SUMMARY: advanced oxidation processes are nowadays, an effective treatment for waste water polluted with agrochemicals or persistent pollutants, and also are environmentally friendly methods. In the present thesis three herbicides have been studied, atrazine, desmetrine and cyanazine , commonly used to treat crops to remove weeds. These treatments are based on oxidation processes in electrolytic cell with an anode of boron-doped diamond (BDD) and a stainless steel cathode or an oxygen diffusion cathode. BDD anode has been very effective for this purpose since it has a high resistence in many media and has a high oxygen overpotential. Studied conditions for the degradation were carried out taking into account the influence of the pH of the medium, temperature and the presence of catalysts. The methods applied are anodic oxidation, electro- photo and photo electro- Fenton. In the case of Fenton treatment, the necessary hydrogen peroxide to take place the Fenton reaction has been electrogenerated with an air diffusion cathode. In the photo electro -Fenton method, the solution was irradiated with a UV black light lamp. The results demonstrate that the most effective method in all cases is the photo electro-method, because there is a synergy between the oxidizing power of electro- Fenton method and the degradation capacity of ultraviolet radiation on some degradation intermediates. The study also comprises a tracking of all intermediates generated during mineralization by spectrophotometric and chromatographic techniques , and a kinetic study for every herbicide . Finally a degradation pathway is proposed for the three herbicides consistent with experimental results. / RESUMEN: Los procesos de oxidación avanzada son hoy en día, un tratamiento efectivo para la eliminación de contaminantes persistentes de las aguas residuales, a la vez que son medioambientalmente compatibles. En la presente tesis doctoral se ha hecho el estudio de la degradación de tres herbicidas s-triazínicos, la atrazina, la desmetrina y la cianacina, de uso habitual para el tratamiento de cultivos, para eliminar las malas hierbas que hacen disminuir la producción en plantaciones de carácter extensivo. Los tratamientos aplicados se basan en procesos de oxidación en celda electrolítica con un ánodo de diamante dopado con boro (BDD) y un cátodo de acero inoxidable o de difusión de oxígeno. El ánodo de BDD se ha mostrado muy eficaz para esta finalidad puesto que posee una elevada resistencia en diversos medios y posee un elevado sobrepotencial al desprendimiento de oxígeno. Las condiciones estudiadas para la degradación se han efectuado teniendo en cuenta la influencia del pH de medio, la temperatura y la presencia de catalizadores. Los métodos aplicados han sido la oxidación anódica, electro-Fenton y foto electro-Fenton. En al caso de los tratamientos Fenton, el peróxido de hidrógeno necesario para que tenga lugar la reacción de Fenton se ha electrogenerado con un cátodo de difusión de aire. En el método foto electro-Fenton, se irradió la solución a tratar con una lámpara UV de luz negra. Los resultados obtenidos demuestran que el tratamiento más eficaz es en todos los casos el método foto electro-Fenton, por existir una sinergia entre el poder oxidante del método electro-Fenton y la capacidad degradativa de la radiación ultravioleta sobre ciertos intermedios de degradación generados. El estudio comprende un seguimiento de todos los intermedios generados durante la mineralización mediante técnicas cromatográficas y espectrofotométricas, así como un estudio cinético para cada uno de los compuestos estudios, siguiendo todos ellos cinéticas de pseudo primer orden. Finalmente se ha propuesto un camino de degradación para los tres herbicidas coherente con los resultados experimentales obtenidos.

Aquesta tesi doctoral tracta diversos àmbits de la química enfocats des de la perspectiva teòrica, sense perjudici de la referència experimental a la que es fa referència quan és possible. L'enfocament generalitzat parteix d'una consideració sobre quin és el paper de la ciència a la societat actual i què s'espera de cada disciplina científica, així com una petita reflexió sobre quina ha de ser la seva interacció amb la resta de les àrees del coneixement. Com a contribució al camp de l'estructura electrònica, es proposa una comparació entre els mètodes basats en la funció d'ona i els mètodes basats en la teoria del funcional de la densitat. Aquest capítol inclou també un resum dels mètodes que a judici de l'autor són els més populars per al càlcul de solucions estacionàries de l'equació de Schrödinger. En el camp de la teoria del camí de reacció, es culmina la fonamentació matemàtica d'un seguit de tipus de camí de reacció (la coordenada de reacció intrínseca, els gradients extremals i les trajectòries newtonianes) que s'havia iniciat uns anys enrere al grup. També es parla de l'aplicació sobre sistemes químics dels gradients extremals i les trajectòries newtonianes. És destacable també la proposta del camí de reacció batejat com a dinàmica de l'ascens gradual que resulta com a prometedor com a localitzador de punts estacionaris a les superfícies d'energia potencial. En el capítol de dinàmica s'explora la utilització de hamiltonians de sistema – bany com a mitjà per a analitzar la possibilitat d'emprar radiació de terahertz per a iniciar reaccions tèrmiques. Destaca l'us del hamiltonià quàntic del camí de reacció en un estudi de reactivitat de clústers d'aigües i radicals hidroxil. A més, es realitza la proposta d'un nou mètode de binning, el BPPOC (binning per projecció de paquets d'ona clàssics) que pensem que pot arribar a oferir molt bones aproximacions a distribucions de naturalesa quàntica fins i tot millorant el cost computacional dels mètodes de binning presents avui dia a la bibliografia. / In this thesis several aspects of theoretical chemistry are treated. Nonetheless, the aid of experimental results is always seeked. In the electronic structure chapter, several methodologies are reviewed. The focus of the chapter is on the comparison between wavefunction methods and density functional theory. Their mathematical structure is analyzed by means of the Löwdin partition technique and relevant results are highlighted. Furthermore, some high level calculations are included in order to particularize the theoretical discussion. In the field of the reaction path theory, the variational and mathematical basis of the Intrinsic Reaction Coordinate, Newton Path and Gradient Extremals are completed. Moreover, new applications for the Gradient Extremals and Newton Path are proposed, such as conical intersections location. A new reaction path is described, namely, the Gentlest Ascent Dynamics, and its utility as stationary points finder is tested within three different analytical potential energy surfaces. In the dynamics framework, we propose the theoretical study of the activation of thermal reactions by means of the terahertz radiation; we use a bath – system hamiltonian in order to model the interactions with harmonic oscillators and carry out quantum dynamic calculations using the MCTDH package. We also review some results of the Quantum Reaction Path Hamiltonian. Finally, some results for a new type of binning, the Binning by Projection of Classical Wavepackets, are described.

