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145 f. / Submitted by Ana Hilda Fonseca (anahilda@ufba.br) on 2013-04-12T15:21:11Z No. of bitstreams: 1 (RIBEIRO, P.R._ 2011).pdf: 2212488 bytes, checksum: f89af1ba3d50eb7729003c14dba84912 (MD5) / Approved for entry into archive by Ana Hilda Fonseca(anahilda@ufba.br) on 2013-05-14T16:54:02Z (GMT) No. of bitstreams: 1 (RIBEIRO, P.R._ 2011).pdf: 2212488 bytes, checksum: f89af1ba3d50eb7729003c14dba84912 (MD5) / Made available in DSpace on 2013-05-14T16:54:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 (RIBEIRO, P.R._ 2011).pdf: 2212488 bytes, checksum: f89af1ba3d50eb7729003c14dba84912 (MD5) Previous issue date: 2011 / CAPES / O presente trabalho descreve o estudo fitoquímico e a avaliação da atividade antimicrobiana dos extratos e substâncias obtidas da espécie vegetal Clusia burlemarxii, coletada nos municípios de Rio de Contas e Mucugê, Chapada Diamantina - Bahia. Da fase em acetato de etila, obtida por partição do extrato etanólico das folhas, foram isoladas cinco substâncias, a friedelina, o ácido 2Z-δ-tocotrienolóico, a 4-hidroxi-5,5-dimetildi-hidrofuran-2-ona, a quercetrina e a afzelina. Da fase em acetato de etila, obtida por partição do extrato metanólico do caule foram isoladas quatro substâncias, o ácido protocatechuíco, a lignana (+)-lioniresinol, o ácido betulínico e o bifenilo 2,2- dimetil-3,5-di-hidroxi-7-(4-hidroxifenil)cromano. Da fase em diclorometano, obtida por filtração em coluna de gel do extrato metanólico do caule foram isoladas quatro substâncias, as xantonas 6-desoxiisojacareubina, burlemarxiixantona e brasilixantona B, bem como, o ácido betulônico. A elucidação estrutural das substâncias baseou-se nos dados obtidos através de experimentos como IESEM, RMN 1H e RMN 13C, NOEDIF, DEPT 135, HMBC, HMQC. A atividade antimicrobiana dos extratos e substâncias isoladas foi avaliada frente a quatro bactérias Gram positivas (Staphylococcus aureus, Streptococcus mutans, Bacillus subtilis e Micrococcus luteus) e três Gram negativas (Escherichia coli, Salmonella choleraesuis e Pseudomonas aeruginosa), bem como, frente a dois fungos (Aspergillus niger e Cladosporium cladosporioides). O extrato etanólico das folhas mostrou atividade frente S. aureus (62,50 μg.mL-1) e B. subtilis (31,25 μg.mL-1). A fase obtida com hexano mostrou atividade, em menor grau, frente S. aureus (250μg.mL-1) e B. subtilis (125 μg.mL-1). A fase obtida com acetato de etila mostrou atividade frente S. aureus (500 μg.mL-1) e M. luteus (500 μg.mL-1). O extrato metanólico do caule apresentou atividade frente S. mutans (62,5 μg.mL-1), B. subtilis (62,5 μg.mL-1) e M. luteus (31,2 μg.mL-1). Das substâncias isoladas, o bifenilo inédito apresentou atividade frente um maior número de micro-organismos: B. subitilis (100 μg.mL-1), S. aureus (50 μg.mL-1), S. mutans (100 μg.mL-1), M. luteus (25 μg.mL-1). / Salvador

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Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / Mangiferin, a glucosylxanthone from the fruiting tree Mangifera indica Linn. (Anacardiaceae), was evaluated for the first time in acute models of gastric injury. Mangiferin (3, 10 and 30 mg/kg, p.o.) significantly attenuated (p<0,001) the gastric damage induced by ethanol (30, 35 and 63% of reduction), acidified ethanol (27, 44 and 78% of inhibition), indomethacin (22, 23 and 57% of reduction) and compound 48/80. This xanthonoid (30 mg/kg) markedly attenuated (p<0,01) the depletion of gastric mucosal non-protein sulfhydryl and the increase of malonyldialdehyde levels ethanol associated. While pretreatment with TRPV1 antagonist capsazepine (5 mg/kg, i.p.) failed to block effectively (p>0,05) the gastroprotective effect of mangiferin (30 mg/kg) against ethanol damage. Furthermore, the mangiferin effect was significantly (p<0,01) reduced in mice pretreated with indomethacin, L-NAME and glibenclamide. Mangiferin (30 mg/kg) caused significant diminutions (p<0,001) in gastric secretory volume and total acidity and significantly enhanced (p<0,001) gastric emptying in rats. Taken together, the results of this study strongly indicate a cytoprotective role for mangiferin affording gastroprotection against gastric damage induced by various ulcerogens, which is possibly mediated, in part, by endogenous prostaglandins, nitric oxide release, K+ ATP channel opening and antioxidant action / Mangiferina, uma glicosilxantona isolada da Ãrvore frutÃfera Mangifera indica L. (Anacardiaceae), foi avaliada em modelos experimentais de lesÃo gÃstrica aguda. Mangiferina (3, 10 e 30 mg/kg, v.o.) atenuou significativamente (p<0,001) as lesÃes gÃstricas induzidas por etanol (30, 35 e 63% de reduÃÃo), etanol acidificado (27, 44 e 78% de inibiÃÃo), indometacina (22, 23 e 57% de reduÃÃo) e composto 48/80. Esta xantona (30 mg/kg) foi capaz de diminuir de forma significativa (p<0,01) a