Esta Tesis está enmarcada en el emergente campo de investigación denominado electrónica molecular, que se puede definir como el estudio de procesos electrónicos medidos o controlados a escala molecular. La utilización de moléculas en circuitos electrónicos de tamaño nanoscópico representa el mayor grado de miniaturización posible, con las ventajas que ello conlleva como mayor velocidad de operación o bajo coste de fabricación. Actualmente se han realizado grandes avances en la síntesis, caracterización y ensamblaje de moléculas y existen a escala molecular: rectificadores, puertas lógicas electrónicamente configurables, dispositivos NDR (negative differential resistance), transistores de efecto de campo FET, interruptores, memorias, etc. Ahora bien, uno de los requisitos para usar cualquier componente electrónico molecular es la capacidad de unirlo o integrarlo en la estructura de un dispositivo electrónico. Para conectar una molécula a otra, son necesarios los cables o hilos de escala molecular. Es decir, no cualquier molécula con una función útil se puede considerar automáticamente como un dispositivo electrónico, sino que ha de existir una vía para interaccionar con otros componentes; de ahí la importancia de los hilos moleculares. En esta Tesis se han estudiado las propiedades conductoras de diversos compuestos moleculares orgánicos para definir su comportamiento como hilos moleculares. Un método o aproximación para estudiar el transporte de electrones a través de un hilo molecular consiste en utilizar el hilo molecular como puente de unión entre un sistema dador y otro aceptor de electrones, de manera que pueda darse una Transferencia Electrónica Intramolecular (TEI) entre ambos (transferencia de un electrón de un extremo a otro de la misma molécula). Así, se han estudiado diversos compuestos utilizando para ello especies de valencia mixta (sistemas con dos centros redox con valencia formal distinta que se encuentran unidos covalentemente a una estructura puente o hilo molecular propiamente dicho).Las moléculas estudiadas como hilo molecular han sido: tetratiafulvaleno (TTF), 1-5(p-fenilenvinileno) y diversos compuestos aza-derivados, y como centros electroactivos, los que mejor se adecuaban a las características de estas moléculas: 1,4-benzoquinona, radical perclorotrifenilmetilo (PTM) y ferroceno, respectivamente. En todas las especies de valencia mixta generadas en esta Tesis se ha demostrado la existencia de Transferencia Electrónica Intramolecular, que en la mayoría de los casos se ha podido cuantificar por UV-Vis-NIR, RPE o ambas técnicas a la vez. Esto nos ha permitido evaluar la capacidad conductora de los hilos moleculares estudiados. La interacción electrónica entre centros redox es moderada en todos los casos, por lo que las especies se pueden clasificar como de valencia mixta de Clase II.Se ha demostrado por primera vez que el tetratiafulvaleno es un buen puente molecular para mediar Transferencias Electrónicas Intramoleculares. Por primera vez se ha demostrado a partir del estado fundamental y no del fotoexcitado no sólo que los oligo(p-fenilenvinilenos) son buenos conductores, sino además la influencia de la longitud de la cadena en la barrera de energía térmica, en la velocidad de la Transferencia Electrónica Intramolecular (y por tanto en la conductividad), así como los mecanismos implicados en el proceso. Los compuestos diferrocenilos con puentes aza-derivados estudiados son también buenos hilos moleculares. Presentan interacción electrónica metal-metal en sus especies de valencia mixta y, en la mayoría de los casos también interacción ligando-metal. Por otro lado, también se ha estudiado el reconocimiento de iones metálicos por parte de estos últimos compuestos, mostrando en algún caso una complejación selectiva de iones Mg2+ o Hg2+. Se ha demostrado que el proceso de complejación/descomplejación de iones Mg2+ se puede controlar electroquímicamente de forma reversible y que se puede aprovechar esta propiedad para transportar estos iones de forma eficaz. / The work described in this Thesis is related to the area of molecular electronics, which can be defined as the study of electrical and electronic processes measured or controlled on a molecular scale. Using molecules in nanoscopic electronic circuits means the highest degree of miniaturization is achieved so that a shorter time of data processing can be reached. Nowadays some electronic components exist at the molecular scale such as rectifiers, negative differential resistance (NDR), field effect transistors (FET), switches, memory devices, etc. However, one of the requirements to using any molecular electronic component is the ability to wire it into a device architecture. To connect molecules to one another, molecular-scale wires are necessary. Therefore, describing a molecule doing some useful function does not automatically make it a molecular electronic device-there must be a way to interact with other components. Thus it is important to consider how a molecular electronic device can be wired into a circuit.In this Thesis the conducting properties of different organic molecular compounds have been studied in order to define their behaviour as molecular wires. An approach to study the electron transport through a molecular wire consists of using the molecular wire as a bridging unit between electron donor and acceptor moieties, in order to induce an Intramolecular Electron Transfer between both moieties. Different