As neoplasias malignas, doenças mundialmente conhecidas como câncer, possuem um dos tratamentos mais onerosos, tóxicos e de baixa seletividade na terapêutica atual. Adicionalmente, o contínuo crescimento da incidência da doença também representa em uma grande problemática. Os produtos de origem natural se apresentam como alternativas para o tratamento de diversas doenças, incluindo o câncer. A capsaicina, produto natural proveniente das pimentas do gênero Capsicum, apresenta propriedades antineoplásicas, portanto, pode ser utilizada como protótipo para obtenção de análogos. Quatro séries foram planejadas e sintetizadas, obtendo-se compostos ureídicos e tioureídicos. A estratégia sintética se baseou na reação da piperonilamina ou vanililamina com isocianatos ou isotiocianatos, ligados a substituintes aromáticos ou alquílicos. Vinte e sete análogos foram sintetizados com rendimentos variando entre 22 a 90 %. Todos os compostos apresentaram aspecto sólido variando a cor de branco a levemente amarelados. Para a caracterização das substâncias obtidas foram utilizados dados de RMN 1H e 13C, ponto de fusão e a determinação de pureza foi realizada mediante HPLC. Todos os compostos foram submetidos a ensaios de avaliação da atividade citotóxica por redução do MTT contra linhagens de células cancerígenas e células sadias. Os compostos RPF652, RPF 512 - 514) apresentaram atividade comparável ou superior ao protótipo com valores de IC50 na faixa de micromolar. Os resultados apontados pela modelagem molecular indicam que descritores eletrônicos como Ehomo e Elumo podem estar associados à atividade do composto, ClogP (3,92) pode favorecer melhor permeabilidade na membrana celular, e o maior número de sítios de acepção de ligação de hidrogênio podem corroborar com a citotoxidade em linhagem A2058. Particularmente, o análogo RPF652 apresentou atividade pronunciada com valores de IC50 de 55, 67, e 87 µM contra as células A2058, SK-MEL 25, e U87, respectivamente, o que representa atividade de superior à capsaicina. Como uma tendência o composto RPF652 causou parada no ciclo de linhagem B-RAF B16F10 não levando a célula à morte. Porém esta linhagem não apresenta mutação no códon V600E. Em contraponto, o análogo RPF652 apresentou maior potência contra linhagem V600EB-RAF A2058 mutada, indicando possível seletividade em linhagens que apresentam a mutação no códon V600E da proteína B-RAF. Ademais, novos esforços devem ser concentrados no análogo RPF652 para melhor elucidação mecanística de sua atividade. / Malignant neoplasms have one of the most expensive, non-selective and toxic treatment of present times. This situation, combined with the rising incidence rate, represents a major problem for humanity. The use of natural products can be an alternative for treatment of several diseases, including cancer. Capsaicin is a natural product derived from Capsicum peppers, with reported anticancer activity and can be used as prototype for the design of new molecules with remarkable activity. Capsaicin analogues were designed and synthesized in four series of derivatives, replacing the prototype amide bond with urea and thiourea functions. The synthetic approach builds the urea/ thiourea scaffold using the reaction of piperonyl/ vanilyl amine with alkyl and aryl isocyanides/ isothiocyanides. Twenty-seven new compounds were obtained with yields from 22 to 90 %, and were fully characterized using 1H and 13C NMR, the purity was determined by melting point and HPLC. All of the obtained compounds were evaluated in MTT cytotoxic assays against different cancer cell-lines (B16F10, A2058, SK-MEL 25 and U-87), and compared with healthy human cells (T75). Additionally, the most active compound was submitted to a cell cycle arrest assay. The thiourea derivative RPF652 was the most active compound, and the urea derivatives RPF512, RPF513 and RPF514 showed good micromolar IC50 values. This results, when correlated with several in silico-calculated properties for the obtained molecules, suggests that ClogP, Ehomo, Elumo and the number of hydrogen-bond acception sites may be correlated to the anticancer activity reported. RPF652 especially, showed IC50 values with superior activity and better selectivity index when compared with capsaicin. The cell-cycle assay of RPF652 showed significant arrest in V600E-codon B-RAF non-mutated cell lines (B16F10) without killing it. V600E-codon B-RAF mutated cells A2058, were significantly more sensitive to the compound. These findings may suggest some insights about the mechanism of action and targets of this compounds.