depleÃÃo dos grupos sulfidrilas nÃo-proteicos e o aumento nos nÃveis de malonildealdeÃdo, associados à administraÃÃo de etanol. O prÃ-tratamento com o antagonista dos receptoes TRPV1 capsazepina (5 mg/kg, i.p.) nÃo foi capaz de reverter (p>0,05) o efeito gastroprotetor da mangiferina (30 mg/kg) frente Ãs lesÃes induzidas por etanol. Adicionalmente, o efeito da mangiferina foi significativamente reduzido (p<0,01) em camundongos prÃ-tratados com indometacina, L-NAME e glibenclamida. Mangiferina (30 mg/kg) causou diminuiÃÃo significativa (p<0,001) do volume secretÃrio e da acidez total gÃstrica e aumentou significativamente (p<0,001) o esvazimento gÃstrico em ratos. Os resultados do presente estudo indicam uma aÃÃo citoprotetora da mangiferina conferindo efeito gastroprotetor contra injÃria gÃstrica induzida por diversos agentes, que pode ser atribuÃdo, ao menos em parte, Ãs prostaglandinas endÃgenas, liberaÃÃo de Ãxido nÃtrico, abertura de canais de potÃssio sensÃveis a ATP e aÃÃo antioxidante

As xantonas compreendem uma importante classe de heterocíclicos moleculares que possuem um esqueleto dibenzo-gama-pironas, podendo estes serem obtidos tanto por meios sintéticos quanto naturais. Estes constituintes têm sido freqüentemente isolados de plantas medicinais brasileiras e vêm recebendo atenção devido a seus aspectos fitoquímicos e suas propriedades biológicas. No entanto, poucos estudos são dedicados à abordagem estrutural mais aprofundada desses compostos no estado sólido, principalmente com relação a estudos cristalográficos. Uma justificativa para a escassez de trabalhos dessa natureza pode estar relacionada com a dificuldade de obtenção de cristais de qualidade. Com isso, a primeira etapa deste trabalho dedicou-se à obtenção de monocristais dos derivados xantônicos e, posteriormente, realizaram-se as medidas de difração de raios X por monocristal. Após a coleta de dados de difração de raios X, as estruturas cristalinas foram resolvidas e refinadas. Neste trabalho estudaram-se doze estruturas cristalinas de derivados xantônicos oxigenados, sendo que, uma das xantonas tetra-oxigenadas apresentou dois polimorfos. Portanto, onze constituintes quimicamente diferentes estão envolvidos (I-XI). Ressalta-se que das doze estruturas determinadas por difração de raios X apenas uma, III, trata-se de uma redeterminação, as demais foram estudadas pela primeira vez. Através da estrutura refinada estudou-se as geometrias moleculares de cada composto. Em relação aos aspectos intramoleculares, destacam-se as conformações dos anéis e substituintes, além dos efeitos causados pelos mesmos. Assim, observou-se que existe a tendência do sistema de anéis xantônicos apresentar uma conformação planar, e isso foi confirmado por cálculos de otimização de geometria. Na conformação molecular das xantonas 1-hidroxiladas, o efeito de ligação de hidrogênio assistida por ressonância (LHAR) foi exaustivamente estudado. As interações intermoleculares mostraram que a grande maioria das estruturas cristalinas são estabilizadas por ligações de hidrogênio fortes (OH...O) e fracas (CH...O). Além disso, as informações cristalográficas mostraram a existência de interações pi-pi, um importante contato hidrofóbico que contribui para manter o arranjo supramolecular. / Xanthones are a group of heterocyclic molecules having a dibenzo-gama-pyrone skeleton, and can be obtained as a synthetic or natural product. These compounds have often been afforded from Brazilian medicinal plants and have received special attention due to their phytochemical and biological properties. However, this compound class was seldom studied in the solid state, mainly with regard to the crystal structure. The lack of crystallographic studies can be explained due to the difficulties found in the production of single crystals. So, the goal of the first stage of this project was to obtain well shaped single crystals of the xanthones derivatives and then to perform X-ray diffraction measurements. After the data collection, the crystal structures were solved and refined. Here, twelve crystal structures of oxygenated xanthones derivatives were studied, in which one tetra-oxygenated xanthone presented two crystal forms. Hence, there are eleven chemically different constituents (I-XI) involved in the context of the xanthones. It is worth to emphasize that only the structure named III was a redetermination, being the others ones studied by X-ray diffraction for the first time. The molecular geometric parameters of each compound were provided by the refined structure. Despite the intramolecular aspects, the conformations of the rings and the substituents were highlighted, besides the effects caused by them. Usually, in the xanthone rings the preferred conformation is the planar, which was confirmed by theoretical calculations. The effect of the resonance assisted hydrogen bond (RAHB) on the molecular conformation was widely studied in the 1-hydroxylated xanthones derivatives. Finally, the intermolecular interactions and their meaning to the crystal structures stabilization were discussed, revealing that in almost all xanthones, the crystal packing are kept by strong (OH...O) and weak (CH...O) hydrogen bonds. In addition, the crystallographic analysis also pointed out to the presence of interactions pi-pi, an important hydrophobic contact for supramolecular assembly.