Section 1 (Introduction) is a comprehensive review of the subjects discussed in this thesis: biocatalysis, aldolases and iminocyclitols. It contains a description of the application of dihydroxyacetone phosphate (DHAP) and dihydroxyacetone (DHA) utilizing aldolases to the chemoenzymatic synthesis of bioactive compounds and an introduction to the structure, biological activities and synthesis of iminocyclitols. Recent bibliographic references are included at the end of the section. Section 2 (Objectives) outlines the aims of this thesis. Section 3 (Results and discussion) describes the studies carried out in this thesis. Bibliographic references are included as an overview of previous results and to support our statements at the end of each chapter. - Section 3.1 deals with the application of D-fructose-6-phosphate aldolase in organic chemistry. It describes the chemoenzymatic preparation of polyhydroxylated compounds, sugars 1-deoxy-D-xylulose and 1-deoxy-D-ido-hept-2-ulose and iminocyclitols 1-deoxynojirimycin, 1-deoxymannojirimycin and N-alkylated derivatives, 1,4-dideoxy-1,4-imino-D-arabinitol and 1,4,5-trideoxy-1,4-imino-D-arabinitol. An unprecedented methodology, having as a key step a novel enzymatic aldol addition reactions catalyzed by D-fructose-6-phosphate aldolase, is presented. - Section 3.2 presents the cascade chemical-enzymatic synthesis of a collection of novel 1,4-dideoxy-1,4-imino-D- and -L-arabinitol (DAB and LAB) 2-aminomethyl derivatives including 2-oxopiperazine conjugates which have an interest as potential glycosidase inhibitors. - Section 3.3 describes the chemoenzymatic synthesis of novel polyhydroxylated pyrrolizidines of the family of casuarines by means of an asymmetric strategy based on cascade aldol additions catalyzed by dihydroxyacetone phosphate (DHAP) and dihydroxyacetone (DHA) aldolases. - Section 3.4 describes the methodology and results of the preliminary in vitro assays for glycosidases inhibition activity of some of the compounds synthetized during the course of this thesis. Section 4 (Experimental) describes the procedure for the experimental work carried out in this project. 1H and 13C NMR spectra can be found in the attached CD. / La reacción aldólica es uno de los métodos más útiles y potentes para la formación de enlaces carbono carbono que permite, simultáneamente, la funcionalización y generación de nuevos centros estereogénicos adyacentes. Las aldolasas dependientes del fosfato de dihidroxiacetona (DHAP) catalizan estereoselectivamente la adición aldólica de DHAP a una gran variedad de aldehídos aceptores y han sido objeto de numerosos estudios que demuestran su utilidad como catalizadores en síntesis orgánica asimétrica. La principal limitación de esta clase de aldolasa es su estricta especificidad por el sustrato dador, la DHAP, que es un reactivo costoso y químicamente inestable. Por ello, los estudios dirigidos a la eliminación de la necesidad de la utilización de DHAP mediante estrategias de ingeniería de reacción, evolución dirigida, o a través del descubrimiento de nuevas enzimas naturales, son de gran interés. En este contexto el descubrimiento de la D-fructosa 6-fosfato aldolasa (FSA), una enzima natural que acepta dihidroxiacetona (DHA) como dador, ha sido de enorme importancia. El objeto de esta tesis es la aplicación de aldolasas dependientes de DHA y DHAP a la síntesis de compuestos quirales bioactivos. Los iminociclitoles son una clase de glicomiméticos muy atractivos en química médica ya que poseen actividad inhibidora de glicosidasas y glicosiltransferasas y, por tanto, con un vasto potencial terapéutico para el tratamiento de enfermedades como diabetes, infecciones virales y cáncer, entre otras. En este trabajo se describe una metodología quimioenzimática para la preparación de desoxiazúcares e iminociclitoles cuyas etapas clave son nuevas adiciones aldólicas estereoselectivas de dihidroxiacetona (DHA) e hidroxiacetona (HA) a diferentes aldehídos catalizadas por FSA. Mediante esta estrategia se han obtenido los iminociclitoles 1-deoxinojirimicina, 1-deoximannojirimicina y sus derivados N-alquilados, 1,4-dideoxi-1,4-imino-D-arabinitol y 1,4,5 trideoxi-1,4-imino-D-arabinitol y los desoxiazúcares 1-deoxi-D-xilulosa y 1 deoxi-D-ido-hept-2-ulosa. El 1,4-dideoxi-1,4-imino-D-arabinitol (DAB) y su enantiómero (LAB) son pirrolidinas polihidroxiladas con una amplia actividad inhibidora de varias glicosidasas. Las pirrolizidinas polihidroxilados son una clase de iminociclitoles bicíclicos que también poseen una importante actividad biológica. En este trabajo se presenta una estrategia quimioenzimática que emplea aldolasas dependientes de DHA y DHAP, para la síntesis de DAB y LAB, de una colección de sus derivados 2-aminometílicos y conjugados 2 oxo-piperazinicos y de nuevas pirrolizidinas polihidroxiladas de la familia de las casuarinas, todos con potencial actividad inhibidora de glicosidasas.