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.

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.

A proteína hnRNP K é conhecida por seu papel nos múltiplos processos que compõe a expressão gênica, incluindo funções nos estágios de splicing, transcrição e tradução, desempenhadas, principalmente, através da ligação de seus domínios KH a nucleotídeos. A ativação inadequada da hnRNP K tem relação direta com a gênese de alguns tipos de câncer, sobretudo de cabeça e pescoço, mama e colo-retal, evidenciando a mesma como um atrativo alvo molecular para o desenvolvimento de novos fármacos antineoplásicos. Com o auxílio de técnicas in silico, foram identificados dois compostos orgânicos, um derivado de benzimidazol e outro derivado de fenilbenzamida, capazes de impedir a ligação da proteína hnRNP K a oligonucleotídeos in vitro. Aliando as técnicas de docking, campos de interação e dinâmica molecular foi possível sugerir que tais compostos apresentam características estruturais que permitem a realização de interações na fenda de ligação do domínio KH3, principalmente com os resíduos R40 e R59, os quais são considerados chaves no reconhecimento molecular de nucleotídeos. Os derivados de benzimidazol e fenilbenzamida constituem novos compostos de partida na busca de novos antineoplásicos que tem como alvo a proteína hnRNP K. Do ponto de vista de metabolismo e toxicidade, o derivado de fenilbenzamida parece ser mais promissor quando se investiga uma molécula para aplicação terapêutica, uma vez que gerou poucos alertas críticos de toxicidade, ao contrario do derivado de benzimidazol, que apresenta maior potencial genotóxico. Apesar de se ligarem aos domínios KH da hnRNP K e impedir sua complexação a nucelotídeos, ensaios com culturas de células mostraram apenas tênue atividade antitumoral para tais compostos, com maior redução de viabilidade celular, ao redor de 18% a 8,4 M, exibida pelo derivado de fenilbenzamida. Seguindo o princípio do análogo ativo, simulações de triagem virtual na busca de análogos dos ligantes da hnRNP K revelaram 21 novos derivados de benzimidazol ou fenilbenzamida na base de dados EXPRESS-Pick, dos quais 5 foram testados in vitro com a proteína e 3 novos ligantes identificados. Com o intuito de otimizar tais derivados, foram sugeridos in silico substituintes (potenciais bioisósteros) para os anéis dioxopirrolidínicos dos ligantes já identificados, guiando, assim, a futura síntese de novas substâncias com potencial atividade antitumoral. Além disso, o trabalho foi complementado através da proposição de síntese de novos derivados benzoxazepínicos acoplados a purinas, os quais também tem aplicação como antineoplásicos, entretanto por mecanismos que não envolvem a hnRNP K. A grande limitação desses derivados é a presença de um grupo nitro aromático, o qual é reconhecido por sua toxicidade pronunciada. Com o intuito de otimizar tais derivados, foram sugeridos in silico potenciais bioisósteros capazes de substituir o grupo nitro e guiar a síntese e novos derivados com atividade antitumoral e toxicidade reduzida. / hnRNP K protein is known for its role in the multiple processes that compose gene expression, including functions during splicing, transcription and translation, developed, mainly, by the binding of nucleotides to KH domains. Inadequate activation of hnRNP K induces the development of some types of cancer, including head and neck, breast and colorectal. In this way, hnRNP K is an attractive molecular target for antineoplastic drug design. Using in silico strategies, we have identified two organic compounds, a benzimidazole and a phenylbenzamide derivatives, able to prevent the natural binding of nucleotides to hnRNP K in vitro. Applying docking, molecular interaction fields and molecular dynamics simulations it was possible to propose that such compounds present structural characteristics capable to support intermolecular interactions inside KH3 domain binding cleft, mainly with R40 and R59 residues, which are extremely important during molecular recognition of nucleotides by hnRNP K. The benzimidazole and phenylbenzamide derivatives identified are novel lead compounds that can guide the design of new antineoplastic drugs targeting hnRNP K. Considering metabolic and toxicity predictions, the phenylbenzamide seems to be more promising than the benzimidazole derivative as a drug, once the benzimidazole presents genotoxic potential. Although both derivatives prevent the binding of nucleotides to hnRNP K, biological assays with tongue cancer cell lines revealed only a mild antitumoral activity for such compounds. Higher level of cell viability reduction, 18% at 8.4 M, was observed for the phenylbenzamide derivative. Following the similarity principle, virtual screening simulations were made intending to find novel benzimidazole and phenylbenzamide derivatives inside EXPRESS-Pick database. The search revealed 21 compounds, 5 of which were tested in vitro with hnRNP K, where 3 of them were active. Intending to optimize benzimidazole and phenylbenzamide derivatives in order to design more potent chemical entities, we have suggested in silico substituents as potential bioisosteric groups of the dioxopyrrolidine rings of hnRNP K ligands, guiding the future synthesis of novel compounds with enhanced antitumoral activity. Moreover, complementary work proposition was performed through the synthesis of benzoxazepin-purines, which also present antitumoral activity but not through hnRNP K pathway. The major limitation of such derivatives is the presence of a nitro aromatic group, which can be very toxic. 20 potential bioisosteric groups were proposed as fragment candidates to replace the nitro one in order to design novel antitumoral derivatives with reduced toxic potential.