compounds have been studied using mixed valence species (systems containing two redox centres with different formal valences covalently bridged to a bridge structure or molecular wire). The molecules that have been studied as molecular wires are: tetrathiafulvalene (TTF), 1-5(p-phenylenevinylene) and some aza-derived compounds, as well as these: 1,4-benzoquinone, perchlorotriphenylmethyl radical (PTM) and ferrocene, respectively have been utilised as redox centres. All the formed mixed valence species show an Intramolecular Electron Transfer phenomenon, which can be quantified by UV-Vis-NIR, EPR or both techniques at the same time, which has permitted us to evaluate the conducting capacity of the molecules under study. In all the species the electronic interaction between both redox centres is moderate, so the species can be classified as Class II mixed valence systems.It has been demonstrated for the first time that tetrathiafulvalene is a good molecular bridge to mediate Intramolecular Electron Transfer processes. In addition, it has been demonstrated that oligo(p-phenylenevinylene) molecules (OPPV) are good conductors, making the corresponding studies in the ground state for the first time instead of in the photoexcited state as it has always been made until now. Moreover, the influence of the OPPV length in the thermal energy barrier and in the Intramolecular Electron Transfer rate constant (so that in the conductivity) has been studied as well as the possible electron transfer mechanisms involved in the process. The diferrocenyl compounds with aza-derived bridges studied are also good molecular wires. They show metal-metal electronic interactions in their mixed valence species, and almost all of them also show ligand to metal interaction. The metal ion recognition of the latter compounds has been analysed, with some showing selectivity for Mg2+ or Hg2+ ions. It has also been demonstrated that the complexation/decomplexation process of Mg2+ ions can be controlled electrochemically and reversibly and this can be applied to transport Mg2+ ions effectively.

Made available in DSpace on 2015-08-19T13:52:53Z (GMT). No. of bitstreams: 2 5.pdf: 3872815 bytes, checksum: 455a971c4daecfecb98403b32be14999 (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2012 / Fundação Oswaldo Cruz. Instituto de Tecnologia em Fármacos/Farmanguinhos. Rio de Janeiro, RJ, Brasil. / O efavirenz (EFA) está classificado como um fármaco de classe II, pois é pouco hidrossolúvel e altamente permeável pelo trato gastrointestinal. Estas duas características básicas são essenciais para sua biodisponibilidade. Assim, a escolha de uma formulação adequada para esse fármaco é essencial no desenvolvimento de comprimidos, para garantir melhor disponibilização no trato gastrointestinal, de forma a alcançar a biodisponibilidade e o efeito terapêutico desejados. Nesse trabalho, oEFA e a mistura EFA:polivinilpirrolidona (PVP), preparados por processos de micronização com intuito de aumentar a dissolução do fármaco, foram espectroscopicamente estudados e caracterizados. No caso do EFA sua estrutura foi modelada usando o método B3LYP com intuito de auxiliar na análise dos resultados experimentais. A caracterização espectroscópica foi realizada utilizando diversas técnicas como infravermelho (IV) e ressonância magnética nuclear (RMN)em solução e de sólidos. A análise térmica por calorimetria diferencial de varredura(DSC) e a análise termogravimétrica (TGA) mostraram que os processos de comicronização não afetaram a estrutura cristalina do fármaco puro e nem a do fármaco nas misturas. A RMN comprovou a integridade dos mesmos, em solução eno estado sólido, indicando que o EFA encontra-se dimerizado. Os estudos de RMN também mostraram que, tanto no estado líquido quanto no sólido, ocorrem interações intermoleculares via ligação de hidrogênio do EFA com a PVP. Os espectros de RMN de sólido indicaram que ocorre dissolução parcial do EFA na matriz polimérica / Efavirenz (EFA) is classified as a class II drug because it is poorly water soluble and highly permeable through the gastrointestinal tract. These two basic characteristics are essential for its bioavailability. Thus, the choice of a suitable formulation for this drug is essential in the development of tablets to ensure better gastrointestinal tract in order to achieve both the bioavailability and the therapeutic effect desired. In this work, EFA and the blends EFA:polyvinylpyrrolidone (PVP) were prepared by spray drying and grinding processes in order to increase the solubility of the drug, were studied and characterized spectroscopically. In the case of EFA its structure was modeled using the B3LYP in order to aid the analysis of the experimental results. The spectroscopic characterization was performed using various techniques such as infrared spectroscopy (FTIR) and nuclear magnetic resonance (NMR) in solution and solid state. Thermal analysis by differential scanning calorimetry (DSC) and thermogravimetric analysis (TGA), showed that the micronization process neither affected the crystal structure of the pure drug nor the drug in blends. NMR confirmed the integrity of the solution and the solid form and identified that the EFA is dimerized. The NMR studies also showed that both liquid and solid interactions occur via intermolecular hydrogen bonding of EFA with PVP. The NMR spectra indicated that occurs the solid partial dissolution of the EFA in the polymer matrix.

