Compósitos de polímero-cerâmica para condensadores incorporados

A necessidade de produção de dispositivos eletrónicos mais eficientes e a sua miniaturização tem sido um dos principais desígnios da indústria eletrónica. Assim surgiu a necessidade de melhorar o desempenho das designadas placas de circuito impresso, tornando-as simultaneamente mais flexíveis, com menos ruído, mais estáveis face a variações bruscas de temperatura e que permitam operar numa vasta gama de frequências e potências. Para tal, uma das estratégias que tem vindo a ser estudada é a possibilidade de incorporar os componentes passivos, nomeadamente condensadores, sob a forma de filme diretamente no interior da placa. Por forma a manter uma elevada constante dielétrica e baixas perdas, mantendo a flexibilidade, associada ao polímero, têm sido desenvolvidos os designados compósitos de matriz polimérica. Nesta dissertação procedeu-se ao estudo do comportamento dielétrico e elétrico da mistura do cerâmico CaCu3Ti4O12 com o copolímero estireno-isoprenoestireno. Foram preparados filmes com diferentes concentrações de CCTO, recorrendo ao método de arrastamento, em conjunto com o Centro de Polímeros da Eslováquia. Foram também preparados filmes por spin-coating para as mesmas concentrações. Usaram-se dois métodos distintos para a preparação do pó de CCTO, reação de estado sólido e sol-gel. Foi realizada a caraterização estrutural (difração de raios-X. espetroscopia de Raman), morfológica (microscopia eletrónica de varrimento) e dielétrica aos filmes produzidos. Na caracterização dielétrica determinou-se o valor da constante dielétrica e das perdas para todos os filmes, à temperatura ambiente, bem como na gama de temperatura entre os 200 K e os 400 K, o que permitiu identificar existência de relaxações vítreas e subvítreas, e assim calcular as temperaturas de transição vítrea e energias de ativação, respetivamente. Foram realizados testes de adesão e aplicada a técnica de análise mecânica dinâmica para o cálculo das temperaturas de transição vítrea nos filmes preparados pelo método de arrastamento. Estudou-se ainda qual a lei de mistura que melhor se ajusta ao comportamento dielétrico do nosso compósito. Verificou-se que é a lei de Looyenga generalizada a que melhor se ajusta à resposta dielétrica dos compósitos produzidos.

Síntese de sensores, funcionalização de nanopartículas e fibras óticas para reconhecimento de aniões

O trabalho descrito nesta dissertação envolve a síntese e caracterização de novos macrociclos tetrapirrólicos e afins com potencial aplicação como quimiossensores de aniões, tanto em solução como quando suportados em diferentes materiais. As porfirinas e ftalocianinas ocupam um lugar de destaque nesta dissertação, pelo que no primeiro capítulo, é feita uma revisão bibliográfica acerca das suas metodologias de síntese bem como das suas principais características e aplicações, nomeadamente como quimiossensores de aniões. No segundo capítulo é discutida a síntese e caracterização dos compostos porfirínicos e ftalocianinicos com grupos amina ou poliamina, posteriormente utilizados como hospedeiros de aniões. Descrevem-se, pormenorizadamente, os métodos de síntese, purificação e caracterização estrutural dos diversos compostos sintetizados. No terceiro capítulo realizaram-se os estudos de complexação com aniões em solução e determinaram-se as respetivas constantes de afinidade. Os compostos sintetizados apresentam capacidade de interagir com diferentes aniões. As porfirinas testadas apresentam elevadas constantes de afinidade para o anião di-hidrogenofosfato, mesmo em soluções aquosas quando testadas com cristais piezoelétricos. No caso das ftalocianinas verificou-se que estas interagem com vários aniões e apresentam propriedades cromogénicas, podendo mesmo distinguir aniões cianeto em soluções contendo água. No quarto capítulo estudou-se a imobilização dos quimiossensores, que demonstraram maior eficácia nos estudos de reconhecimento em solução, em diferentes materiais. Primeiro foi estudada a imobilização dos quimiossensores em nanopartículas de sílica (com e sem núcleo magnético) e testada a sua capacidade como sensor de aniões em solução. Numa segunda parte foi estudada a imobilização em fibras óticas. Estas, além das suas excecionais propriedades físico-químicas, têm a vantagem de poderem ser integradas em diferentes estruturas e/ou equipamentos de análise. Na ultima parte desta dissertação encontra-se a descrição da síntese e caracterização de novos conjugados porfirina-C60-OligoDNA com potencial aplicação em transferência eletrónica. Foram sintetizados e caracterizados novos compostos porfirina-OligoDNA e C60-OligoDNA. Esta parte do trabalho foi realizada no “Institute of Advanced Energy” na Universidade de Quioto, Japão.