En la presente tesis se han desarrollado y aplicado métodos de laboratorio para la caracterización del transporte por difusión de radionucleidos catiónicos y aniónicos en distintos filtros porosos relacionados con experimentos de difusión, en arcillas relacionadas con las barreras de ingeniería y, principalmente, en suelos insaturados. El estudio de difusión de radionucleidos en los filtros poroso y arcillas, permitió obtener información acerca de los mecanismos de difusión que tienen lugar en dichos materiales, y profundizar en la influencia de los factores y procesos que la afectan. Para ello se aplicó el método through-diffusion para la cuantificación de los coeficientes de difusión efectiva de radionucleidos (HTO, radiosodio, radiocesio, radiocloruro y radioselenato), y de especies estables (cloruro, cesio y estroncio) en distintos materiales empleados como filtros porosos (acero, VYCOR glass®, Al2O3 y poliéter éter cetona). Además, se cuantificaron los coeficientes de difusión efectiva y parámetros de sorción de radiosulfato y radiocesio en una arcilla caolinita compactada (KGa-2) en función de la concentración de sal (NaClO4) en la solución de contacto, mediante la aplicación, respectivamente, de los métodos through-diffusion e in-diffusion. Para la caracterización del transporte por difusión de radionucleidos en suelos insaturados se adaptaron y aplicaron dos métodos experimentales en tubos de difusión, los métodos de media celda y en fuente plana. Estos experimentos permitieron estudiar la difusión de radiocloruro, radioestroncio, radiocesio, radioselenito y radioselenato en suelos con diferentes propiedades edáficas mediante la obtención de sus coeficientes de difusión aparente, así como, evaluar el rol de las condiciones experimentales (tiempo de difusión, grado de humedad, compactación de las muestras, principalmente), y de procesos de interacción/sorción sobre la difusión. Finalmente, los datos obtenidos de difusión se aplicaron para la obtención de valores de sorción de los radionucleidos. Así, se derivaron los coeficientes de distribución sólido-líquido en los suelos y arcillas estudiados, que aportaron información acerca de los mecanismos de interacción entre estos materiales y los radionucleidos. En algunos casos, tales valores pudieron relacionarse con coeficientes de distribución sólido-líquido obtenidos experimentalmente en ensayos en medios dispersos (batch) en los mismos materiales. / In this thesis we have developed and applied laboratory methods for the characterization of the transport by diffusion of cationic and anionic radionuclides in various porous filters related to diffusion experiments, in clays related to engineered barriers and mainly in unsaturated soils. The study of diffusion of radionuclides in porous clay filters provided information about the diffusion mechanisms taking place in these materials, and allowed examine the influence of the factors and processes that affect it. We applied the through-diffusion method for quantification of effective diffusion coefficients of radionuclides (HTO, radiosodio, radiocaesium, radiocloruro and radioselenato) and stable species (chloride, cesium and strontium) on various porous materials used as filters (steel, VYCOR ® glass, Al2O3 and polyether ether ketone). Furthermore, the effective diffusion coefficients and sorption parameters of radiocaesium and radiosulphate, were quantified in a compacted kaolinite clay (KGa-2) depending on the salt concentration (NaClO4) of the contact solution by application, respectively, of the through-diffusion and in-diffusion methods. For characterizing the transport by diffusion of radionuclides in unsaturated soils, we adapted and applied two experimental methods in diffusion tubes: the half-cell and planar source methods. These experiments allowed us to study the diffusion of radiochloride, radiostrontium, radiocaesium, radioselenite and radioselenate in soils by obtaining their apparent diffusion coefficients, as well as evaluate the role of experimental conditions (experimental diffusion time, moisture content and compaction of samples), and processes of interaction / sorption on diffusion. Finally, the experimental data were applied for deriving sorption values of the radionuclides. Thus, the solid-liquid distribution coefficients were derived in the soils and clays studied, which provided information regarding the mechanisms of interaction between materials and radionuclides. In some cases, the distribution coefficients derived by diffusion were related to distribution coefficients obtained experimentally in dispersed samples (batch) in the same materials.

