Molecular physicochemical parameters predicting antioxidant activity of Brazilian natural products

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

3D hydrogen-bonded network built from copper(II) complexes of 1,3-propanediamine

The reaction of Cu(NO3)(2).3H(2)O with 1,3-propanediamine (pn), in the presence of NaN3, afforded a 1:1 co-crystal formed by [Cu(NO3)(2)(pn)(2)] and [Cu(N-3)(NO3)(pn)(2)] (1 and 2), which were characterized by elemental analysis, IR spectroscopy and single crystal X-ray diffraction. In both compounds, the copper(II) centers are in a distorted octahedral environment, formed by four N atoms of two bidentate pn ligands in the basal plane, whereas the axial bonds are formed by two O atoms from the nitrate ligands in 1 and one O atom from the nitrate ligand and one N atom from the azide ion in 2. The asymmetric unit of the crystal consists of two crystallographically independent 1 and 2 complexes, which are held together in a 3D network by a series of N - H center dot center dot center dot O and N - H center dot center dot center dot N hydrogen bonds, as well C - H center dot center dot center dot O interactions. New supramolecular synthons are identified by the occurrence of two geometrically distinct molecular recognition patterns involving the NO3- ion and amino groups from pn ligands.

Developing descriptors to predict mechanical properties of nanotubes

Descriptors and quantitative structure property relationships (QSPR) were investigated for mechanical property prediction of carbon nanotubes (CNTs). 78 molecular dynamics (MD) simulations were carried out, and 20 descriptors were calculated to build quantitative structure property relationships (QSPRs) for Young's modulus and Poisson's ratio in two separate analyses: vacancy only and vacancy plus methyl functionalization. In the first analysis, C N2/CT (number of non-sp2 hybridized carbons per the total carbons) and chiral angle were identified as critical descriptors for both Young's modulus and Poisson's ratio. Further analysis and literature findings indicate the effect of chiral angle is negligible at larger CNT radii for both properties. Raman spectroscopy can be used to measure CN2/C T, providing a direct link between experimental and computational results. Poisson's ratio approaches two different limiting values as CNT radii increases: 0.23-0.25 for chiral and armchair CNTs and 0.10 for zigzag CNTs (surface defects <3%). In the second analysis, the critical descriptors were CN2/CT, chiral angle, and MN/CT (number of methyl groups per total carbons). These results imply new types of defects can be represented as a new descriptor in QSPR models. Finally, results are qualified and quantified against experimental data. © 2013 American Chemical Society.

Análise taxonômica e molecular de Cestoda nematotaeniidae parasito de intestino delgado de Rhinella marina (Linnaeus, 1758) (Amphibia: Bufonidae) de Belém-Pa

Os anfíbios da espécie Rhinella marina também conhecidos como Sapo-Cururu e possuem distribuição mundial. Possuem hábitos noturnos, e devido a sua alimentação bem diversificada vivem em diferentes habitats. Assim podem estar parasitados com uma variedade de helmintos. Dentre os helmintos, os cestodas são o objeto de estudo deste trabalho. Os membros da Família Nematotaennidae são comumente encontrados parasitando o intestino delgado de anfíbios e répteis. O presente trabalho tem como objetivo identificar e caracterizar morfologicamente e molecularmente um cestoda parasito de R. marina da cidade de Belém-PA. Para isso vinte hospedeiros foram capturados em domicílios da região metropolitana de Belém-PA e, após necropsia, os cestoda foram retirados do intestino delgado, alguns exemplares foram fixados em A.F.A, alguns fixados em Glutaraldeído a 2% em tampão cacodilato, e outros em álcool absoluto para serem processados para diferentes técnicas. Parte da amostra foi desidratada em uma série etanólica, corados com Carmin®, clarificados com Salicilato de Metila®. Alguns exemplares foram desidratados e incluídos em parafina para realização de cortes transversais e longitudinais. Os exemplares fixados em glutaraldeído foram desidratados e incluídos em Historesina®. Os cestoda também foram processados para microscopia Eletrônica de Varredura. A identificação foi realizada por meio de desenhos realizados no microscópio Olympus BX 41 com câmara clara, fotografias feitas em microscópio MEDILUX, com sistema de captura de imagem e MEV. Os Cortes histológicos longitudinais foram fotografados e com o Software RECONSTRUCTTM foi realizada a reconstrução tridimensional do corpo do parasito. Helmintos fixados em álcool absoluto foram submetidos a extração de DNA, amplificação gênica pela técnica de PCR e seqüenciamento de nucleotídeos. Os cestoda possuem um corpo cilíndrico, filiforme e indistintamente segmentado, exceto na porção posterior. Escólice com quatro ventosas sem rostéolo ou órgão apical, os proglotes grávidos apresentam duas cápsulas piriformes, que se fundem na base, contendo os ovos. A partir das observações por microscopia eletrônica e luz dos cestoda encontrados no intestino delgado de R. marina, observou-se que estes cestoda pertencem à Família Nematotaeniidae, no entanto os outros caracteres morfológicos e moleculares por nós encontrados não encaixam este cestóide em nenhum gênero desta Família.