As xantonas compreendem uma importante classe de heterocíclicos moleculares que possuem um esqueleto dibenzo-gama-pironas, podendo estes serem obtidos tanto por meios sintéticos quanto naturais. Estes constituintes têm sido freqüentemente isolados de plantas medicinais brasileiras e vêm recebendo atenção devido a seus aspectos fitoquímicos e suas propriedades biológicas. No entanto, poucos estudos são dedicados à abordagem estrutural mais aprofundada desses compostos no estado sólido, principalmente com relação a estudos cristalográficos. Uma justificativa para a escassez de trabalhos dessa natureza pode estar relacionada com a dificuldade de obtenção de cristais de qualidade. Com isso, a primeira etapa deste trabalho dedicou-se à obtenção de monocristais dos derivados xantônicos e, posteriormente, realizaram-se as medidas de difração de raios X por monocristal. Após a coleta de dados de difração de raios X, as estruturas cristalinas foram resolvidas e refinadas. Neste trabalho estudaram-se doze estruturas cristalinas de derivados xantônicos oxigenados, sendo que, uma das xantonas tetra-oxigenadas apresentou dois polimorfos. Portanto, onze constituintes quimicamente diferentes estão envolvidos (I-XI). Ressalta-se que das doze estruturas determinadas por difração de raios X apenas uma, III, trata-se de uma redeterminação, as demais foram estudadas pela primeira vez. Através da estrutura refinada estudou-se as geometrias moleculares de cada composto. Em relação aos aspectos intramoleculares, destacam-se as conformações dos anéis e substituintes, além dos efeitos causados pelos mesmos. Assim, observou-se que existe a tendência do sistema de anéis xantônicos apresentar uma conformação planar, e isso foi confirmado por cálculos de otimização de geometria. Na conformação molecular das xantonas 1-hidroxiladas, o efeito de ligação de hidrogênio assistida por ressonância (LHAR) foi exaustivamente estudado. As interações intermoleculares mostraram que a grande maioria das estruturas cristalinas são estabilizadas por ligações de hidrogênio fortes (OH...O) e fracas (CH...O). Além disso, as informações cristalográficas mostraram a existência de interações pi-pi, um importante contato hidrofóbico que contribui para manter o arranjo supramolecular. / Xanthones are a group of heterocyclic molecules having a dibenzo-gama-pyrone skeleton, and can be obtained as a synthetic or natural product. These compounds have often been afforded from Brazilian medicinal plants and have received special attention due to their phytochemical and biological properties. However, this compound class was seldom studied in the solid state, mainly with regard to the crystal structure. The lack of crystallographic studies can be explained due to the difficulties found in the production of single crystals. So, the goal of the first stage of this project was to obtain well shaped single crystals of the xanthones derivatives and then to perform X-ray diffraction measurements. After the data collection, the crystal structures were solved and refined. Here, twelve crystal structures of oxygenated xanthones derivatives were studied, in which one tetra-oxygenated xanthone presented two crystal forms. Hence, there are eleven chemically different constituents (I-XI) involved in the context of the xanthones. It is worth to emphasize that only the structure named III was a redetermination, being the others ones studied by X-ray diffraction for the first time. The molecular geometric parameters of each compound were provided by the refined structure. Despite the intramolecular aspects, the conformations of the rings and the substituents were highlighted, besides the effects caused by them. Usually, in the xanthone rings the preferred conformation is the planar, which was confirmed by theoretical calculations. The effect of the resonance assisted hydrogen bond (RAHB) on the molecular conformation was widely studied in the 1-hydroxylated xanthones derivatives. Finally, the intermolecular interactions and their meaning to the crystal structures stabilization were discussed, revealing that in almost all xanthones, the crystal packing are kept by strong (OH...O) and weak (CH...O) hydrogen bonds. In addition, the crystallographic analysis also pointed out to the presence of interactions pi-pi, an important hydrophobic contact for supramolecular assembly.

