Relacions estructura-propietat per un conjunt d'hidrocarburs a partir de nous descriptors tridimensionals derivats de la semblança molecular quàntica

En aquest article es defineixen uns nous índexs tridimensionals per a la descripció de les molècules a partir de paràmetres derivats de la Teoria de la Semblança Molecular i de les distàncies euclidianes entre els àtoms i les càrregues atòmiques efectives. Aquests indexs, anomenats 3D, s'han aplicat a l'estudi de les relacions estructura-propietat d'una família d'hidrocarburs, i han demostrat una capacitat de descripció de tres propietats de la família (temperatura d'ebullició, temperatura de fusió i densitat) molt més acurada que quan s'utilitzen els indexs 2D clàssics

Estructura computacional i aplicacions de la semblança molecular quàntica

La tesis tracta diferents aspectes relacionats amb el càlcul de la semblança quàntica, així com la seva aplicació en la racionalització i predicció de l'activitat de fàrmacs. Es poden destacar dos progressos importants en el desenvolupament de noves metodologies que faciliten el càlcul de les mesures de semblança quàntica. En primer lloc, la descripció de les molècules mitjançant les funciones densitat aproximades PASA (Promolecular Atomic Shell Approximation) ha permès descriure amb suficient precisió la densitat electrònica dels sistemes moleculars analitzats, reduint substancialment el temps de càlcul de les mesures de semblança. En segon lloc, el desenvolupament de tècniques de superposició molecular específiques de les mesures de semblança quàntica ha permès resoldre el problema de l'alineament en l'espai dels compostos comparats. El perfeccionament d'aquests nous procediments i algoritmes matemàtics associats a les mesures de semblança molecular quàntica, ha estat essencial per poder progressar en diferents disciplines de la química computacional, sobretot les relacionades amb les anàlisis quantitatives entre les estructures moleculars i les seves activitats biològiques, conegudes amb les sigles angleses QSAR (Quantitative Structure-Activity Relationships). Precisament en l'àrea de les relacions estructura-activitat s'han presentat dues aproximacions fonamentades en la semblança molecular quàntica que s'originen a partir de dues representacions diferents de les molècules. La primera descripció considera la densitat electrònica global de les molècules i és important, entre altres, la disposició dels objectes comparats en l'espai i la seva conformació tridimensional. El resultat és una matriu de semblança amb les mesures de semblança de tots els parells de compostos que formen el conjunt estudiat. La segona descripció es fonamenta en la partició de la densitat global de les molècules en fragments. S'utilitzen mesures d'autosemblança per analitzar els requeriments bàsics d'una determinada activitat des del punt de vista de la semblança quàntica. El procés permet la detecció de les regions moleculars que són responsables d'una alta resposta biològica. Això permet obtenir un patró amb les regions actives que és d'evident interès per als propòsits del disseny de fàrmacs. En definitiva, s'ha comprovat que mitjançant la simulació i manipulació informàtica de les molècules en tres dimensions es pot obtenir una informació essencial en l'estudi de la interacció entre els fàrmacs i els seus receptors macromoleculars.

Funcions densitat i semblança molecular quàntica: nous desenvolupaments i aplicacions