Caracterizações morfológica e molecular de acessos de pimenta (Capsicum chinense Jaqc.)

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Function inferences from a molecular structural model of bacterial ParE toxin

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Tailoring the refractive index of Ge-S based glass for 3D embedded waveguides operating in the mid-IR region

The photosensitivity of GeSx binary glasses in response to irradiation to femtosecond pulses at 800 nm is investigated. Samples with three different molecular compositions were irradiated under different exposure conditions. The material response to laser exposure was characterized by both refractometry and micro-Raman spectroscopy. It is shown that the relative content of sulfur in the glass matrix influences the photo-induced refractive index modification. At low sulfur content, both positive and negative index changes can be obtained while at high sulfur content, only a positive index change can be reached. These changes were correlated with variations in the Raman response of exposed glass which were interpreted in terms of structural modifications of the glass network. Under optimized exposure conditions, waveguides with positive index changes of up to 7.8x10−3 and a controllable diameter from 14 to 25 μm can be obtained. Direct inscription of low insertion losses (IL = 3.1 – 3.9 dB) waveguides is demonstrated in a sample characterized by a S/Ge ratio of 4. The current results open a pathway towards the use of Ge-S binary glasses for the fabrication of integrated mid-infrared photonic components.

Protease-inhibiting, molecular modeling and antimicrobial activities of extracts and constituents from Helichrysum foetidum and Helichrysum mechowianum (compositae)

Background Helichrysum species are used extensively for stress-related ailments and as dressings for wounds normally encountered in circumcision rites, bruises, cuts and sores. It has been reported that Helichysum species are used to relief abdominal pain, heart burn, cough, cold, wounds, female sterility, menstrual pain. Results From the extracts of Helichrysum foetidum (L.) Moench, six known compounds were isolated and identified. They were 7, 4′-dihydroxy-5-methoxy-flavanone (1), 6′-methoxy-2′,4, 4′-trihydroxychalcone (2), 6′-methoxy-2′,4-dihydroxychalcone -4′-O-β-D-glucoside (3), apigenin (4), apigenin-7-O-β-D-glucoside (5), kaur-16-en-18-oic acid (6) while two known compounds 3,5,7-trihydroxy-8-methoxyflavone (12), 4,5-dicaffeoyl quinic acid (13) together with a mixture of phytosterol were isolated from the methanol extract of Helichrysum mechowianum Klatt. All the compounds were characterized by spectroscopic and mass spectrometric methods, and by comparison with literature data. Both extracts and all the isolates were screened for the protease inhibition, antibacterial and antifungal activities. In addition, the phytochemical profiles of both species were investigated by ESI-MS experiments. Conclusions These results showed that the protease inhibition assay of H. foetidum could be mainly attributed to the constituents of flavonoids glycosides (3, 5) while the compound (13) from H. mechowianum contributes to the stomach protecting effects. In addition, among the antibacterial and antifungal activities of all the isolates, compound (6) was found to possess a potent inhibitor effect against the tested microorganisms. The heterogeneity of the genus is also reflected in its phytochemical diversity. The differential bioactivities and determined constituents support the traditional use of the species. Molecular modelling was carried out by computing selected descriptors related to drug absorption, distribution, metabolism, excretion and toxicity (ADMET).

