Estudo da interação e clivagem do DNA por compostos de coordenação mono e binucleares
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Data de Publicação: | 2020 |
Tipo de documento: | Tese |
Idioma: | por |
Título da fonte: | Repositório Institucional da UFSC |
Texto Completo: | https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/216702 |
Resumo: | Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Bioquímica, Florianópolis, 2020. |
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Estudo da interação e clivagem do DNA por compostos de coordenação mono e binuclearesBioquímicaComplexos metálicos de transiçãoClivagem do DNANucleasesTese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Bioquímica, Florianópolis, 2020.Complexos metálicos como miméticos de enzimas naturais, que possuem a capacidade de degradar biomoléculas como o DNA e o RNA, configuram-se como um ramo da bioquímica bem consolidado. Atualmente, busca-se aumentar a eficiência catalítica e a especificidade destes complexos por regiões específicas do substrato. Dessa forma, o presente trabalho possui por objetivo avaliar sete complexos mono e binucleares de metais de transição que tiveram sua atividade catalítica modificada e especificidade dirigida. Primeiramente, foram testados dois complexos mononucleares de Rutênio(II) (1 e 2), projetados para serem utilizados na terapia fotodinâmica. Estes complexos não obtiveram atividade catalítica ao abrigo da luz, mas quando expostos a luz UV-A aumentaram consideravelmente sua catálise. Corroborando com o apresentado na literatura, para complexos com ligantes de fenantrolina e bipiridina, demonstraram agir através do mecanismo oxidativo, levando a formação de espécies reativas de oxigênio (EROs), sendo essa atividade mais proeminente em 2, visto a presença do grupamento fenantrolina em sua estrutura que auxilia no processo de captação dos fótons de luz e assim na consequente clivagem do DNA. O segundo grupo de complexos testados foram binucleares de Ferro(III)Zinco(II) (3, 4 e 5), como biomiméticos das enzimas fosfatases ácidas púrpuras (PAPs). Estes complexos tiveram sua segunda esfera de coordenação alterada com o intuito de aumentar a interação com o DNA plasmidial e, consequentemente, aumentar a clivagem do substrato. A modificação comum aos três complexos foi a adição de átomos de carbono nas cadeias que se ligam ao centro metálico de zinco, sendo este o complexo original (3). Como modificação adicional foi realizada a adição de um grupamento aminoguanidina (4) e uma purina (5). Os complexos 3 e 4 obtiveram clivagem do DNA em concentrações na escala de nanomolar, demonstrando o potencial destes complexos na clivagem do DNA plasmidial. Quando estes complexos tiveram sua especificidade testada através da técnica de footprinting foi possível observar uma preferência por regiões de simples fita e ricas em timina. Quando analisado as constantes cinéticas apresentadas pelos complexos temos uma ordem de catálise definida por: 4>3>5. É notório para estes complexos como as alterações realizadas na segunda esfera de coordenação foi essencial para que ocorresse um aumento na clivagem e também certo direcionamento de clivagem sob a molécula testada. Foram analisados dois complexos de Cobre(II), um complexo binuclear (6), e outro mononuclear (7). O complexo 6, biomimético de enzimas catecolases, também passou por modificação em sua segunda esfera de coordenação, tendo a adição de um grupamento planar (naftalamida) para estimular o processo de intercalação com o DNA. O complexo 6 demonstrou grande capacidade de clivar o DNA plasmidial, sendo possível com apenas 10 µM de complexo levar à linearização do substrato. Quando analisado o modo de clivagem foi possível perceber um mecanismo claramente oxidativo, com geração de peróxido de hidrogênio como ERO principal. Quando adicionado bloqueadores de sulco do DNA, foi possível identificar um aumento de clivagem quando incubados com o Verde de Metila (bloqueador do sulco maior), este fato pode ser explicado por esta estrutura propiciar uma condição ótima para a intercalação da naftalamida e assim promover o aumento da clivagem. A intercalação da naftalamida também é uma possível explicação para o processo de linearização do DNA plasmidial, onde o complexo ficaria ?preso? ao arcabouço do DNA levando a vários cortes em regiões próximas. Vale destacar ainda que 6 apresentou um k cat de 0,72 h -1 , superior ao apresentado na literatura para complexos similares. O complexo 7 passou pela adição de um grupo purina em sua segunda esfera de coordenação, sendo assim passível de comparação com o complexo original, o bpmamff. Quando os complexos são comparado, é notório um ganho de atividade catalítica em 7, sendo possível observar também um ganho em especificidade, visto a clivagem em regiões de purina com consequente interação as bases pirimídicas. Sendo assim, o presente trabalho concluiu seu objetivo em analisar três classes de complexos com características distintas, mas que possuíam em comum uma modificação (interna ou externa) como objetivo de aumentar a clivagem e conferir especificidade aos complexos, mostrando mais uma vez a