O trabalho descreve o estudo do metabolismo secundário de Piper regnellii. Os principais metabólitos de Piper regnellii são 3 fenilpropanóides, 4 neolignanas di-hidrobenzofurânicas, entre as quais conocarpano, epi-conocarpano e regnellina; 3 neolignanas benzofurânicas: eupomatenóide-6, eupomatenóide-5 e eupomatenóide-3, e 3 dinor-neolignanas: decurrenal, epi-decurrenal e um éster metílico. Com base nas substâncias isoladas, foi proposta uma rota biossintética, onde o fenilpropanóide p-hidróxi-propenil-benzeno é sugerido como o precursor da neolignana conocarpano. Esta rota biossintética foi avaliada, utilizando-se preparações enzimáticas de folhas de P. regnellii, onde foi observada a conversão do p-hidróxi-propenil-benzeno em conocarpano com rendimento de 21 %. O conocarpano enzimaticamente produzido foi analisado por cromatografia quiral, que mostrou a conversão enantiosseletiva (85% ee) para a formação do (+)conocarpano e 100% ee para a formação do (-)-epi-conocarpano. A fração enzimática responsável pela conversão foi também avaliada quanto à especificidade ao substrato, utilizando-se o ácido p-cumárico, álcool p-cumárico e E-isoeugenol. Somente no caso deste último foi observada sua conversão não específica em licarina-A, que pode ser considerada artefato biossintético. Observou-se que a fração enzimática é específica para propenil-fenóis, não convertendo fenilpropanóides com C-9 oxidado. Esta é a primeira demonstração de uma enzima específica envolvida na biossíntese de uma neolignana como dímero de propenilfenol. / This present work describes the biosynthetic study of secondary metabolism in Piper regnellii (Piperaceae). The isolation and structural determination of major secondary compounds carried out in roots of P. regnellii yielded three phenylpropanoids (apiol, dillapiol and myristicin), four dihydrobenzofuran neolignans, including conocarpan and epi-conocarpan, three benzofuran neolignans: eupomatenoid-6, eupomatenoid-5 and eupomatenoid-3, and three dinor-neolignans: decurrenal, epi-decurrenal and a methyl ester. Since p-hydroxypropenylbenzene was considered to be the precursor of the dihydrobenzofuran neolignan conocarpan, such conversion was evaluated by an enzyme preparation obtained from leaves. A membrane fraction was capable to convert unlabelled p-hydroxypropenylbenzene to conocarpan (21 %), in a enantiosseletive manner since the (+)-conocarpan produced showed 85% ee and (-)-epiconocarpan 100% ee. The substrate specificity of this enzyme was evaluated against E-isoeugenol, p-coumaric acid and p-coumaric alcohol, but no conversion could be observed. The soluble fraction was able to catalyse the dimerization of E-isoeugenol to the racemic licarin-A, which can be considered an artefact since this neolignan is not a natural product of P. regnellii. The occurrence of benzofuran neolignans in P. regnellii is determined by the presence of a highly enantioselective and substrate specific enzyme which is capable to dimerize p-hydroxypropenyl-benzene to (+)-conocarpan. To date, this is the first demonstration of a specific enzyme involved in biosynthesis of neolignan as a dimer of propenylbenzene.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:29:09Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2008-04-14Bitstream added on 2014-06-13T20:19:00Z : No. of bitstreams: 1 gomes_jpm_me_arafcf.pdf: 701791 bytes, checksum: cd29e183b510cd091b271dae4deccba3 (MD5) / O presente trabalho avaliou a citotoxicidade in vitro de produtos naturais (terpenos, iridóides e derivados fenólicos) em linhagens celulares de adenocarcinoma murino de mama (LM3) e de pulmão (LP07), buscando uma possível correlação entre estrutura molecular e atividade antitumoral. A ordem de citotoxicidade na linhagem LM3 foi tingenona> pristimerina> plumericina> cromeno> paclitaxel> escandenina> acetato de bauerenila> ácido p-cumárico> ácido clorogênico. Na linhagem LP07, a exceção é a inversão de posição entre os ácidos clorogênico e p-cumárico e escandenina e paclitaxel. Pristimerina, tingenona, plumericina e o cromeno foram mais ativos que o controle positivo, taxol. Os nor-triterpenos pentacíclicos quinonametídeos tingenona (IC50=0,002 μmol/mL em LP07 e 0,003 μmol/mL em LM3) e pristimerina (IC50=0,005 μmol/mL em LP07 e LM3) apresentaram a maior citotoxicidade nas linhagens tumorais. A avaliação da relação