Antibióticos antimicrobianos são moléculas capazes de inibir o crescimento de microrganismos, na maioria, produtos naturais derivados de fungos ou bactérias que bloqueiam processos cruciais para a sobrevivência de microrganismos. A gentamicina é um aminoglicosídeo 4,6 bisubstituído que exerce papel importante no tratamento de infecções graves causadas por bactérias gram-negativas; apresenta uma complexa e pouco entendida rota de biossíntese. Dessa via, a desidrogenase GenD2 e a aminotransferase GenS2 atuam sobre a posição C3 da gentamicina A2 produzindo gentamicina X2, e a GenB2 atua na posição C6 epimerizando a molécula de gentamicina C2a. As enzimas foram purificadas por cromatografia de afinidade e por exclusão de tamanho, no tampão composto por 50 mM de Tris HCl, 100 mM de NaCl pH 7,7. Com a intenção de compreender a rota de biossíntese da gentamicina, o objetivo deste trabalho foi estudar estruturalmente as enzimas GenD2, GenS2 e GenB2 em complexo com seus cofatores e ligantes. Cristais da enzima GenD2 difrataram, porém não foi possível determinar sua estrutura, análises biofísicas através de calorimetria de titulação isotérmica e por gel filtração analítica, puderam confirmar seu cofator, o NAD+, e um estado oligomérico compatível à um tetrâmero em solução. A enzima GenB2 em complexo com o cofator PMP e gentamicina X2 difratou a uma resolução de 1,7 Å e foi resolvida por substituição molecular, na qual foi identificada uma molécula na unidade assimétrica pertencente ao grupo espacial C 2 2 21. Essa enzima é um homodímero, seu sítio de ligação está na interface entre os protômeros com contribuições de resíduos de ambas as moléculas. A região onde se encontra o anel pirimidínico do PMP é carregada positivamente, favorecendo a interação com o cofator. A cavidade onde se encontra posicionada a gentamicina X2, é bastante ampla e eletronegativa, por seu substrato ser um aminoglicosídeo. A lisina 227 é o resíduo que realiza a clássica base de Schiff, presente em enzimas PLP/PMP dependentes, entre o anel pirimidínico do PMP e a tirosina 124. Os avanços promissores sobre a GenD2 e a compreensão estrutural da GenB2 auxiliam no entendimento da via de biossíntese de gentamicina bem como contribuem para o crescente entendimento sobre o enovelamento de enzimas PLP dependentes. / Antimicrobial antibiotics are molecules capable of inhibiting the growth of microorganisms, most of them are natural products derived from fungi or bacteria that block some crucial processes to the survival of microorganisms. Gentamicin is a 4,6 disubstituted aminoglycoside that plays an important role in the treatment of severe infections caused by gram-negative bacteria. This aminoglycoside presents a complex and poorly understood biosynthesis route. From this route, GenD2 dehydrogenase and GenS2 aminotransferase have been identified to act at C3 position of gentamicin A2 producing gentamicin X2, and the enzyme GenB2 acts at the C6 position, epimerizing the gentamicin C2a molecule. These enzymes were purified by immobilized metal ion affinity and size exclusion chromatography in a buffer composed of 50 mM Tris HCl, 100 mM NaCl pH 7,7. In order to understand the route of gentamicin biosynthesis, this work aims to study the enzymes GenD2, GenS2 and GenB2 in complex with their cofactors and ligands. Some crystals of GenD2 diffracted, however it was not possible to determine its structure. Biophysical analysis by isothermal titration calorimetry and analytical gel filtration; confirmed NAD+ as its cofactor, and an oligomeric state compatible with a tetramer in solution. GenB2 crystals in complex with PMP cofactor and gentamicin X2 diffracted at a resolution of 1.7 Å and its structure was resolved by molecular replacement, which presented one molecule in the asymmetric unit belonging to the space group C 2 2 21. This enzyme is a homodimer, the binding site is located at the interface between protomers and residues from both molecules contribute toward the formation of the active site. The region where the PMP pyrimidine ring is located is positively charged, favoring the interaction with the cofactor. The active site cavity, where gentamicin X2 is positioned, is a large groove and predominantly electronegative, compatible with the substrate of the enzyme, which is an aminoglycoside. Lysine 227 is the key residue that performs the classical Schiff base, commonly present in PLP/PMP dependent enzymes, between the PMP pyrimidine ring and tyrosine 124. Promising advances on GenD2 and the structural understanding of GenB2 aids in the understanding of the gentamicin biosynthetic pathway as well as contribute towards the knowledge about the folding of PLP dependent enzymes.