Els esteroides anabolitzants androgènics (AAS) són compostos sintètics que mimetitzen l'efecte que produeix la testosterona, androgen endogen. Aquest tipus de compostos s'utilitzen per l'augment del rendiment físic dels esportistes o per incrementar la producció de carn en l'àmbit de la ramaderia. Aquest tipus de pràctiques estan regulades i prohibides per diferents organismes tant governamentals com esportius, la qualcosa crea una necessitat de disposar de mètodes de control. Com a resposta a aquesta situació, el propòsit d'aquesta tesi doctoral ha estat el desenvolupament de noves metodologies basades en receptors selectius per a la determinació de diferents AAS en matrius biològiques. Es descriuen el desenvolupament i l'aplicació de diferents tècniques immunoquímiques (ELISA i Immunosorbents) per la determinació de Estanozolol (St), Boldenona (B) i Metilboldenona (MB) en orina bovina. Així com es desenvolupa un ELISA per la determinació de la Tetrahidrogestrinona, THG, un nou anabolitzant de disseny que va ser sintetitzat per no ser detectat. També es descriu el desenvolupament d'un nou tipus de receptors sintètics, els MIPs (Molecular Imprinted Polymers), selectius per Testosterona i Boldenona.Per tal d'obtenir anticossos policlonals selectius pel St, B, MB i THG, s'han dissenyat l'haptèns d'immunització fent servir d'eines de modelització molecular per avaluar el grau de homologia entre aquests hatens, els analits diana i els corresponents metabòlits. Així, els 5 haptens dissenyats i sintetitzats haurien de permetre el reconeixement de A) St i 3'OHSt (hB_St), simultaneament; B) St i 16OH-St (hA_St), simultaneament; C) B, MB i alfa-B (hA_B), simultaneament; D) MB (hB_MB) i E) THG (hTHG). Per la immunització, cadascun dels haptens preparats es va acoblar covalentment a l'HCH (horseshoe crab hemocyanin). La producción d'anticossos es va fer mitjançant protocols ben establerts al laboratori amb conills blancs de la varietat New Zealand.La determinació immunoquímica de molecules de baix pes molecular es fa sota configuracións de tipus competitu, per la qualcosa va ser necessari preparar altres inmunoreactius, per acobalment covalent d'haptens amb la BSA (bovine serum albumin) i a l'HRP (horseradish peroxidase). D'aquesta manera es van establir els següents assaigs immunoenzimàtics per a la detecció de St, B, MB i THG.. Pel cas del St, es van obtenir 3 diferents ELISAs per a la determinació selectiva de St, St i 3'OH-St, i St i 16OH-St, amb una detectabilitat de IC50 de 0.55, 2.15 i 1.65 nM, respectivament pel St.· Per la B i MB, es van obtenir unes corbes de calibració en format directe amb una IC50 de 4 nM i 2.15 nM.· Per la determinació de THG es va obtenir una IC50 de 1.44 nM.Per tal de detectar-les en matrius tan de origen animal com d'origen humà, es van desenvolupar diferents procediments analitics. Finalment, un altre tipus de metodologia desenvolupada per la determinació de hormones anabolitzants és la de utilitzar polímers d'empremta molecular (MIP) per la testosterona. Aquesta metodologia consisteix en fer polimeritzar la testosterona en presència d'uns monòmers de reconeixement i amb l'ajut d'un agent reticulant, per crear una xarxa tridimensional que conté la testosterona. Un cop eliminada de la matriu polimèrica la testosterona es quedaria una cavitat que té afinitat per la testosterona. Aquesta metodologia es va realitzar amb èxit pel reconeixement específic de la testosterona. / The Anabolic Androgenic Steroids (AAS) are family of compunds that mimic the endogen androgenic hormone, the testosterone. These compounds are illegally used to improve the performance in athletes and also as a growth promoter in cattle. Theses practices are banned by the corresponding organizations like WADA and EC, which has raised the need to develop analytical methods of control. In this context, the aim of this thesis has been the development of new methodologies based in selective receptors for the determination of AAS in different matrices. With this purpose, different immunochemical techniques (ELISA and Immunosorbent) for the detection key AAS such as Stanozolol (St), Boldenone (B) and Methylboldenone (MB), and their corresponding metabolites, have been established. Similarly, the immunochemical detection of Tetrahydrogestrinone (THG), the new designer steroid known as"the clean" has also been addressed. Moreover, artificial receptors, such as molecular imprinted polymers (MIPs )for the selective recognition of testosterone and boldenone have also been developed and evaluated. The detectability achieved for the ELISAs developed is suffucient to perform analysis in real samples in compliance with the EC and WADA regulations. The IC50 values of each ELISA method are summarized as follow:· St: Three assays with different detectability, IC50= 0.55, 2.15 and 1.65 nM, with a different pattern of cross-reactivity, depending which metabolite could be detected.· B/MB: Two different assays specific for B, IC50= 4nM, and for MB, IC50= 2.15 nM.· THG: A specific assay was developed with an IC50 of 1.44 nM.Regarding MIPs a selective artificial receptor for the determination of T and B is reported.