estrutura e atividade indicaram os anéis A e B essenciais para o efeito citotóxico, devido à cetona ,ß-insaturada. A interação de pristimerina e tingenona com N-acetilcisteína foi confirmada por métodos espectrofotométricos e biológicos, constituindo um provável mecanismo de ação das substâncias. A atividade mutagênica das moléculas mais promissoras, pristimerina, tingenona e plumericina foi avaliada in vitro na presença e ausência de ativação metabólica (S9) e não demonstraram mutagenicidade (RM<2). / This study evaluates the in vitro cytotoxicity of natural products such as terpenes, iridoids, and phenolic derivatives in the cell lines of adenocarcinoma murine of the breast (LM3) and lung (LP07). The study attempted to identify possible correlations between the molecular structure of these natural products and anticancer activity. The sequence for cytotoxic activity in the LM3 line was tingenone> pristimerin> plumericine> cromene> paclitaxel> scandenin> bauerenyl acetate> p-coumaric acid> chlorogenic acid. This sequence was similar to the LP07 cell line, however the exception was the inverse order between clorogenic and p-coumaric acid and between scandenine and taxol. Pristimerine, tingenone, plumericine and cromene were more potent than taxol, the positive control substance in this study in all cell lines. The quinone-methide triterpene tingenone (IC50=0,002 μmol/mL in LP07 and 0,003 μmol/mL in LM3) and pristimerin (IC50=0,005 μmol/mL in LP07 and LM3) showed the largest level of cytotoxicity in the cell lines. The structure-activity relationship suggests that rings A and B containing an , ßunsaturated carbonyl group are essential for the observed cytotoxic activity. The interaction between pristimerin and tingenone with N-acetilcysteine was proved by byological and spectrophotometric methods, estabilishing a likely action mechanism to these compounds. The in vitro mutagenic activity was evaluated for the most promising compounds: pristimerine, tingenone and plumericine, and they did not show mutagenic potential (RM<2).

Desde as primeiras civilizações, o ser humano se utiliza da diversidade química encontrada na natureza como parte do seu desenvolvimento e até mesmo sobrevivência. Dentre os produtos naturais, as plantas possuem destaque pela quantidade de candidatos a fármacos que chegam à fase final de estudos clínicos. Uma família de plantas de grande interesse é a Asteraceae, cujas plantas biossintetizam diferentes tipos de terpenos, poliacetilenos e substâncias fenólicas. Na busca por novas substâncias ativas, surgem as bibliotecas ou coleções de substâncias, extratos e frações que se tornaram uma das bases para a pesquisa das propriedades químicas e biológicas na indústria. Para a análise e conhecimento dessas bibliotecas são utilizadas técnicas analíticas no estado da arte, como a Cromatografia Líquida de Ultra Eficiência (do inglês, UHPLC), acoplada a Espectrômetros de Massas de Alta Resolução (do inglês, HRMS). Nesse trabalho foi desenvolvido um método analítico em CLAE-EM utilizando a abordagem metabolômica da impressão digital. Esse método foi otimizado utilizando ferramentas in silico e validado segundo padrões internacionais para validação bioanalítica, mostrando-se linear, seletivo, robusto, preciso e acurado para o que foi proposto. Esse método foi utilizado ao longo do processo de otimização para a extração de 244 diferentes espécies de Asteraceae, após a obtenção da melhor condição: 20 mg/mL de droga vegetal, proporção de etanol e água de 80% e tempo de extração de ultrassom de 15 min. A partir dessa condição, foram obtidos os extratos e construída assim a coleção denominada AsterLibII. Cento e vinte substâncias de origem natural isoladas pelo grupo de pesquisa AsterBioChem foram devidamente organizadas para compor a AsterLibI. As estruturas 2D obtidas a partir dessas substâncias, juntamente com mais de 8000 estruturas adicionais obtidas pela conversão de arquivos de levantamento bibliográfico, utilizando ferramentas computacionais, formaram a AsterLibIII. Os dados obtidos pela análise da AsterLibII por UHPLC-HRMS mostram a diversidade dos sinais que representam possíveis substâncias em uma faixa de polaridade de alta a média-baixa, não sendo facilmente interpretadas relações entre as amostras, devido à baixa sensibilidade de gráficos de dispersão e da correlação