As lignanas naturais possuem vários tipos de estruturas que exibem uma vasta gama de atividades biológicas. As lignano-lactonas naturais, tais como a arctigenina (1) e os derivados da podofilotoxina (2), representadas nas estruturas abaixo, são conhecidas por apresentarem atividades citotóxicas e, há várias décadas, vêm despertando enorme interesse em virtude de suas propriedades anti-cancerígenas e anti-HIV. Apesar de haver numerosos tipos de síntese racêmica e vários exemplos de síntese assimétrica desses compostos, os métodos sintéticos tradicionais geralmente empregados não são convenientes para a preparação em larga escala desses compostos opticamente puros, em virtude da necessidade de utilizar quantidades estequiométricas de fontes quirais e/ou grande seqüência de etapas sintéticas. Em vista disso, um método mais eficiente para realizar a síntese enantiosseletiva desses produtos naturais é através da catálise assimétrica utilizando materiais de partida proquirais. Trabalhos anteriores realizados em nosso laboratório serviram para testar alguns métodos sintéticos descritos na literatura. Entretanto, como esses métodos são relativamente longos e produzem baixos rendimentos, optamos por testar um método alternativo para a obtenção de lignano-lactonas naturais biologicamente ativas, tais como a parabenzlactona (51) e a oxoparabenzlactona (52), cujas estruturas são mostradas a seguir. Esses dois compostos, além de apresentarem propriedades biológicas úteis, podem ser transformados em outros produtos naturais de interesse, tais como as lignanas do tipo dibenzilbutirolactonas, ariltetralinas e furofurânicas. Os materiais de partida utilizados nessa nova metodologia sintética foram os derivados protegidos de 3-hidroximetil--butirolactona (50), os quais, neste trabalho, foram sintetizados através da hidrogenação enantiosseletiva de derivados insaturados produzidos a partir do ácido 3,3-dimetilacrílico (81). Os estudos de hidrogenação enantiosseletiva foram realizados utilizando catalisadores quirais de ródio e rutênio. Diversos derivados de butenolidas foram estudados com intuito de se obter o intermediário 50 de maneira enantiosseletiva e com rendimentos satisfatórios. Os resultados obtidos nas reações de hidrogenação catalítica dessas butenolidas com complexos quirais de ródio e rutênio mostraram que a quelação do substrato com o centro metálico do catalisador assimétrico é fortemente afetada pelo tipo de substituinte ligado no esqueleto da butenolida. De maneira geral, os produtos de hidrogenação foram obtidos com larga faixa de pureza óptica (2-100% ee) dependendo do tipo de substituinte. Esses resultados indicam uma importante influência dos grupos protetores da função hidroxila alilíca nas reações de hidrogenação assimétrica dos derivados das butenolidas estudados. A fim de se investigar o mecanismo de complexação dos substratos com os catalisadores quirais, simulações computacionais foram realizadas com o catalisador quiral cloreto de [(S)-(?)-2,2?-bis-(difenilfosfino)-1,1-binaftil]cloro(p-cimeno) rutênio e os substratos derivados da 3-hidroximetilbutenolida. Os resultados dos estudos computacionais realizados até o momento mostraram que a ocorrência de mais de um ponto de complexação entre o substrato e o centro metálico do catalisador quiral diminui a energia de ativação do intermediário-chave, aumentando a atividade catalítica e resultando em alta estereosseletividade. Uma vez concluídos os estudos de hidrogenação enantiosseletiva, prosseguiu-se os estudos para a obtenção dos produtos naturais de interesse, a partir de um dos intermediários racêmicos derivados da 3-hidroximetilbutenolida, contendo o metoximetil-éter como grupo protetor. O aldeído intermediário 87, obtido em baixo rendimento, deverá ser transformado nos diversos produtos naturais de interesse. Por causa de sua grande instabilidade, já descrita na literatura, novas metodologias estão sendo testadas para a obtenção do aldeído 87 com melhor rendimento. As lignanas naturais possuem vários tipos de estruturas que exibem uma vasta gama de atividades biológicas. As lignano-lactonas naturais, tais como a arctigenina (1) e os derivados da podofilotoxina (2), representadas nas estruturas abaixo, são conhecidas por apresentarem atividades citotóxicas e, há várias décadas, vêm despertando enorme interesse em virtude de suas propriedades anti-cancerígenas e anti-HIV. Apesar de haver numerosos tipos de síntese racêmica e vários exemplos de síntese assimétrica desses compostos, os métodos sintéticos tradicionais geralmente empregados não são