General characterization of Tityus fasciolatus scorpion venom. Molecular identification of toxins and localization of linear B-cell epitopes

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

The 3D structure and function of digestive cathepsin L-like proteinases of Tenebrio molitor larval midgut

Cathepsin L-like proteinases (CAL) are major digestive proteinases in the beetle Tenebrio molitor. Procathepsin Ls 2 (pCAL2) and 3 (pCAL3) were expressed as recombinant proteins in Escherichia coil, purified and activated under acidic conditions. Immunoblot analyses of different T. molitor larval tissues demonstrated that a polyclonal antibody to pCAL3 recognized pCAL3 and cathepsin L 3 (CAD) only in the anterior two-thirds of midgut tissue and midgut luminal contents of T. molitor larvae. Furthermore, immunocytolocalization data indicated that pCAL3 occurs in secretory vesicles and microvilli in anterior midgut Therefore CAL3, like cathepsin L 2 (CAL2), is a digestive enzyme secreted by T. molitor anterior midgut CAD hydrolyses Z-FR-MCA and Z-RR-MCA (typical cathepsin substrates), whereas CAL2 hydrolyses only Z-FR-MCA. Active site mutants (pCAL2C25S and pCAL3C265) were constructed by replacing the catalytic cysteine with serine to prevent autocatalytic processing. Recombinant pCAL2 and pCAL3 mutants (pCAL2C25S and pCAL3C26S) were prepared, crystallized and their 3D structures determined at 1.85 and 2.1 angstrom, respectively. While the overall structure of these enzymes is similar to other members of the papain superfamily, structural differences in the S2 subsite explain their substrate specificities. The data also supported models for CAL trafficking to lysosomes and to secretory vesicles to be discharged into midgut contents. (C) 2012 Elsevier Ltd. All rights reserved.

A novel set of ss-N-biaryl ether sulfonamide hydroxamates as potential MMPs inhibitors: Molecular dynamics simulations and molecular properties evaluation

Matrix metalloproteinases (MMPs) constitute a family of zinc-dependent proteases involved in the extracellular matrix degradation. MMP-2 and MMP9 are overexpressed in several human cancer types, including melanoma, thus the development of new compounds to inhibit MMPs' activity is desirable. Molecular dynamic simulation and molecular properties calculations were performed on a set of novel beta-N-biaryl ether sulfonamide-based hydroxamates, reported as MMP-2 and MMP-9 inhibitors, for providing data to develop an exploratory analysis. Thermodynamic, electronic, and steric descriptors have significantly discriminated highly active from moderately and less active inhibitors of MMP-2 whereas apparent partition coefficient at pH 1.5 was also significant for the MMP-9 data set. Compound 47 was considered an outlier in all analysis, indicating the presence of a bulky substituent group in R3 is crucial to this set of inhibitors for the establishment of molecular interactions with the S1 subsite of both enzymes, but there is a limit. (C) 2012 Wiley Periodicals, Inc.

Kryoelektronenmikroskopie von Proteinen: 3D-Struktur (12 A) des Hämocyanins der Schnecke Haliotis

