Revista Colombiana de Química

Dinâmica e energética de um bromodomínio em complexo com bromosporina de Leishmania donovani

Abstract Leishmaniasis continues to be a neglected tropical disease, affecting people and animals and causing significant economic losses. Therefore, there is interest in the study and evaluation of new drug targets. In fact, it has been shown that by interfering with lysine-reading proteins such as bromodomain (BMD) there is a decrease in parasite survival. In this study, we researched the dynamics and energetics of the Leishmania donovani BMD in complex with bromosporin, which is considered to be a pan-inhibitor of BMDs, with the aim of understanding the molecular recognition mechanism. Molecular dynamics (MD) and non-equilibrium free energy calculation guided by steered molecular dynamics (SMD) simulations showed that the BMD has three flexible amino acid regions and bromosporin exhibiting various recognition states during the interaction. These results corroborate the promiscuity of bromosporin for energetically favourable sites, with the possibility of expanding its inhibition to other bromodomains. Furthermore, these results suggest that Van der Waals interactions have more relevance for complex recognition and residues ASN-87 and TRP-93 are key in forming hydrophobic and H-bond interactions, respectively. This research provides new insights for understanding the recognition mechanism, dynamics and energetics of the complex for the development of new therapeutic strategies.

Resumen La leishmaniasis sigue siendo una enfermedad tropical desatendida, que afecta a personas y animales y causa importantes pérdidas económicas. De ahí el interés por estudiar y evaluar nuevas dianas farmacológicas. De hecho, se ha demostrado que al interferir con proteínas lectoras de lisina como el bromodominio ("bromodomain", BMD) se produce una disminución de la supervivencia del parásito. En este artículo estudiamos la dinámica y la energética del BMD de Leishmania donovani en complejo con bromosporina, que se considera un pan-inhibidor de BMD, con el objetivo de comprender el mecanismo de reconocimiento molecular. Las simulaciones de dinámica molecular (DM) y el cálculo de energía libre de no-equilibrio guiado por dinámica molecular de estiramiento (DMS) mostraron que BMD tiene tres regiones de aminoácidos flexibles y la bromosporina presenta varios estados de reconocimiento durante la interacción. Estos resultados corroboran la promiscuidad de la bromosporina por sitios energéticamente favorables, siendo posible expandir su inhibición a otros bromodominios. Además, los resultados sugieren que las interacciones de Van der Waals tienen más relevancia para el reconocimiento del complejo y los residuos ASN-87 y TRP-93 son clave en la formación de interacciones hidrofóbicas y de puentes de hidrógeno, respectivamente. Esta investigación proporciona nuevos conocimientos para comprender el mecanismo de reconocimiento molecular, la dinámica y la energética del complejo para el desarrollo de nuevas estrategias terapéuticas.

Resumo A leishmaniose continua a ser uma doença tropical negligenciada, que afeta os seres humanos e os animais e causa perdas econômicas significativas. Daí o interesse em estudar e avaliar novos alvos de medicamentos. De fato, a interferência com proteínas leitoras de lisina, como o bromo domínio ("bromodomain", BMD), tem demonstrado diminuir a sobrevivência do parasita. Neste trabalho, estudamos a dinâmica e a energética do BMD de Leish-mania donovani em complexo com a bro-mosporina, considerada um pan-inibidor da BMDs, com o objetivo de compreender o mecanismo de reconhecimento molecular. As simulações de dinâmica molecular (MD) e cálculo de energia livre de não-equilíbrio guiada por dinâmica molecular esticamento (MDS) mostraram que o BMD tem três regiões de aminoácidos flexíveis e que a bromosporina apresenta vários estados de reconhecimento durante a interação. Esses resultados corroboram a promiscuidade da bromosporina para locais energeticamente favoráveis, possibilitando a expansão de sua inibição para outros bromodomínios. Além disso, os resultados sugerem que as interações de Van der Waals são mais relevantes no momento do reconhecimento do complexo e os resíduos ASN-87 e TRP-93 são fundamentais na formação de interações hidrofóbicas e de ligações de hidrogênio, respectivamente. Essa pesquisa fornece novos insights para compreender o mecanismo de reconhecimento, a dinâmica e a energética do complexo para o desenvolvimento de novas estratégias terapêuticas.