Síntese de compostos multiporfirínicos covalentes

Nesta tese descreve-se a síntese de compostos multiporfirínicos covalentes bem como a avaliação da potencial utilização destes compostos como quimiossensores de iões metálicos e para a construção de estruturas supramoleculares com fulerenos. No capítulo 1 desta tese é feita uma introdução à química, propriedades e aplicações das porfirinas e sistemas multiporfirínicos. Relativamente aos sistemas multiporfirínicos é feita uma revisão bibliográfica acerca das estratégias de síntese e abordagem geral à química supramolecular de sistemas porfirina-fulereno. No capítulo 2 são apresentados os resultados referentes à síntese e caracterização dos vários sistemas multiporfirínicos desenvolvidos neste trabalho. De um modo geral, a síntese desses compostos envolveu reações de substituição aromática nucleofílica. Para esse efeito foi necessário preparar porfirinas de partida contendo grupos nucleofílicos nas posições meso (-C6H4OH e -C6H4NH2). Os sistemas multiporfirínicos foram obtidos por reações entre as porfirinas de partida e hexafluorobenzeno ou 5,10,15,20tetraquis(pentafluorofenil)porfirina. Descreve-se também a síntese de uma díade porfirina-C60 e de uma pentíade contendo quatro unidades de porfirina e uma de C60, envolvendo reações de cicloadição 1,3-dipolar e de substituição aromática nucleofílica. Os estudos efetuados ao nível da aplicação de alguns dos novos sistemas multiporfirínicos sintetizados e de um dos seus precursores, a 5-[4(pentafluorofeniloxi)fenil]-10,15,20-trifenilporfirina, como sensores de iões metálicos encontram-se descritos no capítulo 3. Neste capítulo, a título introdutório, é feita uma breve abordagem aos quimiossensores colorimétricos e de fluorescência, apresentando também alguns exemplos de porfirinas como quimiossensores de iões metálicos já descritos na literatura científica. A caracterização fotofísica dos compostos em estudo também é descrita neste capítulo. Os compostos estudados mostraram capacidade de interagir com vários iões metálicos, verificando-se um aumento da seletividade para o ião Hg2+ com o aumento do número de unidades porfirínicas constituintes dos sistemas multiporfirínicos. Os resultados referentes aos estudos de complexação de alguns dos sistemas multiporfirínicos sintetizados com fulerenos encontram-se descritos no capítulo 4. Neste capítulo descreve-se também a caracterização fotofísica dos compostos em estudo. Os estudos realizados com os sistemas multiporfirínicos mostraram uma fraca interação com os fulerenos C60 e C70. No entanto, os valores das constantes de afinidade obtidos com 1-metil-2-(4piridil)[60]fulero[c]pirrolidina mostraram que os sistemas multiporfirínicos apresentam capacidade para formar complexos com este derivado de C60 por coordenação axial e por interações π-π. No capítulo 5 é discutido o trabalho que envolveu o desenvolvimento de novos métodos na síntese de derivados tetrapirrólicos do tipo pirrolo[3,4-b]porfirinas contendo um grupo NH livre no anel exocíclico. A estratégia de síntese requereu a preparação de uma clorina fundida com um anel pirrolina seguida da redução do anel pirrolina. Deste modo obteve-se uma nova clorina fundida com um anel pirrolidina contendo um grupo NH livre. Esta nova clorina foi usada na preparação de uma díade clorina-porfirina por reação de N-arilação com 5,10,15,20-tetraquis(pentafluorofenil)porfirina. A estrutura cristalina da nova díade foi resolvida por difração de raios-X de cristal único. A estrutura dos compostos sintetizados foi estabelecida recorrendo a diversas técnicas espectroscópicas nomeadamente ressonância magnética nuclear (RMN de 1H, 13C e 19F), espectrometria de massa e espectrofotometria de UVvis. No último capítulo desta tese descrevem-se, pormenorizadamente, todas as experiências efetuadas, incluindo os métodos de síntese, purificação e caracterização estrutural dos diversos compostos sintetizados bem como as medições espectrofotométricas e espectrofluorimétricas.