La present tesi, tot i que emmarcada dins de la teoria de les Mesures Semblança Molecular Quántica (MQSM), es deriva en tres àmbits clarament definits: - La creació de Contorns Moleculars de IsoDensitat Electrònica (MIDCOs, de l'anglès Molecular IsoDensity COntours) a partir de densitats electròniques ajustades. - El desenvolupament d'un mètode de sobreposició molecular, alternatiu a la regla de la màxima semblança. - Relacions Quantitatives Estructura-Activitat (QSAR, de l'anglès Quantitative Structure-Activity Relationships). L'objectiu en el camp dels MIDCOs és l'aplicació de funcions densitat ajustades, ideades inicialment per a abaratir els càlculs de MQSM, per a l'obtenció de MIDCOs. Així, es realitza un estudi gràfic comparatiu entre diferents funcions densitat ajustades a diferents bases amb densitats obtingudes de càlculs duts a terme a nivells ab initio. D'aquesta manera, l'analogia visual entre les funcions ajustades i les ab initio obtinguda en el ventall de representacions de densitat obtingudes, i juntament amb els valors de les mesures de semblança obtinguts prèviament, totalment comparables, fonamenta l'ús d'aquestes funcions ajustades. Més enllà del propòsit inicial, es van realitzar dos estudis complementaris a la simple representació de densitats, i són l'anàlisi de curvatura i l'extensió a macromolècules. La primera observació correspon a comprovar no només la semblança dels MIDCOs, sinó la coherència del seu comportament a nivell de curvatura, podent-se així observar punts d'inflexió en la representació de densitats i veure gràficament aquelles zones on la densitat és còncava o convexa. Aquest primer estudi revela que tant les densitats ajustades com les calculades a nivell ab initio es comporten de manera totalment anàloga. En la segona part d'aquest treball es va poder estendre el mètode a molècules més grans, de fins uns 2500 àtoms. Finalment, s'aplica part de la filosofia del MEDLA. Sabent que la densitat electrònica decau ràpidament al allunyar-se dels nuclis, el càlcul d'aquesta pot ser obviat a distàncies grans d'aquests. D'aquesta manera es va proposar particionar l'espai, i calcular tan sols les funcions ajustades de cada àtom tan sols en una regió petita, envoltant l'àtom en qüestió. Duent a terme aquest procés, es disminueix el temps de càlcul i el procés esdevé lineal amb nombre d'àtoms presents en la molècula tractada. En el tema dedicat a la sobreposició molecular es tracta la creació d'un algorisme, així com la seva implementació en forma de programa, batejat Topo-Geometrical Superposition Algorithm (TGSA), d'un mètode que proporcionés aquells alineaments que coincideixen amb la intuïció química. El resultat és un programa informàtic, codificat en Fortran 90, el qual alinea les molècules per parelles considerant tan sols nombres i distàncies atòmiques. La total absència de paràmetres teòrics permet desenvolupar un mètode de sobreposició molecular general, que proporcioni una sobreposició intuïtiva, i també de forma rellevant, de manera ràpida i amb poca intervenció de l'usuari. L'ús màxim del TGSA s'ha dedicat a calcular semblances per al seu ús posterior en QSAR, les quals majoritàriament no corresponen al valor que s'obtindria