RESUMO
Resumen La uroporfirinógeno descarboxilasa humana (UROD-h) es la quinta enzima del camino biosintético del hemo y su actividad deficiente, relacionada a mutaciones en su gen, se encuentra asociada a un subgrupo de porfirias. El objetivo de este trabajo fue estudiar la relación entre la dimerización de la enzima y su actividad enzimática y comprobar si la dimerización de UROD-h es imprescindible tanto para la primera etapa de la reacción (urogen→heptagen), como para la segunda etapa (heptagen→coprogen). Con ese objetivo, se expresó y purificó la UROD-h hasta homogeneidad, se analizó el comportamiento dímero-monómero bajo distintas condiciones que pudieran desplazar el equilibrio de dimerización y se evaluó la actividad enzimática en dichas condiciones. Los resultados obtenidos sugieren que la especie activa para la primera etapa de la reacción es el homodímero y que tanto el dímero como el monómero se comportan como especies activas para la segunda etapa de la reacción. Se propone que mutaciones clínicas como la Y311C, existentes en pacientes con porfiria cutánea tarda, podrían afectar la estabilidad del dímero y podrían ser el blanco para futuras terapias génicas.
Abstract Human uroporphyrinogen decarboxylase (UROD-h) is the fifth enzyme in the heme biosynthetic pathway and its deficient activity, related to mutations in its gene, is associated with a subset of porphyrias. The objective of this work was to study the relationship between the dimerisation of the enzyme and its enzymatic activity and to verify if the dimerisation of UROD-h is essential both for the first stage of the reaction (urogen→heptagen), and for the second stage (heptagen→ coprogen). With this objective, the UROD-h was expressed and purified to homogeneity, the dimer- monomer behaviour was analysed under different conditions, which could shift the dimerisation equilibrium, and the enzymatic activity was evaluated under these conditions. The results obtained suggest that the active species for the first stage of the reaction is the homodimer, and both the dimer and the monomer behaved as active species for the second stage of the reaction. It is proposed that clinical mutations such as Y311C, existing in porphyria cutanea tarda patients, could affect dimer stability and could be the target of future gene therapies.
Resumo A enzima uroporfirinogênio descarboxilase humana (UROD-h) é a quinta enzima da via biossintética do heme e sua atividade deficiente, relacionada com mutações em seu gene, está associada a um subgrupo de porfirias. O objetivo deste trabalho foi estudar a relação entre a dimerização da enzima e sua atividade enzimática e comprovar se a dimerização da UROD-h é imprescindível tanto para a primeira etapa da reação (urogênio→heptagênio), quanto para a segunda etapa (heptagênio→coprogênio). Com esse objetivo, a UROD-h foi expressa e purificada até a homogeneidade, o comportamento de dímero-monômero foi analisado sob diversas condições, que puderam deslocar o equilíbrio de dimerização, e a atividade enzimática foi avaliada em tais condições. Os resultados obtidos sugerem que a espécie ativa para a primeira etapa da reação é o homodímero, e tanto o dímero quanto o monômero se comportam como espécies ativas para a segunda etapa da reação. Propõe-se que mutações clínicas como Y311C, existentes em pacientes com porfiria cutânea tardia, poderiam afetar a estabilidade do dímero e poderiam ser o alvo de futuras terapias gênicas em porfiria cutânea tardia.
RESUMO
Abstract Biological homochirality is modelled using chemical reaction mechanisms that include autocatalytic and inhibition reactions as well as input and output flows. From the mathematical point of view, the differential equations associated with those mechanisms have to exhibit bistability. The search for those bifurcations can be carried out using stoichiometric network analysis. This algorithm simplifies the mathematical analysis and can be implemented in a computer programme, which can help us to analyse chemical networks. However, regardless of the reduction to linear polynomials, which is made possible by this algorithm, in some cases, the complexity and length of the polynomials involved make the analysis unfeasible. This problem has been partially solved by extending the stoichiometric matrix with rows that code the duality relations between the different reactions occurring in the network given as input. All these facts allow us to analyse 28 different network models, highlighting the basic requirements needed by a chemical mechanism to have spontaneous mirror symmetry breaking.
Resumen El origen de la homoquiralidad biológica se ha modelado usando mecanismos de reacción con pasos autocatalíticos, de inhibición y flujos de entrada y salida. Desde el punto de vista de las matemáticas, las ecuaciones diferenciales asociadas a tales mecanismos deben exhibir biestabilidad. La búsqueda de tales bifurcaciones se puede hacer usando el análisis de redes estequiométricas. Tal algoritmo facilita el trabajo matemático y se puede implementar en un programa de computadora, con lo que se simplifica el análisis y ayuda a entender y mejorar los mecanismos de reacción. No obstante, y a pesar de la reducción en la complejidad que es alcanzada usando el análisis de redes estequiométricas, la dificultad y la longitud de los polinomios involucrados hacen que, en los casos más difíciles y de mayor envergadura, la solución de estos no sea posible. En este trabajo se ha superado parcialmente el problema, adicionando a la matriz estequiométrica un conjunto de filas que codifican la relación de dualidad entre las diferentes reacciones presentes en la red química dada como entrada al programa. Así, hemos logrado analizar 28 modelos diferentes de homoquiralidad biológica, extrayendo de ellos el conjunto de requisitos necesarios para tener un modelo cinética y termodinámicamente consistente.