(E)-2-[2-(2-Aminofenil)vinil]-1-metilquinolin-4(1H)-ona como precursor de novos compostos heterociclicos

Esta dissertação reporta a síntese de novos derivados de 4-quinolonas com potencial atividade biológica e está dividida em 3 capítulos. No primeiro capítulo é feita uma breve introdução aos compostos do tipo 4quinolona, azepina e indol, focando a nomenclatura, atividade biológica e métodos de síntese mais comuns deste tipo de compostos, e é apresentada a nomenclatura dos compostos sintetizados ao longo deste trabalho. No segundo capítulo são descritas as metodologias desenvolvidas para obtenção dos compostos pretendidos. Foram sintetizados novos derivados de 4-quinolonas via reações de N-metilação seguida de ciclização in situ da (E)-N(2-acetilfenil)-3-(2-nitrofenil)acrilamida, via reações de redução da 1-metil-2-[2(2-nitrofenil)vinil]quinolin-4(1H)-ona e reações de halogenação da 1-metil-2-[2(2-nitrofenil)vinil]quinolin-4(1H)-ona e da 2-[2-(2-aminofenil)vinil]-1metilquinolin-4(1H)-ona. Posteriormente, fizeram-se estudos de reatividade da 1-metil-2-[2-(2-nitrofenil)vinil]quinolin-4(1H)-ona e da 2-[2-(2-aminofenil)vinil]-3bromo-1-metilquinolin-4(1H)-ona. Na reação de redução in situ seguida de ciclização intramolecular da 1-metil-2-[2-(2-nitrofenil)vinil]quinolin-4(1H)-ona obteve-se a 2-(1H-indol-2-il)-1-metilquinolin-4(1H)-ona. Partindo da 2-[2-(2aminofenil)vinil]-3-bromo-1-metilquinolin-4(1H)-ona via reações de BuchwaldHartwig obteve-se a 11-metil-5H-benzo[6,7]azepino[3,2-b]quinolin-6(11H)-ona. Novas N-[2-(2-(3-bromo-1-metil-4-oxo-1,4-di-hidroquinolin-2il)vinil)fenil]alquilamidas foram obtidas via reações de acilação da 2-[2-(2aminofenil)vinil]-3-bromo-1-metilquinolin-4(1H)-ona em piridina seca usando diferentes cloretos de acilo. Numa tentativa de ciclização intramolecular da N[2-(2-(3-bromo-1-metil-4-oxo-1,4-di-hidroquinolin-2-il)vinil)fenil]-hexanamida via reação de Ullmann intramolecular foi obtida a 2-(1-hexanoil-1H-indol-2-il)-1metilquinolin-4(1H)-ona. Após a descrição detalhada das metodologias de síntese são apresentadas as principais conclusões deste trabalho e perspectivas futuras. Por último, no terceiro capítulo, são apresentados os procedimentos experimentais usados para obtenção dos compostos sintetizados e os dados relativos à sua caracterização estrutural, que foi sendo discutida ao longo do segundo capítulo. Os compostos sintetizados foram caracterizados por espetroscopia de ressonância magnética nuclear monodimensional (1H e 13C) e bidimensional (HSQC, HMBC) e por espetrometria de massa e sempre que possível por espetrometria de massa de alta resolução.