d'emprar la regla de la màxima semblança, sobretot si hi ha àtoms pesats en joc. Finalment, en l'últim tema, dedicat a la Semblança Quàntica en el marc del QSAR, es tracten tres aspectes diferents: - Ús de matrius de semblança. Aquí intervé l'anomenada matriu de semblança, calculada a partir de les semblances per parelles d'entre un conjunt de molècules. Aquesta matriu és emprada posteriorment, degudament tractada, com a font de descriptors moleculars per a estudis QSAR. Dins d'aquest àmbit s'han fet diversos estudis de correlació d'interès farmacològic, toxicològic, així com de diverses propietats físiques. - Aplicació de l'energia d'interacció electró-electró, assimilat com a una forma d'autosemblança. Aquesta modesta contribució consisteix breument en prendre el valor d'aquesta magnitud, i per analogia amb la notació de l'autosemblança molecular quàntica, assimilar-la com a cas particular de d'aquesta mesura. Aquesta energia d'interacció s'obté fàcilment a partir de programari mecanoquàntic, i esdevé ideal per a fer un primer estudi preliminar de correlació, on s'utilitza aquesta magnitud com a únic descriptor. - Càlcul d'autosemblances, on la densitat ha estat modificada per a augmentar el paper d'un substituent. Treballs previs amb densitats de fragments, tot i donar molt bons resultats, manquen de cert rigor conceptual en aïllar un fragment, suposadament responsable de l'activitat molecular, de la totalitat de l'estructura molecular, tot i que les densitats associades a aquest fragment ja difereixen degut a pertànyer a esquelets amb diferents substitucions. Un procediment per a omplir aquest buit que deixa la simple separació del fragment, considerant així la totalitat de la molècula (calcular-ne l'autosemblança), però evitant al mateix temps valors d'autosemblança no desitjats provocats per àtoms pesats, és l'ús de densitats de Forats de fermi, els quals es troben definits al voltant del fragment d'interès. Aquest procediment modifica la densitat de manera que es troba majoritàriament concentrada a la regió d'interès, però alhora permet obtenir una funció densitat, la qual es comporta matemàticament igual que la densitat electrònica regular, podent-se així incorporar dins del marc de la semblança molecular. Les autosemblances calculades amb aquesta metodologia han portat a bones correlacions amb àcids aromàtics substituïts, podent així donar una explicació al seu comportament. Des d'un altre punt de vista, també s'han fet contribucions conceptuals. S'ha implementat una nova mesura de semblança, la d'energia cinètica, la qual consisteix en prendre la recentment desenvolupada funció densitat d'energia cinètica, la qual al comportar-se matemàticament igual a les densitats electròniques regulars, s'ha incorporat en el marc de la semblança. A partir d'aquesta mesura s'han obtingut models QSAR satisfactoris per diferents conjunts moleculars. Dins de l'aspecte del tractament de les matrius de semblança s'ha implementat l'anomenada transformació estocàstica com a alternativa a l'ús de l'índex Carbó. Aquesta transformació de la matriu de semblança permet obtenir una nova matriu no simètrica, la qual pot ser posteriorment tractada per a construir models QSAR.

