Disseny i síntesi de nous tensioactius quirals ciclobutànics a partir de β-aminoàcids i γ-hidroxiàcids

En el present treball de recerca s’ha dut a terme la síntesi esteroselectiva de tensioactius quirals ciclobutànics per tal que més endavant es puguin estudiar les seves propietats. Aquests tensioactius s’han preparat a partir dels 1,3-aminoalcohols i d’un 1,3-hidroxiàcid. Tots aquests productes són enantiopurs i se sintetitzen, en última instància, a partir d’etilè i d’anhídrid maleic. A partir d’aquests intermedis claus, i per reaccions successives, s’han sintetitzat dos tensioactius i el precursor d’un tercer.

Validació del mètode analític per la determinació d'aminoàcids i carbohidrats d'un producte farmacèutic per HPLC

Per poder desenvolupar un producte farmacèutic és necessari establir un mètode d’anàlisis que permeti determinar i quantificar totes aquelles substàncies que conté, ja sigui referent als principis actius; a les impureses i productes de degradació, conservants, antioxidants,... Grans entitats com la ICH remarquen la importància de validar els mètodes analítics ja que és la via per demostrar que aquell producte compleix les garanties de qualitat prèviament establertes. Així doncs, l’objectiu d’aquest Treball Final de Grau és poder desenvolupar i validar dos mètodes analítics per a la determinació d’aminoàcids i carbohidrats respectivament, d’un producte farmacèutic per cromatografia líquida (HPLC). Per tal de poder concloure que aquell mètode és adequat per la determinació per la qual ha estat desenvolupat, és necessari obtenir resultats que compleixin els criteris d’acceptació corresponents als paràmetres que han de ser avaluats en una validació analítica. Aquests paràmetres són: la precisió, la selectivitat, l’exactitud i la linealitat i el rang. Els resultats d’aquest projecte han demostrat que els dos mètodes desenvolupats són adequats per a la determinació de tres dels principis actius (aminoàcid 1, aminoàcid 2 i carbohidrat 1) que conté el producte farmacèutic d’ús veterinari analitzat; i poden ser validats ja que compleixen els criteris d’acceptació dels paràmetres avaluats que proposa la ICH. El mètode per la determinació de carbohidrats no és vàlid per el carbohidrat 2, ja que durant el desenvolupament es va detectar que una bona part d’aquest passava a carbohidrat 1 (desplaçament de l’equilibri ceto-enòlic que hi ha entre el carbohidrat 1 i el carbohidrat 2 a pHs alts). És per aquest motiu, que es pot concloure que aquest mètode no és vàlid i es recomana seguir investigant per a poder desenvolupar un mètode analític adient.

Estudis funcionals i de plegament dels dominis d'activació de les procarboxipeptidases

Els dominis d’activació (ADs) de les procarboxipeptidases de la subfamília A/B sempre han sorprès ja que representen una quarta part del proenzim. S’han realitzat alguns estudis per intentar descobrir-ne alguna possible funció alternativa, però no han estat fructífers. El descobriment de l’elevada velocitat de plegament del domini d’activació de la procarboxipeptidasa A2 humana, (ADA2h), emperò, va portar a proposar la possibilitat de que realitzessin una funció d’assistència al plegament del domini enzimàtic. Posteriorment, l’anàlisi del plegament d’ADA2h a pH baix va revelar la capacitat d’aquest domini per formar fibres amiloides, a més de demostrar que un increment de l’estabilitat proteica podia prevenir la formació d’aquests agregats. La profunda caracterització del plegament d’ADA2h va fer que aquesta proteïna fos un bon model amiloidogènic, de manera que es van proposar un seguit d’experiments que s’han desenvolupat en el present treball per tal de conèixer millor aquest procés. S’han dut a terme estudis cinètics d’agregació per tal de valorar la contribució dels diferents aminoàcids de la seqüència polipeptídica, utilitzant 29 variants puntuals d’ADA2h. Es va eliminar la contribució de l’estabilitat mitjançant la utilització d’urea, i per dicroïsme circular conjuntament amb un aparell de flux detingut, es van obtenir dues velocitats diferents, v1 i v2, que corresponen a la formació d’un intermediari i a la seva reorganització, respectivament. Experiments complementaris utilitzant espectroscòpia d’infraroig (IR) revelaren la reorganització de l’estat natiu (en aquest cas) per a donar la forma agregada. Les cinètiques d’IR van mostrar que ADA2h forma l’estructura _ típica de les fibres amiloides, previ desplegament les seves hèlixs-_. Finalment, s’han realitzat estudis de biocomputació per tal d’esbrinar possibles funcions alternatives dels ADs. Les superposicions estructurals semblen mostrar similaritat dels ADs amb dominis de reconeixement d’RNA (RRM). Aquesta hipòtesi s’ha comprovat experimentalment amb ADA4h, mostrant una dèbil, però existent, unió a RNA.