Síntese e atividade antiproliferativa de uma mistura de derivados de (⁺/_) 7-cloro-(4-tioalquilquinolina). Indução de apoptose e dano de DNA/RNA

Resumen Después de las enfermedades cardiovasculares, el cáncer, una patología no transmisible, ha sido considerado como la segunda causa de muertes cada año a nivel global y como la barrera más importante para aumentar la esperanza de vida en el siglo 21. Se han alcanzado avances de gran relevancia en su prevención y tratamiento; sin embargo, existe aún un largo camino por recorrer para alcanzar un tratamiento efectivo para cada tipo de cáncer. En este trabajo se describen enfoques de reposicionamiento y síntesis de moléculas híbridas con potencial actividad antineoplásica. Para obtener el al-dehído intermediario clave, se empleó la metodología de oxidación de Dess-Martin, que fue acoplado con las cetonas correspondientes usando LDA; se generó así una mezcla racémica para cada uno de los compuestos híbridos propuestos. La actividad antiproliferativa in vitro de los compuestos finales se evaluó frente a ocho líneas celulares derivadas de tumores sólidos humanos, y cuatro líneas celulares no cancerosas. El compuesto 11d resulto ser el más efectivo y con mayor índice de seguridad. Los resultados sugirieron que estos compuestos podrían bloquear el ciclo celular e inducir la apop-tosis y la muerte en las células CCRF-CEM de forma dependiente de la dosis in vitro.

Abstract After cardiovascular diseases, cancer, a non-communicable pathology, has been considered the second cause of death each year globally and as the most important barrier to increasing life expectancy in the 21st century. Advances of great relevance have been made in its prevention and treatment, however, there is still a long way to go to achieve an effective treatment for each type of cancer. This paper describes approaches to reposition and synthesis of hybrid molecules with potential antineoplastic activity. To obtain the key intermediate aldehyde, the Dess-Martin oxidation methodology was used, which was coupled with the corresponding ketones using LDA. The final hybrid compounds were obtained as a racemic mixture. The in vitro antiproli-ferative activity of the final compounds was evaluated against eight cell lines derived from human solid tumors, and four non-cancerous cell lines. The compound 11d turned out to be the most effective and with the highest safety index. The results suggested that these compounds could block the cell cycle and induce apoptosis and death in CCRF-CEM cells in a dose-dependent manner in vitro.

Resumo Depois das doenças cardiovasculares, o câncer, uma patologia não transmissível, tem sido considerado como a segunda causa de mortes a cada ano em todo o mundo e como a barreira mais importante para o aumento da expectativa de vida no século 21. Avanços de grande relevância têm sido feitos na sua prevenção e tratamento, no entanto, ainda há um longo caminho a percorrer para alcançar um tratamento eficaz para cada tipo de câncer. Este artigo descreve abordagens para o reposicionamento e síntese de moléculas híbridas com potencial atividade antineoplásica. Para a obtenção do aldeído intermediário chave, foi utilizada a metodologia de oxidação de Dess-Martin, que foi acoplada com as cetonas correspondentes usando LDA. Os compostos híbridos finais foram obtidos como uma mistura racêmica. A atividade antiproliferativa in vitro dos compostos finais foi avaliada contra oito linhagens celulares derivadas de tumores sólidos humanos e quatro linhagens celulares não cancerosas. O composto 11d revelou-se o mais eficaz e com o maior índice de segurança. Os resultados sugeriram que estes compostos poderiam bloquear o ciclo celular e induzir apoptose e morte em células CCRF-CEM de forma dose-de-pendente in vitro.