Utilização de quitosana obtida de resíduos de camarão para avaliar a capacidade de adsorção de íons Fe3+

A quitosana é produzida através de uma desacetilação alcalina da quitina, a qual é encontrada em exoesqueleto de crustáceos, parede celular de fungos e materiais biológicos. Calcula-se que os resíduos de camarão apresentam de 5 a 7% do seu peso total na forma de quitina, sugerindo que estes sejam utilizados para obtenção do biopolímero. Os processos para obtenção destes biopolímeros consiste nas seguintes etapas: desmineralização, desproteinização e desodorização, obtendo-se assim, a quitina úmida. Após seca, passa por uma desacetilação química para a conversão em quitosana úmida, sendo purificada e posteriormente seca. A quitosana, por apresentar grupamentos amino livres em sua estrutura, é uma molécula capaz de formar complexos estáveis com cátions metálicos. O objetivo geral deste trabalho foi obter quitina a partir de resíduos de camarão (Penaeus brasiliensis) com posterior produção de quitosana, e avaliar sua capacidade de complexação com íons Fe3+, em solução. A quitosana produzida foi caracterizada através do grau de desacetiliação e da massa molecular viscosimétrica, Para caracterização estrutural das amostras de quitosana, utilizaram-se espectrometria de infravermelho e espectrofotometria UV-Visível, bem como para o complexo formado de quitosana e ferro. Para analisar a eficiência da remoção deste íon, foram feitas análises em espectrometria de absorção atômica em chama e em espectrofotometria UV-Visível. Uma análise estatística foi realizada para avaliar a percentagem de remoção do íon ferro das soluções, sendo utilizado um planejamento fatorial em dois níveis, tendo como variáveis independentes o pH do meio, a quantidade de quitosana adicionada, a granulometria da mesma e o tempo de reação. A quitosana apresentou grau de desacetilação de 87±2% e massa molecular viscosimétrica de 196±4kDa, sendo esses valores, comparáveis à quitosana disponível comercialmente. Na melhor região de trabalho definida pela análise estatística, obteve-se uma remoção máxima de 85 % do íon ferro das soluções.

Silanisation de polysaccharides en milieu liquide ionique et réactivité d’un organoalkoxysilane vis-à-vis de nucléophiles simples : vers des hydrogels injectables pour l’ingénierie tissulaire du cartilage

Tissue engineering is a real challenge for the treatment of cartilage pathologies. In this field, biomimetic hydrogels based on natural polymers are among the most commonly used matrices. A hydrogel made of silanized hydroxypropylmethylcellulose (HPMC-Si) is especially promising because it can be injected in cartilaginous lesions by minimally invasive surgery. However, the current synthesis of HPMC-Si is limited by the insolubility of hydroxypropylmethylcellulose (HPMC). This thesis work was focused on finding new synthesis conditions for the design of HPMC-Si hydrogel. In order to obtain a complete solubilization of HPMC and to improve its functionalization by the (3-glycidyloxypropyl) trimethoxysilane (GPTMS), the use of ionic liquids (IL), which are excellent solvents for polysaccharides, was undertaken. The beginning of this study was first devoted to the selection of an IL and then to the development of new reaction conditions. With these new conditions, higher silicon rates were obtained for HPMC modified in ionic liquid medium, however no hydrogel could be formed. The second part was therefore devoted to the synthesis of GPTMS 13C. Indeed, thanks to this radiolabeling, a structural characterization by 13C NMR of the HPMC-Si could be achieved. Finally, the reactivity in organic solvents of three organosilanes, including the GPTMS, was investigated toward nucleophiles representing the common functions found in natural polymers (e.g. -NH2, -OH, -SH). The results of this thesis have provided insights into the GPTMS reactivity in organic medium and thus paves the way to new conditions for the silanization of polysaccharides.