convenientes para a preparação em larga escala desses compostos opticamente puros, em virtude da necessidade de utilizar quantidades estequiométricas de fontes quirais e/ou grande seqüência de etapas sintéticas. Em vista disso, um método mais eficiente para realizar a síntese enantiosseletiva desses produtos naturais é através da catálise assimétrica utilizando materiais de partida proquirais. Trabalhos anteriores realizados em nosso laboratório serviram para testar alguns métodos sintéticos descritos na literatura. Entretanto, como esses métodos são relativamente longos e produzem baixos rendimentos, optamos por testar um método alternativo para a obtenção de lignano-lactonas naturais biologicamente ativas, tais como a parabenzlactona (51) e a oxoparabenzlactona (52), cujas estruturas são mostradas a seguir. Esses dois compostos, além de apresentarem propriedades biológicas úteis, podem ser transformados em outros produtos naturais de interesse, tais como as lignanas do tipo dibenzilbutirolactonas, ariltetralinas e furofurânicas. Os materiais de partida utilizados nessa nova metodologia sintética foram os derivados protegidos de 3-hidroximetil-?-butirolactona (50), os quais, neste trabalho, foram sintetizados através da hidrogenação enantiosseletiva de derivados insaturados produzidos a partir do ácido 3,3-dimetilacrílico (81). Os estudos de hidrogenação enantiosseletiva foram realizados utilizando catalisadores quirais de ródio e rutênio. Diversos derivados de butenolidas foram estudados com intuito de se obter o intermediário 50 de maneira enantiosseletiva e com rendimentos satisfatórios. Os resultados obtidos nas reações de hidrogenação catalítica dessas butenolidas com complexos quirais de ródio e rutênio mostraram que a quelação do substrato com o centro metálico do catalisador assimétrico é fortemente afetada pelo tipo de substituinte ligado no esqueleto da butenolida. De maneira geral, os produtos de hidrogenação foram obtidos com larga faixa de pureza óptica (2-100% ee) dependendo do tipo de substituinte. Esses resultados indicam uma importante influência dos grupos protetores da função hidroxila alilíca nas reações de hidrogenação assimétrica dos derivados das butenolidas estudados. A fim de se investigar o mecanismo de complexação dos substratos com os catalisadores quirais, simulações computacionais foram realizadas com o catalisador quiral cloreto de [(S)-(?)-2,2?-bis-(difenilfosfino)-1,1?-binaftil]cloro(p-cimeno) rutênio e os substratos derivados da 3-hidroximetilbutenolida. Os resultados dos estudos computacionais realizados até o momento mostraram que a ocorrência de mais de um ponto de complexação entre o substrato e o centro metálico do catalisador quiral diminui a energia de ativação do intermediário-chave, aumentando a atividade catalítica e resultando em alta estereosseletividade. Uma vez concluídos os estudos de hidrogenação enantiosseletiva, prosseguiu-se os estudos para a obtenção dos produtos naturais de interesse, a partir de um dos intermediários racêmicos derivados da 3-hidroximetilbutenolida, contendo o metoximetil-éter como grupo protetor. O aldeído intermediário 87, obtido em baixo rendimento, deverá ser transformado nos diversos produtos naturais de interesse. Por causa de sua grande instabilidade, já descrita na literatura, novas metodologias estão sendo testadas para a obtenção do aldeído 87 com melhor rendimento. Estudos sobre a síntese enantiosseletiva de lignano-lactonas naturais contendo importantes atividades biológicas. Os estudos foram realizados utilizando catalisadores quirais de ródio e rutênio e foram avaliados a influência de grupos protetores da função hidroxila da butenolida estudada, frente ao catalisador analisado. / Natural lignans have several types of structures exhibiting a wide variety of biological activities. Natural lignan-lactones, such as arctigenin (1) and the podofilotoxin derivatives (2), are well known for their cytotoxic activities, and both their anti-cancer and anti-HIV properties have attracted much research interest in the last decades. Although numerous racemic syntheses and several examples of the asymmetric synthesis of these compounds have been largely employed, they are not useful for the large-scale preparation of optically pure compounds because stoichiometric amounts of chiral sources and/or la long sequence of synthetic reaction steps are necessary for their accomplishment. A more efficient method for the enantioselective synthesis of these natural products uses asymmetric catalysis with prochiral substances as starting materials. Previous works developed at our laboratory have employed some synthetic methods described in the literature to investigate the synthesis of some natural products. However, these methods involve several synthetic steps and lead to low yields. These facts have thus stimulated us to develop an alternative method for the obtention of biologically active natural lignan-lactones such as parabenzlactone (51) and oxo-parabenzlactone (52). Besides their useful biological properties, these compounds can also be transformed into other interesting natural products, such as aryltetralin, dibenzylbutyrolactone, and furofuran lignans. Protected derivatives of 3-hydroxymethyl-?