El trabajo realizado en esta tesis surge del reconocimiento explícito de que la comprensión detallada de la modulación local que sufren distintas interacciones no covalentes en ambientes de dimensiones nanométricas resulta fundamental en diversos contextos biológicos. En este sentido, uno de los principales determinantes estructurales en proteínas son los puentes de hidrógeno del ‘backbone’ o por sus siglas en inglés BHBs (backbone hydrogen bonds). Dichas interacciones no covalentes son estables cuando el agua es significativamente excluida de su entorno local por los grupos hidrofóbicos de las cadenas laterales de los aminoácidos. Sin embargo, este requerimiento no necesariamente se cumple a lo largo de toda la proteína, y particularmente en sitios de binding, los cuáles pueden presentar propiedades de hidratación marcadamente diferentes de otras regiones de la superficie proteíca. Precisamente, ha sido sugerido que las propiedades de hidratación que presentan los sitios de binding juegan un papel central en los procesos de asociación ligando-proteína, así como también proteína-proteína, ya que se espera que las moléculas de agua de hidratación resulten lábiles y sean desplazadas del sitio de binding al formarse un complejo determinado. De hecho, el remplazo de moléculas de agua ‘desfavorables’ por grupos del ligando complementarios a la superficie de la proteína ha sido establecido como una de las fuerzas impulsoras principales para el binding y, como tal, se ha incorporado en estrategias computacionales basadas en la estructura (esta aproximación será aplicada a uno de los sistemas estudiados en el transcurso de esta tesis). Además, estudios de unión de pequeñas moléculas de prueba, han sido combinados con mapas de exclusión dictados por el patrón de moléculas de agua fuertemente unidas, con el objetivo de detectar sitios de binding. De acuerdo con este escenario heterogéneo para la hidratación de proteínas, una serie de investigaciones lideradas por el profesor Ariel Fernandez, identificaron puentes de Hidrógeno incompletamente protegidos (parcialmente expuestos al solvente) los cuáles permitieron codificar el proceso de unión en términos de dichos “defectos de empaquetamiento” que resultarían “pegajosos” debido a la necesidad de protección intermolecular adicional. Dichas ideas del Prof. Ariel Fernandez han sido precisamente la principal inspiración de este trabajo de tesis. Sin embargo, salvo en ciertos contextos específicos, dicho enfoque se ha centrado mayormente en el análisis de estructuras tridimensionales "estáticas" para una serie de proteínas. Resulta entonces muy importante destacar en este punto que por ser justamente las proteínas moléculas flexibles, su estructura obtenida experimentalmente (en particular por cristalografía de rayos X) captura meramente a aquella conformación más probable dentro de su dinámica estructural. Es decir que hablar de estructura es, más bien, hablar de una dinámica estructural. Existe todo un paisaje conformacional para una misma proteína, con mayor o menor población (probabilidad) de estructuras preferidas, de acuerdo con su estabilidad relativa en ese ensamble. Adicionalmente, tal vez, sean aquellas conformaciones estructuralmente más defectuosas, las que poseen mayores potencialidades adhesivas. Así, esta última insinuación resume sucintamente una de las hipótesis de partida para el trabajo desarrollado en esta tesis. En resumen, la columna vertebral de esta tesis será el estudio de interacciones moleculares no covalentes relevantes en medios biológicos, con el fin último de entender mecanismos subyacentes en el reconocimiento molecular, ya sea de complejos proteína–proteína como proteína-ligando, y sus proyecciones en el desarrollo de nuevas herramientas aplicables, por ejemplo, en el diseño racional de fármacos. Más específicamente, centramos nuestra atención en el estudio de BHBs, en un esfuerzo por esclarecer la dependencia contextual de dichas interacciones. Para esto, estudiamos mediante simulaciones por dinámica molecular las propiedades de hidratación de una serie de proteínas con demostrada relevancia terapéutica. Además realizamos matrices de contacto, dónde estudiamos el tiempo promedio de vida de un determinado BHBs, con el objetivo final de establecer relaciones entre su comportamiento/estabilidad con la exposición local al agua (solvente). De este modo, se demostrará que algunas de las particularidades de las conformaciones menos estables, pueden cumplir un rol fundamental en la fisicoquímica de interacción y, por otra parte, como esta ‘perdida de estabilidad’ puede estar justificada por sus características locales de hidratación. Posteriormente, utilizamos este conocimiento de manera predictiva en la evaluación de nuevos compuestos (los mismos pertenecientes a familias de moléculas de origen