Połączenia krzyżowe pochodnych cysteiny z aldehydowymi adduktami nukleozydów adeninowych

Wydział Chemii

Structure-properties correlations in divalent metal phosphonates

Crystalline metal phosphonates may offer acidic sites, structural flexibility and guest molecules (H2O, heterocyclics, etc.) which can act as proton carriers. In addition, some frameworks are also amenable for post‐synthesis modifications in order to enhance desired properties [1,2]. In this work, we present the synthesis and structural characterization of two hydroxyphosphonoacetates hybrids based on magnesium, [Mg5(O3PCHOHCOO)2(HO3PCHOHCOO)2·8H2O] [Mg5(HPAA)2(H1HPAA)2·8H2O], and zinc, [Zn6K(O3PCHOHCOO)4(OH)·6.5H2O] [Zn6K(HPAA)4(OH)·6.5H2O]. Both solids present three-dimensional frameworks and their crystal structures were solved ab initio from X-ray powder diffraction. The proton conductivity of [Zn6K(HPAA)4(OH)·6.5H2O] as well as ammonia derivatives of M(II)(HO3PCHOHCOO)·2H2O [M(II)=Zn, Mg] will be reported and discussed.

Proton conductivity and luminiscence properties of lanthanide aminotriphosphonates

Metal phosphonates are multifunctional solids with tunable properties, such as internal H-bond networks, and high chemical and thermal stability [1]. In the present work, we describe the synthesis, structural characterization, luminescent properties and proton conduction performance of a new family of isostructural cationic compounds with general formula [Ln(H4NMP)(H2O)2]Cl·2H2O [Ln = La3+, Pr3+, Sm3+, Gd3+, Tb3+, Dy3+, Ho3+, H6NMP = nitrilotris(methylphosphonic acid)]. These solids are formed by positively charge layers, which consist of isolated LnO8 polyhedra and bridge chelating NMP2- ligands, held apart by chloride ions and water molecules. This arrangement result in extended interlayer hydrogen networks with possible proton transfer pathways. The proton conductivity of Gd3+ sample, selected as prototype of the series, was measured. In the range between range 25º and 80 ºC, the conductivity increase with the temperature up to a maximum value of 3.10-4 S·cm-1, at relative humidity of 95 %. The activation energy obtained from the Arrhenius plot (Figure 1) is in the range corresponding to a Grotthuss transfer mechanism.

Análise mecânica e microestrutural das ligas de cobalto-cromo de uso odontológico após sucessivas refundições

The cobalt-chromium alloy is extensively used in the Odontology for the confection of metallic scaffolding in partial removable denture. During the last few years, it has been reported an increasing number of premature imperfections, with a few months of prosthesis use. The manufacture of these components is made in prosthetic laboratories and normally involves recasting, using parts of casting alloy and parts of virgin alloy. Therefore, the objective of the present study was to analyze the mechanical properties of a commercial cobalt-chromium alloy of odontological use after successive recasting, searching information to guide the dental prosthesis laboratories in the correct manipulation of the cobalt-chromium alloy in the process of casting and the possible limits of recasting in the mechanical properties of this material. Seven sample groups were confectioned, each one containing five test bodies, divided in the following way: G1: casting only with virgin alloy; G2: casting with 50% of the alloy of the G1 + 50% of virgin alloy; G3: casting with 50% of the alloy of the G2 + 50% of virgin alloy; G4: casting with 50% of the alloy of the G3 + 50% of virgin alloy; G5: 50% of alloy of the G4 + 50% of virgin alloy; G6: 50% of alloy of the G5 + 50% of virgin alloy and finally the G7, only with recasting alloy. The modifications in the mechanical behavior of the alloy were evaluated. Moreover, it was carried the micro structural characterization of the material by optic and electronic scanning microscopy, and X ray diffraction.and fluorescence looking into the correlatation of the mechanical alterations with structural modifications of the material caused by successive recasting process. Generally the results showed alterations in the fracture energy of the alloy after successive recasting, resulting mainly of the increasing presence of pores and large voids, characteristic of the casting material. Thus, the interpretation of the results showed that the material did not reveal significant differences with respect to the tensile strength or elastic limit, as a function of successive recasting. The elastic modulus increased from the third recasting cycle on, indicating that the material can be recast only twice. The fracture energy of the material decreased, as the number of recasting cycles increased. With respect to the microhardness, the statistical analyses showedno significant differences. Electronic scanning microscopy revealed the presence of imperfections and defects, resulting of the recasting process. X ray diffraction and fluorescence did not show alterations in the composition of the alloy or the formation of crystalline phases between the analyzed groups. The optical micrographs showed an increasing number of voids and porosity as the material was recast. Therefore, the general conclusion of this study is that the successive recasting of of Co-Cr alloys affects the mechanical properties of the material, consequently leading to the failure of the prosthetic work. Based on the results, the best recommendadition is that the use of the material should be limited to two recasting cycles