Estudio del beneficio de un programa de ejercicio físico y suplementos de aminoácidos ramificados en la dieta dirigido a pacientes con cirrosis hepática.

Una proporció elevada de pacients amb cirrosi presenta una disminució de la massa muscular, fatiga, escassa tolerància a l’esforç i disminució de la qualitat de vida que limita en major o menor grau la seva activitat habitual. S’ha suggerit que alguns d’aquests pacients poden millorar si fan un exercici moderat. Un programa d’exercici físic moderat dirigit a pacients amb cirrosi hepàtica compensada com a tractament complementari, podria augmentar la tolerància a l’esforç, la massa muscular i millorar la qualitat de vida, y pot ser, el pronòstic dels pacients amb cirrosi

Síntesis y estudio estructural de nuevos γ-péptidos ciclobutánicos

En el presente trabajo se ha llevado a cabo la síntesis y el estudio estructural de tres series diferentes de γ-péptidos conteniendo un ciclobutano como elemento constrictor del esqueleto péptidico. También se han sintetizado una serie de γ-péptidos híbridos formados a partir de monómeros ciclobutánicos y un derivado de prolina para su potencial uso como péptidos capaces de penetrar en las células (CPPs).

Estudi teòric de nanotubs de nitrur de bor d'interès biomèdic

La integració dels materials biocompatibles en la nanotecnologia ha permès aquesta àrea tenir aplicacions en els camps de la biologia i la medicina, un fet que ha donat lloc a l'aparició de la nanobiotecnologia. La gran majoria d'aquestes aplicacions es basen en un aspecte fonamental: la interacció que es dóna entre els constituents biològics (normalment proteïnes) i els materials biocompatibles. Els nanotubs de carboni presenten una citotoxicitat inherent, mentre que els de nitrur de bor (BNNTs), isòsters amb els de carboni, són inherentment no-citotòxics i mostren una afinitat natural per les proteïnes. En aquesta memòria es presenten els resultats obtinguts de la interacció de BNNTs amb constituents bàsics biomoleculars (molècules que representen grups funcionals i aminoàcids) en absència de solvent mitjançant tècniques de modelatge i càlculs químic-quàntics amb tractament periòdic realitzats amb el codi CRYSTAL09. En primer lloc, s'ha trobat que els mètodes DFT basats en el GGA donen valors de band gap excessivament baixos (2.7 - 4.6 eV) comparat amb el valor experimental (5.5 eV), mentre que el funcional híbrid B3LYP dóna bons valors de band gap, el més acurat essent un BNNT amb índex (9,0), (5.4 eV). S'ha determinat que la interacció de BNNTs amb molècules pot venir guiat per: i) interaccions datives amb el B; ii) enllaç d'H amb el N; iii) interaccions pi-stacking. Les dues primeres forces d'interacció es veuen afavorides en BNNTs de radi petit, els quals interaccionen molt favorablement amb molècules polars, mentre que les terceres es veuen afavorides en BNNTs de radi gran, els quals interaccionen molt favorablement amb sistemes aromàtics o que continguin dobles enllaços. S'ha estudiat la interacció de BNNTs(6,0) amb molècules que contenen grups funcionals presents en residus aminoàcids i s'ha establert una escala d'afinitats relativa, la qual indica que tenen la major interacció aquelles molècules que estableixen interaccions datives B(nanotub)-N(molècula), seguit d’aquelles molècules que poden establir interaccions de tipus pi-stacking, i acabant amb aquelles molècules que estableixen interaccions datives B(nanotub)-O(molècula). Per últim s'ha estudiat la interacció de BNNTs amb diferents aminoàcids (glicina, lisina, àcid glutàmic i fenilalanina) i s'ha establert una escala d'afinitats relativa, la qual està d'acord amb les tendències observades per les molècules que contenen grups funcionals de residus aminoàcids.