Zusammenfassung:Die Quartärstruktur des respiratorischen Proteins Hämocyanin (Isoform HtH1) aus der marinen Schnecke Haliotis tuberculata wurde vermittels Kryoelektronen-mikroskopie und 3D-Rekonstruktion untersucht. Das Molekül ist zylinderförmig, hat einen Durchmesser von ca. 35 nm und besteht aus einer Zylinderwand und einem internen Kragenkomplex. Dieser wiederum besteht aus einem Collar und einem Arc.Die kryoelektronenmikroskopischen Aufnahmen von in glasartigem Eis fixierten HtH1-Molekülen brachte eine enorme Verbesserung der Anzahl der zur Verfügung stehenden Ansichtswinkel gegenüber den negativkontrastierten Molekülen, die auf Karbonfilm präpariert waren.Die 3D-Rekonstruktion des HtH1 mittels Aufnahmen bei drei verschiedenen Defo-kuswerten verbesserte die Auflösung noch einmal deutlich gegenüber den Rekon-struktionen, die aus Aufnahmen bei einem festen Defokuswert gemacht wurden, und zwar auf 12 Å. Das Molekül besitzt eine D5-Symmetrie.Aus dieser bisher genausten Rekonstruktion eines Molluskenhämocyanins aus EM-Bildern ließen sich folgende neue Strukturdetails ableiten:· Ein Untereinheitendimer konnte als Repeating Unit im Dekamer des HtH1 beschrieben werden.· Das Untereinheitendimer konnte aus der 3D-Dichtekarte isoliert werden. Es be-steht eindeutig aus 16 Massen, die funktionellen Domänen entsprechen. Zwei dieser Massen bilden den Collar, zwei den Arc und 12 das Wandsegment.· Die gegenläufige Anordnung der beiden Untereinheiten innerhalb dieses Unte-reinheitendimers konnten bestätigt und auf zwei Möglichkeiten eingeschränkt werden.· Die Zahl der alternativen Anordnungen der 16 funktionellen Domänen (HtH1-a bis HtH1-h) im Untereinheitendimer konnten von 80 auf 2 eingeengt werden.· Es konnte über molekulares Modellieren mithilfe einer publizierten Kristallstruk-tur eine 3D-Struktur fastatomarer Auflösung der funktionellen Domäne HtH1-g berechnet werden.· Die funktionelle Domäne HtH1-g konnte als Domänenpaar plausibel in die 3D?Dichtekarte des Untereinheitendimers eingepasst werden, und zwar in die beiden Massen des Arc.Aus der elektronenmikroskopisch gewonnenen Dichtekarte wurde mit Hilfe des

Magnetic properties of selected 3d- and 4f-systems on alpha-Al 2 O 3 substrates

In this work the growth and the magnetic properties of the transition metals molybdenum, niobium, and iron and of the highly-magnetostrictive C15 Laves phases of the RFe2 compounds (R: Rare earth metals: here Tb, Dy, and Tb{0.3}Dy{0.7} deposited on alpha-Al2O3 (sapphire) substrates are analyzed. Next to (11-20) (a-plane) oriented sapphire substrates mainly (10-10) (m-plane) oriented substrates were used. These show a pronounced facetting after high temperature annealing in air. Atomic force microscopy (AFM) measurements reveal a dependence of the height, width, and angle of the facets with the annealing temperature. The observed deviations of the facet angles with respect to the theoretical values of the sapphire (10-1-2) and (10-11) surfaces are explained by cross section high resolution transmission electron microscopy (HR-TEM) measurements. These show the plain formation of the (10-11) surface while the second, energy reduced (10-1-2) facet has a curved shape given by atomic steps of (10-1-2) layers and is formed completely solely at the facet ridges and valleys. Thin films of Mo and Nb, respectively, deposited by means of molecular beam epitaxy (MBE) reveal a non-twinned, (211)-oriented epitaxial growth as well on non-faceted as on faceted sapphire m-plane, as was shown by X-Ray and TEM evaluations. In the case of faceted sapphire the two bcc crystals overgrow the facets homogeneously. Here, the bcc (111) surface is nearly parallel to the sapphire (10-11) facet and the Mo/Nb (100) surface is nearly parallel to the sapphire (10-1-2) surface. (211)-oriented Nb templates on sapphire m-plane can be used for the non-twinned, (211)-oriented growth of RFe2 films by means of MBE. Again, the quality of the RFe2 films grown on faceted sapphire is almost equal to films on the non-faceted substrate. For comparison thin RFe2 films of the established (110) and (111) orientation were prepared. Magnetic and magnetoelastic measurements performed in a self designed setup reveal a high quality of the samples. No difference between samples with undulated and flat morphology can be observed. In addition to the preparation of covering, undulating thin films on faceted sapphire m-plane nanoscopic structures of Nb and Fe were prepared by shallow incidence MBE. The formation of the nanostructures can be explained by a shadowing of the atomic beam due to the facets in addition to de-wetting effects of the metals on the heated sapphire surface. Accordingly, the nanostructures form at the facet ridges and overgrow them. The morphology of the structures can be varied by deposition conditions as was shown for Fe. The shape of the structures vary from pearl-necklet strung spherical nanodots with a diameter of a few 10 nm to oval nanodots of a few 100 nm length to continuous nanowires. Magnetization measurements reveal uniaxial magnetic anisotropy with the easy axis of magnetization parallel to the facet ridges. The shape of the hysteresis is depending on the morphology of the structures. The magnetization reversal processes of the spherical and oval nanodots were simulated by micromagnetic modelling and can be explained by the formation of magnetic vortices.