Novos monômeros obtidos a partir do metacrilato de glicidila, bisfenol A e 4, 4 isopropilidenodicicloexanol : síntese, caracterização estrutural e propriedades de compósitos para utilização em resinas de restauração dental

Nowadays, composite resins are the direct restorative materials more important in dental clinical performance, due to their versatility and aesthetic excellence. Bis-GMA (2,2-bis[4(2-hydroxy-3-metacryloxypropoxy)phenil]propane) is the base monomer more frequently used in restorative composite resins. However, this monomer presents some disadvantages, such as high viscosity and two aromatic rings in its structure that can promote allergic reactions to the humans. In this work, the main purpose was to synthesize new monomers from glycidyl methacrylate to use in dental restorative materials. Structural characterization of the monomers was carried out through FTIR and NMR 1H, and eight composites were produced from the new monomers, by addition of silane-treated alumino silicate particles (inorganic filler) and a photocuring system (camphorquinone and ethyl 4-dimethylaminebenzoate). The composites were analyzed by environmental scanning electronic microscopy and the water sorption and solubility, compressive strength and elastic modulus were determined. A commercial composite resin [Z100 (3M)] was used to comparison effect. The new composites presented general characteristics similar to the commercial ones; however, they didn t present the properties expected. This behavior was attributed to the lower degree of monomer reaction and to the granulometry and size distribution of the mineral filler in the polymeric matrix

Avaliação ambiental de manguezais adjacentes aos campos petrolíferos de Macau e Serra (RN), como subsídio às medidas mitigadoras ao processo erosivo

Among the various effects caused by the climate change and human intervention, the mangrove ecosystem changes through of the years has been worth mentioning, which hasn t known which are the pros and cons for the adjacent coastal and estuarine environments yet. It happens due to the present dynamism in these areas, besides of the difficult understanding of the processes associated with evolution. This study aimed to environmentally evaluate adjacent mangroves from the Macau and Serra oil fields, located on Rio Grande do Norte northern coast, to support the mitigating actions related to the containment of the erosive process, as well as, according to the principles of the Clean Development Mechanism (CDM), to assess the amount of atmospheric carbon sequestered by the studied ecosystem. An inventory was conducted through mangrouve mapping which has supplied this research, especially regarding to the structural characterization of mangrove areas. To understand the local mangrove behavior in a greater level detail, techniques of remote sensing, GIS and GPS were used to make an analogy between the current and past states of the mangrove studied, allowing to make anticipated projections for the future impacts or changes in that region. This study combined data from multispectral LANDSAT 5 TM, Landsat 7 ETM+ with radar microwave data from SAR RADARSAT-1, which increased the interpretation capacity of the data from optical sensor systems. The interpretations have been supported by the data field, representing a better and innovative methodology for the environmental and taxonomic characterization of mangrove forests considered. The results reveal that mangroves of the Ponta do Tubarão Sustainable Development Reserve are biologically representative areas and providing a variety of benefits, especially for local communities, constituting the priority sites for actions development aimed at conservation. They also have been showing the necessity to make mitigating measures in order to recover degraded areas through reforestation or creating new areas of mangrove, as currently 7.1% of the mangrove forests studied are dead or in an advanced state of decomposition. The amount of atmospheric carbon sequestered proved very significant when analyzed for the whole area, which is able to sequester atmospheric 4,294,458 Ton CO2 per year