variedade de opções que este ramo da química/bioquímica possui em desenvolver novos miméticos para as enzimas naturais.Abstract: Metal complexes such as mimetics of natural enzymes, which have the ability to degrade biomolecules such as DNA and RNA, are configured as a well-established branch of biochemistry. Currently, it is sought to increase the catalytic efficiency and the specificity of these complexes by specific regions of the substrate. Thus, the present work aims to evaluate seven mono and binuclear complexes of transition metals that had their catalytic activity modified and specificity directed. First, two Ruthenium(II) mononuclear complexes (1 and 2), designed for use in photodynamic therapy, were tested. These complexes did not obtain catalytic activity in the absence of light, but when exposed to UVA light they greatly increased their catalysis. Corroborating what was presented in the literature, they demonstrated to act through the oxidative mechanism, leading to the formation of reactive oxygen species (ROS), with this activity being more prominent in 2, given the presence of the phenanthroline group in its structure, which helps in the photon capture process of light and thus in the consequent DNA cleavage. The second group of complexes tested were Iron(III)Zinc(II) binuclear (3, 4 and 5), as purple acid phosphatases (PAP) biomimetics. These complexes had their second coordination sphere changed in order to increase the interaction with plasmid DNA and consequently increase the substrate cleavage. The common modification to the three complexes was the addition of carbon atoms in the chains that bind to the zinc metal center, this being the original complex (3). As an additional modification, an aminoguanidine group (4) and a purine (5) were added. Complexes 3 and 4 obtained DNA cleavage at nanomolar concentrations scale, demonstrating the potential of these complexes in plasmid DNA cleavage. When these complexes had their specificity tested using the footprinting technique, it was possible to observe a preference for single strand and thymine rich regions. When analyzing the kinetic constants presented by the complexes, we have an order of catalytic defined by: 4> 3> 5. It is notorious for these complexes how the changes made in the second coordination sphere were essential for an increase in the cleavage by the complexes and also a certain direction of cleavage on the tested molecule. Finally, tests were performed with a Copper(II) binuclear complex (6), biomimetic of catecholase enzymes. This complex was also modified in its second coordination sphere, with the addition of a planar group (naphthalamide) to stimulate the process of intercalation with DNA. Complex 6 demonstrated a great capacity to cleave plasmid DNA, being possible with only 10 µM of complex to lead to substrate linearization. When analyzing the cleavage mechanism, it was possible to perceive a clearly oxidative action, with the generation of hydrogen peroxide as a ROS. When DNA groove binders were added, it was possible to identify an increase in cleavage when incubated with Methyl Green (major groove binder), this fact can be explained because this structure provide an optimal condition for naphthalamide intercalation and thus promoting increased cleavage. The naphthalamide intercalation is also a possible explanation for the plasmidial DNA linearization process, where the complex would be ?stuck? to the DNA structure, thus leading to several cuts nearby this region. It is also important to note that 6 presented a k cat of 0.72 h -1 , higher than values presented in the literature for similar complexes. Complex 7 went through the addition of a purine group in its second coordination sphere, thus being subject to comparison with the original complex, bpmamff. When the complexes are compared, a gain in catalytic activity of 7 is noted, and it is also possible to observe a gain in specificity, seen as cleavage in regions of purine with consequent interaction as pyrimidic bases. Thus, the present work concluded its objective in analyzing three classes of complexes with different characteristics, but which had in common a modification (internal or external) in order to increase the cleavage and confer specificity to the complexes, showingonce again the variety of options that this field of chemistry/biochemistry has in developing new mimetics for natural enzymes.Terenzi, Hernán FranciscoUniversidade Federal de Santa CatarinaCastilho, Nathalia Aparecida Santos2020-10-21T21:32:58Z2020-10-21T21:32:58Z2020info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesis119 p.| il., gráfs.application/pdf370178https://repositorio.ufsc.br/handle/123456789/216702porreponame:Repositório Institucional da UFSCinstname:Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)instacron:UFSCinfo:eu-repo/semantics/openAccess2020-10-21T21:32:58Zoai:repositorio.ufsc.br:123456789/216702Repositório InstitucionalPUBhttp://150.162.242.35/oai/requestopendoar:23732020-10-21T21:32:58Repositório Institucional da UFSC - Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC)false |
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