Resumo A origem da homoquiralidade biológica foi modelada usando mecanismos de reação com etapas autocatalíticas, de inibição e fluxos de entrada e saída. Do ponto de vista da matemática, as equações diferenciais associadas a tais mecanismos devem ser instáveis. A instabilidade pode ser estudada usando o algoritmo de análise de redes estequiométricas. Tal algoritmo facilita o trabalho matemático e pode ser implementado num programa de computador, o que simplifica a análise e ajuda a entender e melhorar os mecanismos de reação. No entanto, e apesar da redução na complexidade que é alcançada usando a análise de redes estequiométricas, a complexidade e comprimento dos polinômios envolvidos fazem que, nos casos mais complexos e de maior envergadura, a solução dos mesmos não seja possível. Neste trabalho, o problema foi superado, parcialmente, adicionando à matriz estequiométrica um conjunto de linhas que codificam a relação de dualidade entre as diferentes reações presentes na rede química dada como entrada ao programa. Desta forma foi possível analisar 28 modelos diferentes de homoquiralidade biológica, extraindo deles o conjunto de requisitos necessários para ter um modelo cinético e termodinamicamente consistente.
RESUMO
We studied the bis-allylic proton transfer reaction from 1,4-pentadiene to superoxide radical anion (O2.-). Minima and transition state geometries, as well as thermochemical parameters were computed at the B3LYP/6-311+G(3df,2p) level of theory. The electronic wave functions of reactants, intermediates, and products were analyzed within the framework of the Quantum Theory of Atoms in Molecules. The results show the formation of strongly hydrogen bonded complexes between the 1,4-pentadien- 3-yl anion and the hydroperoxyl radical as the reaction products. These product complexes (PCs) are more stable than the isolated reactants and much more stable than the isolated products. This reaction occurs via pre-reactive complexes which are more stable than the PCs and the transition states. This is in agreement with the fact that the net proton transfer reaction that leads to free products is an endothermic and nonspontaneous process.
Nosotros estudiamos la reacción de transferencia de protón bis-alílico del 1,4-pentadieno al radical anión superóxido (O2.--). Las geometrías de los mínimos y de los estados de transición, así como también los parámetros termoquímicos se calcularon usando el nivel de teoría B3LYP/6-311+G(3df,2p). Las funciones de onda electrónicas de los reactantes, intermedios y productos se analizaron dentro del marco de la teoría cuántica de átomos en moléculas. Nuestros resultados muestran la formación de complejos estabilizados por enlaces de hidrógeno entre el anión 1,4pentadien-3-ilo y el radical hidroperoxilo como productos de reacción. Estos complejos producto (PCs) son más estables que los reactantes aislados y mucho más estables que los productos aislados. Esta reacción ocurre vía la formación de complejos pre-reactivos, los cuales son más estables que los PCs y los estados de transición. Estos resultados están de acuerdo con el hecho de que la reacción global de transferencia de protón que conduce a la formación de los productos libres es un proceso endotérmico y no espontáneo.
Estudou-se a reação de transferência do próton bis-alílico do 1,4-pentadieno ao radical ânion superóxido (O2.-). As geometrias dos mínimos e dos estados de transição, bem como os parâmetros termoquímicos foram calculadas utilizando o nível de teoria B3LYP/6-311+G(3df, 2p). As funçÃμes de onda eletrònica dos reagentes, intermediários e produtos foram analisadas no âmbito da teoria quântica de átomos em moléculas. Os resultados obtidos demonstram a formação de complexos estabilizados por ligaçÃμes de hidrogênio entre o ânion 1,4-pentadieno- 3-ilo e o radical hidroperoxilo como produtos de reação. Estes complexos formados como produtos (PCs) são mais estáveis do que os reagentes isolados e muito mais estáveis do que os produtos isolados. Esta reação ocorre por meio de complexos pré-reativos mais estáveis do que os PCs e os estados de transição. Estes resultados estão de acordo com o fato da reação global de transferência de próton que conduz à formação dos produtos livres, é um processo endotérmico e não espontâneo.
RESUMO
The electrochemical behavior of certain 1-(Toluenyl sulfonyl)-3-amino-4-(4'-substituted aryl hydrazono)-2-pyrazolin-5-ones were studied at the dropping mercury electrode by employing DC polarography. The variables that influence the electrode process were extensively studied. All compounds under investigation gave two well-defined polarographic waves. The mechanism for the electrode process was proposed in acid as well as in basic media.
El comportamiento electroquímico de ciertos 1-(Toluenil sulfonil)3-amino-4-(aril hidrazonio)-2-pirazolin-5-onas sustituidas fueron estudiados con un electrodo de gota de mercurio empleando polarografía de corriente directa. Las variables que influyen sobre el proceso en el electrodo fueron estudiadas ampliamente. Todos los compuestos estudiados presentaron dos ondas polarográficas bien definidas. Se propone un mecanismo para las reacciones electroquímicas estudiadas tanto en medio ácido como básico.
O comportamento eletroquímico de certos 1-(Toluenil sulfonil)3-amino-4-(aril hidrazonio)-2-pirazolin-5-onas substituídas foram estudados com um eletrodo de gota de mercúrio empregando polarografia de corrente direta. As variáveis que influem sobre o processo no eletrodo foram estudadas amplamente. Todos os compostos estudados apresentaram duas ondas polarograficas bem definidas. Propõe-se um mecanismo para as reações eletroquímicas estudadas tanto em meio ácido quanto em meio básico.