Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/1843/63614
Type: Tese
Title: Estudo teórico de propriedades eletroquímicas e interação com possíveis alvos biológicos de complexos baseados em Ru com potencial atividade antitumoral
Other Titles: Theoretical study of electrochemical properties and interaction with possible biological targets of Ru-based complexes with potential antitumor activity
Authors: Eufrásia de Sousa Pereira
First Advisor: Willian Ricardo Rocha
First Referee: Teodorico de Castro Ramalho
Second Referee: Luiz Antônio Sodré Costa
Third Referee: Hélio Anderson Duarte
metadata.dc.contributor.referee4: Guilherme Ferreira de Lima
Abstract: Os complexos de rutênio (II) e (III) têm atraído o interesse da comunidade científica como potenciais medicamentos antitumorais, graças à sua baixa toxicidade e capacidade de superar a resistência aos medicamentos. Embora os metalofármacos de Ru exibam atividade antitumoral em ambos os estados de oxidação, é provável que o íon metálico de Ru (III) seja reduzido a Ru (II) in vivo. Dessa forma, os complexos de Ru (III) atuariam como um pró-fármaco, que é ativado por redução in vivo para se ligar de forma mais eficiente ao alvo biológico. Neste sentido os compostos de rutênio (III) [Ru(NH3)4(H2O)(pyz)]3+ e os icônicos: rutenato de trans-tetracloro (dimetilsulfóxido) imidazol (III) [Im]trans-[RuCl4(Im)(DMSO)] (NAMI-A) e rutenato de trans- [tetraclorobis (1H-indazol) (III)[IndH] trans- [RuCl4(Ind)2] (KP1019), foram investigados no presente trabalho graças à suas atividades antineoplásica. Acredita-se que no mecanismo associado a esses complexos de Ru (III), a ativação por redução e troca de ligantes de cloreto por moléculas de água do solvente (hidrólise ou aquação) sejam duas etapas importantes para a função antitumoral de tais metalofármacos. Com base em observações experimentais, três eventos estão conectados à atividade biológica de tais complexos: i) Redução do centro Ru (III), (ii) reação de troca de cloretos com moléculas de água do meio solvente e (iii) interação com os alvos biológicos. A sequência dos eventos dependerá da cinética dessas reações e também do potencial de redução das espécies, da concentração de cloretos e da estabilidade termodinâmica dos complexos formados. Neste trabalho, empregamos a Teoria do Funcional da Densidade (DFT), no nível TPSSh/Def2-TZVP, em combinação com o modelo de solvatação por SMD, para investigar a eletroquímica do NAMI-A, KP1019 e seus produtos de hidrólise, bem como a termodinâmica de suas interações com moléculas biológicas do doador S (cistina (Cys), glutationa (GSH)) e do doador N (guanina nos locais de coordenação N3 e N7). Nossos resultados mostram que os compostos exibem comportamento eletroquímico diferente após a hidrólise. Enquanto o potencial de redução do [Ru(NH3)3(Pz)(Cl)]3+ e NAMI-A são sensíveis a troca de ligantes, aumentando até 0,8 V para o último complexo após a hidrólise, o potencial de redução do KP1019 permanece quase constante após a primeira hidrólise. Todos os complexos estudados têm preferência termodinâmica a ser reduzida antes da hidrólise e o NAMI-A e KP1019 apresentam forte preferência por hidrólise sucessiva em vez de interagir com os ligantes S-doador e N-doador. A interação com ligantes S-doador na forma desprotonada é altamente desfavorável, com a energia livre em solução (ΔGsol) ≥ 18 kcal mol-1. Para ambos os complexos, a interação com a guanina e a glutationa é da mesma magnitude (ΔGsol = 0,6 kcal mol-1), o que significa que esses ligantes podem competir pela ligação ao metalofármacos. Em contraste com os complexos apresentados acima, a variação da energia de Gibbs em fase gás é energeticamente favorável praticamente a todos os adutos [Ru(NH3)4(Pz)L]2+, exceto para o aduto de Ru-GN3. A reação de troca de ligantes H2O/NO do complexo NAMI-H2O com o NO foi investigada no nível de teoria B3LYP/DEF2-TZVP e também por meio do uso de cálculos multiconfiguracionais como o CASSCF. Nossos resultados mostraram que mecanismo se passa por um reagente e estado de transição tripletos e a formação de um produto singleto. As energias eletrônicas de ativação e do processo reacional corrigidas apresentam valores de 7,53 e 30 kcal mol-1 respectivamente. As transições entre os estados de spin foram estudadas por meio de MECP’s (ponto mínimo onde duas superfícies de energia potencial se cruzam) obtidos no nível B3LYP/def2-TZVP de teoria. Foi possível observar que o cruzamento entre sistemas com consequente acoplamento dos spins eletrônicos deve acontecer no ponto do MECP-III, em que concomitantemente haverá a transferência de carga NO  Ru e a formação do produto de configuração [RuIINO+].
