Espectroscopías y análisis multivariado aplicados al estudio de procesos fotoinducidos en los que participan las β-carbolinas y otros heterociclos relacionados - Villarruel, Fernando Daniel (2023)
Las β-carbolinas (βCs) son una familia de alcaloides con presencia en gran variedad de organismos filogenéticamente distantes entre sí. Estos alcaloides exhiben una amplia gama de actividades biológicas y farmacológicas que dependen fuertemente de su estructura (Capítulo 1). En condiciones de excitación electrónica, las βCs han mostrado ser un grupo de moléculas fotoactivas con propiedades fisicoquímicas y de interacción muy diversas. Sin embargo, en la mayoría de los casos las bases moleculares de los procesos en los que participan, incluyendo los procesos fotoquímicos, todavía no se conocen completamente. Objetivos generales: Tanto los métodos de análisis como los compuestos a estudiar fueron seleccionados para cumplir con los siguientes objetivos generales: - Profundizar en la investigación de las propiedades fotofisicas y fotoquímicas de las βCs y otros heterociclos relacionados. Se busca comprender el efecto de la estructura química (grado de saturación, como así también el tipo, cantidad y posición relativa de los sustituyentes) de los alcaloides estudiados y de diferentes parámetros experimentales (pH, solvente, presión parcial de oxígeno, entre otros) en los perfiles espectroscópicos y sobre los distintos equilibrios ácido-base y prototrópicos presentes en solución, tanto en estado electrónico fundamental como excitado. - Aplicar métodos de análisis multivariado a los datos espectroscópicos registrados al estudiar los sistemas mencionados en el punto anterior, para lograr una caracterización e identificación unívoca de las contribuciones relativas y el tipo de especies ácido-base involucradas en los diferentes entornos estudiados. Los perfiles así obtenidos serán de utilidad para la comprensión de los procesos moleculares en los que participan βCs y otros heterociclos relacionados, especialmente en aquellos sistemas de mayor complejidad como los entornos subcelulares. Los resultados esperados, permitirán comprender y/o predecir el rol fotobiológico de estos alcaloides. Objetivos específicos: Mediante el uso de técnicas espectroscópicas (absorción UV-visible, emisión fluorescente tanto en estado estacionario como resuelta en el tiempo) y su análisis quimiométrico, complementado con técnicas cromatográficas y de espectrometría de masas, se busca cumplir con los siguientes objetivos específicos: 1. Evaluar el efecto de variaciones estructurales y diferentes condiciones experimentales sobre las propiedades espectroscópicas y fotofísicas de β-carbolinas en solución acuosa. En particular se investigarán: • Compuestos que difieren en el grado de saturación del anillo central: completamente aromáticos (βCs) vs. di-hidro derivados (DHβCs). En particular, se estudiarán DHβCs comerciales que han mostrado una fuerte actividad biológica y farmacológica, entre las que se destacan harmalina y harmalol (Tabla 1.1). Para una mejor comprensión de los fenómenos estudiados y su potencial alcance biológico, se seleccionaron parejas de compuestos con similares grupos sustituyentes y distinto grado de saturación. • Halo y nitro βCs con distinto número y posición de dichos sustituyentes. En particular, se estudiarán derivados previamente sintetizados en nuestro laboratorio. La información disponible acerca de los efectos biológicos y farmacológicos de este grupo es menor respecto del primero, aunque se reconoce su potencial para uso farmacológico. En este subgrupo se pretendió estudiar el efecto de otros tipos de sustituyentes sobre los parámetros fisicoquímicos de potencial relevancia fotobiológica. 2. Estudiar los procesos de degradación fotoquímica que experimentan las DHβCs en solución acuosa bajo condiciones de irradiación continua (UVA-visible). Se busca evaluar el efecto de distintas condiciones experimentales y del grado de saturación del anillo central (en contraste con sus pares βCs) sobre las cinéticas de consumo de los reactivos y las propiedades espectrales de los productos de reacción. 3. Elucidar los mecanismos moleculares que gobiernan la interacción de estos alcaloides con ADNtt como macromolécula modelo. 4. Analizar la estabilidad del ácido carmínico y su complejo de coordinación con aluminio, conocido como laca carmínica, bajo diferentes condiciones de irradiación. Investigar los procesos fotofísicos y fotoquímicos involucrados para profundizar la comprensión de los mecanismos de transformación.