natural, caracterizadas por poseer un abanico de actividades biológicas ampliamente reportadas), así como también, en la propuesta de modificaciones racionales sobre pequeños ligandos con un interés biológico ya revelado. Finalmente algunos de dichos compuestos fueron sintetizados y evaluados biológicamente como inhibidores de la enzima Acetilcolinesterasa. / The present thesis work arises from the explicit recognition of the fact that understanding local modulation of different non-covalent interactions in nanometric environments is cornerstone in diverse biological contexts. In this sense, backbone hydrogen bonds (BHBs) have been shown to constitute major determinants of protein structure. In soluble proteins, such non-covalent interactions are stable provided water is significantly excluded from their local environment by hydrophobic aminoacid side-chains. However, this requirement is not necessarily met all along the protein chain, particularly at protein binding sites. Precisely, while not focusing explicitly on BHBs, the hydration properties of binding sites have been suggested to play a main role in ligand-binding or in protein-protein association since labile hydration-water molecules are expected to be displaced from the protein binding site. Indeed, the replacement of so-called “unfavorable” water molecules by groups of the ligand complementary to the protein surface has been established as a principal driving force for binding and, as such, has been incorporated in computational structure-based strategies. Also, fragment clustering approaches (binding of small molecular probes) have been combined with exclusion maps dictated by the pattern of tightly bound water molecules in order to detect protein binding sites. In accord with this heterogeneous scenario for protein hydration, the existence of BHBs partially exposed to the solvent (incompletely wrapped BHBs or ‘dehydrons’) has been established by Professor Ariel Fernández. The relevance of the dehydron for protein binding (their inherently sticky nature provided their requirement of additional intermolecular wrapping) led him to also implement them within the successful ‘wrapping technique’. Such motif, which exhibits an enhanced dehydration propensity, represents a structural packing defect that is readily determined from PDB coordinates (from X-ray experiments, for example). These ideas have been the main source of inspiration for the present thesis work. However, beyond certain specific contexts, the wrapping approach has mostly relied on ‘static’ structural information of proteins. Then, it is very important to note that, since proteins are inherently dynamical objects, the merely binary (formed/not formed) classification of non-covalent interactions provided by PDB structures might be veiling some valuable information regarding protein interactions and function. Hence, the experimentally determined protein structure (especially that conformation obtained from X-ray experiments) represents in fact the most probable conformation from all the ones visited during the protein structural dynamics. This means that there exists an incredibly complex protein conformational landscape with a huge amount of structures, each with high or low population (probability) according to its relative stability in that ensemble. Additionally, and provided the above-described hydration properties of protein binding sites, certain less stable conformations could be central for the binding process. This constitutes one of the main hypothesis of this thesis work. In summary, the central objective of this work will be the study of non-covalent interactions relevant in biological systems, with the aim of understanding the underlying mechanisms of molecular recognition and their implications in bioengineering, as in the development of new tools for rational drug design. More specifically, we have cantered our attention on the study of BHBs, in order to clarify the way in which this kind of interaction is modulated by the local context in proteins. To this end, we have characterized the hydration properties of a series of therapeutic relevant proteins by means of molecular dynamics simulations. Additionally, we have performed a contact matrix analysis, where the overage lifetime of each 7 interaction (BHBs) was recorded to relate their stability with solvent exposure. In this way, it will be shown that some characteristics of the less stable conformations might play a fundamental role in binding processes, while this ‘loss of stability’ will be rationalized in terms of hydration properties. In turn, this knowledge will be exploited in the theoretical evaluation of several new compounds for different biological targets. Finally, some of such compounds will be synthesized and biologically tested as anti-Acetylcholinesterase agents