Desenvolupament computacional de la semblança molecular quàntica

La present Tesi Doctoral, titulada desenvolupament computacional de la semblança molecular quàntica, tracta, fonamentalment, els aspectes de càlcul de mesures de semblança basades en la comparació de funcions de densitat electrònica.El primer capítol, Semblança quàntica, és introductori. S'hi descriuen les funcions de densitat de probabilitat electrònica i llur significança en el marc de la mecànica quàntica. Se n'expliciten els aspectes essencials i les condicions matemàtiques a satisfer, cara a una millor comprensió dels models de densitat electrònica que es proposen. Hom presenta les densitats electròniques, mencionant els teoremes de Hohenberg i Kohn i esquematitzant la teoria de Bader, com magnituds fonamentals en la descripció de les molècules i en la comprensió de llurs propietats.En el capítol Models de densitats electròniques moleculars es presenten procediments computacionals originals per l'ajust de funcions densitat a models expandits en termes de gaussianes 1s centrades en els nuclis. Les restriccions físico-matemàtiques associades a les distribucions de probabilitat s'introdueixen de manera rigorosa, en el procediment anomenat Atomic Shell Approximation (ASA). Aquest procediment, implementat en el programa ASAC, parteix d'un espai funcional quasi complert, d'on se seleccionen variacionalment les funcions o capes de l'expansió, d'acord als requisits de no negativitat. La qualitat d'aquestes densitats i de les mesures de semblança derivades es verifica abastament. Aquest model ASA s'estén a representacions dinàmiques, físicament més acurades, en quant que afectades per les vibracions nuclears, cara a una exploració de l'efecte de l'esmorteïment dels pics nuclears en les mesures de semblança molecular. La comparació de les densitats dinàmiques respecte les estàtiques evidencia un reordenament en les densitats dinàmiques, d'acord al que constituiria una manifestació del Principi quàntic de Le Chatelier. El procediment ASA, explícitament consistent amb les condicions de N-representabilitat, s'aplica també a la determinació directe de densitats electròniques hidrogenoides, en un context de teoria del funcional de la densitat.El capítol Maximització global de la funció de semblança presenta algorismes originals per la determinació de la màxima sobreposició de les densitats electròniques moleculars. Les mesures de semblança molecular quàntica s'identifiquen amb el màxim solapament, de manera es mesuri la distància entre les molècules, independentment dels sistemes de referència on es defineixen les densitats electròniques. Partint de la solució global en el límit de densitats infinitament compactades en els nuclis, es proposen tres nivells de aproximació per l'exploració sistemàtica, no estocàstica, de la funció de semblança, possibilitant la identificació eficient del màxim global, així com també dels diferents màxims locals. Es proposa també una parametrització original de les integrals de recobriment a través d'ajustos a funcions lorentzianes, en quant que tècnica d'acceleració computacional. En la pràctica de les relacions estructura-activitat, aquests avenços possibiliten la implementació eficient de mesures de semblança quantitatives, i, paral·lelament, proporcionen una metodologia totalment automàtica d'alineació molecular. El capítol Semblances d'àtoms en molècules descriu un algorisme de comparació dels àtoms de Bader, o regions tridimensionals delimitades per superfícies de flux zero de la funció de densitat electrònica. El caràcter quantitatiu d'aquestes semblances possibilita la mesura rigorosa de la noció química de transferibilitat d'àtoms i grups funcionals. Les superfícies de flux zero i els algorismes d'integració usats han estat publicats recentment i constitueixen l'aproximació més acurada pel càlcul de les propietats atòmiques. Finalment, en el capítol Semblances en estructures cristal·lines hom proposa una definició original de semblança, específica per la comparació dels conceptes de suavitat o softness en la distribució de fonons associats a l'estructura cristal·lina. Aquests conceptes apareixen en estudis de superconductivitat a causa de la influència de les interaccions electró-fonó en les temperatures de transició a l'estat superconductor. En aplicar-se aquesta metodologia a l'anàlisi de sals de BEDT-TTF, s'evidencien correlacions estructurals entre sals superconductores i no superconductores, en consonància amb les hipòtesis apuntades a la literatura sobre la rellevància de determinades interaccions.Conclouen aquesta tesi un apèndix que conté el programa ASAC, implementació de l'algorisme ASA, i un capítol final amb referències bibliogràfiques.

