Tetraciclinas e glicilciclinas: uma visão geral

Tetracyclines exhibits activity to a broad range of Gram-negative and Gram-positive bacteria and this fact allied to the low toxicity, low cost, and the advantage of administration by oral route led to their indiscriminate use, which caused the appearance of bacterial resistance to these agents, wich has restricted its clinical utility, though new applications have emerged. On the other hand, the glycylcyclines, semi-synthetic products are similar to tetracyclines, which are active against many bacteria resistant to tetracycline and other classes of antibiotics. The purpose of this paper is to give an overview of this important class of antibiotics focusing on its coordination chemistry and possible applications

Estudo da estrutura e reatividade de híbridos moleculares de platina(II) com potencial antitumoral

In this work, theoretical methods were applied to evaluate the structural, thermodynamic and kinetic properties of compounds analog to cisplatin, named “molecular hybrids”, because they present a platinum metal center linked to a molecule of the tetracycline family. All the properties were calculated using the Density Functional Theory (DFT) in gas phase and aqueous phase. Firstly, it was analyzed the reactivity of the monoaquo complex AHTC-Pt(II) with different nucleophiles of biological importance, the DNA bases (Guanine and Adenine) and the aminoacids (Cysteine and Metionine). These reactions followed the standard mechanism of the cisplatin in biological medium, and therefore, the results obtained for the AHTC-Pt(II) complex were compared with literature data for cisplatin, showing that these reactions have similar rates, suggesting that the AHTC-Pt(II) complex may be a potential analog to cisplatin as an antitumor drug. The thermodynamic of the formation of a new platinum complex (II) with the chemically modified tetracycline (CMT-3) was studied. According to experimental observations for the tetracycline analog, we investigated the Pt(II) coordination with CMT-3 molecule, having been proposed 18 distinct coordination sites, considering all ionized forms for the free ligand, called LH2, LH- and L2-. As a result, the 13C NMR and the UV/Vis spectra for the ligand and the complexes were calculated. The most stable coordination modes are in the ring A, being the site O12-O1 (ligand LH2) and O3-Oam (ligand LH- and 2-) the most favorable. We believe that the analysis presented in this work can be useful for experimentalists at the assignment of complexation mode for Pt(II) (and other metals) with CMT-3 and other chemically modified tetracycline. We believe that in general, the results obtained in this work show the importance of computational chemistry as auxiliary technique for determination of structure and reactivity of complex systems.Neste trabalho, foram utilizadas metodologias teóricas para avaliar propriedades estruturais, termodinâmicas e cinéticas de compostos análogos da cisplatina, considerados “híbridos moleculares”, por apresentarem um centro metálico de platina(II) e um ligante da família das tetraciclinas. Todas as propriedades foram calculadas em fase gasosa e em solução aquosa usando Teoria do Funcional da Densidade (DFT). Primeiramente foi avaliado a reatividade do complexo AHTC-Pt(II) monoáquo com diferentes nucleófilos de importância biológica, as bases nitrogenadas representativas do DNA (Guanina e Adenina) e os aminoácidos (Cisteína e Metionina). Essas reações seguem o mecanismo padrão da cisplatina no meio biológico, portanto, foram comparados os resultados obtidos para o complexo AHTC-Pt(II) com dados da literatura para cisplatina, mostrando que as reações possuem velocidades similares, sugerindo que o complexo AHTC-Pt(II) pode representar um potencial análogo da cisplatina enquanto atitumoral. Foram estudados também a termodinâmica de formação de um novo complexo de platina(II), tendo como ligante uma tetraciclina quimicamente modificada (CMT-3). Seguindo os estudos experimentais para o der-ivado tetraciclina, nós investigamos a coordenação da Pt(II) com a CMT-3, tendo sido propostos 18 sítios distintos de coordenação, considerando todos os possíveis estados ionizados para o ligante livre, chamados LH2, LH- e L2-. Foram calculados os espectros de RMN de 13C e UV/Vis para o ligante e para os complexos. Os modos mais estáveis de coordenação estão no anel A, sendo o sítio O12-O1 (ligante LH2) e O3-Oam (ligantes LH- e L2-) mais favoráveis. Nós acreditamos que a análise descrita neste trabalho pode auxiliar fortemente os experimentalistas na atribuição dos modos de coordenação para Pt(II) e outros metais com CMT-3 e outras tetraciclinas quimicamente modificadas. De uma forma geral, os resultados obtidos nessa dissertação mostram o potencial da química computacional como técnica auxiliar de avaliação da estrutura e reatividade de sistemas complexos.CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superio