-butyrolactone (50) were used as the starting materials of this new methodology. These derivatives were synthesized using the enantioselective hydrogenation of the unsaturated material produced from 3,3-dimethylacrylic acid (81). Enantioselective hydrogenation studies were performed using rhodium and ruthenium chiral catalysts Several butenolides derivatives were studied aiming at the obtention of a satisfactory yield of the enantioselective intermediate (50). The catalytic hydrogenation of these butenolide derivatives with rhodium and ruthenium chiral complexes showed that chelation of the substrate with the metallic center of the asymmetric catalyst strongly depends on the substituent attached to the butenolide skeleton. The hydrogenation products were obtained with a large range of optical purity (2-100% ee), depending on the substituent type. These results indicate that the presence of protective groups in the allylic hydroxyl function has a strong effect on the asymmetric hydrogenation reaction of the studied butenolides. Some computer simulations were performed in order to investigate the mechanism of substrate complexation with the chiral catalyst. [(S)-(?)-2,2?-bis-(diphenylphosphino)-1,1?-binaphtyl]chloro(p-cymene) chloride ruthenium was the chiral catalyst and 3-hydroxymethylbutenolide derivatives were used as substrates. The computer simulation results obtained to date have shown that when there is more than one point of complexation between the metallic center of the chiral catalyst and the unsaturated substrate, the activation energy of the key intermediate is lowered, thus enhancing the catalytic activity and resulting in high stereoselectivity. Once the enantioselective hydrogenation studies were concluded, we pursued the synthesis of natural products from one of the racemic derivatives, the one containing a methoxymethylether as protective group. Once the intermediate aldehyde 87 is obtained, a large number of interesting natural products could be synthesized. New methodologies are now under investigation in order to obtain aldehyde 87, which is difficult to achieve due to its low stability, as described in the literature.

Thesis advisor: Marc L. Snapper / Chapter 1: The design of a novel first aid smart fabric that is linked to a biologically active molecule through an event specific cleavable linker is described. Successful functionalization of a cellulose filter paper fabric mimic and the synthesis of a linker which is potentially selectively cleavable in the presence of blood have been achieved. Chapter 2: Synthetic studies towards the total synthesis of Torilin, a sesquiterpene guaiane natural product with interesting biological activities are described. The synthesis of the hydroazulene core of Torilin is accomplished through a cyclopropanation/ Lewis acid mediated fragmentation of a highly functionalized polycyclic system which is rapidly accessed through the intramolecular cycloaddition of cyclobutadiene. / Thesis (MS) — Boston College, 2013. / Submitted to: Boston College. Graduate School of Arts and Sciences. / Discipline: Chemistry.

Thesis advisor: Marc L. Snapper / Intramolecular [2+2] photocycloadditions have been studied: (i) Previous studies in our group have demonstrated that there is a regiochemical dependence of intramolecular [2+2] photocycloadditions on the solvent employed. In order to understand the generality of hydrogen bonding effects of photochemical reactions of β-hydroxyl enones, we examined the photochemical outcome of enones with both acyclic and cyclic olefin tethers. (ii) An application of an intramolecular [2+2] photocycloaddition/ fragmentation strategy to form 5-8-5 ring systems has been demonstrated toward the synthesis of the natural product cycloaraneosene. / Thesis (PhD) — Boston College, 2008. / Submitted to: Boston College. Graduate School of Arts and Sciences. / Discipline: Chemistry.