En la presente tesis doctoral se han aplicado herramientas quimiométricas en el estudio y optimización de los parámetros implicados en la electrodeposición de metales y aleaciones mediante pulsos de corriente, centrando el trabajo en dos procesos determinados: • Cromo duro: con objeto de mejorar la funcionalidad y durabilidad de estos recubrimientos tan extendidos industrialmente, se ha investigado el efecto de la electrodeposición mediante pulsos de corriente sobre la estructura y propiedades de dichos recubrimientos. Se han conseguido depósitos de cromo uniformes, sin grietas, con una mayor hidrofobicidad y un mejor comportamiento frente a la corrosión que los obtenidos convencionalmente mediante corriente continua. Asimismo, se han obtenido a escala industrial recubrimientos de cromo con un buen aspecto, una mayor eficiencia, mayor dureza y una resistencia a la corrosión considerablemente superior a las obtenidas actualmente. Además, se ha caracterizado el comportamiento frente a la corrosión de las capas de cromo en presencia de cloruros mediante el empleo de técnicas electroquímicas de corriente continua y alterna. El trabajo realizado ha permitido establecer una base comparativa para los recubrimientos alternativos a desarrollar posteriormente y para llevar a cabo la aplicación y la optimización de las técnicas quimiométricas, estableciendo un método sistemático en el estudio y la selección de los parámetros de nuevos procesos de electrodeposición mediante pulsos de corriente. • NiW: teniendo en cuenta la necesidad de desarrollar recubrimientos alternativos al cromo duro, viables industrialmente, respetuosos con el medio ambiente y que ofrezcan sus propiedades funcionales, así como a la cada vez mayor exigencia del mercado en disponer de recubrimientos de altas prestaciones, se ha estudiado la electrodeposición de NiW mediante pulsos de corriente. Para ello, se ha propuesto y optimizado un electrolito de NiW y se ha demostrado la influencia de la aplicación de la electrodeposición mediante pulsos de corriente y de la adición de un tensioactivo (SDS) sobre la estructura y propiedades de los recubrimientos obtenidos a partir de dicho electrolito. Este estudio ha permitido obtener electrodepósitos más uniformes, con una mayor eficiencia de corriente, una dureza elevada y una resistencia a la corrosión similar a la obtenida por los recubrimientos de cromo duro convencionales. Las diferentes herramientas quimiométricas aplicadas han permitido determinar los parámetros e interacciones que afectan de manera significativa a las propiedades de los recubrimientos de cromo y NiW, así como establecer, mediante análisis multivariante, relaciones entre las características estructurales y físicas de los mismos. Los modelos propuestos, las superficies de respuesta y los resultados obtenidos en la validación experimental permitirían determinar las condiciones de deposición más adecuadas para la obtención de recubrimientos de cromo y NiW con unas propiedades determinadas, es decir, conducirían a la definición de los parámetros de pulso necesarios para conseguir materiales “a medida”. Por otra parte, se ha aplicado y evaluado la viabilidad de la metodología de Taguchi para estudiar el efecto de las variables de un proceso de electrodeposición mediante pulsos de corriente a escala industrial. La investigación realizada ha permitido desarrollar una metodología que podría ser aplicada en el estudio y optimización de otros procesos de deposición por pulsos de diferentes metales y aleaciones. Asimismo, permitiría lograr una mayor comprensión del efecto de los parámetros de pulso sobre las propiedades de los recubrimientos metálicos y facilitaría enormemente la determinación de las condiciones eléctricas óptimas en un nuevo proceso de electrodeposición.