linear necessária para se obter a redução dimensional efetiva por PCA (Principal Component Analysis). Os modelos matemáticos utilizados tanto para a otimização do método analítico como para a obtenção da melhor condição para as bibliotecas se mostraram estatisticamente significativos e forneceram informações sobre as variáveis. Através das ferramentas analíticas e computacionais utilizadas, foi possível a construção de bibliotecas de produtos naturais promissoras para estudos biológicos e químicos, incluindo estudos voltados para modelos de desreplicação / From the begining, civilizations use the chemical diversity found in nature as part of their growing culture and knowledge, even to overcome disease. Among natural products, plants are most noticed because of their success in reaching the final stage of drug discovery. Asteraceae species are of great interest because of the chemical diversity and their dissemination in nature. The chemical compounds found in Asteraceae are terpenes, flavonoids, coumarins, polyacetylenes, benzofurans and phenylpropanoids. With regard to drug discovery, a new emerging approach is the construction of libraries, collections of extracts, compounds and fractions, which have become a fundamental tool for understanding biological and chemical properties, especially in industry. To perform library analysis towards knowledge, state-of-the-art techniques used are UHPLC and HRMS, mainly coupled. In this work, the development and validation of an analytical methodology using the metabolic fingerprint approach was carried out. After validation, the analytical method was considered linear, precise, robust, accurate and selective for the metabolomics analysis. The analytical method was applied together with response surface studies to obtain an efficient extraction condition that allowed to reach most of the chemical diversity. After that, 244 plant samples were extracted and AsterLibII was constructed. 120 natural compounds isolated by members of the AsterBioChem group were duly organized and became AsterLibI. Then, the 2D structures drawn from AsterLibI, along with about 8000 2D structures extracted and converted by computational means from the bibliographic search, became AsterLibIII. Graphical and mathematical analysis was performed on AsterlibII, although it was not easy to see patterns and continue the investigation of metabolites. This was due to the low sensitivity of the dispersion plots and the expected linear correlation to obtain a real dimensional reduction using Principal Component Analysis (PCA). The mathematical models used to understand the variables in the extraction and development of the method showed statistical significance and they were important to access information. Using analytical and computational tools, it was possible to construct libraries of natural products with great potential for biological and chemical studies, including dereplication studies

Neutrófilos são a primeira linha de defesa do sistema imunológico, eles produzem substâncias microbicidas, tais como espécies reativas de oxigênio (ERO), são capazes de eliminar patógenos e possuem papel importante em processos inflamatórios fisiológicos e patológicos. No entanto, os efeitos benéficos e nocivos mediados por esta célula dependem, em grande parte, do equilíbrio redox, que se estabelece entre a produção de ERO e a ação de antioxidantes. A quebra deste equilíbrio leva ao estresse oxidativo, capaz de causar danos pelas ERO sobre as estruturas biológicas. Sendo assim, a regulação das funções dos neutrófilos é um importante alvo terapêutico. O objetivo deste trabalho foi avaliar a ação de produtos naturais - extrato bruto, frações e subfrações - oriundas da Antártica na regulação do metabolismo oxidativo de neutrófilos humanos. Para este propósito, o extrato bruto da alga Palmaria decipiens, nove (9) frações do fungo endofítico Aspergillus unguis e nove (9) subfrações deste foram estudadas. As amostras foram avaliadas quanto à atividade scavenger, utilizando-se o 2,2-difenil-?