As propriedades da molécula de nitroxil livre e do ligante nitroxil em tetraamminas de Ru(II) (trans-[Ru(NH3)4(nitroxyl)n(L)]2+n, n = carga do nitroxil e L = NH3, py, P(OEt)3, H2O, Cl- and Br-) foram estudadas utilizando-se a teoria do funcional da densidade (DFT). De acordo com as energias calculadas para as conformações dos complexos de HNO, esses são mais estáveis do que os análogos desprotonados e a configuração singleto (trans-1[Ru(NH3)4(L)HNO]2+) é de menor energia em relação a correspondente tripleto <br /> (trans-3[Ru(NH3)4(L)HNO]2. A avaliação dos componentes &sigma; e &pi; na ligação <br /> L-Ru-HNO sugere que o aumento da estabilidade destes orbitais juntamente com o aumento das contribuições dos orbitais HNO estão correlacionacionado a menores valores de distâncias Ru-N(H)O e freqüências inferiores para os estiramentos &nu;NO. A estabilidade da ligação Ru-HNO também foi avaliada através de um estudo cinético teórico da dissociação de HNO a partir de <br /> trans-1[Ru(NH3)4(L)HNO]2+. De acordo com a ordem de estabilidade de ligação Ru-HNO em trans-1[Ru(NH3)4(L)HNO]2+ observa-se a seguinte ordem em função de L: H2O &gt; Cl- ~ Br- &gt; NH3 &gt; py &gt; P(OEt)3, que corresponde à ordem do efeito trans e influência trans medida experimentalmente para a série de L em complexos octaédricos. A mesma tendência foi também observada utilizando o modelo explícito solvente, considerando-se, assim, a presença de uma molécula de H2O juntamente com uma molécula de HNO no estado de transição. Para esta série, as energias calculadas para a ligação Ru-HNO estão no intervalo de 21,4 - 41,5 kcal.mol-1. Observou-se uma boa concordância entre os valores calculados de &Delta;G&dagger; HNO para substituição por H2O a partir do complexo trans-1[Ru(NH3)4(P(OEt)3HNO]2+ (28.5 kcal mol-1) e os dados experimentais disponíveis para reações de substituição em sistemas trans-[Ru(NH3)4(POEt)3(Lx)]2+ (19.4 e 24.0 kcal.mol-1 para Lx = isn e P(OET)3, respectivamente). Experimentos de voltametria cíclica foram realizados observando os processos de redução do ligante nitrosônio gerando nitroxil e podendo gerar amônia, o que foi também observado por cálculos envolvendo efeito de uma primeira esfera de solvatação. / The properties of free nitroxyl molecule and the nitroxyl ligand in Ru(II) tetraammines (trans-[Ru(NH3)4(nitroxyl)n(L)]2+n, n = nitroxyl charge and L = NH3, py, P(OEt)3, H2O, Cl- and Br-) were studied trough density functional theory (DFT). According to the calculated conformation energies the HNO complexes are more stable than the deprotonated analogues and the singlet configuration (trans-1[Ru(NH3)4(L)HNO]2+) is lower energy the than the corresponding triplet (trans-3[Ru(NH3)4(L)HNO]2+). Evaluation of the &sigma; and &pi; components in the L-Ru-HNO bond suggest that increased stability of these orbitals and enhanced contributions from the HNO orbitals correlate to shorter Ru-N(H)O distances and lower &nu;NO stretching frequencies. The stability of the Ru-HNO bond was also evaluated through a theoretical kinetic study on HNO dissociation from trans-1[Ru(NH3)4(L)HNO]2+. Accordingly, the order of the Ru-HNO bonding stability in trans-1[Ru(NH3)4(L)HNO]2+ as a function of L is: H2O &gt; Cl- ~ Br- &gt; NH3 &gt; py &gt; P(OEt)3, which parallels the order of the trans effect and trans influence series experimentally measured for L in octahedral complexes. The same trend was also observed using the explicit solvent model, thus considering the presence of both the HNO and H2O molecules in the transition state. For this series, the calculated bond energies for the Ru-HNO bond are in the range 21.4 to 41.5 kcal.mol-1. Good agreement was observed between the calculated &Delta;G&dagger; values for HNO substitution by H2O from the complex trans-1[Ru(NH3)4(P(OEt)3HNO]2+ (28.5 kcal mol-1) and the available experimental data for substitution reactions of trans-[Ru(NH3)4(POEt)3(Lx)]2+ (19.4 to 24.0 kcal.mol-1 for Lx = isn and P(OET)3, respectively). Cyclic voltammetry experiments were carried out observing the reduction processes of the nitrosonium ligand generating nitroxil and could generate ammonia, which was also observed by calculations involving the effect of a first sphere of solvation.

