Synthesis, characterization and redox behaviour of benzoyldiazenido- and oxorhenium complexes bearing N,N- and S,S-type ligands

The reactions of [ReCl2{eta(2)-N2C(O)Ph}(PPh3)(2)](1) with 2-aminopyrimidine (H(2)Npyrm), 2,2'-bipyridine (bpy) and tetraethylthiuram disulfide (tds), in MeOH upon reflux, lead to the new eta(1)-(benzoyldiazenido)-rhenium(III) complexes [ReCl{eta(1)-N2C(O)Ph}(HNpyrm)(PPh3)(2)](2)and [ReCl2{eta(1)-N2C(O)Ph}(bpy)(PPh3)] (3), and the known oxo(diethyldithiocarbamato)dirhenium(v)complex [Re2O2(mu O){Et2NC(S)S}(4)](4), respectively. The Et2NC(S)S ligands in 4 result from S-S bond rupture of tds molecules. The obtained compounds have been characterized by IR, H-1, P-31{H-1} and C-13{H-1} NMR spectroscopies, FAB(+)-MS, elemental and single-crystal X-ray diffraction (for 2 and 4)analyses. Complex 2 represents the first structurally characterized Re compound derived from 2-aminopyrimidine. Besides, the redox behaviour of 2-4 in CH2Cl2 solution has been studied by cyclic voltammetry, and the Lever electrochemical ligand parameter (E-L)has been estimated, for the first time, for HNpyrm. The electrochemical results are discussed in terms of electronic properties of the Re centres and the ligands.

A disfunção redox espinhal na dor neuropática

As espécies reativas de oxigénio (ROS) estão envolvidas no desenvolvimento de dor neuropática. No entanto, a aplicação clínica de moléculas antioxidantes no tratamento desta patologia tem demonstrado pouca eficácia. A inibição da NADPH oxidase (NOX), uma das principais fontes de ROS, poderá ser uma boa estratégia terapêutica. O nosso grupo verificou que a apocinina (inibidor da NOX) melhora parcialmente os sintomas de dor neuropática e a disfunção redox espinhal no modelo SNI (spared nerve injury). De forma a melhorar este efeito terapêutico, o presente estudo insere-se num projeto maior, que visa identificar as isoformas da NOX envolvidas na fisiopatologia da doença e avaliar o efeito da administração de inibidores específicos para essas isoformas. Assim, propusemo-nos a avaliar a disfunção redox espinhal em fases precoces dador neuropática periférica induzida pelo modelo SNI no Rato, relacionando-a com os comportamentos de dor demonstrados pelos animais. Foram constituídos três grupos experimentais: SNI, sham e naïve, com subgrupos testados e sacrificados aos dias 1, 3, 7 e 14 após a cirurgia. Avaliou-se a sensibilidade mecânica (vonFrey e pinprick) e ao frio (acetona) dos animais, sacrificaram-se e recolheram-se as medulas espinhais para análise imunohistoquímica, com marcadores de dano oxidativo no DNA e de dano nitrosativo. Ao contrário dos animais sham, que demonstraram um comportamento muito próximo dos naïve, os animais SNI desenvolveram alodínia mecânica e ao frio e hiperalgesia mecânica na pata ipsilateral. No entanto, o dano oxidativo no corno dorsal ipsilateral da medula espinhal apresentou-se idêntico nos grupos SNI e sham ao longo dos 14 dias de estudo, não havendo também diferenças entre os cornos ipsi e contralateral à lesão nervosa. É possível que o desenvolvimento de dor neuropática nos animais SNI não se faça acompanhar de disfunção redox espinhal, pelo menos até aos 14 dias pós indução. O facto de a lesão nervosa no modelo SNI se localizar numa porção distal do ciático, ao contrário de outros modelos em que o stresse oxidativo espinhal foi já descrito, poderia explicar essas diferenças. Em todo o caso, considerando que os resultados comportamentais obtidos indicam que as cirurgias SNI e sham causam diferentes níveis de sensibilização nos animais, parece-nos fulcral prolongar os tempos de neuropatia, e executar uma avaliação do estado redox com outros marcadores, de forma a elucidar se, de facto, existem ROS envolvidas nesta sensibilização e, em caso positivo, poder identificar essas espécies, bem como as suas fontes.