Molecular quantum similarity in QSAR: applications in computer-aided molecular design

La present tesi està centrada en l'ús de la Teoria de Semblança Quàntica per a calcular descriptors moleculars. Aquests descriptors s'utilitzen com a paràmetres estructurals per a derivar correlacions entre l'estructura i la funció o activitat experimental per a un conjunt de compostos. Els estudis de Relacions Quantitatives Estructura-Activitat són d'especial interès per al disseny racional de molècules assistit per ordinador i, en particular, per al disseny de fàrmacs. Aquesta memòria consta de quatre parts diferenciades. En els dos primers blocs es revisen els fonaments de la teoria de semblança quàntica, així com l'aproximació topològica basada en la teoria de grafs. Ambdues teories es fan servir per a calcular els descriptors moleculars. En el segon bloc, s'ha de remarcar la programació i implementació de programari per a calcular els anomenats índexs topològics de semblança quàntica. La tercera secció detalla les bases de les Relacions Quantitatives Estructura-Activitat i, finalment, el darrer apartat recull els resultats d'aplicació obtinguts per a diferents sistemes biològics.

Phylogeny, function, and evolution of the cupins, a structurally conserved, functionally diverse superfamily of proteins

The cupin superfamily is a group of functionally diverse proteins that are found in all three kingdoms of life, Archaea, Eubacteria, and Eukaryota. These proteins have a characteristic signature domain comprising two histidine- containing motifs separated by an intermotif region of variable length. This domain consists of six beta strands within a conserved beta barrel structure. Most cupins, such as microbial phosphomannose isomerases (PMIs), AraC- type transcriptional regulators, and cereal oxalate oxidases (OXOs), contain only a single domain, whereas others, such as seed storage proteins and oxalate decarboxylases (OXDCs), are bi-cupins with two pairs of motifs. Although some cupins have known functions and have been characterized at the biochemical level, the majority are known only from gene cloning or sequencing projects. In this study, phylogenetic analyses were conducted on the conserved domain to investigate the evolution and structure/function relationships of cupins, with an emphasis on single- domain plant germin-like proteins (GLPs). An unrooted phylogeny of cupins from a wide spectrum of evolutionary lineages identified three main clusters, microbial PMIs, OXDCs, and plant GLPs. The sister group to the plant GLPs in the global analysis was then used to root a phylogeny of all available plant GLPs. The resulting phylogeny contained three main clades, classifying the GLPs into distinct subfamilies. It is suggested that these subfamilies correlate with functional categories, one of which contains the bifunctional barley germin that has both OXO and superoxide dismutase (SOD) activity. It is proposed that GLPs function primarily as SODs, enzymes that protect plants from the effects of oxidative stress. Closer inspection of the DNA sequence encoding the intermotif region in plant GLPs showed global conservation of thymine in the second codon position, a character associated with hydrophobic residues. Since many of these proteins are multimeric and enzymatically inactive in their monomeric state, this conservation of hydrophobicity is thought to be associated with the need to maintain the various monomer- monomer interactions. The type of structure-based predictive analysis presented in this paper is an important approach for understanding gene function and evolution in an era when genomes from a wide range of organisms are being sequenced at a rapid rate.

Unravelling the conundrum of tannins in animal nutrition and health

This paper examines the nutritional and veterinary effects of tannins on ruminants and makes some comparisons with non-ruminants. Tannin chemistry per se is not covered and readers are referred to several excellent reviews instead: (a) Okuda T et al. Heterocycles 30:1195-1218 (1990); (b) Ferreira D and Slade D. Nat Prod Rep 19:517-541 (2002); (c) Yoshida T et al. In Studies in Natural Product Chemistry. Elsevier Science, Amsterdam, pp. 395-453 (2000); (d) Khanbabaee K and van Ree T. Nat Prod Rep 18:641-649 (2001); (e) Okuda et al. Phytochemistvy 55:513-529 (2000). The effects of tannins on rumen micro-organisms are also not reviewed, as these have been addressed by others: (a) McSweeney CS et al. Anim Feed Sci Technol 91:83-93 (2001); (b) Smith AH and Mackie RI. Appl Environ Microbiol 70:1104-1115 (2004). This paper deals first with the nutritional effects of tannins in animal feeds, their qualitative and quantitative diversity, and the implications of tannin-protein complexation. It then summarises the known physiological and harmful effects and discusses the equivocal evidence of the bioavailability of tannins. Issues concerning tannin metabolism and systemic effects are also considered. Opportunities are presented on how to treat feeds with high tannin contents, and some lesser-known but successful feeding strategies are highlighted. Recent research has explored the use of tannins for preventing animal deaths from bloat, for reducing intestinal parasites and for lowering gaseous ammonia and methane emissions. Finally, several tannin assays and a hypothesis are discussed that merit further investigation in order to assess their suitability for predicting animal responses. The aim is to provoke discussion and spur readers into new approaches. An attempt is made to synthesise the emerging information for relating tannin structures with their activities. Although many plants with high levels of tannins produce negative effects and require treatments, others are very useful animal feeds. Our ability to predict whether tannin-containing feeds confer positive or negative effects will depend on interdisciplinary research between animal nutritionists and plant chemists. The elucidation of tannin structure-activity relationships presents exciting opportunities for future feeding strategies that will benefit ruminants and the environment within the contexts of extensive, semi-intensive and some intensive agricultural systems. (c) 2006 Society of Chemical Industry