-picrilhidrazil; à citotoxidade aos neutrófilos, por análise da viabilidade celular com o ensaio de exclusão do Azul de Trypan; e ao efeito sobre a produção de ERO pelos neutrófilos, medida por quimiluminescência dependente de luminol, utilizando-se forbol-12-miristato-13-acetato como estímulo para os neutrófilos. Os resultados mostraram que: 1) nenhuma das amostras apresentou atividade scavenger; 2) a viabilidade celular manteve-se igual ou maior que 90% quando neutrófilos foram expostos às frações FR5, FR6*, FR8, e às subfrações contendo 100% Acetato de Etila, 10% Acetato de Etila:Hexano, 20% Acetato de Etila:Hexano e 40% Acetato de Etila:Hexano; 3) dentre as frações que mostraram viabilidade celular maior que 90%, a inibição da produção de ERO pelos neutrófilos foi observada com a FR5 (51%), a FR6* (20%), a subfração 100% Hexano (73%), a subfração 20% Acetato de Etila/Hexano (42%) e a subfração 40% Acetato de Etila/Hexano (38%). Os resultados mostram que algumas das frações e subfrações do fungo endofítico Aspergillus unguis apresentaram inibição da produção de ERO pelos neutrófilos humanos entre (20 a 73%). Esta inibição não é por atividade scavenger de radiciais de oxigênio, sugerindo que este efeito regulador sobre o neutrófilo possa resultar da atividade dos componentes nestas frações sobre outras vias metabólicas desta célula. A partir destes resultados, faz-se necessário identificar a composição destas frações e seus efeitos sobre vias metabólicas e sobre outras funções efetoras dos neutrófilos. A contribuição deste estudo é a procura por moléculas bioativas, capazes de regular parcialmente as respostas do neutrófilo, para restabelecer o equilíbrio funcional desta célula em estados patológicos, diminuindo seus efeitos nocivos sem prejuízo do seu papel crucial para a homeostase. / Neutrophils are the first line of defense of the immune system, they produce microbicidal substances, such as reactive oxygen species (ROS), able to eliminate pathogens and play important roles in physiological and pathological inflammatory processes. However, the beneficial and harmful effects mediated by this cell depend on the redox balance, which is established between the production of ROS and the action of antioxidants. The imbalance leads to oxidative stress capable of causing damage by ROS on biological structures. Thus, the regulation of neutrophil functions is an important therapeutic target. The aim of this work was to evaluate the action of natural products - crude extract, fractions and subfractions - originating from Antarctica environment in the regulation of the oxidative metabolism of human neutrophils. For this purpose, the crude extract of the Palmaria decipiens algae, nine (9) fractions of the endophytic fungus Aspergillus unguis and nine (9) subfractions from this fungus were studied. The samples were evaluated for scavenger activity using 2,2-diphenyl-?-picrylhydrazyl; cytotoxicity to neutrophils, by cellular viability analysis with the Trypan Blue exclusion assay; and to the effect on neutrophil production of ROS, as measured by luminol-dependent chemiluminescence, using phorbol 12-myristate 13-acetate as a stimulus for neutrophils. The results showed that: 1) none of the samples had scavenger activity; 2) the cell viability remained equal to or greater than 90% when neutrophils were exposed to fractions FR5, FR6*, FR8, and subfractions containing 100% Ethyl Acetate, 10% Ethyl Acetate:Hexane, 20% Ethyl Acetate:Hexane and 40% Ethyl Acetate:Hexane; 3) among the fractions that showed cellular viability greater than 90%, the inhibition of ROS production by neutrophils was observed with FR5 (51%), FR6* (20%), subfraction 100% Hexane (73%), the subfraction 20% Ethyl acetate / Hexane (42%) and subfraction 40% Ethyl acetate / Hexane (38%). The results show that some of the fractions and subfractions of the endophytic fungus Aspergillus unguis showed inhibition of ROS production by human neutrophils between (20 to 73%). This inhibition is not by scavenger activity of oxygen radicals, suggesting that this regulatory effect on the neutrophil may result from the activity of the components in these fractions on other metabolic pathways of this cell. From these results, it is necessary to identify the composition of these fractions and their effects on metabolic pathways and on other effector functions of neutrophils. The contribution of this study is the search for bioactive molecules, able to partially regulate neutrophil responses, to restore the functional balance of this cell in pathological states, reducing its harmful effects without prejudice to its crucial role for homeostasis.