Os produtos naturais microbianos (NP) tem demonstrado ser inestimáveis pontos de partida na descoberta e desenvolvimento de medicamentos aprovados pelo FDA. A abordagem tradicional para a identificação de produtos naturais microbianos exige a cultura em laboratório. Infelizmente, os métodos convencionais baseados nesta metodologia foram desestimulados devido a altas taxas de redescoberta de moléculas. Os métodos independentes de cultura que se baseiam no sequenciamento do metagenoma microbiano sugerem a ocorrência de um enorme reservatório inexplorado de clusters biossintéticos de produtos naturais (BGCs) no meio ambiente. Neste trabalho utilizamos uma metodologia baseada em PCR e barcoding amplicon-sequencing para buscar importantes famílias de produtos naturais como peptídeos não ribossomais (NRP), ácido 3-amino-5-hidroxibenzóico (AHBA), dímeros de triptofano (TD), policetídeos, aminoglicosídeos e outros. Para isto desenvolvemos um script chamado SecMetPrimer que nos permitiu bioinformaticamente desenhar conjuntos de primers contendo um gradiente de degenerâncias. No total, desenhamos 165 conjuntos de primers. Os amplicons foram obtidos por PCR padrão, tendo sido concatenados barcodes específicos por amostra e sequenciados através de Illumina MiSeq. Para validar, utilizamos eDNA (environmental DNA) de bibliotecas metagenômicas, totalizando 223 milhões de clones. Através das análises bioinformáticas, as curvas de rarefação foram calculadas e a diversidade para cada família foi determinada. Foi realizada uma reamplificação dos domínios de adenilação de peptídeo não ribossomal e domínios de cetosintase de policetídeos utilizando eDNA isolado de 25 amostras diferentes coletadas em Mata Atlântica, Cerrado e ambiente marinho. Nossos dados indicaram a correlação entre distância geográfica e o tipo ecológico dos biomas. Deste modo, foi possível assim atribuir genes relacionados à clusters biossintéticos que codificam importantes produtos naturais à informações taxonômicas e metabólicas. Deste modo identificamos os melhores hotspots para busca de diversidade biossintética dentre as amostras analisadas. / Microbial natural products (NP) have proven to be invaluable starting points in the discovery and development of many drugs approved by FDA. The traditional approach to identify microbial natural products requires the culturing in the laboratory. Unfortunately, conventional culture-based methods have been deemphasized due to high rediscovery rates. Culture-independent methods applying microbial (meta)genome sequencing suggest the occurrence of an enormous untapped reservoir of natural-product-encoding biosynthetic gene clusters (BGCs) in the environment. Here we have used a PCR-based approach and barcoding ampliconsequencing derived from important families of microbial natural products such as nonribosomal peptides (NRP), polyketides (PK), 3-amino-5-hydroxybenzoic acidcontaining NPs (AHBA), tryptophan dimmers (TD), aminoglycosides, phosphonocontaining NPs and others. We have written an internal script called SecMetPrimer that allowed us to bioinformatically design sets of primers containing a range of degeneracy to amplify these genes. At the total, we designed 165 different sets of primers. The amplicons were obtained by standard PCR containing double-barcodedtarget primers and sequenced by Illumina MiSeq platform. The validation process was conducted using eDNA from metagenomic libraries containing a 223 millions of clones. The rarefaction and diversity analyses were assigned, and the best-hit primer for each family was chosen. We have re-amplified the nonribosomal peptide adenylation domains and polyketide ketosynthase domains, using as substrate environmental DNA isolated from 25 different samples collected in Atlantic Forest, Cerrado and marine environment. Our data indicate a correlation between geographic distance and biome-type, and the biosynthetic diversity found in these environments. Thus, by assigning reads to known BGCs against taxonomic and metabolic profiles, we have identified the hotspots of relevant biosynthetic diversity among the analyzed samples.