Tetraciclinas quimicamente modificadas como inibidores de metaloproteinases de matriz (MMPS): um estudo de estrutura, reatividade, dinâmica e implicações biológicas

Matrix Metalloproteinases (MMPs) play a critical role in physiological processes and pathological conditions such as tumor progression and metastasis. In recent years, a number of MMP inhibitors (MMPIs) have been proposed, including the chemically modified tetracyclines (CMTs), which have been evaluated in preclinical cancer models showing promising results. However, until present there were no studies on the structure-activity relationship for these compounds. In this sense, the present thesis focuses on the direct interaction of CMTs with the active site of the MMPs. Density Functional Theory (DFT), molecular docking and molecular dynamics (MD) simulations were accomplished for seven CMT derivatives. Firstly the structure and stability of mimetic molecular models of active site of MMP-2 represented by: [Zn(LHn)(H2O)2]2+x (n = 0, 1, 2 and x = -2, -1, 0) and [Zn(L)(His)3], where L=CMT-1, CMT-3, CMT-4, CMT-7 and CMT-8, were calculated at DFT level. The solvent and pH effects were also evaluated. The results suggested that the coordination at the O11-O12 site (site VI) was quite favorable to CMT-3 (log β = 15,9) and CMT-8 (log β = 21,3). This initial analysis showed that the activity of CMTs as inhibitors of MMP is directly related to its structure. In the second stage of the study, we investigated the interaction of CMTs directly with the active site of MMP-2 (1QIB). New sets of parameters were proposed for structural and catalytic zinc atoms in order to study MMPs and their complexes by means of the AMBER force field. The CMTs ligands were optimized at the B3LYP/6-31G(d) and docked onto the active site of MMP-2. The best solutions were minimized and subjected to 12ns MD simulation. The binding free energy was calculated using the methods of thermodynamic integration and MM-PBSA. The main results showed that the CMTs bind to the catalytic zinc of the MMP-2 enzyme through the O11-O12 moiety (site VI) as proposed experimentally. The exception was the CMT-3 analogue which is involved in hydrophobic contacts and van der Waals interactions with amino acids of the S1’ pocket in the MMP-2 enzyme and also interacts with the Zn (II) by O11. The binding energy calculated in solution predicts the CMT-3 complexes as the most favorable, followed by the CMT-7 and CMT-8 analogues, whose energy difference is within 3 kcal mol-1. These results suggest that the occupancy of S1’ pocket is an important molecular feature for biological response of CMT-3, while the other CMTs do not enter the hydrophobic tunnel of the enzyme due to the steric hindrance. The results presented in this thesis are the first step towards understanding the mechanism of CMTs as MMP inhibitors at a molecular level and could be a significant contribution to the understanding of experimental observations, especially the biological tests and the CMTs action mechanism as MMP inhibitors, allowing the design of new analogues with enhanced biological potency.As Metaloproteinases de Matriz (MMPs) desempenham um papel crucial nos processos fisiológicos e condições patológicas tais como progressão tumoral e metástases. Nos últimos anos, tem sido proposto uma série de inibidores de MMPs (IMMPs), incluindo as Tetraciclinas Quimicamente Modificadas (CMTs), as quais têm apresentado resultados promissores em ensaios com modelos pré-clínicos de câncer. No entanto, até o presente não havia nenhum estudo da estrutura-atividade desses compostos. Neste sentido, na presente tese foram combinadas as metodologias teóricas da Teoria do Funcional da Densidade (DFT), Docking molecular e simulação de Dinâmica Molecular (DM) para elucidar o mecanismo de interação das CMTs com o sítio ativo das MMPs. Primeiramente a estrutura e estabilidade dos modelos moleculares miméticos do sítio ativo da MMP-2 representados por: [Zn(LHn)(H2O)2]2+x (n = 0, 1, 2 e x = -2, -1, 0) e [Zn(L)(His)3], onde L representa CMT1, -3, -4, -7 e -8, foram calculados usando DFT. O efeito do solvente e do pH foram também avaliados. Os resultados sugerem que a coordenação com o zinco ocorra no sítio VI(O11O12), o qual é igualmente favorável para a CMT-3 (log β = 15,9) e CMT-8 (log β = 21,3). Esta análise inicial evidenciou que a atividade das CMTs como inibidoras de MMP estaria diretamente relacionada à sua estrutura. Na segunda fase do trabalho foi investigada a interação das CMTs diretamente com o sítio ativo da MMP-2 (1QIB) combinando os métodos de docking molecular, simulações de DM e cálculos de energia livre. Um novo conjunto de parâmetros para os átomos de Zn(II) estrutural e catalítico da enzima foi calculado, validado e depositado dentro do campo de forças AMBER. As CMTs foram otimizadas no nível B3LYP/6-31G(d) e “docadas” dentro do sítio ativo da MMP-2. As melhores soluções foram minimizadas e submetidas a 12ns de simulação de DM. A energia livre de ligação foi calculada usando as metodologias de integração termodinâmica e MMPBSA. Os principais resultados mostram que as CMTs coordenam-se ao Zn(II) através do sítio VI(O11-O12), como proposto experimentalmente. Com exceção do análogo CMT-3 que está envolvido em contatos hidrofóbicos e interações de van der Waals com aminoácidos do bolso S1’da enzima e ainda interage com o Zn(II) pelo O11. A análise da energia livre de ligação revela uma maior afinidade entre o análogo CMT-3 com o sítio ativo da MMP-2, seguido pela CMT-7 e CMT-8, sendo que a diferença de energia varia apenas de 3 kcal mol1. De acordo com os resultados, é possível inferir que a ocupação do canal S1’ seria um fator fundamental para a resposta biológica da CMT-3, enquanto que as demais CMTs, por impedimento estérico, não entram no túnel hidrofóbico da enzima. Os resultados apresentados nesta tese tratam do primeiro estudo em nível molecular da interação de CMTs com metaloproteínas, como contribuição para a compreensão das observações experimentais, sobretudo dos testes biológicos, e ainda uma referência direta para o desenho de novos análogos das CMTs com maior potencial biológico.CAPES - Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superio

Supramolecular compounds of azo dyes derived from 1-phenylazo-2-naphthol and their nickel and copper complexes

<div><p>In this study, experimental techniques including Raman, infrared and X-ray crystal diffraction, as well as quantum chemistry calculations, are used to investigate two new azo dyes supramolecular complexes: 1-phenylazo-2-naphthol (Sudan I) with nickel(II) ion and 1-(2,4-xylylazo)-2-naphthol (Sudan II) with copper(II) ion. The crystallographic structures have been solved for bis-1-(pheny-l-azo)-2-naphtholatenickel(II) and bis-1-(2,4-xylylazo)-2-naphtholatecopper(II) complexes, revealing the presence of supramolecular interactions, such as the centroid–centroid π-stacking interactions and CH…π hydrogen interactions. These weak intermolecular interactions appear to play an important role on the crystal structure stability for both compounds. Density functional theory calculations at B3LYP/6-311++G(d,p) level were performed in order to help understanding such molecular interactions and to assign the vibrational spectra. The experimental and theoretical data have allowed the analysis of the packing forces, revealing charge accumulation at key molecular regions.</p></div