Abstract: Ruthenium (II and III) Complexes have attracted the interest of the scientific community as potential antitumor drugs, due to their low toxicity and ability to overcome drug resistance. Although Ru metallodrugs exhibit antitumor activity in both oxidation states, metal Ru(III) ion will likely reduce to Ru (II) in vivo. Thus, Ru (III) complexes would act as a prodrug, which is activated by reduction in vivo to bind more efficiently the biological target. Thus ruthenium (III) [Ru (NH3)4(H2O)(pyz)]3+ compounds and the iconic: trans-tetrachloro (dimethylsulfoxide) imidazole ruthenate(III) [Im]trans-[RuCl4(Im)(DMSO)] (NAMI-A) and trans-[tetrachlorobis (1H-indazole) ruthenate(III) [IndH]trans-[RuCl4(Ind)2] (KP1019), were investigated in the present study due to their antineoplastic activities. This mechanism associated with the Ru (III) complexes, are activated by reduction and chloride ligands exchange by water molecules in the solvent (hydrolysis or aquation), have two important steps for anti-tumor function of such metallodrugs. Based on experimental observations, three events are connected to the biological activity of such compounds: i) reduction of the Ru (III) center, (ii) reaction of exchange chloride with water molecules of the solvent medium and (iii) interaction of the targets biological. The sequence of the events will depend, on the reactions kinetics and also on species potential reduction, chloride concentration and thermodynamic stability of the complexes formed. Density Functional Theory (DFT) calculations, at the TPSSh/Def2-TZVP level, in combination with the SMD continuum solvation model, were performed to investigate the electrochemistry and their hydrolysis products as well as the thermodynamics of biological molecules interactions with S-donor (cystine (Cys), glutathione (GSH)) and N-donor (guanine at the coordination sites N3 and N7). Our results show that the compounds exhibit different electrochemical behavior upon hydrolysis. While the reduction potential of [Ru(NH3)3(Pz)(Cl)]3+ and NAMI-A are sensitive to ligand exchange. NAMI-A complex increases to 0.8V after hydrolysis and the reduction potential of KP1019 remains almost constant after the first hydrolysis. The NAMI-A and KP1019 complexes have thermodynamic preference to reduce before undergoing hydrolysis and strong preference to undergo successive hydrolysis rather than interacting with donor S and donor N ligands. Interaction with S-donor ligands in the unprotonated form is highly unfavorable, with the free energy in solution (ΔGsol) ≥ 18 kcal mol-1. For both complexes, the interaction with the guanine and glutathione are of the same magnitude (ΔGsol ca. –0.6 kcal mol-1) meaning that these ligands can compete for binding to the metallodrug. In contrast to the complexes presented above, the Gibbs variation energy in gas phase is energetically favorable to virtually all adducts. The H2O/NO ligand exchange reaction of the NAMI-H2O complex with NO was investigated at the B3LYP/DEF2-TZVP theory level and will through the use of multiconfigurational calculations such as CASSCF. Our results showed that mechanism goes through a triple reactant and transition state and the singlet product formation. The corrected electronic energies present values respectively by 7.53 and 30 kcal mol-1. The transitions between spin states have studied by MECP's obtained at the B3LYP / def2-TZVP level of theory. It was observed that the intersection between systems with consequent coupling of electronic spins must happen at the point of MECP-III, where concomitantly there will be NO  Ru charge transfer and configuration product formation [RuIINO+].
Subject: Físico-química
Óxido nítrico
Funcionais de densidade
Compostos de rutênio
Medicamentos
Agentes antineoplásicos
language: por
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
metadata.dc.publisher.department: ICX - DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Química
Rights: Acesso Aberto
metadata.dc.rights.uri: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/pt/
URI: http://hdl.handle.net/1843/63614
Issue Date: 13-Feb-2020
Appears in Collections:Teses de Doutorado

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
TESE-ESOUSA-2.pdf4.1 MBAdobe PDFView/Open


This item is licensed under a Creative Commons License Creative Commons