o presente trabalho estuda a evolução química em Asteraceae com base em dados da literatura a respeito de vários grupos de metabólitos secundários (poliacetilenos, lactonas sesquiterpênicas, diterpenos, triterpenos, flavonóides e ácidos ramificados). Foram usadas três diferentes metodologias quimiotaxonômicas. A primeira, baseada no cálculo de parâmetros evolutivos em relação à oxidação e em relação à especialização de esqueleto de substâncias, resultou numa abordagem fenética das relações entre as tribos de onde foram isoladas as substâncias. A segunda, baseada em análise de grupos, resultou numa abordagem filética da evolução de Asteraceae. A terceira, baseada em estudos computacionais e em banco de dados, tenta comprovar a validade dos parâmetros utilizados nas duas etapas iniciais realizando estudos de previsão sobre a posição taxônomica e sobre a composição química de gêneros da família. Os resultados obtidos usando parâmetros evolutivos calculados para as tribos ou usando taxonomia numérica evidenciaram o caráter bifilético da famíliao Foi sugerida uma sequência evolutiva desde o precursor até os grupos mais avançados. Os resultados fornecem também uma comprovação experimental de um dos princípios da sistemática micromolecular. O surgimento de novas linhagens botânicas é acompanhado pe1o explosivo aumento do estado de oxidação de um importante grupo biogenético. O desenvolvimento posterior da linhagem é acompanhado pela gradativa diminuição do grau de oxidação. O princípio permite acompanhar a evolução química da família. Algumas relações entre especiação e quimismo ficaram evidenciadas. / This thesis describes the chemical evolution in Asteraceae based on bibliographic data about groups of secondary metabolites (polyacetylenes, sesquiterpene lactones, diterpenes tritepenes, flavonoids and chain ramified acids). Were used three chemotaxonomic methodologies. The first based on evolutive parameters calculation (oxidation and specialization indexes of isolated substances) which gave a phenetie approaching concerning of the relationships among tribes containing the considered substances. The second, based on cluster analisys gave a phyletic approaching concerning of Asteraceae evolution. The third, based on computational studies and on data bases, comproves the validity of the parameters obtained by the two previous approachings, making prevision studies about the taxonomic position and about the chemistry composition of taxa. The evidence for the biphyletic constituion was showed by using evolutive parameters calculated for the tribes or numerical taxonomy. Were suggested evolutive steps from the precursor to the more advanced groups in the family. The results obtained provide experimental corroboration of a Micromolecular sistematics postulate: \"The development of novel botanic lineage is accompained by vigorous increase in oxidation state of allelochemics. The posterior development of the lineage is accompained by a diminution in the oxidation state. This postulate permits to study the chemical evolution of the family. Were evidenced, using the known evolutive sequences, others relationships between speciation and chemistry composition of taxa.

A realização deste trabalho objetivou a avaliação quantitativa da absorção da radiação UVB (290-320 nm) em oito amostras de própolis, incorporadas em base cosmética apropriada, sob a forma de extrato mole, originárias de diversas regiões com diferentes origens botânicas sendo duas de Minas Gerais, três de São Paulo, uma de Santa Catarina, uma do Rio Grande do Sul e outra da Pensilvânia - EUA. A estimativa de absorção foi feita através de método espectrofotométrico com medidas de absorbâncias na faixa entre 290 a 320 nm, tomadas de 5 em 5 nm. Cada medida de absorbância foi relacionada à intensidade e ao efeito eritemogênico da radiação em seu respectivo comprimento de onda. Os resultados tiveram como parâmetro o padrão de referência salicilato de homomentila, aprovado pela FDA para determinação de FPS in vivo. Foi obtido um perfil cromatográfico através de cromatografia em camada delgada para avaliação qualitativa de nossas amostras em relação a alguns flavonóides e ácidos aromáticos, o que nos permitiu constatar a presença de ácido cafeico em todas as amostras analisadas. Foram dosados flavonóides totais por método colorimétrico com cloreto de alumínio, expressos em crisina a 330 nm. Foi feita a comparação entre os resultados de FPS e flavonóides totais e observamos proporcionalidade direta entre a maioria das amostras, o que confirma a ação de absorção de radiação ultra-violeta por flavonóides colhidos pelas abelhas em plantas. / The aim of this work was to evaluate quantitatively the UVB absorption (290-320 nm) of propolis, contained in eight cosmetic samples as soft extract, from different botanical origins and several regions, such as Minas Gerais, São Paulo, Santa Catarina, Rio Grande do Sul and Pennsylvania (USA). A spectrophotometric method using absorbance measurements in a range of 290-320 nm, taken at 5 nm intervals, was used to asses the absorbance. Each absorbance measurement was related to both intensity and erythemal effect of the radiation at its respective wavelength. Homosalate, which is approved by the FDA as reference standard, was used for the determination of SPF in vivo. Chromatograms of the samples were obtained by thin-layer chromatography to evaluate the presence of some flavonoids and aromatic acids in the samples. This technique allowed the detection of caffeic acid in all the analyzed samples. The total flavonoids content was assayed by the colorimetric method using aluminum chloride, and the results were expressed in chrysin at 330 nm. A comparison between the SPF results and the total flavonoids contend was done and a direct relationship between most of the samples was observed, confirming the absorbing ultraviolet radiation property of the flavonoids collected by bees.

