóxica em células de adenocarcinoma de mama (MDA-MB-231 e MCF-7) pelo método do MTT. Dois análogos mostraram-se ativos nas duas linhagens, dos quais o mais promissor, RPF906 (IC50 em MDA-MB-231 = 104,6 µM) foi submetido a estudos de elucidação mecanística, onde observou-se indução de apoptose, causando interrupção do ciclo celular na fase G0/G1. Os resultados obtidos mostraram que o grupo benzodioxol favorece a atividade biológica quando comparado ao grupo metilcatecol. Estudos de modelagem molecular sugerem que uma maior hidrofilicidade esteja relacionada com uma atividade superior. Embora menos ativas que seu protótipo, as sulfonil-hidrazonas apresentaram efeito biológico e mostram-se promissoras no desenvolvimento de compostos com potencial antitumoral. Novas modificações moleculares devem ser planejadas com o intuito de otimizar a atividade e seletividade destes compostos. / Capsaicin is a primary pungent compound in red peppers, which has antitumor activity. In view of demand for more selective and less toxic anticancer agents, our group reported a synthetic sulfonamide capsaicin-like analogue, RPF101, which presents higher cytotoxicity in adenocarcinoma cell line than its prototype. Thus, the aim of this work is to optimize RPF101 activity by the synthesis of sulfonylhydrazone analogues, using the bioisosterism as molecular modification strategy. Thirteen analogues were synthesized in three reaction steps: oxidation of piperonyl alcohol to the piperonyl aldehyde; nucleophilic substitution reaction between sulfonyl chloride and hydrazine hydrate to obtain the intermediate sulfonylhydrazide; nucleophilic addition reaction between sulfonylhydrazide and piperonal of vanilin to obtain sulfonylhydrazones, which showed yields between 23 and 85%. All compounds were characterized by NMR 1H/13C, melting point and elemental analisys and evaluated for their cytotoxic activity in breast tumor cell lines (MDA-MB-231 and MCF-7). Two analogues showed cytotoxic effect although RPF906 (IC50 in MDA-MB-231= 104.6 µM) had been the most promising and was further evaluated about its mechanistic properties. This compound induced apoptosis and cell cycle arrest at the G0/G1 phase. Results showed that the introduction of benzodioxol group increases cytotoxicity. Molecular modeling studies suggests that superior hydrophilicity is related to superior activity. Sulfonyl-hydrazone analogues were less cytotoxic than their prototype, but they are still promising compounds. Molecular modifications strategies should be done to optimize the activity and selectivity of these compounds.