Les alginates forment des gels transparents en solution aqueuse en présence de certains ions divalents. Cette propriété est principalement attribuée à la formation de zones de jonction impliquant les séquences (1->4)-a-L-guluronane de chaînes adjacentes. Des oligomères d'alginates ont été utilisés comme briques élémentaires pour la synthèse de polymères biohybrides contenant des chaines pendantes oligo-(1->4)-a-L-guluronane. La rhéologie et la diffusion de la lumière ont permis d'étudier leur gélification ionotropique. De plus, une image atomistique des associations entre chaines latérales a été donnée grâce à la modélisation moléculaire et la microscopie de force atomique. Les polymères biohybrides portant des résidus pendant (1->4)-a-L-guluronane forment des gels en présence de Ca2+. L'addition de blocs guluronane ou mannuronane au gel préformé fait diminuer sa force avec quasiment la même efficacité. L'étude par dynamique moléculaire de séquences (1->4)-a-L-guluronan totalement chargées en présence d'ions Ca2+ suggère qu'environ 8 unités de répétition sont suffisantes pour former spontanément des zones de jonction. De plus, l'analyse conformationnelle de duplexes de chaines (1->4)-a-L-guluronane ayant 12 unités de répétition révèle une grande variété de conformations accessibles, ce qui est consistant avec la difficulté d'obtention de cristaux de Ca2+-guluronate de dimension suffisante pour les études cristallographiques. Les forces d'adhésion entre des homo-oligomères d'alginates en présence de Ca2+ mesuré par spectroscopie de force atomique montrent que la force d'interaction croit selon l'ordre suivant: M-M < M-G or G-M < G-G. Un résultat important est que les blocs mannuronanes, en complexe avec le calcium, peuvent être impliqués dans des associations homotypiques et hétérotypiques. Ce résultat est consistant avec la détection d'agrégats d'oligomères de mannuronanes observés en diffusion de la lumière pendant l'addition de CaCl2. Les blocs M contribuent donc également à la formation du gel mais la force associée est plus faible que celle des blocs G. / Alginates form transparent hydrogels in aqueous solution upon addition of some divalent cations. This property is mostly due to the formation of junction zones involving (1->4)-a-L-guluronan sequences on adjacent polymer chains. Oligomers of alginates were used as molecular bricks for the synthesis of biohybrid polymers featuring (1->4)-a-L-guluronan sequences as side chains. Rheology and Light Scattering have been applied to investigate their ionotropic gelation. In addition, an atomistic picture of the Ca2+-driven side chain associations was also provided thanks to Molecular Modeling and Atomic Force Spectroscopy. Biohybrid polymers carrying (1->4)-a-L-guluronan residues formed soft and transparent hydrogels in the presence of Ca2+. The addition of either guluronan, or mannuronan blocks to the pre-formed gel reduced its strength almost with the same efficiency. A molecular dynamics investigation of fully charged (1->4)-a-L-guluronan sequences in the presence of a neutralizing amount of Ca2+ ions suggested that about 8 repeating units may be sufficient to the spontaneous formation of junction zones. Furthermore, conformational analysis of (1->4)-a-L-guluronan chain having 12 repeating units in duplexes revealed a wide variety of accessible conformations, a feature consistent with the general difficulty in obtaining crystals of Ca2+-guluronate with suitable lateral dimensions for crystallographic studies. The adhesion forces between homo-alginate oligomers in the presence of Ca2+ measured by Atomic Force Spectroscopy showed that the strength of interactions increased in the following order: M-M < M-G or G-M < G-G. One of the most significant findings to emerge from this study is that mannuronan blocks complexed via calcium ions can be involved in both homotypic and heterotypic associations. This result is consistent with the detection of aggregates observed for mannuronan oligomers by Light Scattering during the addition of CaCl2. Thus, M-blocks also contribute to the gel formation but their strength seemed to be however weaker than G-blocks.