This research aims to utilise ligand-based target prediction to (i) understand the mechanism of action of African natural products (ANPs), (ii) help identify patterns of phylogenetic use in African traditional medicine and (iii) elucidate the mechanism of action of phenotypically active small molecules and natural products with anti-trypanosomal activity. In Chapter 2 the objective was to utilise ligand-based target prediction to understand the mechanism of action of natural products (NPs) from African medicinal plants used against cancer. The Random Forest classifier used in this work compares the similarity of the input compounds from the natural product dataset with compound-target combinations in the training set. The more similar they are in structure, the more likely they are to modulate the same target. Natural products from plants used against cancer in Africa were predicted to modulate targets and pathways directly associated with the disease, thus understanding their mechanism of action e.g. "flap endonuclease 1" and "Mcl-1". The "Keap1-Nrf2 Pathway" and "apoptosis modulation by HSP70", two pathways previously linked to cancer (which are not currently targeted by marketed drugs, but have been of increasing interest in recent years) were predicted to be modulated by ANPs. In Chapter 3, we aimed to identify phylogenetic patterns in medicinal plant use and the role this plays in predicting medicinal activity. We combined chemical, predicted target and phylogenetic information of the natural products to identify patterns of use for plant families containing plant species used against cancer in African, Malay and Indian (Ayurveda) traditional medicine. Plant families that are close phylogenetically were found to produce similar natural products that act on similar targets regardless of their origin. Additionally, phylogenetic patterns were identified for African traditional plant families with medicinal species used against cancer, malaria and human African trypanosomiasis (HAT). We identified plant families that have more medicinal species than would statistically be expected by chance and rationalised this by linking their activity to their unique phyto-chemistry e.g. the napthyl-isoquinoline alkaloids, uniquely produced by Acistrocladaceae and Dioncophyllaceae, are responsible for anti-malarial and anti-trypanosome activity. In Chapter 4, information from target prediction and experimentally validated targets was combined with orthologue data to predict targets of phenotypically active small molecules and natural products screened against Trypanosoma brucei. The predicted targets were prioritised based on their essentiality for the survival of the T. brucei parasite. We predicted orthologues of targets that are essential for the survival of the trypanosome e.g. glycogen synthase kinase 3 (GSK3) and rhodesain. We also identified the biological processes predicted to be perturbed by the compounds e.g. "glycolysis", "cell cycle", "regulation of symbiosis, encompassing mutualism through parasitism" and "modulation of development of symbiont involved in interaction with host". In conclusion, in silico target prediction can be used to predict protein targets of natural products to understand their molecular mechanism of action. Phylogenetic information and phytochemical information of medicinal plants can be integrated to identify plant families with more medicinal species than would be expected by chance.

