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Orientador(es)
Resumo(s)
Supramolecular chemistry has had a great relevance in the development of new assays
in biological applications and in understanding the forces and mechanisms that drive the
complex biochemical processes in cells. This field hinges on the exploration of the non-
covalent interaction, prevalent in nature, and takes advantage of the reversibility of this
type of linkage to create stimuli-responsive, self-assembled synthetic systems. This can
take the form of binary discrete systems or reach high degrees of complexity with capacity
to mimic some biological functions. These can be used in applications that benefit from
the reversible nature of these systems, e.g. continuous monitoring of biological targets
and stimuli-responsive drug-delivery. Macrocycles are a class of molecules that is often
used in these applications due to their inherent affinity towards relevant biological targets
and, in some cases, their ease of functionalization to design novel specificity.
This dissertation explores supramolecular systems based on macrocyclic receptors,
going from simple host-guest interactions to biomimetic systems with actuators integrated
into more complex structures. The first receptors explored were p-sulfonatocalix[4]arene
(SC4) and Stoddart’s Blue-Box (BB) in order to evaluate their binding properties to dif-
ferent peptide families. These were then applied in different sensing systems: mono-
functionalized SC4 were applied in discrete and aggregation-based strategies for the
ratiometric sensing of biologically relevant targets; BB and cucurbit[7]uril (CB7) were
used in heteroternary host:dye:host complexes that successfully differentiate between
different pharmacological agents known to accumulate in aqueous environments. Finally,
different monofunctionalized SC4 were used in conjunction with synthetic and biological
membranes: a light-activated counterion activator for the transmembranar transport of
polycationic peptides was developed, based on a photoactive azobenzene moiety in its
tail, which enabled the transport of this highly hydrophilic cargo across synthetic and cell
membranes controlled with UV and green light; and a pyrene functionalized SC4 that
allowed membrane anchored sensing and elucidation of the types of structures that these
peptide-SC4 present in membrane.
A química supramolecular tem mostrado grande relevância no desenvolvimento de ensaios para aplicações biológicas e na elucidação de diversos mecanismos por trás de processos bioquímicos em células. Esta área basea-se em explorar a interação não-covalente, preva- lente na natureza, para criar sistemas sintéticos que apresentam a reversibilidade, resposta a estímulos e capacidade de auto-montagem que este tipo de ligação providencia. Estes sistemas podem ir desde sistemas binários discretos até a alta especificidade que é capaz de mimetizar algumas funções biológicas e vêm aplicação em áreas que benificiam desta reversibilidade, como a monitorização de sistemas biológicos e a entrega de fármacos controlada por diferentes estímulos. Macrociclos são uma classe de moléculas que é fre- quentemente usada para estas aplicações devido às suas afinidades inerentes para alvos biológicos e, em alguns casos, pela possibilidade de modular esta especificidade. Esta dissertação explora sistemas supramoleculares baseados em receptores ma- crocíclicos, desde as mais simples interações hospedeiro-hóspede, até à sua integra- ção sistemas auto-organizados complexos. Os primeiros recetores testados foram o p- sulfonatocalix[4]areno (SC4) e a “Blue-Box” de Stoddart (BB) de modo a avaliar a sua capacidade de complexação de diferentes famílias de péptidos. Estes foram posteriormente aplicados em diferentes sistemas de deteção: SC4 monofuncionalizados foram aplicados na deteção de alvos biorelevantes usando estratégias com sistemas discretos e baseados em agregação. A BB e o recetor cucurbit[7]urilo (CB7) foram usados em sistemas hós- pede:indicador:hóspede para a diferenciação de diferentes tipos de fármacos encontrados como contaminantes em meios aquáticos. Finalmente, SC4 monofuncionalizados também foram aplicados em sistemas com membranas sintéticas e biológicas: um transportador controlado por luz para o transporte de péptidos policatiónicos, baseado em activação por contraião, permitiu a passagem destes analitos hidrofílicos através de membranas sin- téticas e celulares, controlado por luz UV e luz verde; um SC4 funcionalizado com pireno para deteção de analitos com um recetor ancorado numa membrana e para elucidação do tipo de estrutura que estes complexos SC4-péptido apresentam em membrana.
A química supramolecular tem mostrado grande relevância no desenvolvimento de ensaios para aplicações biológicas e na elucidação de diversos mecanismos por trás de processos bioquímicos em células. Esta área basea-se em explorar a interação não-covalente, preva- lente na natureza, para criar sistemas sintéticos que apresentam a reversibilidade, resposta a estímulos e capacidade de auto-montagem que este tipo de ligação providencia. Estes sistemas podem ir desde sistemas binários discretos até a alta especificidade que é capaz de mimetizar algumas funções biológicas e vêm aplicação em áreas que benificiam desta reversibilidade, como a monitorização de sistemas biológicos e a entrega de fármacos controlada por diferentes estímulos. Macrociclos são uma classe de moléculas que é fre- quentemente usada para estas aplicações devido às suas afinidades inerentes para alvos biológicos e, em alguns casos, pela possibilidade de modular esta especificidade. Esta dissertação explora sistemas supramoleculares baseados em receptores ma- crocíclicos, desde as mais simples interações hospedeiro-hóspede, até à sua integra- ção sistemas auto-organizados complexos. Os primeiros recetores testados foram o p- sulfonatocalix[4]areno (SC4) e a “Blue-Box” de Stoddart (BB) de modo a avaliar a sua capacidade de complexação de diferentes famílias de péptidos. Estes foram posteriormente aplicados em diferentes sistemas de deteção: SC4 monofuncionalizados foram aplicados na deteção de alvos biorelevantes usando estratégias com sistemas discretos e baseados em agregação. A BB e o recetor cucurbit[7]urilo (CB7) foram usados em sistemas hós- pede:indicador:hóspede para a diferenciação de diferentes tipos de fármacos encontrados como contaminantes em meios aquáticos. Finalmente, SC4 monofuncionalizados também foram aplicados em sistemas com membranas sintéticas e biológicas: um transportador controlado por luz para o transporte de péptidos policatiónicos, baseado em activação por contraião, permitiu a passagem destes analitos hidrofílicos através de membranas sin- téticas e celulares, controlado por luz UV e luz verde; um SC4 funcionalizado com pireno para deteção de analitos com um recetor ancorado numa membrana e para elucidação do tipo de estrutura que estes complexos SC4-péptido apresentam em membrana.
Descrição
Palavras-chave
host-guest biomimetic sensing transmembranar transport