Orientador: Francisco Carlos Lavarda / Banca: Carlos Frederico de Oliveira Graeff / Banca: Paulo Monteiro Vieira Braga Barone / O Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia de Materiais, PosMat, tem caráter institucional e integra as atividades de pesquisa em materiais de diversos campi da Unesp / Resumo: Os polímeros orgânicos conjugados têm sido amplamente utilizados em diversos campos tecnológicos devido às suas características semicondutoras e ópticas. Recentemente foi relatada a possibilidade de sua utilização na área de dosimetria. O polímero MEH-PPV, quando diluído em solventes que contenham halogênios, tem apresentado características bastante promissoras nesta área, contudo não há ainda uma completa compreensão dos mecanismos envolvidos. No presente trabalho realizou-se o estudo conformacional e da estrutura eletrônica do polímero MEH-PPV em clorofórmio e as possíveis alterações provenientes da irradiação desta solução com radiações ionizantes. Métodos de modelagem de materiais foram utilizados a fim de simular o sistema. Resultados experimentais sugerem que os efeitos observados são oriundos da interação do solvente com a cadeia polimérica. A fim de investigar tal possibilidade, uma análise dos prováveis sítios de maior reatividade sobre o polímero foi realizada, apontando um mecanismo de incorporação de radicais sobre a cadeia principal. / Abstract: Organic conducting polymers have been employed in several technological fields due to its semiconducting and optical properties. Recently, several reports points to applications in radiation dosimetry. When diluted in halogen-containing solvents, the polymer MEH-PPV shows interesting properties after gamma irradiation. Despite the promising application, still is lacking a complete understanding of the underlying phenomena. In the present work, we studied the geometry conformation and electronic structure of MEH-PPV in the presence of chloroform employing molecular modeling techniques to simulate the system. Several possibilities for polymer modification under gamma radiation were investigated, following suggestion from experimental results. Finally, a model for the color modifications of the solution is present. / Mestre

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The transesterification reactions have been used to produce biodiesel from triglycerides found in vegetable oils and animal fat. Another important reaction is the esterification, which takes advantage of raw materials containing high levels of free fatty acids to produce esters (biodiesel). Biodiesel replaces fully or partially the petro-diesel and it is a renewable product. However, the thermodynamics of the biodiesel production reactions need to be investigated. The present work aims to study the esterification and transesterification reactions, two important routes for obtaining biodiesel. Thermodynamic properties were estimated, such as enthalpies of formation and reaction, Gibbs free energy and the equilibrium constants of these reactions. Some methods of Gaussian 09W computational package were used, such as AM1 semi-empirical method, HF (Hartree-Fock) ab initio method, B3LYP, from density functional theory (DFT) and the compound methods CBS-QB3 (CBS family) and G2 (Gaussian-n family). Two group contribution methods were also applied: Joback method and Benson method. The results of these methods were compared between each other and between experimental values, considering the accuracy and computational cost of each method. The results showed that the group contribution methods have good prediction of enthalpies of formation. From calculation of the enthalpies of reaction by molecular modeling, it was found that the AM1 method has the lowest computational cost, but its accuracy is lower when compared to the experimental values of enthalpy. The HF and B3LYP computational costs are similar, but it was observed that the DFT method has a greater precision. Also, some molecules were simulated by G2 and CBS-QB3 methods and it was found an improvement in the prediction of the geometrical parameters and thermodynamic properties of molecules. The simulations showed that the esterification reactions of fatty acids are usually exothermic, and by calculating the equilibrium constants, it was observed that these reactions are favored with decrease of temperature. The molecular modeling was also used to study the transesterification reaction of oleic acid. In this case, the high computational cost committed to obtaining satisfactory results with more accurate methods. In general, molecular modeling revealed itself as an alternative for prediction of thermodynamic data, but the computational cost is a major factor when high accuracy is