Principais características do biochar derivado de resíduos de Theobroma cacao L. para utilização em solos agrícolas

Resumen La incorporación de biocarbono para mejorar los suelos agrícolas está ganando popularidad, pero hay poca información sobre las propiedades del biocarbono derivado de los restos de la cosecha de cacao. En la investigación se determinaron varias características del biocarbono obtenido del proceso de pirólisis de la cáscara de las mazorcas de cacao. Los análisis realizados fueron: porcentajes de fibra lignocelulósica, análisis proximal, estructura microscópica y grupos funcionales. También se realizó con el biocarbón un ensayo de adsorción con Cd+2 mediante un sistema de recirculación con agua, con el fin de obtener las isotermas de Lang-muir y Freundlich (modelos matemáticos de adsorción de moléculas en superficies sólidas). Los contenidos fibrosos abarcaban 56,2% celulosa, 27,07% lignina y 3,15% hemicelulosa. Con 8,15% de humedad y pH 9,86 se obtuvo un promedio de 35,58% de biocarbón. La forma de los poros fue irregular, se confirmó la presencia de los grupos hidroxilo, carboxilo y carbonato. Los modelos de absorción indicaron una capacidad de adsorción máxima de 0,280 mL/g en Langmuir y una intensidad de absorción de Cd+2 de 0,06 en Freundlich. Si bien el biocarbón demostró propiedades adecuadas para suelos ácidos, su capacidad de adsorción resultó limitada en las condiciones evaluadas.

Abstract Using biochar to enhance agricultural soils is becoming more popular, but not much is known about the qualities of biochar made from cocoa crop leftovers. The study identified several traits of biochar created from cocoa pod husks through the pyrolysis method. The examination included the following evaluations: levels of lignocellulosic fibre, proximal analysis, microscopic structure, and functional groups. The Langmuir and Freundlich isotherms were evaluated through an aqueous recirculation Cd2+ adsorption assay. The fibrous contents consisted of 56.2% cellulose, 27.07% lignin, and 3.15% hemicellulose. At a moisture content of 8.15% and a pH of 9.86, 35.58% biochar was produced. The pores were not uniform in shape and contained hydroxyl, carboxyl and carbonate groups as identified. According to the isotherms, the Cd2+ that can be adsorbed is 0.280 mL/g at Langmuir, and the Cd2+ adsorption intensity is 0.06 at Freundlich. Even though the biochar had desirable properties for acidic soils, its ability to adsorb was restricted under the tested conditions.

Resumo O uso crescente do biocarvão em solos agrícolas justifica uma investigação mais aprofundada de suas propriedades menos conhecidas. Esta pesquisa concentrou-se no biocarvão produzido a partir de resíduos da colheita do cacau e teve como objetivo identificar seus atributos por meio da pirólise da casca da vagem do cacau. As análises realizadas incluíram fibra lignocelulósica, análise proximal, estrutura microscópica e grupos funcionais. As isotermas de Langmuir e Freundlich foram avaliadas por meio de um ensaio de adsorção de Cd2+ em recirculação aquosa. O conteúdo fibroso consistia em 56,2% de celulose, 27,07% de lignina e 3,15% de hemicelulose. Com um teor de umidade de 8,15% e um pH de 9,86, foram produzidos 35,58% de biochar. A estrutura porosa era irregular, indicando a presença de grupos hidroxila, carboxi-la e carbonato. As isotermas mostraram que o modelo de Langmuir tem uma capacidade máxima de adsorção (qmax) de 0,280 mL/g e uma intensidade de ad-sorção de Freundlich de 0,06 para Cd2+. Embora o biochar tenha demonstrado propriedades adequadas para uso agrícola, sua capacidade de adsorção foi limitada nas condições avaliadas.