A fosfatase Cdc25B atua na progressão do ciclo celular através da ativação de complexos Cdk/Ciclina. Atualmente, nos modelos estruturais propostos do domínio catalítico da Cdc25B não estão incluídos os últimos 16 resíduos da região C-terminal. Este segmento tem importante papel no reconhecimento do substrato proteico e pode estar envolvido na complexação de pequenas moléculas com a Cdc25B. Assim, o principal objetivo desta tese foi avaliar a flexibilidade conformacional do domínio catalítico completo da Cdc25B em solução através de simulações computacionais e por medidas experimentais de ressonância magnética nuclear (RMN). A similaridade entre as estruturas cristalográficas e em solução foi confirmada pela previsão de ângulos diedrais φ/ψ da cadeia principal a partir dos deslocamentos químicos (CS) e pela concordância entre os acoplamentos dipolares residuais (RDC) medidos e calculados a partir da geometria cristalina. Medidas de parâmetros de relaxação de 15N e RDC evidenciaram a presença de desordem conformacional na região C-terminal, em acordo com a ausência de densidade eletrônica desse segmento no experimento de difração de raios-X. Através da comparação entre CS experimentais e previstos de simulações de dinâmica molecular (DM) longas (total de 6µs de duração) foram apontados artefatos de cristalização, possíveis erros nos campos de força usados nas simulações, falhas na composição do sistema simulado e estados conformacionais populados pela Cdc25B em solução distintos da geometria cristalográfica. De maneira geral, os CS previstos a partir das simulações para a flutuação estrutural dos resíduos da região C-terminal desordenada estão em acordo com os valores experimentais, sugerindo que os estados conformacionais deste segmento foram razoavelmente bem amostrados nas simulações. Em particular, verificou-se que o contato tipo cátion-π entre as cadeias laterais dos resíduos 550W do C-terminal desordenado e 482R do núcleo proteico, ausente na estrutura cristalográfica, pode ser importante em solução. A formação desse contato na simulação de DM também está de acordo com medidas experimentais de perturbação de deslocamentos químicos (CSP) entre construções completa e truncada do domínio catalítico da Cdc25B. Assim, através do uso conjunto de simulações computacionais e medidas experimentais foi possível obter uma representação mais completa e realista da flexibilidade conformacional do domínio catalítico da Cdc25B em solução, incluindo a determinação de possíveis contatos intramoleculares entre a região C-terminal desordenada e o núcleo proteico. Essas informações poderão ser usadas na construção de um ensemble conformacional da Cdc25B. / Cdc25B phosphatase acts on the progression of cell cycle through the activation of Cdk/Cyclin complexes. Currently, the proposed structural models of Cdc25B catalytic domain lack the last 16 residues from the C-terminal region. This segment is important for protein substrate recognition and might be involved in small molecule binding to Cdc25B. Thus, the main goal of this thesis was to evaluate the conformational flexibility of the complete catalytic domain from Cdc25B through computer simulations and experimental nuclear magnetic resonance (NMR) measurements. Similarity between crystal and in solution structures was confirmed by the prediction of backbone φ/ψ dihedral angles from chemical shifts (CS) and by the agreement between observed and back-calculated residual dipolar couplings (RDC). 15N relaxation and RDC measurements pointed to the conformational disorder of the C-terminal region, in agreement with the X-ray diffraction experiment where this segment showed no electronic density. Comparison between experimental and predicted CS from long molecular dynamics (MD) simulations (6µs total running time) pointed to the presence of crystallographic artifacts, possible deficiencies in simulation force fields, inaccurate composition of the simulated system and conformational states visited by Cdc25B in solution that were not observed in the crystallographic geometry. Generally, CS predicted from simulations for the structural fluctuation of the disordered C-terminal region were in agreement with experimental values, suggesting that the simulations sampled the conformational states populated by this segment reasonably well. In particular, a cation-π contact not observed in the crystal structure between side chains of residue 550W from the disordered C-terminal tail and residue 482R from the protein core might be important in solution. This contact is also in agreement with experimental chemical shift perturbations (CSP) measured between complete and truncated constructs of Cdc25B catalytic domain. Therefore, the joint use of computer simulations and experimental measurements allowed the achievement of a more complete and realistic representation of the conformational flexibility of the Cdc25B catalytic domain in solution, including intramolecular contacts between the disordered C-terminal region and the protein core. This information might be used to obtain a conformational ensemble of Cdc25B.