Orientadora: Angela Regina Araujo / Banca: Novaldo Borale / Banca: Geraldo Humberto Silva / Resumo: O fungo endofítico P. stromaticum isolado dos frutos maduros da espécie vegetal E. jambolana foi cultivado em escala ampliada no meio líquido de Malte por 28 dias a 25 oC no modo estático e, no meio sólido de milho tipo canjica por 21 dias a 25 oC no modo estático. Após 28 dias de crescimento no meio líquido, este foi submetido a sucessivas extrações com acetato de etila (AcOEt), que após evaporado forneceu o extrato bruto de Malte AcOEt. O meio sólido, após 21 dias de cultivo, foi extraído com metanol, seguido de filtração e evaporação fornecendo o extrato bruto metanólico. Este foi submetido à partição líquido/líquido com acetato de etila e água, sendo que a fração AcOEt foi evaporada fornecendo o extrato bruto AcOEt. Este foi particionado com acetonitrila e hexano, e após evaporação dos solventes forneceu os extratos acetonitrila (ACN) e hexânico do meio sólido. O extrato ACN do meio sólido passou por novas partições com acetonitrila e hexano, por apresentar ácidos graxos ainda, fornecendo o extrato bruto de milho NP (novas partições). O extrato bruto de Malte AcOEt, foi fracionado em coluna de bancada, sendo coletadas 11 frações (Fr-1 Ps Ma a Fr-11 Ps Ma). Já o extrato bruto de milho NP sofreu partição utilizando-se cartucho de C18, com base em seu cromatograma, resultando em 6 frações (Fr-1 Ps Milho a Fr-6 Ps Milho). Das 6 frações obtidas do extrato de milho NP, escolheu-se trabalhar com a primeira, a qual sofreu partição no CLAE-DAD preparativo, resultando em 8 frações... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The endophytic fungus P. stromaticum isolated from the ripe fruits of the E. jambolana was cultivated in large scale in the malt liquid medium for 28 days at 25 oC in the static mode and in the solid medium of hominy corn for 21 days at 25 oC in static mode. After 28 days of growth in the liquid medium, it was made successive extractions with ethyl acetate (EtOAc). The organic layer was evaporated affording the crude extract of Malt EtOAc. The solid medium, after 21 days of cultivation, was extracted with methanol, followed by filtration and evaporation to give the crude methanolic extract. This was subjected to the liquid/liquid partition with EtOAc and H2O, being this EtOAc fraction evaporated giving the crude EtOAc extract. After that, the extract was partitioned with acetonitrile and hexane, and after the evaporation of the solvents provided the acetonitrile (ACN) and hexane extracts from the solid medium. The ACN extract of the solid medium was partitioned again with ACN and hexane, due the remaining fatty acid, providing the corn crude extract NP (new partitions). The crude extract of Malt EtOAct was fractionated in a chromatographic column, resulting in11 fractions (Fr-1 Ps Ma to Fr-11 Ps Ma). The crude extract of corn NP was fractionated by solid phase extraction in reverse phase (C18), based on its chromatogram, resulting in 6 fractions (Fr-1 Ps Corn to Fr-6 Ps Corn). Among the corn fractions collected, it was chosen the fraction Fr-1 Ps Corn to the chemical studies. This fraction was fractionated by preparative HPLC-DAD resulting in 8 fractions. The crude extract of Malt EtOAc and its fraction and the crude extract of corn NP, were submitted to the chemical evaluation by 1H NMR and biological against the phytopathogenic fungus Cladosporium sphaerospermum (and in the case of corn to C. cladosporioides as well). Besides, anticolinesterasic activity was made, the crude... / Mestre