Drogas emergentes: detecção usando sensores eletroquímicos

Resumen La cantidad de nuevas sustancias psicoactivas (NSP) aumenta en el mercado global cada año. El uso de tecnologías para la producción y la comercialización de las sustancias sintéticas y una demanda exigente de efectos psicotrópicos más potentes son algunos de los factores que contribuyen al incremento de una oferta más variada, así como a la cantidad de consumidores de algún tipo de droga. El desarrollo de herramientas analíticas fiables con capacidad de respuesta in situ para una evaluación preliminar contribuye, significativamente, con la generación de información para atender casos de intoxicaciones, aplicar correctamente la legislación de los países e, inclusive, aportar datos reales para una reclasificación más objetiva de las drogas basada en criterios científicos. Los sensores electroquímicos han ganado terreno en áreas de las ciencias forenses como la toxicología. El uso de tecnologías especializadas para crear electrodos miniaturizados con modificaciones, principalmente con materiales nanoestructurados, guía el desarrollo de dispositivos portátiles de fácil manipulación, altamente versátiles y que requieren micro-cantidades de la muestra. Asimismo, algunos sensores electroquímicos presentan parámetros de desempeño -como límites de detección (LOD) de hasta 0,608 pg/mL, sensibilidad y precisión- que son analíticamente comparables, bajo ciertas condiciones, con las metodologías convencionales acopladas con la espectrometría de masas, las cuales muestran LOD del orden de magnitud entre 10-9 g/mL y 10-12 g/mL para la determinación de algunas drogas. Esta revisión se enfoca en la aplicación y comparación analítica de los sensores electroquímicos voltamperométricos para la determinación de bencilpiperazina (BZP), meta-clorofenilpiperazina (mCPP), 25B-NBO-Me, dimetiltriptamina (DMT), mefedrona (4-MMC), 4-metiletcatinona (4-MEC) y fentanilo (FYL) en representación de las drogas emergentes que se pueden conseguir actualmente en el mercado de las sustancias psicoactivas.

Abstract The number of new psychoactive substances (NPS) is increasing on the drug global market every year. New technologies for the production and marketing of synthetic substances, along with a rigorous demand for more powerful psychotropic effects, are some of the factors that contribute to the increase in a more varied supply, as well as the number of drug users. The development of reliable analytical tools with an on-site response capacity for a preliminary determination contributes significantly to the generation of data for the proper care of situations such as poisoning, the correct application of the country's legislation, and even the provision of objective criteria for the reclassification of the substances. Electrochemical sensors have gained ground in areas of forensic science. The use of specialized technologies to manufacture miniaturized electrodes based on modifications, mainly with nanostructured materials, guides the development of versatile easy-to-handle portable devices that require microquantities of the sample. Likewise, some electrochemical sensors have performance parameters such as detection limits (LOD) up to 0.608 pg/mL, sensitivity and precision that are analytically comparable, under certain conditions, with conventional methodologies coupled with mass detection, which show LOD of the order of magnitude between 10-9 g/mL and 10-12 g/mL for drug determination. This review focuses on the application and comparison of voltammetric electrochemical sensors for the determination of benzylpiperazine (BZP), meta-chlorophenylpiperazine (mCPP), 25B-NBO-Me, dimethyltryptamine (DMT), mephedrone (4-MMC), 4-methylethcathinone (4-MEC) and fentanyl (FYL) representing the emerging drugs available to date on the psychoactive substances market.

Resumo A quantidade de novas substâncias psicoativas (NSP) sintéticas aumenta a cada ano no mercado global. A utilização de novas tecnologias de produção e comercialização de substâncias, combinado com uma demanda exigente de efeitos psicotrópicos mais potentes, são alguns dos fatores que contribuem para o aumento de uma oferta mais ampla, assim como a quantidade dos números de consumidores de algum tipo de droga. O desenvolvimento de ferramentas analíticas confiáveis e com uma capacidade de resposta in situ para uma avaliação preliminar, contribuem significativamente para a geração de informações científicas para cuidar casos de envenenamento, aplicar corretamente a lei, e até fornecer dados reais para uma reclassificação mais objetiva de drogas com base em critérios científicos. Sensores eletroquímicos ganharam espaço em áreas da ciência forense. A utilização de tecnologias especializadas para criação de eletrodos miniaturizados com modificações, principalmente com materiais nanoestruturados, norteiam o desenvolvimento de dispositivos portáteis altamente versáteis, de fácil manuseio e que necessitam de microquantidades da amostra. Da mesma forma, alguns sensores eletroquímicos apresentam parâmetros de desempenho -como limites de detecção (LOD) até 0.608 pg/mL, sensibilidade e precisão- que são analiticamente comparáveis, sob certas condições, com metodologias convencionais com detecção de massa -mostram LOD de a ordem de grandeza entre 10-9g/mL e 10-12g/mL para a determinação de determinados medicamentos-. Esta revisão tem como foco a aplicação e comparação analítica de sensores eletro-químicos voltamétricos para determinação de benzilpiperazina (BZP), meta-clorofenilpiperazina (mCPP), 25B-NBOMe, dimetiltriptamina (DMT), mefedrona (4-MMC), 4-metilethcatinona (4-MEC) e fentanilo (FYL), que representam os drogas emergentes disponíveis até o momento no mercado de substâncias psicoativas.