o presente trabalho estuda a evolução química em Asteraceae com base em dados da literatura a respeito de vários grupos de metabólitos secundários (poliacetilenos, lactonas sesquiterpênicas, diterpenos, triterpenos, flavonóides e ácidos ramificados). Foram usadas três diferentes metodologias quimiotaxonômicas. A primeira, baseada no cálculo de parâmetros evolutivos em relação à oxidação e em relação à especialização de esqueleto de substâncias, resultou numa abordagem fenética das relações entre as tribos de onde foram isoladas as substâncias. A segunda, baseada em análise de grupos, resultou numa abordagem filética da evolução de Asteraceae. A terceira, baseada em estudos computacionais e em banco de dados, tenta comprovar a validade dos parâmetros utilizados nas duas etapas iniciais realizando estudos de previsão sobre a posição taxônomica e sobre a composição química de gêneros da família. Os resultados obtidos usando parâmetros evolutivos calculados para as tribos ou usando taxonomia numérica evidenciaram o caráter bifilético da famíliao Foi sugerida uma sequência evolutiva desde o precursor até os grupos mais avançados. Os resultados fornecem também uma comprovação experimental de um dos princípios da sistemática micromolecular. O surgimento de novas linhagens botânicas é acompanhado pe1o explosivo aumento do estado de oxidação de um importante grupo biogenético. O desenvolvimento posterior da linhagem é acompanhado pela gradativa diminuição do grau de oxidação. O princípio permite acompanhar a evolução química da família. Algumas relações entre especiação e quimismo ficaram evidenciadas. / This thesis describes the chemical evolution in Asteraceae based on bibliographic data about groups of secondary metabolites (polyacetylenes, sesquiterpene lactones, diterpenes tritepenes, flavonoids and chain ramified acids). Were used three chemotaxonomic methodologies. The first based on evolutive parameters calculation (oxidation and specialization indexes of isolated substances) which gave a phenetie approaching concerning of the relationships among tribes containing the considered substances. The second, based on cluster analisys gave a phyletic approaching concerning of Asteraceae evolution. The third, based on computational studies and on data bases, comproves the validity of the parameters obtained by the two previous approachings, making prevision studies about the taxonomic position and about the chemistry composition of taxa. The evidence for the biphyletic constituion was showed by using evolutive parameters calculated for the tribes or numerical taxonomy. Were suggested evolutive steps from the precursor to the more advanced groups in the family. The results obtained provide experimental corroboration of a Micromolecular sistematics postulate: \"The development of novel botanic lineage is accompained by vigorous increase in oxidation state of allelochemics. The posterior development of the lineage is accompained by a diminution in the oxidation state. This postulate permits to study the chemical evolution of the family. Were evidenced, using the known evolutive sequences, others relationships between speciation and chemistry composition of taxa.

Chapter 1. Ring-Opening Knoevenagel Strategy for the Synthesis of Alpha-Carboalkoxy Cyclopentenones and Their Use in the Diels-Alder Cycloaddition. The Diels-Alder reaction has enabled the synthesis of hundreds of natural products efficiently and with high levels of stereocontrol. Despite over eight decades of development, this reaction is incapable of forming hydrindane ring junctions from alphahydro beta-alkyl cyclopentenones. As such, we used alpha-carboalkoxy cyclopentenones as synergistic dienophiles, but exposed a lack of synthetic tools for assembling strained bicyclic cyclopentenones. We addressed this paucity by developing a ring-opening Knoevenagel reaction for synthesizing these synergistic dienophiles with varying degrees of substitution. The 6 step protecting group free total synthesis of a structurally similar natural product merrekentrone D was achieved to demonstrate the utility of the new method. In addition, the Diels-Alder cycloaddition with these molecules with the Danishefsky-Kitahara diene were studied. The variability of the ring-opening Knoevenagel reaction also led to the development of a decarboxylative Diels-Alder cycloaddition which is degenerate with the alpha-hydro beta-alkyl cyclopentenone Diels- Alder reaction. The hydrindane structures are referred to as iso-Hajos-Parrish ketones which we subsequently demonstrate as powerful building blocks for natural product total synthesis. Chapter 2. Synthetic Studies Towards the Shizukaol Family of Oligomeric Sesquiterpene Natural Products The shizukaol family of oligomeric natural products are one of three oligomeric sesquiterpene families. Three different generations of synthetic strategies towards the unstable and dimeric precursor lindenatriene were studied. The use of the iso-Hajos-Parrish ketone enabled a 10 step, protecting group free, total synthesis of the intermediate. In addition the formation of unnatural dimers was achieved as well as several unexpected results which led to the generalization of our strategy to other natural product families. Chapter 3. Iso-Hajos-Parrish Ketones: Common Intermediates for Sesquiterpene Total Syntheses The three step synthesis of the cyclopropane substituted iso-Hajos-Parrish ketone enabled rapid access to other sesquiterpene families. Through reductase phases the total synthesis of sarcandralactone was achieved in 10 steps without the use of any protecting groups. Studies were also conducted towards achieving the trans-hydrindane ring as a synthetic equivalent to a trans-Diels-Alder paradigm, which was not realized. Additionally, cyclopropane opening of the iso-Hajos-Parrish ketone led to highly oxidized eudesmane skeletons. Our attempts to hydrogenate these molecules in the reductase phase inspired a 6 step total synthesis of des-methyl pinguisone with a strikingly different sesquiterpene framework. Finally, an analysis of redox conservation in total synthesis and the generality of this chemistry to the total synthesis of sesquiterpene natural products will be presented.