Cellular polarity in aging: role of redox regulation and nutrition

Cellular polarity concerns the spatial asymmetric organization of cellular components and structures. Such organization is important not only for biological behavior at the individual cell level, but also for the 3D organization of tissues and organs in living organisms. Processes like cell migration and motility, asymmetric inheritance, and spatial organization of daughter cells in tissues are all dependent of cell polarity. Many of these processes are compromised during aging and cellular senescence. For example, permeability epithelium barriers are leakier during aging; elderly people have impaired vascular function and increased frequency of cancer, and asymmetrical inheritance is compromised in senescent cells, including stem cells. Here, we review the cellular regulation of polarity, as well as the signaling mechanisms and respective redox regulation of the pathways involved in defining cellular polarity. Emphasis will be put on the role of cytoskeleton and the AMP-activated protein kinase pathway. We also discuss how nutrients can affect polarity-dependent processes, both by direct exposure of the gastrointestinal epithelium to nutrients and by indirect effects elicited by the metabolism of nutrients, such as activation of antioxidant response and phase-II detoxification enzymes through the transcription factor nuclear factor (erythroid-derived 2)-like 2 (Nrf2). In summary, cellular polarity emerges as a key process whose redox deregulation is hypothesized to have a central role in aging and cellular senescence.

Broad-temperature range spectroscopy of the two-centre modular redox metalloprotein Desulfovibrio desulfuricans desulfoferrodoxin

Dalton Trans., 2003, 3328-3338

Bilirubin directly disrupts membrane lipid polarity and fluidity, protein order, and redox status in rat mitochondria

Background/Aims: Unconjugated bilirubin (UCB) impairs crucial aspects of cell function and induces apoptosis in primary cultured neurones. While mechanisms of cytotoxicity begin to unfold, mitochondria appear as potential primary targets. Methods: We used electron paramagnetic resonance spectroscopy analysis of isolated rat mitochondria to test the hypothesis that UCB physically interacts with mitochondria to induce structural membrane perturbation, leading to increased permeability, and subsequent release of apoptotic factors. Results: Our data demonstrate profound changes on mitochondrial membrane properties during incubation with UCB, including modified membrane lipid polarity and fluidity (P , 0:01), as well as disrupted protein mobility(P , 0:001). Consistent with increased permeability, cytochrome c was released from the intermembrane space(P , 0:01), perhaps uncoupling the respiratory chain and further increasing oxidative stress (P , 0:01). Both ursodeoxycholate, a mitochondrial-membrane stabilising agent, and cyclosporine A, an inhibitor of the permeability transition, almost completely abrogated UCB-induced perturbation. Conclusions: UCB directly interacts with mitochondria influencing membrane lipid and protein properties, redox status, and cytochrome c content. Thus, apoptosis induced by UCB may be mediated, at least in part, by physical perturbation of the mitochondrial membrane. These novel findings should ultimately prove useful to our evolving understanding of UCB cytotoxicity.

The solvation and redox behaviour of mixed ligand COPPER(II) complexes of acetylacetonate and aromatic dimines in ionic liquids

The behavior of two cationic copper complexes of acetylacetonate and 2,2'-bipyridine or 1,10-phenanthroline, [Cu(acac)(bipy)]Cl (1) and [Cu(acac)(phen)]Cl (2), in organic solvents and ionic liquids, was studied by spectroscopic and electrochemical techniques. Both complexes showed solvatochromism in ionic liquids although no correlation with solvent parameters could be obtained. By EPR spectroscopy rhombic spectra with well-resolved superhyperfine structure were obtained in most ionic liquids. The spin Hamiltonian parameters suggest a square pyramidal geometry with coordination of the ionic liquid anion. The redox properties of the complexes were investigated by cyclic voltammetry at a Pt electrode (d = 1 mm) in bmimBF(4) and bmimNTf(2) ionic liquids. Both complexes 1 and 2 are electrochemically reduced in these ionic media at more negative potentials than when using organic solvents. This is in agreement with the EPR characterization, which shows lower A(z) and higher g(z) values for the complexes dissolved in ionic liquids, than in organic solvents, due to higher electron density at the copper center. The anion basicity order obtained by EPR is NTf2-, N(CN)(2)(-), MeSO4- and Me2PO4-, which agrees with previous determinations. (C) 2013 Elsevier B.V. All rights reserved.

Redox-active cytotoxic diorganotin(IV) cycloalkylhydroxamate complexes with different ring sizes: Reduction behaviour and theoretical interpretation