Estudo computacional das interações moleculares entre o timol e os resíduos HIS41 e CYS145 presentes no sítio ativo da protease 3Clpro

Resumen La proteína proteasa 3CLpro del SARS-CoV-2 es una enzima crucial para la replicación viral, razón por la cual se convierte en un blanco terapéutico de gran importancia. El timol (2-isopropil-5-me-tilfenol), un compuesto natural que se encuentra en el tomillo (Thymus vulgaris), exhibe potencial actividad antiviral contra la proteasa 3CLpro. En este estudio, usando acoplamiento molecular con AutoDockTools-1.5.6, se evaluaron las energías de interacción molecular entre el timol y los residuos de aminoácidos en el sitio activo de la proteína proteasa 3CLpro. Luego, con la teoría cuántica de Átomos en Moléculas (QTAIM) y la de Interacciones no covalentes (NCI) se analizaron los tipos de interacciones moleculares entre los residuos de aminoácidos identificados y el timol. Los cálculos cuánticos se llevaron con el software Orca-5.0.3, utilizando el método DFT con el funcional M06-2X y el conjunto base aug-cc-pVDZ en fase gaseosa. Los resultados de acoplamiento molecular indican que el timol se une a la proteína 3CL con una energía de interacción igual a -3,784 kcal/mol. El análisis QTAIM indica la presencia de puntos críticos de enlace entre el timol y los residuos HIS41 y CYS145. Además, se observa la formación de un enlace de hidrógeno entre el grupo OH del timol y el residuo CYS145, lo cual es corroborado por los análisis ELF (Electron Localization Function) y NCI (Non Covalent Interactions). Finalmente, el método NCI confirma la presencia de interacciones de Van der Waals con el residuo HIS41. Los resultados sugieren que el mecanismo de inhibición de la actividad de la proteína 3CLpro es controlado por interacciones moleculares tipo puente de hidrógeno e interacciones débiles.

Abstract The protease 3CLpro of the SARS-CoV-2 is a crucial enzyme for viral replication, becoming a highly important therapeutic target. Thymol (2-isopropyl-5-methyl-phenol), a naturally occurring compound found in thyme, exhibits potential antiviral activity against the 3CLpro protease. In this study, using molecular docking with AutoDockTools-1.5.6, the molecular interaction energies between thymol and amino acid residues in the active site of the protein protease 3CLpro were evaluated. Then, with the Atoms in Molecules (QTAIM) and Non-covalent Interactions (NCI) theories, the types of molecular interactions between identified amino acid residues and thymol were analyzed. Quantum calculations were carried out with the Orca-5.0.3 software using the DFT method with the M06-2X functional and the aug-cc-pVDZ basis set in the gas phase. The molecular docking results indicate that thymol is linked to the 3CL protein with an interaction energy equal to -3.784 kcal/mol. QTAIM analysis indicates the presence of critical binding sites between thymol and residues HIS41 and CYS145. In addition, the formation of a hydrogen bond between the OH group of thymol and the CYS145 residue is observed, which is corroborated by the ELF and NCI analyses. Finally, the NCI method confirms the presence of Van der Waals interactions with the HIS41 residue. The results suggest that the mechanism of inhibition of the activity of the 3CLpro protein is controlled by molecular interactions such as hydrogen bonding and weak interactions.