Orientador: Ian Castro-Gamboa / Banca: Luiz Alberto Beraldo de Moraes / Banca: Jairo Kenupp Bastos / Banca: Daniel Rinaldo / Banca: Emerson Ferreira Queiroz / Resumo: A abordagem reducionista na busca por substâncias bioativas em produtos naturais nem sempre é capaz de compreender em sua totalidade a dinâmica envolvida nas respostas farmacológicas de matrizes complexas como extratos vegetais. Inserido neste paradigma, este trabalho visou ao desenvolvimento de métodos e abordagens racionais que permitissem o entendimento das relações moleculares em produtos naturais bioativos. Para tanto, espécies vegetais da família Chrysobalanaceae com potencial citotóxico, depositadas na extratoteca do NuBBE, foram os objetos de estudo na aplicação de metodologias para a determinação de sua composição metabólica e para a avaliação do potencial citotóxico. Os extratos hidroalcoólicos de Couepia grandiflora, Hirtella hebeclada, Licania hoehnei, Licania kunthiana, Licania huminis e Parinari excelsa foram analisados por CG-EM, CLAE-DAD-EM/EM e CLAE-autoEM/EM para a identificação in situ de sua composição metabólica, através de comparação dos dados espectrais a uma base de dados contendo valores de massas de alta resolução e espectros de UV de todos os metabólitos secundários já relatados para a família Chrysobalanaceae. O uso de ferramentas de análise multivariada, como a deconvolução empírica proposta pelo software AMDIS e a extração espectral desenvolvidas pelos algoritmos RAMSY e MCR-ALS, assistiram à desreplicação ao extrair os espectros dos compostos, mesmo em baixa resolução cromatográfica. A desreplicação das espécies de Chrysobalanaceae permitiu a detecção in situ de metabólitos primários (aminoácidos, ácidos e açúcares) e secundários (flavonoides-O-glicosilados e polímeros de proantocianidinas). Adicionalmente ao estudo de determinação metabólica das matrizes vegetais, realizaram-se ensaios de atividade citotóxica. Resultados preliminares da bioatividade ante diferentes linhagens de Saccharomyces cereviceae, obtidos... / Abstract: The reductionist approach for the search of bioactive compounds in natural products is not always being able to understand the complete dynamics involved in the pharmacological responses of complex matrices such as plant extracts. Based on this paradigm, this study aimed to develop rational methods approaches to runderstand the molecular relationships present in bioactive natural products. Chrysobalanaceae plant species with cytotoxic potential, deposited NuBBE's bank of extracts, were the objects of study in the application of methodologies for defining the metabolic composition and evaluate their cytotoxic potential. Couepia grandiflora, Hirtella hebeclada, Licania hoehnei, Licania kunthiana, Licania huminis and Parinari excelsa ethanol extracts were analyzed by GC-MS, HPLC-DAD-MS/MS and HPLC-autoMS/MS for in situ metabolic identification based on spectral comparison with a high resolution mass spectra and UV spectral database developed using previously reported data for Chrysobalanaceae. The use of multivariate analysis tools, the empirical deconvolution software AMDIS and the spectral extraction algorithms RAMSY and MCR-ALS assisted the dereplication by extracting spectral data for "pure" compounds even at low chromatographic resolution. The dereplication of Chrysobalanaceae species allowed the in situ detection of primary metabolites (amino acids, and sugars) and secondary (O-glycosylated-flavonoids and proanthocyanidins polymers). In addition to the metabolic determination of Chrysobalanaceae extracts, were performed cytotoxicity bioassays. Preliminary results of cytotoxicity against Saccharomyces cereviceae, carried out during the construction of the bank of extracts, indicated cytotoxic potential, especially for Hirtella hebeclada and Parinari excelsa. However, the cytotoxic assay against different tumor cell lines showed that the extracts were not active, which may be related to which may be... / Doutor