Two series of new diorganotin(IV) cycloalkylhydroxamate complexes with different ring sizes (cyclopropyl, cyclobutyl, cyclopentyl and cyclohexyl), formulated as the mononuclear [R2Sn(HL)(2)] (1:2) (a, R=Bu-n and Ph) and the polymeric [R2SnL](n) (1:1) (b, R=Bu-n) compounds, were prepared and fully characterized. Single crystal X-ray diffraction for [(Bu2Sn)-Bu-n{C5H9C(O)NHO}(2)] (3a) discloses the cis geometry and strong intermolecular NH center dot center dot center dot O interactions. The in vitro cytotoxic activities of the complexes were evaluated against HL-60, Bel-7402, BGC-823 and KB human tumour cell lines, the greater activity concerning [(Bu2Sn)-Bu-n(HL)(2)] [HL=C3H5C(O)NHO (1a), C6H11C(O)NHO (4a)] towards BGC-823. The complexes undergo, by cyclic voltammetry and controlled-potential electrolysis, one irreversible overall two-electron cathodic process at a reduction potential that does not appear to correlate with the antitumour activity. The electrochemical behaviour of [R2Sn(C5H9C(O)NHO)(2)] [R=Bu-n (3a), Ph (7a)] was also investigated using density functional theory (DFT) methods, showing that the ultimate complex structure and the mechanism of its formation are R dependent: for the aromatic (R = Ph) complex, the initial reduction step is centred on the phenyl ligands and at the metal, being followed by a second reduction with Sn-O and Sn-C ruptures, whereas for the alkyl (R=Bu-n) complex the first reduction step is centred on one of the hydroxamate ligands and is followed by a second reduction with Sn-O bond cleavages and preservation of the alkyl ligands. In both cases, the final complexes are highly coordinative unsaturated Sn-II species with the cis geometry, features that can be of biological significance.

Thermodynamic and kinetic modelling of the redox properties of tetrahaem cytochromes C3

Dissertação apresentada para obtenção do grau de Doutor em Bioquímica,especialidade Bioquímica-Física, pela Universidade Nova de Lisboa, Faculdade de Cincias e Tecnologia

Modulação do estado redox em bactérias por quinoxalinas

As quinoxalinas são compostos heterocíclicos que têm, entre outras, capacidades antimicrobianas, inclusivamente contra bactérias resistentes aos antimicrobianos convencionais. Os mecanismos pelos quais estes compostos exercem a sua atividade ainda não está completamente esclarecido. O objetivo do presente estudo é avaliar o efeito redox em sinergismo/antagonismo com as quinoxalinas em modelos de bactérias com e sem resistências a antimicrobianos. No que se refere aos compostos foram utilizados a quinoxalina 1,4-dióxido (QNX), 2-metil-3-benzilquinoxalina-1,4-dióxido (2M3BQNX), 2-metilquinoxalina-1,4-dióxido (2MQNX) e a 2-amino-3-cianoquinoxalina-1,4-dióxido (2A3CQNX). Quanto aos modelos procariotas, foram utilizados a Salmonella enterica, Klebsiella pneumoniae, Enterococcus faecalis, Staphylococcus saprophyticus, Enterobacter aerogenes, Enterobacter cloacae, Staphylococcus aureus ATCC 25923, Methicillin-resistant Staphylococcus aureus ATCC 43300, Escherichia coli TEM 201 e Escherichia coli TEM 180. Nos compostos químicos em que se verificou a Concentração Mínima Inibitória (CMI), realizou-se o estudo do comportamento do crescimento bacteriano. Relativamente ao estado redox, foi avaliado para cada estirpe sensível, através do rácio GSH/GSSG, nas doses inibitórias e não inibitórias de cada composto. Os resultados apresentam que todos os compostos testados, à exceção do 2M3BQNX, têm atividade antimicrobiana na maioria das estirpes, excetuando a E. faecalis e a S. saprophyticus. Os rácios GSH/GSSG apontam para o efeito oxidante em K. pneumoniae e S. enterica e antioxidante na E. aerogenes. A conclusão do estudo sugere que os compostos apresentam elevada capacidade antibacteriana e influência no equilíbrio redox das bactérias, podendo contribuir para o esclarecimento do mecanismo de ação dos derivados das quinoxalinas 1-4 dióxido, nas bactérias.

Ligand K-edge X-ray absorption spectroscopy and DFT calculations on [Fe3S4]0,+ clusters: delocalization, redox, and effect of the protein environment

Ligand K-edge XAS of an [Fe3S4]0 model complex is reported. The pre-edge can be resolved into contributions from the í2Ssulfide, í3Ssulfide, and Sthiolate ligands. The average ligand-metal bond covalencies obtained from these pre-edges are further distributed between Fe3+ and Fe2.5+ components using DFT calculations. The bridging ligand covalency in the [Fe2S2]+ subsite of the [Fe3S4]0 cluster is found to be significantly lower than its value in a reduced [Fe2S2] cluster (38% vs 61%, respectively). This lowered bridging ligand covalency reduces the superexchange coupling parameter J relative to its value in a reduced [Fe2S2]+ site (-146 cm-1 vs -360 cm-1, respectively). This decrease in J, along with estimates of the double exchange parameter B and vibronic coupling parameter ì2/k-, leads to an S ) 2 delocalized ground state in the [Fe3S4]0 cluster. The S K-edge XAS of the protein ferredoxin II (Fd II) from the D. gigas active site shows a decrease in covalency compared to the model complex, in the same oxidation state, which correlates with the number of H-bonding interactions to specific sulfur ligands present in the active site. The changes in ligand-metal bond covalencies upon redox compared with DFT calculations indicate that the redox reaction involves a two-electron change (one-electron ionization plus a spin change of a second electron) with significant electronic relaxation. The presence of the redox inactive Fe3+ center is found to decrease the barrier of the redox process in the [Fe3S4] cluster due to its strong antiferromagnetic coupling with the redox active Fe2S2 subsite.