required. / As reações de transesterificação vêm sendo utilizadas para a produção de biodiesel a partir dos triglicerídeos presentes em óleos vegetais e gordura animal. Outra reação importante é a reação de esterificação, a qual se aproveita de matérias-primas com elevados teores de ácidos graxos livres para produzir os ésteres (biodiesel). O biodiesel substitui total ou parcialmente o diesel de petróleo e é um produto renovável. No entanto, a termodinâmica das reações de produção deste combustível é pouco conhecida. O presente trabalho visa estudar reações de esterificação e transesterificação, duas rotas importantes para obtenção do biodiesel. Foram obtidas propriedades termodinâmicas como entalpias de formação e reação, energia livre de Gibbs e as constantes de equilíbrio químico destas reações. Alguns métodos do pacote computacional Gaussian 09W foram utilizados, como o método semi-empírico AM1, o método ab initio de HF (Hartree-Fock), o método B3LYP, da teoria do funcional de densidade (DFT) e os métodos compostos CBS-QB3 (família CBS) e G2 (família Gaussiann). Também foram aplicados dois métodos de contribuição de grupos: método de Joback e método de Benson. Os resultados destes métodos foram comparados entre si e a valores experimentais, considerando a precisão e o custo computacional de cada método. Pelos resultados observou-se que os métodos de contribuição de grupos são capazes de realizar boas predições de entalpias de formação. O cálculo das entalpias das reações pela modelagem molecular mostrou que o método AM1 possui o menor custo computacional, porém sua precisão é menor quando comparados aos valores de entalpia experimentais. Os métodos de HF e B3LYP possuem custos computacionais semelhantes, porém foi observada uma maior precisão do método DFT. Também foram simuladas algumas moléculas pelos métodos CBSQB3 e G2 e constatou-se uma melhoria na predição dos parâmetros geométricos e das propriedades termodinâmicas das moléculas. As simulações mostraram que as reações de esterificação de ácidos graxos são em geral exotérmicas, e através do cálculo da constante de equilíbrio, foi possível observar o favorecimento destas reações com a diminuição da temperatura. A modelagem molecular também foi usada no estudo da reação de transesterificação da trioleína. Neste caso, o alto custo computacional comprometeu a obtenção de resultados satisfatórios com métodos mais apurados. De forma geral, a modelagem molecular se mostrou como uma alternativa para predição de dados termodinâmicos, porém o custo computacional é um fator preponderante quando uma alta precisão é requerida. / Mestre em Engenharia Química

A melhor compreensão dos mecanismos fisiopatológicos e farmacológicos aliados a métodos modernos de investigação tornaram possível a descoberta e o desenvolvimento de fármacos para diversas doenças e disfunções orgânicas em humanos. Os fármacos desenvolvidos atualmente são resultados de intensos esforços em pesquisa por equipes multidisciplinares, impactando diretamente na qualidade de vida das diversas populações no mundo. Nesse cenário, os grupos de pesquisas estabelecidos em Universidades com foco no planejamento de fármacos para doenças tropicais têm crescido. A Malária e a Doença de Chagas figuram com especial importância, a primeira pela expressiva mortalidade mundial, enquanto a segunda pela morbidade e seus impactos na população brasileira. O tratamento de ambas possui limitações que se agravam, seja pelo baixo número de opções terapêuticas, ou pelo desenvolvimento de cepas resistentes. As enzimas investigadas nesse doutoramento, enolase (PfEnolase) de Plasmodium falciparum e gliceraldeído3fosfato desidrogenase de Trypanosoma cruzi (TcGAPDH), são componentes da via glicolítica destes parasitas e são considerados alvos moleculares atrativos para o desenvolvimento de inibidores enzimáticos, dada a importância destas enzimas no processo de obtenção de energia do parasita. Os estudos fundamentamse na busca por modulação seletiva da atividade biológica dos alvos selecionados através do desenvolvimento de novas moléculas bioativas. O estabelecimento de protocolo de expressão e purificação para enzima Pfenolase permitiu sua obtenção em quantidade e pureza suficiente para condução de estudos cinéticos e de triagem biológica, com a identificação de cinco novas classes químicas bastante promissoras; além de ensaios de cristalização, que culminaram na determinação da enzima em diversos complexos cristalográficos. Os dados estruturais produzidos foram fundamentais para condução da abordagem computacional de triagem virtual, que permitiu a identificação de 31 moléculas candidatas a inibidoras de Pfenolase. Avanços significativos foram obtidos também com a enzima TcGAPDH, destacando-se