A short motif in Drosophila SECIS Binding Protein 2 provides differential binding affinity to SECIS RNA hairpins

Selenoproteins contain the amino acid selenocysteine which is encoded by a UGA Sec codon. Recoding UGA Sec requires a complex mechanism, comprising the cis-acting SECIS RNA hairpin in the 3′UTR of selenoprotein mRNAs, and trans-acting factors. Among these, the SECIS Binding Protein 2 (SBP2) is central to the mechanism. SBP2 has been so far functionally characterized only in rats and humans. In this work, we report the characterization of the Drosophila melanogaster SBP2 (dSBP2). Despite its shorter length, it retained the same selenoprotein synthesis-promoting capabilities as the mammalian counterpart. However, a major difference resides in the SECIS recognition pattern: while human SBP2 (hSBP2) binds the distinct form 1 and 2 SECIS RNAs with similar affinities, dSBP2 exhibits high affinity toward form 2 only. In addition, we report the identification of a K (lysine)-rich domain in all SBP2s, essential for SECIS and 60S ribosomal subunit binding, differing from the well-characterized L7Ae RNA-binding domain. Swapping only five amino acids between dSBP2 and hSBP2 in the K-rich domain conferred reversed SECIS-binding properties to the proteins, thus unveiling an important sequence for form 1 binding.

Nematode selenoproteome: the use of the selenocysteine insertion system to decode one codon in an animal genome?

Selenocysteine (Sec) is co-translationally inserted into selenoproteins in response to codon UGA with the help of the selenocysteine insertion sequence (SECIS) element. The number of selenoproteins in animals varies, with humans having 25 and mice having 24 selenoproteins. To date, however, only one selenoprotein, thioredoxin reductase, has been detected in Caenorhabditis elegans, and this enzyme contains only one Sec. Here, we characterize the selenoproteomes of C.elegans and Caenorhabditis briggsae with three independent algorithms, one searching for pairs of homologous nematode SECIS elements, another searching for Cys- or Sec-containing homologs of potential nematode selenoprotein genes and the third identifying Sec-containing homologs of annotated nematode proteins. These methods suggest that thioredoxin reductase is the only Sec-containing protein in the C.elegans and C.briggsae genomes. In contrast, we identified additional selenoproteins in other nematodes. Assuming that Sec insertion mechanisms are conserved between nematodes and other eukaryotes, the data suggest that nematode selenoproteomes were reduced during evolution, and that in an extreme reduction case Sec insertion systems probably decode only a single UGA codon in C.elegans and C.briggsae genomes. In addition, all detected genes had a rare form of SECIS element containing a guanosine in place of a conserved adenosine present in most other SECIS structures, suggesting that in organisms with small selenoproteomes SECIS elements may change rapidly.

Gene finding in the chicken genome

Background: Despite the continuous production of genome sequence for a number of organisms,reliable, comprehensive, and cost effective gene prediction remains problematic. This is particularlytrue for genomes for which there is not a large collection of known gene sequences, such as therecently published chicken genome. We used the chicken sequence to test comparative andhomology-based gene-finding methods followed by experimental validation as an effective genomeannotation method.Results: We performed experimental evaluation by RT-PCR of three different computational genefinders, Ensembl, SGP2 and TWINSCAN, applied to the chicken genome. A Venn diagram wascomputed and each component of it was evaluated. The results showed that de novo comparativemethods can identify up to about 700 chicken genes with no previous evidence of expression, andcan correctly extend about 40% of homology-based predictions at the 5' end.Conclusions: De novo comparative gene prediction followed by experimental verification iseffective at enhancing the annotation of the newly sequenced genomes provided by standardhomology-based methods.

Assessment of the potential skin irritation of lysine-derivative anionic surfactants using mouse fibroblast and human keratinocytes as an alternative to animal testing

Purpose. The aim of this study was to identify new surfactants with low skin irritant properties for use in pharmaceutical and cosmetic formulations, employing cell culture as an alternative method to in vivo testing. In addition, we sought to establish whether potential cytotoxic properties were related to the size of the counterions bound to the surfactants. Methods. Cytotoxicity was assessed in the mouse fibroblast cell line 3T6, and the human keratinocyte cell line NCTC 2544, using the MTT assay and uptake of the vital dye neutral red 24 h after dosing (NRU). Results. Lysine-derivative surfactants showed higher IC50s than did commercial anionic irritant compounds such as sodium dodecyl sulphate, proving to be no more harmful than amphoteric betaines. The aggressiveness of the surfactants depended upon the size of their constituent counterions: surfactants associated with lighter counterions showed a proportionally higher aggressivity than those with heavier ones. Conclusions. Synthetic lysine-derivative anionic surfactants are less irritant than commercial surfactants such as sodium dodecyl sulphate and Hexadecyltrimethylammonium bromide and are similar to Betaines. These surfactants may offer promising applications in pharmaceutical and cosmetic preparations, representing a potential alternative to commercial anionic surfactants as a result of their low irritancy potential.