Resumo A protease 3CLpro do SARS-CoV-2 é uma enzima crucial para a replicação viral, tornando-se um alvo terapêutico de grande importÅncia. O timol (2-isopropil-5-me-tilfenol), um composto natural encontrado no tomilho, exibe potencial atividade antiviral contra a protease 3CLpro. Neste estudo, utilizando o docking molecular com o AutoDockTools-1.5.6, foram avaliadas as energias de interação molecular entre o timol e os residuos de aminoácidos no sítio ativo da proteína protease 3CLpro. Em seguida, com a teoria quantica de atomos em moleculas (QTAIM) e da interacões no-covalentes (NCI), foram analisados os tipos de interações moleculares entre os resíduos de aminoácidos identificados e o timol. Os cálculos quÅnticos foram realizados com o software Orca-5.0.3 usando o método DFT com o funcional M06-2X e a base aug-cc-pVDZ definida na fase gasosa. Os resultados do docking molecular indicam que o ti-mol está ligado à proteína 3CL com uma energia de interação igual a -3.784 kcal/ mol. A análise QTAIM indica a presença de sítios de ligação críticos entre o timol e os resíduos HIS41 e CYS145. Além disso, observa-se a formação de uma ponte de hidrogênio entre o grupo OH do timol e o resíduo CYS145, o que é corroborado pelas análises ELF e NCI. Finalmente, o método NCI confirma a presença das interações de Van der Waals com o resíduo HIS41. Os resultados sugerem que o mecanismo de inibição da atividade da proteína 3CLpro é controlado por interações moleculares como ligações de hidrogênio e interações fracas.

Síntese de tioureias com isoniazida e niazida estruturais: teste contra bactérias Gram + e Gram -

Resumen Se sintetizaron los compuestos N-(2-ni-cotinoilhidrazina-1-carbonotioil)benzamida (H3L1) y su isómero N-(2-isonicoti-noilhidrazina-1-carbonotioil)benzamida (H3L2) tipo N, S, O dadores, por reacción del isotiocianato de benzoilo con la hidracida nicotínica y la isoniacida, respectivamente. Los compuestos H3L1 y H3L2 fueron caracterizados por 1H-RM-N,13C-RMN, FT-IR y análisis elemental. Se realizó el análisis computacional utilizando las funciones de Fukui para determinar las razones por las cuales no se formaron los 1,2,4-triazoles. Se hicieron pruebas preliminares de los compuestos sintetizados frente a Staphylococcus aureus (Gram+) y Escherichia coli (Gram-). Se demostró importante actividad frente a las bacterias mencionadas.

Abstract The compounds N-(2-nicotinoylhydra-zine-1-carbonothioyl)benzamide (H3L1) and its isomer N-(2-isonicotinoylhydra-zine-1-carbonothioyl)benzamide (H3L2) type N, S, O donors, by reaction of benzoyl isothiocyanate with nicotinic hydrazide and isoniazid respectively were synthesized. The H3L1 and H3L2 compounds were characterized by 1H-NMR, 13C-NMR, FT-IR and elemental analysis. Computational analysis using the Fukui functions were performed to determine the reasons why the 1,2,4-triazoles were not formed. Preliminary tests of the synthesized compounds were carried out against Staphylo-coccus aureus (Gram+) and Escherichia coli (Gram-), having demonstrated significant activity against such bacteria.

Resumo Os compostos N-(2-nicotinoilhidrazina-1-carbonotioil)benzamida (H3L1) e seu isòmero N-(2-isonicotinoilhidrazina-1-carbonotioil)benzamida foram sintetizados. (H3L2) doadores tipo N, S, O, por reação de isotiocianato de benzoíla com hidrazida nicotínica e isoniazida, respectivamente. Os compostos H3L1 e H3L2 foram caracterizados por 1H-NMR, 13C-NMR, FT-IR e análise elementar. A análise computacional usando as funções de Fukui foi realizada para determinar as razões pelas quais os 1,2,4-triazóis não foram formados. Testes preliminares dos compostos sintetizados foram realizados contra Staphylococcus aureus (Gram+) e Escherichia coli (Gram-), tendo demonstrado atividade significativa contra as referidas bactérias.