Mechanisms of Chloroperoxidase-catalyzed Enantioselective Reactions as Probed by Site-directed Mutagenesis and Isotopic Labeling

Chloroperoxidase (CPO) is a heme-containing glycoprotein secreted by the marine fungus Caldariomyces fumago. Chloroperoxidase contains one ferriprotoporphyrin IX prosthetic group per molecule and catalyzes a variety of reactions, such as halogenation, peroxidation and epoxidation. The versatile catalytic activities of CPO coupled with the increasing demands for chiral synthesis have attracted an escalating interest in understanding the mechanistic and structural properties of this enzyme. In order to better understand the mechanisms of CPO-catalyzed enantioselective reactions and to fine-tune the catalytic properties of chloroperoxidase, asparagine 74 (N74) located in the narrow substrate access channel of CPO was replaced by a bulky, nonpolar valine and a polar glutamine using site-directed mutagenesis. The CPO N74 mutants displayed significantly enhanced activity toward nonpolar substrates compared to wild-type CPO as a result of changes in space and polarity of the heme distal environment. More interestingly, N74 mutants showed dramatically decreased chlorination and catalase activity but significantly enhanced epoxidation activity as a consequence of improved kinetic perfection introduced by the mutation as reflected by the favorable changes in kcat and kcat/KM of these reactions. It is also noted that the N74V mutant is capable of decomposing cyanide, the most notorious poison for many hemoproteins, as judged by the unique binding behavior of N74V with potassium cyanide. Histidine 105 (H105) was replaced by a nonpolar amino acid alanine using site-directed mutagenesis. The CPO H105 mutant (H105A) displayed dramatically decreased chlorination and catalase activity possibly because of the decreased polarity in the heme distal environment and loss of the hydrogen bonds between histidine 105 and glutamic acid 183. However, significantly increased enantioselectivity was observed for the epoxidation of bulky styrene derivatives. Furthermore, my study provides strong evidence for the proposed histidine/cysteine ligand switch in chloroperoxidase, providing experimental support for the structure of the 420-nm absorption maximum for a number of carbon monoxide complexes of heme-thiolate proteins. For the NMR study, [dCPO(heme)] was produced using 90% deuterated growth medium with excess heme precursors and [dCPO(Phe)] was grown in the same highly deuterated medium that had been supplemented with excess natural phenylalanine. To make complete heme proton assignments, NMR spectroscopy has been performed for high-resolution structural characterization of [dCPO(heme)] and [dCPO(Phe)] to achieve unambiguous and complete heme proton assignments, which also allows important amino acids close to the heme active center to be determined.

Conformational states of HIV-1 reverse transcriptase for nucleotide incorporation vs. pyrophosphorolysis – binding of foscarnet

HIV-1 reverse transcriptase (RT) catalytically incorporates individual nucleotides into a viral DNA strand complementing an RNA or DNA template strand; the polymerase active site of RT adopts multiple conformational and structural states while performing this task. The states associated are dNTP binding at the N site, catalytic incorporation of a nucleotide, release of a pyrophosphate, and translocation of the primer 3′-end to the P site. Structural characterization of each of these states may help in understanding the molecular mechanisms of drug activity and resistance and in developing new RT inhibitors. Using a 38-mer DNA template-primer aptamer as the substrate mimic, we crystallized an RT/dsDNA complex that is catalytically active, yet translocation-incompetent in crystals. The ability of RT to perform dNTP binding and incorporation in crystals permitted obtaining a series of structures: (I) RT/DNA (P-site), (II) RT/DNA/AZTTP ternary, (III) RT/AZT-terminated DNA (N-site), and (IV) RT/AZT-terminated DNA (N-site)/foscarnet complexes. The stable N-site complex permitted the binding of foscarnet as a pyrophosphate mimic. The Mg2+ ions dissociated after catalytic addition of AZTMP in the pretranslocated structure III, whereas ions A and B had re-entered the active site to bind foscarnet in structure IV. The binding of foscarnet involves chelation with the Mg2+ (B) ion and interactions with K65 and R72. The analysis of interactions of foscarnet and the recently discovered nucleotide-competing RT inhibitor (NcRTI) α-T-CNP in two different conformational states of the enzyme provides insights for developing new classes of polymerase active site RT inhibitors.