A presente investigação teve por objetivo o isolamento de metabólitos secundários biologicamente ativos de nudibrânquios, moluscos conhecidos por produzirem ou acumularem substâncias a partir de suas presas. Foram investigados extratos de quatro espécies de nudibrânquios marinhos juntamente com suas respectivas presas. Além disso, também foi investigado o extrato ativo da esponja marinha Agelas sventres. O estudo realizado com o extrato bruto da esponja marinha Agelas sventres levou ao isolamento de uma série de alcalóides bromopirrólicos, compostos tipicamente encontrados em esponjas do gênero Agelas. Dentre os compostos isolados, a oroidina apresentou atividade inibitória frente à enzima Pdr5p de Saccharomyces cerevisiae. O estudo do nudibrânquio Tambja stegosauriformis e de sua presa, o briozoário Bugula sp., levou ao isolamento de diversos alcalóides da classe das tambjaminas. As tambjaminas C, D, K e o produto de hidrólise da tambjamina B foram observados nos dois animais; o produto de hidrólise da tambjamina A foi encontrado apenas no extrato do nudibrânquio, enquanto que a tambjamina A e um isômero da tambjamina J foram encontrados apenas no extrato do briozoário. O estudo do nudibrânquio Okenia zoobotryon e de sua presa, o briozoário Zoobotryon verticillatum, resultou no isolamento de um único alcalóide indólico conhecido, 2,5,6-tribromo-Nmetilgramina, presente nos dois animais. Resultados semelhantes foram obtidos a partir da investigação do extrato do nudibrânquio Hypselodoris lajensis e de sua presa, uma esponja do gênero Dysidea, com o isolamento de um único diterpeno, a lactona da furodisinina. Embora ambas substâncias sejam conhecidas, este foi o primeiro isolamento destes compostos a partir de espécies de nudibrânquios. Finalmente, a partir do extrato do nudibrânquio Pleurobranchus areolatus foram isoladas duas novas dicetopiperazinas modificadas, estruturalmente semelhantes às rodriguesinas A e B, outras dicetopiperazinas isoladas a partir da ascídia Didemnum sp., provável presa desta espécie de nudibrânquio. Vale ressaltar a utilização de análises por LC-UV-MS e MS/MS neste trabalho, que auxiliaram na identificação uma série de compostos presentes nos extratos estudados no presente trabalho, mesmo em quantidades muito pequenas. / Abstract The present investigation aimed the isolation of biologically active secondary metabolites from different species of nudibranchs, mollusks that can produce or accumulate substances from their preys. We investigated the extracts of four nudibranchs species and their respective preys. The active extract of the marine sponge Agelas sventres, has also been investigated. From the extract of the marine sponge Agelas sventres we could isolate a series of bromopyrrolic alkaloids, substances that are typically found in sponges of Agelas genus. Among the isolated compounds, oroidin was found to inhibit the activity and function of the Pdr5p enzyme from Saccharomyces cerevisiae. From the extract of the nudibranch Tambja stegosauriformis and its prey, the bryozoan Bugula sp., several known tambjamines alkaloids were isolated. The tambjamines C, D, K, and the aldehyde of the tambjamine B were found in both animals; aldehyde of tambjamine A was identified only in the nudibranch extract, whereas tambjamine A and an isomer of tambjamine J were found on the bryozoan. The study of the extract of the nudibranch Okenia zoobotryon and its prey, the bryozoan Zoobotryon verticillatum, resulted in the isolation of a single known brominated indole alkaloid, 2,5,6-tribromo-N-metilgramine, present on both animals. Similar results were obtained in the study of extract of the nudibranch Hypselodoris lajensis along with its prey, a Dysidea sponge, that led to the isolation of a single diterpene, the furodysinin lactone. Although both compounds are known, this is the first report on the isolation of those compounds from nudibranch species. Finally, the investigation of the extract from the nudibranch Pleurobranchus areolatus provided two new modified diketopiperazines, closely related to modified diketopiperazines, the rodriguesins A and B, isolated from the ascidian Didemnum sp. It is important to note the use of LC-UV-MS and MS/MS analysis in this work, which were important in the identification of several compounds present in the studied extracts in very small amounts.

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.

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.