Membrane-destabilizing activity of pH-responsive cationic lysine-based surfactants: role of charge position and alkyl chain length

Many strategies for treating diseases require the delivery of drugs into the cell cytoplasm following internalization within endosomal vesicles. Thus, compounds triggered by low pH to disrupt membranes and release endosomal contents into the cytosol are of particular interest. Here, we report novel cationic lysine-based surfactants (hydrochloride salts of N¿- and N¿-acyl lysine methyl ester) that differ in the position of the positive charge and the length of the alkyl chain. Amino acid-based surfactants could be promising novel biomaterials in drug delivery systems, given their biocompatible properties and low cytotoxic potential. We examined their ability to disrupt the cell membrane in a range of pH values, concentrations and incubation times, using a standard hemolysis assay as a model of endosomal membranes. Furthermore, we addressed the mechanism of surfactant-mediated membrane destabilization, including the effects of each surfactant on erythrocyte morphology as a function of pH. We found that only surfactants with the positive charge on the ¿-amino group of lysine showed pH-sensitive hemolytic activity and improved kinetics within the endosomal pH range, indicating that the positive charge position is critical for pH-responsive behavior. Moreover, our results showed that an increase in the alkyl chain length from 14 to 16 carbon atoms was associated with a lower ability to disrupt cell membranes. Knowledge on modulating surfactant-lipid bilayer interactions may help us to develop more efficient biocompatible amino acid-based drug delivery devices.

pH Sensitive surfactants from lysine: assessment of their cytotoxicity and environmental behavior

The toxicity and environmental behavior of new pH-sensitive surfactants from lysine are presented. Three different chemical structures are studied: surfactants with one amino acid and one alkyl chain, surfactants with two amino acids on the polar head and one alkyl chain, and gemini surfactants. The pH sensitivity of these compounds can be tuned by modifying their chemical structures. Cytotoxicity has been evaluated using erythrocytes and fibroblast cells. The toxic effects against these cells depend on the hydrophobicity of the molecules as well as their cationic charge density. The effect of hydrophobicity and cationic charge density on toxicity is different for each type of cells. For erythrocytes, the toxicity increases as hydrophobicity and charge density increases. Nevertheless, for fibroblasts cationic charge density affects cytotoxicity in the opposite way: the higher charge density, the lower the toxicity. The effect of the pH on hemolysis has been evaluated in detail. The aquatic toxicity was established using Daphnia magna. All surfactants yielded EC50 values considerably higher than that reported for cationic surfactants based on quaternary ammonium groups. Finally, their biodegradability was evaluated using the CO2 headspace test (ISO 14593). These lysine derivatives showed high levels of biodegradation under aerobic conditions and can be classified as"readily biodegradable compounds".

Activities of amino acid metabolizing enzymes in the stomach and small intestitine of developing rats

The activities of aspartate and alanine transaminase, serine dehydratase, arginase, glutamate dehydrogenase, adenylate deaminase and glutamine synthetase were determined in the stomach and small intestine of developing rats. Despite the common embryonic origin of the intestine and stomach, their enzymes showed quite different activity levels and patterns of development, depending on their roles. Most enzyme activities were low during late intrauterine life and after birth, attaining adult levels with the change of diet at weaning. No arginase activity was found in the stomach and no changes were detected in adenylate deaminase in the stomach or intestine throughout the period studied. Alanine transaminase, serine dehydratase and, to some extent, glutamine synthetase levels, significantly higher in late intrauterine life, decreased after birth, suggesting that the foetal stomach has a transient ability to handle amino acids.

Selenium uptake by edible plants from enriched peat.

As a constituent of selenoproteins, selenium (Se) is considered an essential element for human health.The main way that Se enters the body is via the consumption of vegetables, whose concentration of thiselement depends on soil Se content. We grew cabbage, lettuce, chard and parsley, in peat enriched in Seby means of the additive Selcote Ultra®and Na2SeO3and Na2SeO4. Total Se in plants was determinedby acidic digestion and Se speciation by an enzymatic extraction. Both were measured by ICP/MS. Theconcentration ranges were between 0.1 mg Se kg−1and 30 mg Se kg−1for plants grown in Selcote Ultra®media, and between 0.4 mg Se kg−1and 1606 mg Se kg−1for those grown in peat enriched with Se sodiumsalts. We found Se (IV), Se (VI) and SeMet in all the extracts. Peat fortified with Selcote Ultra®gave slightlyhigher Se concentration than natural content values. For plants grown with selenium sodium salts, Secontent increases with the Se added and part of the inorganic Se was converted mainly to SeMet. A highSe fortification can damage or inhibit plant growth. Cabbage showed the greatest tolerance to Se.