3D-Cryo-Elektronenmikroskopie des 4x6-Hämocyanins der Vogelspinne Eurypelma californicum unter Oxy- und Deoxybedingungen

Arthropodenhämocyanine und Molluskenhämocyanine, die extrazellulären Atmungsproteine der Arthropoden und Mollusken, unterscheiden sich grundsätzlich im Aufbau, besitzen aber ähnliche aktive Zentren, welche in ihrer oxydierten Form für die Blaufärbung der Hämocyanine verantwortlich sind. Sauerstoff wird im Bindungszentrum zwischen zwei, von sechs Histidinen ligandierten, Kupfer(I)Ionen gebunden. Arthropodenhämocyanine bauen sich artspezifisch aus 1, 2, 4, 6, oder 8 Hexameren mit D3-Symmetrie auf. Die Untereinheiten von je ca. 75 kDa falten sich in drei Domänen unterschiedlicher Funktionen. Der komplexe, hierarchische Zusammenbau der Arthropodenhämocyanine hängt von der Heterogenität der Untereinheiten ab. Die 7 verschieden Sequenzen des 4x6-Hämocyanins von Eurypelma californicum (EcHc) sind biochemisch in der Quartärstruktur lokalisiert. Bislang fehlte noch ein unabhängig erstelltes 3D-Modell der geometrischen Gesamtstruktur welche die hexamere und monomere Topographie eindeutig zeigt. Dessen Erstellung war Gegenstand dieser Arbeit, in Verbindung mit der Zielsetzung, die 3D-Rekonstruktion in den beiden extremen physiologischen Zuständen, mit und ohne gebundenen Sauerstoff, zu erzeugen. Dazu wurden in einer eigens entwickelten Atmosphären-Präparationskammer die Proteine in Lösung schockgefrorenen und mittels Cryo-3D-Elektronenmikroskopie gemessen. Aus den daraus gewonnen Projektionsbildern ließen sich mit der ”Single Particle Analyse“ die 3D-Informationen zurückberechnen. Die 3D-Rekonstruktionen wurden mit der publizierten Röntgenkristallstruktur des hexameren Referenz-Hämocyanins der Languste Panulirus interruptus verifiziert. Die Rekonstruktionen erlaubten die eindeutige Messung diverser in der Literatur diskutierter Parameter der Architektur des 4x6-EcHc und darüber hinaus weiterer geometrischer Parameter, welche hier erstmals veröffentlicht werden. SAXS-Daten sagen extreme Translationen und Rotationen von Teilquartärstrukturen zwischen oxy- und deoxy-EcHc voraus, was von den 3D-Rekonstruktionen der beiden Zustände nicht bestätigt werden konnte: Die 16 Å Rekonstruktion der Deoxyform weicht geometrisch nicht von der 21 Å Rekonstruktion der Oxyform ab. Die Einpassung der publizierten Röntgenstruktur der Untereinheit II des Hämocyanin des Pfeilschwanzkrebses Limulus polyphemus in die Rekonstruktionen unterstützt eine auf der hexameren Hierarchieebene lokalisierte Dynamik der Oxygenierung. Mittels Einpassung modellierter molekularer Strukturen der EcHc-Sequenzen konnte eine erste Vermutung zur Lokalisation der beiden zentralen Linker-Untereinheiten b und c des 4x6-Moleküls gemacht werden: Demnach würde Untereinheit b in den exponierten Hexameren des Moleküls liegen. Aussagen über die Quartärstrukturbindungen auf molekularer Ebene aufgrund der Einpassung modellierter molekularer Daten in die Rekonstruktionen sind als spekulativ einzustufen: a) Die Auflösung der Rekonstruktion ist verbesserungswürdig. b) Es gibt keine adäquate Vorlage für eine verlässliche Strukturvorhersage; die verschiedenen EcHc-Sequenzen liegen nur als Modellierung vor. c) Es wäre eine flexible Einpassung notwendig, um Ungenauigkeiten in den modellierten Strukturen durch Sekundärstrukturanpassung zu minimieren.