as adaptações nos processos de obtenção da proteína recombinante e ensaio cinético, condução de ensaio de bioprospecção orientada com a identificação e caracterização da molécula isolada (tilirosídeo). Novas condições de cristalização foram identificadas e poderão ser empregadas no processo de obtenção de complexos cristalográficos futuros. Adicionalmente, desenvolveu-se uma ferramenta computacional, Kinecteasy, para processamento automatizado dos dados produzidos das etapas de triagem biológica. Os trabalhos integrados de biologia estrutural e química medicinal desenvolvidos contribuem significativamente para o avanço no processo de planejamento de novos inibidores para as enzimas selecionadas. / A better understanding of the pathophysiological and pharmacological mechanisms together with the modern research methods made possible the discovery and development of drugs for several humans´ diseases. The drugs currently developed are the result of intense efforts in research of multidisciplinary teams having as a direct consequence a remarkable impact on life quality of populations all over the world. In this scenario, research groups established at universities, with their focus on drug development for tropical diseases, are increasing. Malaria and Chagas disease deserve special attention, the former by the expressive world mortality, while the second by the morbidity and its impact on Brazilian population. Treatment for both has limitations, whether by the low number of therapeutic options, or by development of resistance. The target enzymes for this PhD project, enolase (PfEnolase) of Plasmodium falciparum and glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase from Trypanosoma cruzi (TcGAPDH), are essential components of glycolytic pathway and therefore related to the parasite energy production, thus, are considered attractive molecular targets for enzyme inhibitors development. Essentially, the proposed studies seek selective modulation of the target´s biological activity through the development of new bioactive molecules. The expression and purification protocols developed for Pfenolase have allowed us to obtain recombinant protein at suitable yield and purity for conducting screening assays, which has revealed five new chemical classes as Pfenolase inhibitors. Crystallization experiments were successfully conducted and 3D structure were determined for different complexes. Structural data was essential for performing the computational approach of virtual screening, which has allowed us to identify 31 inhibitor candidates for Pfenolase. Significant advances were obtained with TcGAPDH, highlighting the adaptations on recombinant protein protocol and kinetic assay. Assay-guided bioprospecting experiments were successfully performed with identification and characterization of isolated inhibitor (tiliroside). New crystallization conditions were identified and will be employed in future co-crystallization and soaking studies. Additionally, Kinecteasy, a computational tool, were developed for automated data processing of biological screening assays. The structure and medicinal chemistry studies presented here contribute significantly in the process of drug development for the selected enzymes.

A resistência natural do gambá Didelphis marsupialis ao veneno de serpentes se deve a fatores antibiotrópicos presentes em seu soro, do qual DM43 é um dos responsáveis pela inibição da atividade hemorrágica. Com o objetivo de entender melhor o mecanismo de ação desta proteína contra a metaloprotease contida no veneno pretendeu-se, neste trabalho, otimizar as condições de cristalização de DM43, na tentativa de determinar sua estrutura por difração de raios-X. Ensaios de cristalização revelaram que o sulfato de amônio é o precipitante mais eficiente na produção de cristais de DM43. A visualização e indexação dos padrões de difração destes cristais permitiram apenas a determinação dos parâmetros de sua cela unitária, devido a baixa qualidade dos mesmos. Deste modo, os seguintes parâmetros de cela unitária foram encontrados: a = b = 117.34 (0.03) Å, c = 193.39 (0.02)Å, ?=?