A fosfatase Cdc25B atua na progressão do ciclo celular através da ativação de complexos Cdk/Ciclina. Atualmente, nos modelos estruturais propostos do domínio catalítico da Cdc25B não estão incluídos os últimos 16 resíduos da região C-terminal. Este segmento tem importante papel no reconhecimento do substrato proteico e pode estar envolvido na complexação de pequenas moléculas com a Cdc25B. Assim, o principal objetivo desta tese foi avaliar a flexibilidade conformacional do domínio catalítico completo da Cdc25B em solução através de simulações computacionais e por medidas experimentais de ressonância magnética nuclear (RMN). A similaridade entre as estruturas cristalográficas e em solução foi confirmada pela previsão de ângulos diedrais φ/ψ da cadeia principal a partir dos deslocamentos químicos (CS) e pela concordância entre os acoplamentos dipolares residuais (RDC) medidos e calculados a partir da geometria cristalina. Medidas de parâmetros de relaxação de 15N e RDC evidenciaram a presença de desordem conformacional na região C-terminal, em acordo com a ausência de densidade eletrônica desse segmento no experimento de difração de raios-X. Através da comparação entre CS experimentais e previstos de simulações de dinâmica molecular (DM) longas (total de 6µs de duração) foram apontados artefatos de cristalização, possíveis erros nos campos de força usados nas simulações, falhas na composição do sistema simulado e estados conformacionais populados pela Cdc25B em solução distintos da geometria cristalográfica. De maneira geral, os CS previstos a partir das simulações para a flutuação estrutural dos resíduos da região C-terminal desordenada estão em acordo com os valores experimentais, sugerindo que os estados conformacionais deste segmento foram razoavelmente bem amostrados nas simulações. Em particular, verificou-se que o contato tipo cátion-π entre as cadeias laterais dos resíduos 550W do C-terminal desordenado e 482R do núcleo proteico, ausente na estrutura cristalográfica, pode ser importante em solução. A formação desse contato na simulação de DM também está de acordo com medidas experimentais de perturbação de deslocamentos químicos (CSP) entre construções completa e truncada do domínio catalítico da Cdc25B. Assim, através do uso conjunto de simulações computacionais e medidas experimentais foi possível obter uma representação mais completa e realista da flexibilidade conformacional do domínio catalítico da Cdc25B em solução, incluindo a determinação de possíveis contatos intramoleculares entre a região C-terminal desordenada e o núcleo proteico. Essas informações poderão ser usadas na construção de um ensemble conformacional da Cdc25B. / Cdc25B phosphatase acts on the progression of cell cycle through the activation of Cdk/Cyclin complexes. Currently, the proposed structural models of Cdc25B catalytic domain lack the last 16 residues from the C-terminal region. This segment is important for protein substrate recognition and might be involved in small molecule binding to Cdc25B. Thus, the main goal of this thesis was to evaluate the conformational flexibility of the complete catalytic domain from Cdc25B through computer simulations and experimental nuclear magnetic resonance (NMR) measurements. Similarity between crystal and in solution structures was confirmed by the prediction of backbone φ/ψ dihedral angles from chemical shifts (CS) and by the agreement between observed and back-calculated residual dipolar couplings (RDC). 15N relaxation and RDC measurements pointed to the conformational disorder of the C-terminal region, in agreement with the X-ray diffraction experiment where this segment showed no electronic density. Comparison between experimental and predicted CS from long molecular dynamics (MD) simulations (6µs total running time) pointed to the presence of crystallographic artifacts, possible deficiencies in simulation force fields, inaccurate composition of the simulated system and conformational states visited by Cdc25B in solution that were not observed in the crystallographic geometry. Generally, CS predicted from simulations for the structural fluctuation of the disordered C-terminal region were in agreement with experimental values, suggesting that the simulations sampled the conformational states populated by this segment reasonably well. In particular, a cation-π contact not observed in the crystal structure between side chains of residue 550W from the disordered C-terminal tail and residue 482R from the protein core might be important in solution. This contact is also in agreement with experimental chemical shift perturbations (CSP) measured between complete and truncated constructs of Cdc25B catalytic domain. Therefore, the joint use of computer simulations and experimental measurements allowed the achievement of a more complete and realistic representation of the conformational flexibility of the Cdc25B catalytic domain in solution, including intramolecular contacts between the disordered C-terminal region and the protein core. This information might be used to obtain a conformational ensemble of Cdc25B.