Energy partitioning for "fuzzy" atoms

The total energy of molecule in terms of 'fuzzy atoms' presented as sum of one- and two-atomic energy components is described. The divisions of three-dimensional physical space into atomic regions exhibit continuous transition from one to another. The energy components are on chemical energy scale according to proper definitions. The Becke's integration scheme and weight function determines realization of method which permits effective numerical integrations

Two complementary molecular energy decomposition schemes: the Mayer and Ziegler-Rauk methods in comparison

In the present paper we discuss and compare two different energy decomposition schemes: Mayer's Hartree-Fock energy decomposition into diatomic and monoatomic contributions [Chem. Phys. Lett. 382, 265 (2003)], and the Ziegler-Rauk dissociation energy decomposition [Inorg. Chem. 18, 1558 (1979)]. The Ziegler-Rauk scheme is based on a separation of a molecule into fragments, while Mayer's scheme can be used in the cases where a fragmentation of the system in clearly separable parts is not possible. In the Mayer scheme, the density of a free atom is deformed to give the one-atom Mulliken density that subsequently interacts to give rise to the diatomic interaction energy. We give a detailed analysis of the diatomic energy contributions in the Mayer scheme and a close look onto the one-atom Mulliken densities. The Mulliken density ρA has a single large maximum around the nuclear position of the atom A, but exhibits slightly negative values in the vicinity of neighboring atoms. The main connecting point between both analysis schemes is the electrostatic energy. Both decomposition schemes utilize the same electrostatic energy expression, but differ in how fragment densities are defined. In the Mayer scheme, the electrostatic component originates from the interaction of the Mulliken densities, while in the Ziegler-Rauk scheme, the undisturbed fragment densities interact. The values of the electrostatic energy resulting from the two schemes differ significantly but typically have the same order of magnitude. Both methods are useful and complementary since Mayer's decomposition focuses on the energy of the finally formed molecule, whereas the Ziegler-Rauk scheme describes the bond formation starting from undeformed fragment densities

Electronic and vibrational contributions to first hyperpolarizability of donor-acceptor-substituted azobenzene

In this study we report on the electronic and vibrational (hyper)polarizabilities of donor–acceptorsubstituted azobenzene. It is observed that both electronic and vibrational contributions to the electricdipole first hyperpolarizability of investigated photoactive molecule substantially depend on the conformation. The contributions to the nuclear relaxation first hyperpolarizability are found to be quite important in the case of two considered isomers (cis and trans). Although the double-harmonic term is found to be the largest in terms of magnitude, it is shown that the total value of the nuclear relaxation contribution to vibrational first hyperpolarizability is a result of subtle interplay of higher-order contributions. As a part of the study, we also assess the performance of long-range-corrected densityfunctional theory in determining vibrational contributions to electric dipole (hyper)polarizabilities. In most cases, the applied long-range-corrected exchange correlation potentials amend the drawbacks of their conventional counterparts

Multifunctional ligands for application in Alzheimer’s Disease: molecular modelling and biological evaluation

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada a la University of British Columbia, Canadà, entre 2010 i 2012 La malaltia d'Alzheimer (MA) representa avui la forma més comuna de demència en la població envellida. Malgrat fa 100 anys que va ser descoberta, encara avui no existeix cap tractament preventiu i/o curatiu ni cap agent de diagnòstic que permeti valorar quantitativament l'evolució d'aquesta malaltia. L'objectiu en el que s'emmarca aquest treball és contribuir a aportar solucions al problema de la manca d'agents terapèutics i de diagnosi, unívocs i rigorosos, per a la MA. Des del camp de la química bioinorgànica és fàcil fixar-se en l'excessiva concentració d'ions Zn(II) i Cu(II) en els cervells de malalts de MA, plantejar-se la seva utilització com a dianes terapèutica i, en conseqüència, cercar agents quelants que evitin la formació de plaques senils o contribueixin a la seva dissolució. Si bé aquest va ser el punt de partida d’aquest projecte, els múltiples factors implicats en la patogènesi de la MA fan que el clàssic paradigma d’ ¨una molècula, una diana¨ limiti la capacitat de la molècula de combatre aquesta malaltia tan complexa. Per tant, un esforç considerable s’ha dedicat al disseny d’agentsmultifuncionals que combatin els múltiples factors que caracteritzen el desenvolupament de la MA. En el present treball s’han dissenyat agents multifuncionals inspirats en dos esquelets moleculars ben establers i coneguts en el camp de la química medicinal: la tioflavina-T (ThT) i la deferiprona (DFP). La utilització de tècniques in silico que inclouen càlculs farmacocinètics i modelatge molecular ha estat un procés cabdal per a l’avaluació dels millors candidats en base als següents requeriments: (a) compliment de determinades propietats farmacocinètiques que estableixin el seu possible ús com a fàrmac (b) hidrofobicitat adequada per travessar la BBB i (c) interacció amb el pèptid Aen solució.