Os carboidratos presentes nos glicoconjugados apresentam alto grau de complexidade e diversidade estrutural, desempenhando um importante papel em diversos processos biológicos. As glucosidases, enzimas responsáveis pela clivagem de ligações O-glicosídicas em oligossacarídeos e glicoconjugados, participam de processos bioquímicos fundamentais do metabolismo e também estão envolvidas na biossíntese de glicoproteínas e glicoesfingolipídeos. Diversos inibidores de glucosidases de origem natural ou sintética têm sido descritos, como por exemplo: acarbose (1), miglitol (2), voglibose (3) e N-butil-desoxi-nojirimicina (4); sendo 1, 2 e 3 indicados para tratamento de diabetes mellitus tipo II e 4 para o controle da doença de Gaucher. Considerando a importância do planejamento e da síntese de novos inibidores de glucosidases, bem como a necessidade de obtenção de modelos tridimensionais para glucosidases, os objetivos deste trabalho foram: i) sintetizar carba-açúcares e pseudodissacarídeos potencialmente anti-glucosidase, ii) avaliar suas atividades inibitórias empregando a enzima ?-D-glucosidase de Saccharomyces cerevisiae e iii) aplicar técnicas de bioinformática e modelagem molecular na construção de um modelo estrutural 3D por homologia da sacarase intestinal de rato e realizar estudos de relação estrutura-atividade baseado no padrão farmacofórico calculado para os inibidores descritos. Neste sentido, a partir do precursor-chave (3/2,4)-2,3,4-tri-O-benzil-5-hidroxi-cicloexanona (12), obtido em 6 etapas, foram sintetizados diferentes carba-açúcares. Adicionalmente, reações de aminação redutiva, rearranjo alílico e \"click chemistry\" foram empregadas na síntese dos pseudodissacarídeos inéditos 3-(2,4-dibenziloxi-fenilamino)-2,4,6-tri-O-benzil-3-desoxi-?-D-glucopiranosídeo de metila (81), 1-(2\',3\',4\'-tri-O-benzil-5\'-oxo-cicloexanil)-4,6-di-O-acetil-2,3-didesoxi-hex-2-enopiranosídeo (89) e 2-{4-[(1H-1,2,3-triazol-4-il)metoxi]-2,4-di-O-benzil-fenila}-1,3,4,6-tetra-O-acetil-2-desoxi-?-D-glucopiranosídeo (99), respectivamente. O composto (3/2,4)-2,3,4,5-tetraidroxi-cicloexanona (46) foi submetido a estudos de inibição enzimática e apresentou moderada atividade de inibição da enzima ?-D-glucosidase. As simulações de docking com o modelo construído da sacarase de rato bem como a determinação do padrão farmacofórico forneceram novas informações estruturais sobre o sítio ativo desta enzima e do modo de ligação de diferentes inibidores. Portanto, as estratégias sintéticas, os estudos de cinética enzimática e de modelagem molecular realizados durante o trabalho resultaram em contribuições relevantes no que diz respeito à química de carboidratos, permitindo avaliar potenciais inibidores da enzima ?-glucosidase in silico, os quais poderão ser sintetizados e submetidos a novos ensaios enzimáticos. / Carbohydrates of glycoconjugates display high degree of complexity and structural diversity, playing a central role in biological processes. Glucosidases are enzymes that catalyze the cleavage of glycosidic bonds in oligosaccharides or glycoconjugates, being essentials in several metabolic pathways and in the biosynthesis of glycoproteins and glycosfingolipids. Several glucosidase inhibitors from natural and synthetic sources have been described, such as: acarbose (1), miglitol (2), voglibose (3) and N-butyl-desoxy-nojirimycin (4). Compounds 1, 2 and 3 are used in the treatment of type II diabetes mellitus and 4 for patients with Gaucher\'s disease. Concerning to the importance of the design and synthesis of new glucosidase inhibitors, as well as the need of 3D models for glucosidases, the aims of this work were: i) the synthesis of potentially anti-glucosidase carba-sugars and pseudodisaccharides, ii) the evaluation of its inhibitory activities by using ?