En aquesta tesi doctoral, s’ha desenvolupat metodologia analítica per a la purificació, separació i caracterització de prió cel•lular (PrPC) i superòxid dismutasa (SOD-1), dues proteïnes relacionades amb les Encefalopaties Espongiformes Transmissibles (TSEs) i l’Esclerosi Lateral Amiotròfica (ALS), respectivament. Les TSEs es caracteritzen per l’acumulació de la forma patològica del PrPC (PrPSc) al cervell dels animals afectats, mentre que a l’ALS s’observa la formació d’agregats de SOD-1. Avui dia, encara es desconeixen els factors que inicien i regulen les interaccions que condueixen a la formació d’agregats proteics en moltes malalties neurodegeneratives. Alguns autors suggereixen mecanismes basats en els canvis estructurals que s’observen entre la proteïna nativa i la patològica, que estan relacionats amb la conformació, la seqüència d’aminoàcids, els metalls o les modificacions post-transduccionals. En proteïnes oligomèriques com la SOD-1, també s’ha considerat la dissociació dels oligòmers fins a monòmers abans de l’agregació. És doncs necessari millorar el coneixement de l’estructura d’aquestes proteïnes i aprofundir en els mecanismes que governen l’agregació. En aquest treball es proposa una estratègia de purificació per recuperar de manera eficient PrPC de cervell boví emprant mètodes de purificació convencionals no immuniquímics i western blot (WB) per detectar la presència PrPC en les diferents etapes. Tot seguit s’estudia exhaustivament la separació i caracterització de la SOD-1 mitjançant electroforesi capil•lar acoblada a l’espectrometria de masses amb analitzadors de trampa iònica i de temps de vol (CE-IT-MS i CE-TOF-MS), espectrometria de masses amb font d’ionització per desorció amb làser assistida per una matriu i analitzador de temps de vol (MALDI-TOF-MS) i espectrometria de masses de mobilitat iònica amb font d’ionització per nano-electrosprai (n-ESI-IM-MS). Els estudis amb SOD-1 purificada a partir de mostres de sang d’individus sans i pacients amb ALS han permès obtenir algunes conclusions preliminars interessants sobre els canvis estructurals en la proteïna associats a la malaltia. / In this thesis, we developed an analytical method for the purification, separation and characterization of cellular prion (PrPC) and superoxide dismutase (SOD-1), two proteins related to Transmissible Spongiform Encephalopathies (TSEs) and the Amyotrophic Lateral Sclerosis (ALS), respectively. The TSEs are characterized by the accumulation of the pathological form of PrPC (PrPSc) in the brain of affected animals, whereas in ALS it is observed the formation of aggregates of SOD-1. Today, factors that initiate and regulate the interactions that lead to the formation of protein aggregates in many neurodegenerative diseases are still unknown. Some authors suggest mechanisms based on the structural changes observed between the native and the pathology protein which cold be related with the conformation, the amino acid sequence, metals or post-translational modifications. In oligomeric proteins such as SOD-1, the dissociation of oligomers to monomers before aggregation it is also considered. So, it is crucial to increase the knowledge of the structure of these proteins and the mechanisms that govern its aggregation for understanding the disease development. This paper proposes a strategy for having an efficient recovery in the purification of bovine brain PrPC using conventional purification methods that not involves immunochemical procedures. The presence of PrPC was checked at different stages by western blot (WB). Then, the separation and characterization of the SOD-1 by capillary electrophoresis coupled to mass spectrometry with ion trap and time of flight analyzers (CE-IT-MS and CE-TOF-MS), matrix-assisted laser desorption/ionization with a time of flight mass analyzer (MALDI-TOF-MS) and ion mobility mass spectrometry with power nano-electrospray ionization source (n-ESI-IM-MS) was studied. The comparison of purified SOD-1 from blood samples of healthy individuals and patients with ALS have yielded some preliminary interesting conclusions about structural changes in the protein associated with cold be related with the disease.

L’èxit de l’aqüicultura moderna es basa en el control sobre la reproducció de les espècies, en el millor coneixement de la seva biologia, en les innovacions tecnològiques i en el desenvolupament d’aliments específics. En base a aquests requisits per la millora de la pràctica de l’aqüicultura, i també a l'esmenada necessitat de fonts alternatives de les matèries primeres (farina i oli de peix) per als pinsos d’engreix, es van plantejar els estudis que constitueixen la present tesis. Els treballs que la composen tenen com a objectiu general abordar la millora del cultiu de peixos amb interès comercial a partir de l’optimització de l’ús dels nutrients. Més concretament, es va determinar com es pot afectar la capacitat d’aprofitament dels carbohidrats digeribles de la dieta en dues espècies de peixos carnívors com són la truita (O. mykiss) i l’orada (S. aurata). Per aconseguir-ho, primer es va intentar incrementar la demanda energètica del peix mitjançant un exercici moderat però sostingut (a 1.3 LC•s-1 en la truita i 1.5 LC•s-1 en l’orada, en els Capítols I, II i III) i també es va variar la distribució dels nutrients en els diferents moments d'alimentació del dia (estudi del règim diari en el Capítol IV). Mantenint els animals en aquestes condicions es van estudiar les relacions entre la nutrició i el metabolisme dels peixos analitzant primer la composició tissular dels animals; segon, fent el seguiment del nutrients marcant-los amb traçadors metabòlics (midó amb C13 i proteïna amb N15), i en tercer lloc estudiant els canvis de les fibres musculars. Els estudis presentats ens permeten concloure que la truita sotmesa a natació sostinguda incrementa l'ús dels carbohidrats de la dieta i dels dipòsits de lípids i glicogen en músculs. Convertint una part significativa dels carbohidrats a lípids en el fetge, i oxidant-ne una altra part en els músculs, especialment en el múscul vermell. A més a més, la major recuperació de N15 en el total del peix exercitat 24 h després d’una ingesta forçada, principalment en la fracció proteica dels dos