Unravelling the conundrum of tannins in animal nutrition and health

This paper examines the nutritional and veterinary effects of tannins on ruminants and makes some comparisons with non-ruminants. Tannin chemistry per se is not covered and readers are referred to several excellent reviews instead: (a) Okuda T et al. Heterocycles 30:1195-1218 (1990); (b) Ferreira D and Slade D. Nat Prod Rep 19:517-541 (2002); (c) Yoshida T et al. In Studies in Natural Product Chemistry. Elsevier Science, Amsterdam, pp. 395-453 (2000); (d) Khanbabaee K and van Ree T. Nat Prod Rep 18:641-649 (2001); (e) Okuda et al. Phytochemistvy 55:513-529 (2000). The effects of tannins on rumen micro-organisms are also not reviewed, as these have been addressed by others: (a) McSweeney CS et al. Anim Feed Sci Technol 91:83-93 (2001); (b) Smith AH and Mackie RI. Appl Environ Microbiol 70:1104-1115 (2004). This paper deals first with the nutritional effects of tannins in animal feeds, their qualitative and quantitative diversity, and the implications of tannin-protein complexation. It then summarises the known physiological and harmful effects and discusses the equivocal evidence of the bioavailability of tannins. Issues concerning tannin metabolism and systemic effects are also considered. Opportunities are presented on how to treat feeds with high tannin contents, and some lesser-known but successful feeding strategies are highlighted. Recent research has explored the use of tannins for preventing animal deaths from bloat, for reducing intestinal parasites and for lowering gaseous ammonia and methane emissions. Finally, several tannin assays and a hypothesis are discussed that merit further investigation in order to assess their suitability for predicting animal responses. The aim is to provoke discussion and spur readers into new approaches. An attempt is made to synthesise the emerging information for relating tannin structures with their activities. Although many plants with high levels of tannins produce negative effects and require treatments, others are very useful animal feeds. Our ability to predict whether tannin-containing feeds confer positive or negative effects will depend on interdisciplinary research between animal nutritionists and plant chemists. The elucidation of tannin structure-activity relationships presents exciting opportunities for future feeding strategies that will benefit ruminants and the environment within the contexts of extensive, semi-intensive and some intensive agricultural systems. (c) 2006 Society of Chemical Industry

The extrapolation problem and how population modeling can help

We argue that population modeling can add value to ecological risk assessment by reducing uncertainty when extrapolating from ecotoxicological observations to relevant ecological effects. We review other methods of extrapolation, ranging from application factors to species sensitivity distributions to suborganismal (biomarker and "-omics'') responses to quantitative structure activity relationships and model ecosystems, drawing attention to the limitations of each. We suggest a simple classification of population models and critically examine each model in an extrapolation context. We conclude that population models have the potential for adding value to ecological risk assessment by incorporating better understanding of the links between individual responses and population size and structure and by incorporating greater levels of ecological complexity. A number of issues, however, need to be addressed before such models are likely to become more widely used. In a science context, these involve challenges in parameterization, questions about appropriate levels of complexity, issues concerning how specific or general the models need to be, and the extent to which interactions through competition and trophic relationships can be easily incorporated.

AT(1) receptor ligands: virtual-screening-based design with TOPP descriptors, synthesis, and biological evaluation of pyrrolidine derivatives

As a continuing effort to establish the structure-activity relationships (SARs) within the series of the angiotensin II antagonists (sartans), a pharmacophoric model was built by using novel TOPP 3D descriptors. Statistical values were satisfactory (PC4: r(2)=0.96, q(2) ((5) (random) (groups))=0.84; SDEP=0.26) and encouraged the synthesis and consequent biological evaluation of a series of new pyrrolidine derivatives. SAR together with a combined 3D quantitative SAR and high-throughput virtual screening showed that the newly synthesized 1-acyl-N-(biphenyl-4-ylmethyl)pyrrolidine-2-carboxamides may represent an interesting starting point for the design of new antihypertensive agents. In particular, biological tests performed on CHO-hAT(1) cells stably expressing the human AT(1) receptor showed that the length of the acyl chain is crucial for the receptor interaction and that the valeric chain is the optimal one.