-D-glucosidase from Saccharomyces cerevisiae and iii) the use of bioinformatics and molecular modeling techniques for creation of a 3D structural homology model of rat intestinal sucrase to accomplish the structure-activity relationships studies concerning to the pharmacophoric pattern of the reported inhibitors. Thus, starting with the key precursor 12, prepared in six steps, different carba-sugars were synthesized. Additionally, reductive amination reactions, allylic rearrangement and \"click chemistry\" were applied on the synthesis of novel pseudosaccharides 81, 89 and 99, respectively. Compound 46 was assayed for enzymatic inhibition and demonstrated reasonable activity for the inhibition of ?-D-glucosidase. Docking simulations by using the rat sucrase model and the determination of pharmacophoric pattern provided significant information concerning to the enzyme\'s active site and the inhibitor\'s binding pattern. Therefore, the synthetic strategies, enzymatic kinetic assays and molecular modeling studies performed in this work resulted in relevant contributions to the carbohydrate chemistry, making possible for our research group to evaluate potential ?-glucosidase inhibitors in silico, which can be synthesized and assayed for enzymatic activity in the future.

Submitted by Jorge Silva (jorgelmsilva@ufrrj.br) on 2017-11-08T17:21:55Z No. of bitstreams: 1 2016 - Carolina Gurski Olanda.pdf: 2816027 bytes, checksum: 2bb43929b846b2fad139c3570efabf00 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-11-08T17:21:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016 - Carolina Gurski Olanda.pdf: 2816027 bytes, checksum: 2bb43929b846b2fad139c3570efabf00 (MD5) Previous issue date: 2016-09-30 / CAPES / Dengue is an infectious disease caused by an arbovirus which is transmitted by the mosquito Aedes aegypti. In Brazil, due to the rainy season in the summer, it is common the occurrence of epidemics. In recent years, the number of cases in the country is growing at an alarming rate, increasing not only the number of records, but also the number of deaths. Until this date, there is no antiviral treatment that is effective, only measures for the sweetening of symptoms. The viral enzyme RNA-dependent RNA polymerase (NS5) plays a role of great importance for viral replication. This project aims to rational planning of C-nucleosides 1,2,3 triazole derivatives of ribavirin (1 - [(2R, 3R, 4S, 5R) -3,4-dihydroxy-5- (hydroxymethyl) dioxolan-2- yl] -1H-1,2,4-triazole-3-carboxamide), a potent inhibitor of the replication of the flavivirus, proposed inhibitors. To achieve this, was used molecular docking methods and semi-empirical calculations for the study of interactions between the derivatives proposed by our group and the two enzymes. The realization of this study will serve as basis for the synthesis of most promising products, which in the future may lead to the creation of a prototype of an antiviral drug that contributes to the treatment of all forms of dengue, as well as in preventing it. / A dengue ? uma doen?a infecciosa causada por um arbov?rus, que ? transmitido pelo mosquito Aedes aegypti. No Brasil, devido aos per?odos chuvosos no ver?o, ? comum a ocorr?ncia de epidemias. Nos ?ltimos anos, o n?mero de casos da doen?a no pa?s vem crescendo de forma alarmante, aumentando n?o s? a quantidade de registros, mas tamb?m o n?mero de ?bitos. At? o momento, n?o h? tratamento antiviral que seja efetivo, apenas medidas para a ameniza??o dos sintomas. A enzima viral RNA polimerase dependente de RNA (NS5) exerce papel de grande import?ncia para a replica??o viral. Este projeto tem como objetivo o planejamento racional de C-nucleos?deos 1,2,3 triaz?licos derivados da ribavirina (1-[(2R,3R,4S,5R)-3,4-dihidroxi- 5-(hidroximetil)oxolan-2-il]-1H-1,2,4-triazol-3-carboxamida), um potente inibidor da replica??o dos flaviv?rus, inibidores propostos das enzimas NS5. Para se alcan?ar este objetivo, ser?o usados os m?todos de docking molecular e de c?lculos semi-emp?ricos para o estudo das intera??es entre os derivados propostos por nosso grupo e as duas enzimas. A realiza??o desse estudo servir? como base para a s?ntese dos derivados mais promissores, que futuramente poder?o levar ? cria??o de um prot?tipo de um f?rmaco antiviral, que contribua para o tratamento de todas as formas da dengue, assim como na preven??o da mesma.