3D-electron microscopy of different conformations of cephalopod hemocyanins

Die Hämocyanine der Cephalopoden Nautilus pompilius und Sepia officinalis sorgen für den Sauerstofftransport zwischen den Kiemen und den Geweben. Sie bestehen aus einem zylindrischen Dekamer mit interner Kragenstruktur. Während eine Untereinheit (also eine Polypeptidkette) bei NpH aus sieben paralogen funktionellen Domänen (FU-a bis FU-g) besteht, führte ein Genduplikationsereignis der FU-d zu acht FUs in SoH (a, b, c, d, d´, e, f, g). In allen Mollusken Hämocyaninen bilden sechs dieser FUs den äußeren Ring und die restlichen die interne Kragenstruktur. rnrnIn dieser Arbeit wurde ein dreidimensionales Modell des Hämocyanins von Sepia officinalis (SoH) erstellt. Die Rekonstruktion, mit einer Auflösung von 8,8Å (FSC=0,5), erlaubt das Einpassen von Homolologiemodellen und somit das Erstellen eines molekularen Modells mit pseudo atomarer Auflösung. Des Weiteren wurden zwei Rekonstruktionen des Hämocyanins von Nautilus pompilius (NpH) in verschiedenen Oxygenierungszuständen erstellt. Die auf 10 und 8,1Å aufgelösten Modelle zeigen zwei verschiedene Konformationen des Proteins. Daraus ließ sich eine Modellvorstellung über die allosterische Funktionsweise ableiten. Die hier erreichte Auflösung von 8Å ist die momentan höchste eines Molluskenhämocyanins. rnAuf Grundlage des molekularen Modells von SoH konnte die Topologie des Proteins aufgeklärt werden. Es wurde gezeigt, dass die zusätzliche FU-d´ in den Kragen integriert ist und somit die prinzipielle Wandarchitektur aller Mollusken Hämocyanine identisch ist. Wie die Analyse des erstellten molekularen Modells zeigt werden sind die beiden Isoformen (SoH1 und SoH2) in den Bereichen der Interfaces nahezu identisch; auch der Vergleich mit NpH zeigt grosse Übereinstimmungen. Des weiteren konnte eine Fülle von Informationen bezüglich der allosterischen Signalübertragung innerhalb des Moleküls gewonnen werden. rnDer Versuch, NpH in verschiedenen Oxygenierungszuständen zu zeigen, war erfolgreich. Die Datensätze, die unter zwei atmosphärischen Bedingungen präpariert wurden, führten reproduzierbar zu zwei unterschiedlichen Rekonstruktionen. Dies zeigt, daß der hier entwickelte experimentelle Ansatz funktioniert. Er kann nun routinemäßig auf andere Proteine angewandt werden. Wie der strukturelle Vergleich zeigte, verändert sich die Orientierung der FUs durch die Oxygenierung leicht. Dies wiederum beeinflusst die Anordnung innerhalb der Interfaces sowie die Abstände zwischen den beteiligten Aminosäuren. Aus dieser Analyse konnte eine Modellvorstellung zum allosterischen Signaltransfer innerhalb des Moleküls abgeleitet werden, die auf einer Umordnung von Salzbrücken basiert.