EPR and redox properties of periplasmic nitrate reductase from Desulfovibrio desulfuricans ATCC 27774

J Biol Inorg Chem (2006) 11: 609–616 DOI 10.1007/s00775-006-0110-0

Desulfovibrio gigas ferredoxin II: redox structural modulation of the [3Fe–4S] cluster

J Biol Inorg Chem (2006) 11: 307–315 DOI 10.1007/s00775-005-0077-2

Functional characterization and directed engineering of redox proteins for a rational improvement of Bioelectrochemical systems

In recent years, new methods of clean and environmentally friendly energy production have been the focus of intense research efforts. Microbial fuel cells (MFCs) are devices that utilize naturally occurring microorganisms that feed on organic matter, like waste water, while producing electrical energy. The natural habitats of bacteria thriving in microbial fuel cells are usually marine and freshwater sediments. These microorganisms are called dissimilatory metal reducing bacteria (DMRB), but in addition to metals like iron and manganese, they can use organic compounds like DMSO or TMAO, radionuclides and electrodes as terminal electron acceptors in their metabolic pathways.(...)

Desbalanço redox: NADPH oxidase como um alvo terapêutico no manejo cardiovascular

Vários estudos destacam as espécies reativas de oxigênio e nitrogênio (ERONs) como importantes contribuintes na patogênese de numerosas doenças cardiovasculares, incluindo hipertensão, aterosclerose e falência cardíaca. Tais espécies são moléculas altamente bioativas e com vida curta derivadas, principalmente, da redução do oxigênio molecular. O complexo enzimático da NADPH oxidase é a maior fonte dessas espécies reativas na vasculatura. Sob condições fisiológicas, a formação e eliminação destas substâncias aparecem balanceadas na parede vascular. Durante o desbalanço redox, entretanto, há um aumento na atividade da NADPH oxidase e predomínio de agentes pró-oxidantes, superando a capacidade de defesa orgânica antioxidante. Além disso, tal hiperatividade enzimática reduz a biodisponibilidade do óxido nítrico, crucial para a vasodilatação e a manutenção da função vascular normal. Apesar de a NADPH oxidase relacionar-se diretamente à disfunção endotelial, foi primeiramente descrita por sua expressão em fagócitos, onde sua atividade determina a eficácia dos mecanismos de defesa orgânica contra patógenos. As sutis diferenças existentes entre as unidades estruturais das NADPH oxidases, a depender do tipo celular que as expressa, podem ter implicações terapêuticas, permitindo a inibição seletiva do desequilíbrio redox induzido pela NADPH oxidase, sem comprometer, entretanto, sua participação nas vias fisiológicas de sinalização celular que garantem a proteção contra microorganismos.

Marcadores de desequilíbrio redox em sangue de pacientes hipertensos de uma comunidade no Nordeste do Brasil

FUNDAMENTO: Estudos recentes descrevem a participação de espécies reativas de oxigênio e nitrogênio na hipertensão. OBJETIVO: Identificar o desbalanço redox em sangue de hipertensos. MÉTODOS: Superóxido dismutase (SOD), catalase (CAT), glutationa peroxidase (GPx), glutationa (GSH), vitamina C, transferrina, ceruloplasmina, malondialdeído (MDA) e o grupo carbonila, foram quantificados no sangue de 20 hipertensos e 21 controles. Os indivíduos tinham um Índice de Massa Corporal de > 18,5 e < 30 kg/m², glicemia < 100 mg/dL, colesterol sérico < 200 mg/dL, e eram mulheres não fumantes, não grávidas e não lactantes, não usuárias de alopurinol e probucol, e hipertensos em medicação anti-hipertensiva. Todos os indivíduos foram submetidos a um período preparatório de quatro semanas sem álcool, suplementos vitamínicos, dexametasona e paracetamol. RESULTADOS: Níveis reduzidos de CAT (p = 0,013), GSH ( p = 0,003) e MDA (p = 0,014), e altos níveis de GPx (p = 0,001) e ceruloplasmina (p = 0,015) foram obtidos no grupo de hipertensos, em comparação com os controles. Foi verificada uma correlação positiva entre a pressão sistólica e o MDA nos hipertensos e diastólica e CAT nos controles. CONCLUSÃO: Os dados obtidos são sugestivos de que os hipertensos apresentavam desequilíbrio em reações redox, a despeito do possível efeito atenuante de sua medicação anti-hipertensiva.