As propriedades da molécula de nitroxil livre e do ligante nitroxil em tetraamminas de Ru(II) (trans-[Ru(NH3)4(nitroxyl)n(L)]2+n, n = carga do nitroxil e L = NH3, py, P(OEt)3, H2O, Cl- and Br-) foram estudadas utilizando-se a teoria do funcional da densidade (DFT). De acordo com as energias calculadas para as conformações dos complexos de HNO, esses são mais estáveis do que os análogos desprotonados e a configuração singleto (trans-1[Ru(NH3)4(L)HNO]2+) é de menor energia em relação a correspondente tripleto <br /> (trans-3[Ru(NH3)4(L)HNO]2. A avaliação dos componentes &sigma; e &pi; na ligação <br /> L-Ru-HNO sugere que o aumento da estabilidade destes orbitais juntamente com o aumento das contribuições dos orbitais HNO estão correlacionacionado a menores valores de distâncias Ru-N(H)O e freqüências inferiores para os estiramentos &nu;NO. A estabilidade da ligação Ru-HNO também foi avaliada através de um estudo cinético teórico da dissociação de HNO a partir de <br /> trans-1[Ru(NH3)4(L)HNO]2+. De acordo com a ordem de estabilidade de ligação Ru-HNO em trans-1[Ru(NH3)4(L)HNO]2+ observa-se a seguinte ordem em função de L: H2O &gt; Cl- ~ Br- &gt; NH3 &gt; py &gt; P(OEt)3, que corresponde à ordem do efeito trans e influência trans medida experimentalmente para a série de L em complexos octaédricos. A mesma tendência foi também observada utilizando o modelo explícito solvente, considerando-se, assim, a presença de uma molécula de H2O juntamente com uma molécula de HNO no estado de transição. Para esta série, as energias calculadas para a ligação Ru-HNO estão no intervalo de 21,4 - 41,5 kcal.mol-1. Observou-se uma boa concordância entre os valores calculados de &Delta;G&dagger; HNO para substituição por H2O a partir do complexo trans-1[Ru(NH3)4(P(OEt)3HNO]2+ (28.5 kcal mol-1) e os dados experimentais disponíveis para reações de substituição em sistemas trans-[Ru(NH3)4(POEt)3(Lx)]2+ (19.4 e 24.0 kcal.mol-1 para Lx = isn e P(OET)3, respectivamente). Experimentos de voltametria cíclica foram realizados observando os processos de redução do ligante nitrosônio gerando nitroxil e podendo gerar amônia, o que foi também observado por cálculos envolvendo efeito de uma primeira esfera de solvatação. / The properties of free nitroxyl molecule and the nitroxyl ligand in Ru(II) tetraammines (trans-[Ru(NH3)4(nitroxyl)n(L)]2+n, n = nitroxyl charge and L = NH3, py, P(OEt)3, H2O, Cl- and Br-) were studied trough density functional theory (DFT). According to the calculated conformation energies the HNO complexes are more stable than the deprotonated analogues and the singlet configuration (trans-1[Ru(NH3)4(L)HNO]2+) is lower energy the than the corresponding triplet (trans-3[Ru(NH3)4(L)HNO]2+). Evaluation of the &sigma; and &pi; components in the L-Ru-HNO bond suggest that increased stability of these orbitals and enhanced contributions from the HNO orbitals correlate to shorter Ru-N(H)O distances and lower &nu;NO stretching frequencies. The stability of the Ru-HNO bond was also evaluated through a theoretical kinetic study on HNO dissociation from trans-1[Ru(NH3)4(L)HNO]2+. Accordingly, the order of the Ru-HNO bonding stability in trans-1[Ru(NH3)4(L)HNO]2+ as a function of L is: H2O &gt; Cl- ~ Br- &gt; NH3 &gt; py &gt; P(OEt)3, which parallels the order of the trans effect and trans influence series experimentally measured for L in octahedral complexes. The same trend was also observed using the explicit solvent model, thus considering the presence of both the HNO and H2O molecules in the transition