músculs (RM i WM), evidencia objectivament que la natació sostinguda augmenta la deposició de proteïnes en la truita irisada, resultant en un estalvi proteic. L’orada, per altra banda, té una capacitat considerable per usar els carbohidrats de la dieta per a la producció d'energia, presentant també un major recanvi (turnover) dels nutrients amb l'exercici. En l'orada, una major retenció de les proteïnes de la dieta (major deposició de N15 en el múscul blanc durant tot el període postprandial) sota condicions d'exercici sostingut demostrà un estalvi proteic (sparing-effect) per a l'ús de carbohidrats, evitant la deposició excessiva de lípids. I el creixement hipertròfic del múscul blanc sota condicions d’activitat explica l'augment en el creixement de l’orada i és indicatiu de la producció d’un major filet. Això demostra que les dos espècies presenten marcades diferències en l'ús de nutrients. Per altra banda, quan es combina la major activitat que l’orada presenta durant el dia amb la composició de la dieta s'incrementen les interconversions metabòliques i l’eficiència de retenció proteica en el múscul blanc. Per això, l’administració d’una dieta rica en carbohidrats al matí no va perjudicar la incorporació de proteïnes de la dieta, ni la deposició en el múscul, ni el creixement. A la vegada, els isòtops estables van mostrar que els canvis metabòlics postprandials de distribució i destí dels nutrients marcats (C13-carbohidrat i N15-proteïna) són deguts al règim alimentari (nombre de menjars per dia i freqüència), però a la vegada estan condicionats per l’última ingesta rebuda. Les aplicacions practiques dels estudis haurien de tenir present que l’exercici combinat amb la composició de la dieta contribueix a una reducció en la contaminació de l'aigua a causa de la major retenció de la proteïna de la dieta. I que la reducció en el contingut de proteïna de la dieta va ser compensada amb major retenció proteica, però els carbohidrats no varen ser usats igual d’eficientment a la tarda que al matí. Les implicacions científiques d’aquests resultats van més enllà d'uns estudis concrets en condicions controlades. Així, les investigacions futures haurien de dirigir-se a l’exploració sobre l'ús dels nutrients en dietes balancejades i que continguin diferents proporcions de nutrients no proteics (hidrats de carboni/lípids) com a font d'energia, juntament amb l'optimització de les condicions de natació sostinguda i de la freqüència i quantitat d’aliment diari en altres espècies de peixos. / The aim of the Thesis is to study the improvement of fish farming through the optimization of the use of nutrients. We determined how to optimize the capacity to use dietary carbohydrates in two species of carnivorous fish, rainbow trout (O. mykiss) and sea bream (S. aurata). Firstly, we tried to increase the energy demand of fish through a sustained moderate exercise, and then we varied nutrients distribution through the day. We kept animals in these conditions and after we studied the relationship between nutrition and metabolism in fish by analyzing animals tissue composition and tracing the nutrients with C13-starch and N15-protein. We also studied the changes in the muscle fibers. The studies included in this Thesis allow us to conclude that trout, subjected to sustained swimming, increases the use of dietary carbohydrate and also augments the lipid and glycogen deposits in muscles. In trout under sustained-exercise, a noticeable of carbohydrates were transformed to lipids in the liver and other amount was oxidized in muscles. The total N15 recovery on exercised fish was mainly in protein fraction of both muscle (red & with), at 24 hours after forced-feeding, shows that sustained swimming increases protein deposition resulting in a protein sparing. On the other hand, sea bream has a good capacity to use dietary carbohydrate for energy production, also showing a great nutrient turnover under exercise. Greater retention of dietary protein under conditions of sustained exercise demonstrated a sparing-effect for the use of carbohydrates, preventing an excess of lipid deposition. In addition, the hypertrophic growth of white muscle under conditions of activity explains the growth of the sea bream. This demonstrates that both species show marked differences in nutrient use. Furthermore, when you combine the increased activity of the sea bream showed during the day with the composition of the diet, it is observed an increase of the metabolic interconversion and efficiency of protein retention in the white muscle. The administration of a carbohydrate-rich diet in the morning did not impair the incorporation of dietary protein or deposition in muscle or growth. Stable isotopes showed that postprandial metabolic changes of distribution and fate of nutrients marked are due to diet, yet are conditioned by the last intake received.

Pipecolidepsin A is a cyclodepsipeptide produced by a Homophymia marine sponge that has shown interesting anticancer properties against several human cancer cell lines. From a structural point of view, it is a “head-to-side-chain” cyclodepsipeptide, in which the ester bond links the C-terminal and the side-chain of the unprecedented amino acid AHDMHA. This linkage provides a beta-branched arrangement that comprises a 25-membered macrolactone, and an exocyclic peptidic arm terminated with a polyketide moiety. Furthermore, Pipecolidepsin A contains up to 6 synthetic building blocks with several potential side reactions during the SPPS. The syntheses of the suitable protected derivatives of the amino acids L-threo-beta-EtO-Asn, AHDMHA and DADHOHA have been developed in our laboratory. Additionally, an already described procedure to synthesize the beta-hydroxyacid HTMHA was also adapted and reproduced. The biggest synthetic challenge of Pipecolidepsin A’s synthesis is the construction of the ester bond over an extremely hindered secondary alcohol. Thus, incorporation of the Alloc-pipecolic-OH moiety was studied at different growing stages of the peptide chain, meaning, after coupling of Fmoc-AHDMHA-OH, Fmoc-diMeGln-OH and Fmoc-DADHOHA(Acetonide, Trt)-OH residues. Moreover, when developing the synthetic scheme, some main potential side reactions and synthetic challenges