Caractérisation structurale de Miz-1 dans le cadre de la répression génique causée par le complexe c-Myc/Miz-1

Résumé : c-Myc est un facteur de transcription (FT) dont les niveaux cellulaires sont dérégulés dans la majorité des cancers chez l’homme. En hétérodimère avec son partenaire obligatoire Max, c-Myc lie préférentiellement les séquences E-Box (CACGTG) et cause l’expression de gènes impliqués dans la biosynthèse des protéines et des ARNs, dans le métabolisme et dans la prolifération cellulaire. Il est maintenant bien connu que c-Myc exerce aussi son potentiel mitogène en liant et inhibant différents FTs impliqués dans l’expression de gènes cytostatiques. Entre autres, c-Myc est en mesure d’inhiber Miz-1, un FT comportant 13 doigts de zinc de type Cys2-His2 (ZFs) impliqué dans l’expression de plusieurs gènes régulateurs du cycle cellulaire comprenant les inhibiteurs de CDK p15[indice supérieur INK4], p21[indice supérieur CIP1] et p57[indice supérieur KIP2]. Plus récemment, il fut démontré qu’en contrepartie, Miz-1 est aussi en mesure de renverser les fonctions activatrices de c-Myc et de prévenir la prolifération de cellules cancéreuses dépendantes de c-Myc. Ces différentes observations ont mené à la suggestion de l’hypothèse intéressante que la balance des niveaux de Miz-1 et c-Myc pourrait dicter le destin de la cellule et a permis d’établir Miz-1 comme nouvelle cible potentielle pour le développement d’agents anti-cancéreux. Malgré le fait que ces deux protéines semblent centrales à la régulation du cycle cellulaire, les mécanismes moléculaires leur permettant de s’inhiber mutuellement ainsi que les déterminants moléculaires permettant leur association spécifique demeurent assez peu documentés pour le moment. De plus, la biologie structurale de Miz-1 demeure à être explorée puisque qu’aucune structure de ses 13 ZFs, essentiels à sa liaison à l’ADN, n’a été déterminée pour l’instant. Les travaux réalisés dans le cadre cette thèse visent la caractérisation structurale et biophysique de Miz-1 dans le contexte de la répression génique causée par le complexe c-Myc/Miz-1. Nous présentons des résultats d’éxpériences in vitro démontrant que Miz-1 interagit avec c-Myc via un domaine contenu entre ses ZFs 12 et 13. De plus, nous démontrons que Miz-1 et Max sont en compétition pour la liaison de c-Myc. Ces résultats suggèrent pour la permière fois que Miz-1 inhibe les activités de c-Myc en prévenant son interaction avec son partenaire obligatoire Max. De plus, ils laissent présager que que Miz-1 pourrait servir de référence pour le développement d’inhibiteurs peptidiques de c-Myc. Finalement, nous avons réalisé la caractérisation structurale et dynamique des ZFs 1 à 4 et 8 à 10 de Miz-1 et avons évalué leur potentiel de liaison à l’ADN. Les résultats obtenus, couplés à des analyses bio-informatiques, nous permettent de suggérer un modèle détaillé pour la liaison spécifique de Miz-1 à son ADN consensus récemment identifié.