state. For this series, the calculated bond energies for the Ru-HNO bond are in the range 21.4 to 41.5 kcal.mol-1. Good agreement was observed between the calculated &Delta;G&dagger; values for HNO substitution by H2O from the complex trans-1[Ru(NH3)4(P(OEt)3HNO]2+ (28.5 kcal mol-1) and the available experimental data for substitution reactions of trans-[Ru(NH3)4(POEt)3(Lx)]2+ (19.4 to 24.0 kcal.mol-1 for Lx = isn and P(OET)3, respectively). Cyclic voltammetry experiments were carried out observing the reduction processes of the nitrosonium ligand generating nitroxil and could generate ammonia, which was also observed by calculations involving the effect of a first sphere of solvation.

Dirhodium complexes such as carboxylates and carboxylamidates are very efficient metal catalysts used in the synthesis of pharmaceuticals and agrochemicals. Recent experimental work has indicated that there are significant differences in the isomeric ratios obtained among the possible products when synthesizing these complexes. The relative stabilities of the Rh2(NPhCOCH3)4 tolunitrile complexes, Rh2(NPhCOCH3)4(NCC6H4CH3)2, were determined at the HF/LANL2DZ ECP, 6-31G and DFT/B3LYP/LANL2DZ ECP, 6-31G levels of theory using NWChem 6.3. The LANL2DZ ECP (effective core potential) basis set was used for the rhodium atoms and 6-31G basis set was used for all other atoms. Specifically, the o-tolunitrile, m-tolunitrile, and p-tolunitrile complexes of the 2,2-trans and the 4,0- isomers of Rh2(NPhCOCH3)4 were compared.

L’auto-assemblage moléculaire au niveau des surfaces est un exemple majeur de l'auto-organisation de la matière avec des applications technologiques d’intérêt. La capacité́ de prédire la structure de la monocouche auto-assemblée (SAM) formée à l'équilibre est d'une importance fondamentale. Dans cette thèse, je présente une théorie aux premiers principes pour l’interprétation de l’auto-assemblage 2D basée sur la modélisation et la thermodynamique statistique. La méthode mise au point permet d'accéder à la stabilité́ thermodynamique de la SAM et à sa dépendance à l'égard de la concentration. Cela permet d'étudier les équilibres concurrentiels au niveau des surfaces et de rationaliser le polymorphisme en 2D. De plus, cette théorie prédit l'existence d'une concentration critique de monomères au-dessus de laquelle l’auto-assemblage 2D est favorisé. Celle-ci est utilisée pour définir une échelle absolue définissant la propension à l’auto-assemblage en 2D. Enfin, quatre applications technologiques sont discutées, exposant les possibilités de la méthode développée. / Molecular self-assembly at surfaces is a prominent example of self-organization of matter with outstanding technological applications. The ability to predict the structure of the self-assembled monolayer (SAM) formed at equilibrium is of great fundamental and technological importance. In this dissertation I present a self-consistent theory for a first-principle interpretation of 2D self-assembly based on modeling and statistical thermodynamics. The developed framework provides access to the thermodynamic stability of the SAM and to its concentration dependence. This allows to study competitive equilibria at surfaces and to rationalize the 2D polymorphism evidenced by scanning probe techniques. The theory predicts the existence of a critical concentration of monomers, which is used to set an absolute scale for the 2D self-assembly propensity. Last, four technological applications are discussed, showing the potentials of the developed framework.