Diverse signalling by different chemokines through the chemokine receptor CCR5

We have investigated the signalling properties of the chemokine receptor, CCR5, using several assays for agonism: stimulation of changes in intracellular Ca2+ or CCR5 internalisation in CHO cells expressing CCR5 or stimulation of [S-35]GTP gamma S binding in membranes of CHO cells expressing CCR5. Four isoforms of the chemokine CCL3 with different amino termini (CCL3, CCL3(2-70), CCL3(5-70), CCL3L1) were tested in these assays in order to probe structure/activity relationships. Each isoform exhibited agonism. The pattern of agonism (potency, maximal effect) was different in the three assays, although the rank order was the same with CCL3L1 being the most potent and efficacious. The data show that the amino terminus of the chemokine is important for signalling. A proline at position 2 (CCL3L1) provides for high potency and efficacy but the isoform with a serine at position 2 (CCL3(2-70)) is as efficacious in some assays showing that the proline is not the only determinant of high efficacy. We also increased the sensitivity of CCR5 signalling by treating cells with sodium butyrate, thus increasing the receptor/G protein ratio. This allowed the detection of a change in intracellular Ca2+ after treatment with CCL7 and Met-RANTES showing that these ligands possess measurable but low efficacy. This study therefore shows that sodium butyrate treatment increases the sensitivity of signalling assays and enables the detection of efficacy in ligands previously considered as antagonists. The use of different assay systems, therefore, provides different estimates of efficacy for some ligands at this receptor. (c) 2006 Elsevier Inc. All rights reserved.

PDBSprotEC: A web-accessible database linking PDB chains to EC numbers via SwissProt

A mapping between chains in the Protein Databank and Enzyme Classification numbers is invaluable for research into structure-function relationships. Mapping at the chain level is a non-trivial problem and we present an automatically updated Web-server, which provides this link in a queryable form and as a downloadable XML or flat file.

Development and application of diazirines in biological and synthetic macromolecular systems

Many different reagents and methodologies have been utilised for the modification of synthetic and biological macromolecular systems. In addition, an area of intense research at present is the construction of hybrid biosynthetic polymers, comprised of biologically active species immobilised or complexed with synthetic polymers. One of the most useful and widely applicable techniques available for functionalisation of macromolecular systems involves indiscriminate carbene insertion processes. The highly reactive and non-specific nature of carbenes has enabled a multitude of macromolecular structures to be functionalised without the need for specialised reagents or additives. The use of diazirines as stable carbene precursors has increased dramatically over the past twenty years and these reagents are fast becoming the most popular photophors for photoaffinity labelling and biological applications in which covalent modification of macromolecular structures is the basis to understanding structure-activity relationships. This review reports the synthesis and application of a diverse range of diazirines in macromolecular systems.

QSAR studies of multidentate nitrogen ligands used in lanthanide and actinide extraction processes

Quantitative structure activity relationships (QSARs) have been developed to optimise the choice of nitrogen heterocyclic molecules that can be used to separate the minor actinides such as americium(III) from europium(III) in the aqueous PUREX raffinate of nuclear waste. Experimental data on distribution coefficients and separation factors (SFs) for 47 such ligands have been obtained and show SF values ranging from 0.61 to 100. The ligands were divided into a training set of 36 molecules to develop the QSAR and a test set of 11 molecules to validate the QSAR. Over 1500 molecular descriptors were calculated for each heterocycle and the Genetic Algorithm was used to select the most appropriate for use in multiple regression equations. Equations were developed fitting the separation factors to 6-8 molecular descriptors which gave r(2) values of >0.8 for the training set and values of >0.7 for the test set, thus showing good predictive quality. The descriptors used in the equations were primarily electronic and steric. These equations can be used to predict the separation factors of nitrogen heterocycles not yet synthesised and/or tested and hence obtain the most efficient ligands for lanthanide and actinide separation. (C) 2003 Elsevier B.V. All rights reserved.

Characterization of protein-polyphenol interactions

Dietary polyphenols have received attention for their biologically significant functions as antioxidants, anticarcinogens or antimutagens, which have led to their recognition as potential nutraceuticals. Polyphenols also characteristically possess a significant binding affinity for proteins, which can lead to the formation of soluble and insoluble protein-polyphenol complexes. Questions remain concerning whether and to what extent the protein-polyphenol interaction influences functionality. For example, is the formation of protein-polyphenol complexes an obstacle to the nutritional bioavailability of either species? This article discusses the development of suitable methodologies to investigate the physicochemical basis of protein-polyphenol interactions and the influence of structure-activity relationships on binding affinities. (C) 2003 Elsevier Ltd. All rights reserved.