=90° e ? = 120°, correspondentes ao sistema cristalino trigonal ou hexagonal. A recente determinação da sequência de aminoácidos de DM43, possibilitou modelar sua estrutura tridimensional por homologia utilizando o método de satisfação das restrições espaciais. Os três domínios tipo imunoglobulina de DM43 foram modelados em duas partes a partir da estrutura de referência KIR2DL1(1nkr) homóloga a dois domínios C-terminais de DM43, com apenas 27.72% de identidade. O domínio N-terminal denominado D0, foi modelado separadamente contra o domínio C-terminal de KIR2DL1 com um grau de identidade igual a 28.89%. A partir do programa GRASP e PATCHES, foram detectadas as prováveis regiões de ligação entre as duas partes da molécula e uma possível região responsável pela dimerização no domínio D2 de DM43. Interessantemente, resíduos polares em KIR2DLs que foram substituídos por hidrofóbicos em DM43, concentrando-se em uma face do domínio D2 ausente de sítios de glicosilação, o que coincide com as observações de dimerização do receptor do hormônio de crescimento. Um motivo estrutural característico de receptores hematopoiéticos identificados como WSXWS box, foi encontrado em todos os domínios de DM43, especialmente no domínio D2. Supõe-se que a sua existência esteja relacionada com a orientação relativa dos domínios por manter o primeiro triptofano do motivo posicionado exatamente na interface entre os domínios. Surge ainda uma fita extra (F´), no domínio D2, não pertencente ao enovelamento imunoglobulina devido a presença da Pro273, muito bem conservada, a três resíduos do motivo WSXWS. Esta fita parece desempenhar um papel importante na orientação do motivo pois além de formar ligações de hidrogênio com a fita G do domínio anterior, posiciona corretamente o primeiro triptofano do motivo na interface. Somando-se a isto, a presença de resíduos hidrofóbicos na interface dos domínios D1 e D2pode estar contribuindo para a orientação angular relativa menor que 90° entre os dois domínios. Uma interpretação análoga a de hormônios de crescimento sugere que, os loops entre as fitas AB, CC´ e EF do domínio 1, BC e FG do domínio 2 e o linker entre estes dois domínios, estejam envolvidos na interação da metaloprotease com DM43. / The natural resistance of the opossum, Didelphis marsupialis, towards snake venom is due to antibothropic factors present in the blood serum, of which DM43 is one. It is responsible for the inhibition of the hemorrhagic activity of the venom. With a view to better understanding the mechanism of action of this protein against venom metalloproteases, one of the aims of the present work was to optimize the crystallization conditions of DM43 in order to determine its three-dimensional structure by X-ray diffraction. Crystallization trials revealed that ammonium sulphate was the best precipitant. Visualization and indexing of the diffraction patterns from such crystals only allowed for the determination of the unit cell parameters due to their inherently low quality. The values obtained were a = b = 117.34 (0.03) \'ANGSTRON\', c = 193.39 (0.02) Å, ?=?= 90° e ? = 120°, corresponding to the trigonal or hexagonal crystal systems. The recent determination of the amino acid sequence of DM43 permitted the homology modelling of its three-dimensional structure by satisfaction of spatial restraints. The three immunoglobulin-like domains of DM43 were modelled in two separate parts from the reference structure KIR2DL1 (1nkr), homologous to the two C-terminal domains of DM43, with which its shares 27.72% sequence identity. The N-terminal domain, denominated D0, was separately modelled based on the C-terminal domain of KIR2DL1, with which it shares 28.89% identity. The programs PATCHES and GRASP were used to detect the probable interface region between the two separate parts of the molecule as well as a region probably responsible for dimerisation. Polar residues in KIR2DL1 which had been substituted by hydrophobic residues in DM43 are observed concentrated on one face of the molecule devoid of glycosilation sites (D2) coinciding with the dimerisation interface observed in the growth hormone receptor. A structural motif characteristic of the haematopoetic receptor family, identified as the WSXWS box, was observed to some extent in all three domains of DM43 and most evident in domain D2. It is speculated that the existence of this motif is related to the relative orientation of the domains, by maintaining the first tryptophan of the motif positioned at the domain interface. An additional ?-strand (F) in D2, which is not characteristic of the immunoglobulin fold, is observed due to the presence of the conserved Pro273, three-residues prior to the WSXWS box. This strand appears to play an important role in correctly positioning the motif as it forms hydrogen bonds with strand G of the previous domain thus orientating the first tryptophan of the motif at the interface. The presence of hydrophobic residues at the interdomain interface, may also contribute to stabilizing the acute angular relationship between D1 and D2. An analogous interpretation to that given for the growth hormone receptor, suggests that the loops between ?-strands AB, CC\' and EF of domain D1 and between strands BC and FG do domain D2 plus the linker region, are involved in the binding of metalloproteinase by DM43.