were considered: consecutive coupling of extremely bulky residues, racemization, intramolecular lactamization of unprotected beta-amino diMe-Gln, aspartimides formation and dehydration to nitrile of the unprotected side-chain amides. A robust and reproducible synthetic strategy for Pipecolidepsin A has been developed for the first time. The chemical, structural and biological equivalence between natural and synthetic Pipecolidepsin A has been satisfactorily proved by means of HPLC-PDA co-elution, 1H and 13C NMR spectral assignment comparison, and biological evaluation of both compounds employing a colorimetric assay based on the sulforhodamine B reaction. Importantly, the synthetic scheme has been proved useful to provide straightforward access to analogs that will facilitate valuable structure-activity relationships (SARs). In addition, the synthesis of the cytotoxic proline-rich peptide Phakellistatin 19 was successfully achieved by using a combination of solid-phase and solution techniques. After chemical and spectral validation of the synthetic compound, biological evaluation revealed that synthetic Phakellistatin 19 did not display the same cytotoxicity of the natural counterpart. Thus, two different hypotheses were suggested and studied. The first one points out that preparations of natural Phakellistatins could contain a spectrally undetectable amount of a contamination (structurally related, eg. an epimer, or a totally different compound), which would be responsible for the biological activity. The second one argue that the presence of several Pro residues capable of cis-trans isomerism in a constrained macrocycle provides structures with a complex conformational profile. Individual conformers at Pro linkages bearing different biological properties could be stabilized in different conditions. / Dos productes naturals marins de naturalesa peptídica han estat sintetitzats i estudiats estructuralment en la present tesi doctoral. El Pipecolidepsin A és un ciclodepsipèptid “cap-cadena lateral” que ha mostrat uns valors de citotoxicitat molt prometedors. Té una disposició estructural molt característica en la que un enllaç èster uneix l’extrem carboxil-terminal amb la cadena lateral de l’aminoàcid AHDMHA, originant d’aquesta manera una macrolactona de 25 membres i un braç peptídic exocíclic acabat amb un beta-hidroxiàcid. A més a més, la seva complexitat sintètica es veu incrementada per la presència en la seva estructura de fins a 6 aminoàcids sintètics no comercials. Les síntesis dels derivats correctament protegits dels residus L-threo-beta-EtO-Asn, AHDMHA, DADHOHA i HTMHA han estat desenvolupades i verificades al nostre laboratori. L’etapa crítica de la síntesi del Pipecolidepsin A és la formació de l’enllaç èster sobre un alcohol extremadament impedit. A més a més, són moltes les reaccions secundàries associades als diferents residus sintètics (deshidratació d’amides laterals a nitrils, racemització, formació d’aspartimides, lactamització intramolecular del residu DiMe-Gln quan l’amina està desprotegida...). Tot això es tindrà en compte durant el desenvolupament i validació de l’estratègia sintètica que donarà accés al Pipecolidepsin A, i obrirà la porta a la síntesi d’altres anàlegs i compostos relacionats. El Phakellistatin 19 és un pèptid cíclic homodètic ric en residus prolina. Un esquema sintètic que combina fase sòlida i solució ha estat satisfactòriament desenvolupat. No obstant i malgrat haver verificat l’equivalència química i espectral del Phakellistatin 19 sintètic, aquest no presenta el mateix comportament biològic que el natural. La possibilitat que una impuresa (en especial un epimer) espectralment no detectable sigui la responsable de la citotoxicitat, o bé que la presència de residus Pro capaços d’establir un equilibri cis-trans real generin un complex equilibri conformacional en el que els diferents confòrmers tinguin un perfil biològic diferent, han estat extensivament estudiades.

Several drug discovery approaches has been performed to find new compounds able to interact with high affinity with the hormone binding site of the homotetrameric protein transthyretin (TTR), and stabilize this tetramer, becoming drug candidates to treat several rare amyloid diseases associated with TTR. With this aim, several computational workflows and chemico-biological databases have been developed, and in collaboration with two experimental research laboratories of our TTR Consortium (one contributing with the chemical synthesis or acquisition of the designed compounds, and the other contributing with the biological activity assay results for the synthesized or acquired compounds). The specific objectives of this thesis are: a) The generation of a chemico-biological database containing the historical and newly generated results of the TTR Consortium, containing the chemical structures and biological activities of the TTR ligands. b) Explore the possibility of using repurposing techniques applied to the discovery of new TTR inhibitors among the existing drugs, with particular focus on anti-inflammatory drugs, which are known to be good TTR ligands. c) Design of new flavonoid compounds as TTR ligands by means of structure-based drug design. d) Incorporate the Ligand Efficiency Indices analysis (both retrospective and prospective) as a new tool for designing new compounds with increased efficiency as TTR ligands. e) The computational development of a combined predictive/experimental workflow for the analysis of the metabolic stability of TTR ligands, as a tool for improving the prioritized compounds in our in-house database to obtain new compounds with better metabolic and pharmacokinetic properties. Among this thesis those workflows have been developed in order to obtain possible new amyloidogenic inhibitors: a) A computational workflow to obtain TTR ligand fingerprints has been developed, and the application of this workflow to the repurposing of marketed antiinflammatory drugs has delivered 3 compounds as new TTR stabilizers. b) A computational workflow to obtain a TTR-protein structure based pharmacophore has been developed, and the application of this workflow to a database of flavonoid compounds has delivered one compound as a new TTR stabilizer.