Esfingolipids i senyal•lització cel.lular: l'(E)-2-hexadecenal com a possible lípid bioactiu

L’esfingosina-1-fosfat (S1P) és un lípid bioactiu amb funcions crucials en la biologia cel•lular. Entre aquestes, la seva activitat mitogènica i citoprotectora són les més estudiades. L’S1P és catabolitzada intracel•lularment mitjançant l’esfingosina-1-fosfat liasa (SGPL1) per generar (E)-2-hexadecenal i fosforiletanolamina. L’objectiu d’aquest projecte és explorar si l’(E)-2-hexadecenal és realment un catabòlit innocu o bé si, pel seu caràcter acceptor de Michael, és capaç de reaccionar amb pèptids o proteïnes específics. Aquesta interacció podria traduïr-se en funcions biològiques determinades, algunes de les quals són possiblement atribuïdes a l’esfingosina-1-fosfat com a tal. Per poder explorar el potencials adductes proteïcs amb l’aldehid, s’han emprat, sobre cèl•lules HeLa que sobreexpressen SGPL1, sondes anàlegs a esfingosina i esfinganina (i els seus derivats fosforil•lats) que presenten una funció azida en la posició omega de la cadena esfingoide. Aquestes, mitjançant química click sense coure, s’han fet reaccionar amb una molècula que presenta un dibenzociclooctí unit a biotina DBCObiotina). Després d’aïllar les proteïnes així biotinilades amb una reïna d’estreptavidina, aquestes es van separar per electroforesi. Les bandes proteïques observades es van extreure del gel i es van digerir amb tripsina, per posteriorment analitzar els pèptids per MALDI-TOF, el que permetria l’identificació de proteïnes a partir de “peptide mass fingerprinting”. Lamentablement, a la fi d’aquest contracte, encara no s’ha pogut identificar cap proteïna que s’uneixi a l’aldehid alliberat per la reacció de l’esfingosina-1- fosfat liasa. No obstant, durant aquest temps s’ha millorat el mètode per detectar aquests adductes proteïcs. Per això, si la recerca continua en aquesta línia, properament es podria saber amb certesa si existeixen o no aquestes interaccions covalents entre determinades proteïnes i l’(E)-2-hexadecenal.

Agonistes de neurotrofines com a teràpia neuroprotectora per la Esclerosi Múltiple

Les neurotrofines son factors tròfics que poden induir la supervivencia, la diferenciació i el creixement de les neurones i aquesta és la principal raó per la qual les estudiem en el context de les malalties neurológiques. Les propietats nombrades son crucials per a la cerca d’efectes funcionals pel que fa a tractaments de malalties neurológiques. Avui en dia. donada la seva activitat neuroprotectora, s’ha intentat l’administració extena de neurotrofines com una terapia per diverses enfermetats cerebrals, pero fins ara han tingut poc o cap resultat donada la inhabilitat d’aquestes molècules per creuar la barrera hematoencefàlica i pels seus efectes secondaris, com ara el dolor neuroilogic. Per això, l’aplicació de petites molècules similars a les neurotrofines es considerada com unapossible sol•lució com un possible tractament neuroprotector amb el cervell com a diana. L’objectiu principal d’aquest projecte és testar l’eficacia d’un compost replicant de la neurotrofina pel tractament de algunes enfermetats neurològiques i per a estudiar el mecanisme d’acció d’aquesta molècula. Els resultats obtinguts fins al moment mostren que hem desenvolupat e identificat un compost replicant de la neurotrofina (G79) que manté la seva capacitat com a factor de creixement nerviós (NGF) en un assaig funcional d’NGF (diferenciació i tests de supervivència). A més a més, hem obtingut una proba de concepte per a la eficacia d’aquest compost com un agent terapèutic en diversos models in vivo e in vitro d’Esclerosi Múltiple, glaucoma, enfermetat de Parkinson y Esclerosi Lateral Amiotrófica. En conclusió, els resultats obtinguts durant aquests dos anys suggereixen que la molècula replicant d’NGF G79 és un bon candidat per a ser desenvolutat com a part d’una estratégica terapeutica la diferenciació neuronal, promou la supervivència, activa la fosforilització de TrkA i TrkB, vies de senyalització específiques de la neurotrofina. Aquesta molècula ademés pot creuar la barrera hematoencefàlica per vies de transport actiu, millora el score clínic en animals infectats per Encefalomielitis Autoinmune Experimental, protegeix les cèlules gangliars retinals en el model in vivo de Glaucoma, promou la supervivència de les cèlules en els models in vitro de l’enfermetat de Parkinson i en ELA. En resum, els nostres resultats sugereixen que les molècules replicants de neurotrofina poden desenvoluparse com part d’una estratègia terapéutica neuroprotectora.

Reassessing the role of mitochondrial DNA mutations in autism spectrum disorder

Background: There is increasing evidence that impairment of mitochondrial energy metabolism plays an important role in the pathophysiology of autism spectrum disorders (ASD; OMIM number: 209850). A significant proportion of ASD cases display biochemical alterations suggestive of mitochondrial dysfunction and several studies have reported that mutations in the mitochondrial DNA (mtDNA) molecule could be involved in the disease phenotype. Methods: We analysed a cohort of 148 patients with idiopathic ASD for a number of mutations proposed in the literature as pathogenic in ASD. We also carried out a case control association study for the most common European haplogroups (hgs) and their diagnostic single nucleotide polymorphisms (SNPs) by comparing cases with 753 healthy and ethnically matched controls.Results: We did not find statistical support for an association between mtDNA mutations or polymorphisms and ASD.Conclusions: Our results are compatible with the idea that mtDNA mutations are not a relevant cause of ASD and the frequent observation of concomitant mitochondrial dysfunction and ASD could be due to nuclear factors influencing mitochondrion functions or to a more complex interplay between the nucleus and the mitochondrion/mtDNA.