Foi construído o modelo tridimensional da enzima gliceraldeído-3- fosfato desidrogenase de Trypanosoma cruzi, o causador da doença de Chagas, usando técnicas computacionais de modelagem por homologia. O modelo foi comparado a enzima muscular homóloga de humanos quanto as diferenças no sitio de ligação do cofator NAD+. Sobre o modelo da enzima de T.cruzi foram construidas moléculas anaJogas ao grupo adenosina do cofator NAD+ como tentativa de se obter um inibidor seletivo a enzima do parasita e não efetivo quanto à enzima de humanos. Alguns dos compostos haviam sido ensaiados quanto à afinidade pela enzima análoga de Trypanosoma brucei. Foi escrito um programa de visualização gráfica de modelos moleculares que permite a análise dos parâmetros esteroquímicos com rapidez e simplicidade / The three-dimensional model of the glycossomal enzyme gliceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase from Trypanosoma cruzi, the causative agent of Chagas disease, was built using homology modeling computational techniques. The model was compared against the human muscle homologous enzyme with regard to the differences in the NAD+ binding site. Adenosine analogs were designed based on the model of the T.cruzi enzyme as an attempt to build selective inhibitors of the parasite enzyme with no activity against the human enzyme. Some of the compounds were previously tested for their affinity for the homologous enzyme from Trypanosoma brucei. A graphical program was written that allows the representation and analysis of stereo chemical parameters of molecular models with ease and speed

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.

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.

Orientador: Vitor Baranauskas / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação / Made available in DSpace on 2018-08-16T21:57:51Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Batista_JulianaSilva_M.pdf: 1650474 bytes, checksum: 5e384ffa01e0f6cf8cc9677c89725eab (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: A estrutura eletrônica dos nanotubos de carbono de parede única depende da direção de enrolamento das estruturas de grafeno, determinada pelo vetor quiral. Os nanotubos podem apresentar carácter metálico ou semicondutor. A partir deste vetor classificam-se os nanotubos em três tipos: zig-zag (n,0), armchair (n,n) e quiral (n,m). A modificação das propriedades eletrônicas dos nanotubos pode ser realizada pelo processo de dopagem, que possibilita introduzir na estrutura dos nanotubos, de forma proposital e controlada, durante o processo de síntese, algum tipo de impureza (átomos de outro elemento químico). Neste trabalho é apresentado um estudo teórico preliminar de fragmentos de nanotubos de carbono dopados com boro ou nitrogênio. Efeitos da substituição de átomos de carbono por átomos de boro ou nitrogênio nas propriedades estruturais e eletrônicas de fragmentos de nanotubos são preliminarmente discutidos. / Abstract: The electronic structure of single-wall carbon nanotubes depends on the rolling direction of their graphene structures, and is determined by the quiral vector. Nanotubes may have metallic or semiconductor properties. According to the chiral indices, carbon nanotubes are classified as: zig-zag (n,0), armchair (n,n) and chiral (n,m). The modification of the electronic properties of the nanotubes may be carried out by doping processes. It is possible to introduce some type of impurity, i.e. atoms of another chemical element, to modify the structure of the carbon nanotubes during the synthesis processes. In this work a preliminary theoretical study of fragments of carbon nanotubes doped with boron or nitrogen is presented. Structural and electronic effects of carbon substitution by atoms of boron, or nitrogen have been preliminary discussed. / Mestrado / Eletrônica, Microeletrônica e Optoeletrônica / Mestre em Engenharia Elétrica

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