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Master's Dissertation
DOI
10.11606/D.46.2010.tde-27022010-095705
Document
Author
Full name
Anderson Arndt
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2009
Supervisor
Committee
Espósito, Breno Pannia (President)
Azzellini, Gianluca Camillo
Borella, Maria Inês
Title in Portuguese
Síntese, caracterização e estudo da ação neurotóxica de complexos de manganês(III) em Danio rerio
Keywords in Portuguese
Danio rerio
Manganês
Neurotoxicidade
Pró-oxidante
Abstract in Portuguese
O manganês (Mn) é um elemento químico abundante na natureza, principalmente em minérios e presente também em alimentos e na água. É o cofator de enzimas importantes, como a superóxido dismutase mitocondrial. Entretanto, mineradores e outras pessoas expostas a produtos manufaturados de Mn podem apresentar uma concentração excessiva desse metal no cérebro, adquirindo uma desordem neurológica similar ao mal de Parkinson conhecida por manganismo. Basicamente a neurotoxicidade do Mn pode estar associada com os vários estados de oxidação que ele pode alcançar, gerando espécies reativas de oxigênio durante a interconversão dessas espécies. Dessa forma, neste trabalho sintetizamos e avaliamos as propriedades pró-oxidantes e neurotóxicas de complexos de Mn(III) com desferrioxamina, [Mn(dfb)]; acetohidroxamato, [Mn(aha)3]; citrato, [Mn(cit)]; cloro-salen, EUK 8; e aceto-salen, EUK 108. Tais compostos são propostos como miméticos da SOD e/ou catalase, entretanto podem apresentar atividade pró-oxidante. Estes complexos foram caracterizados espectrofotometricamente (UV/Vis e IV) e por voltametria cíclica. Foram determinadas as absortividades molares dos complexos [Mn(aha)3], EUK 8 e EUK 108. Os EUK's apresentaram dois processos redutivos, sendo apenas um reversível, enquanto o [Mn(cit)] apresentou apenas um processo redutivo reversível e os hidroxamatos [Mn(dfb)] e [Mn(aha)3] não apresentaram processos redox na faixa de potenciais utilizada. Em teste de lipofilicidade todos os complexos apresentaram maior afinidade pela fase aquosa, sendo muito pouco particionados para a fase orgânica. Através do ensaio de supressão de fluorescência de calceína foi possível estabelecer que os EUK's são relativamente mais estáveis do que os outros complexos, sendo o [Mn(aha)3] o menos estável dos compostos estudados. Nas análises de atividade pró-oxidante, o [Mn(dfb)] oxidou fortemente a sonda mesmo na ausência de outros cofatores, mas este processo é dependente da concentração de O2 no meio. Os EUK's atuaram como pró-oxidantes em função da concentração de peróxido no meio. A atividade pró-oxidante foi suprimida por ascorbato, glutationa e Trolox®, que agiram como antioxidantes, sugerindo implicações para a terapia do manganismo. O teste de toxicidade aguda em paulistinhas (Danio rerio) adultos resultou na mortalidade de alguns animais quando expostos a [Mn(dfb)] e [Mn(aha)3]. Comparando o telencéfalo de peixes expostos ao [Mn(dfb)] com um controle em microscópio, não se visualizou nenhuma alteração morfológica na região do núcleo dorsal, indicando que o complexo não causou nenhum dano visível nessa região.
Title in English
Synthesis, characterization and study of the neurotoxic activity of manganese(III) complexes in Danio rerio
Keywords in English
Danio rerio
Manganese
Neurotoxicity
Pro-oxidant
Abstract in English
Manganese (Mn) is an abundant element which is present also in food and water. It is the cofactor of important enzymes such as mitochondrial superoxide dismutase. However, miners and other occupationally exposed individuals may present an excessive load of Mn in brain and develop manganism, a neurological disorder akin to Parkinson Disease. Basically, Mn neurotoxicity may stem from its wide redox cycle, generating reactive oxygen species in the process of converting from one oxidation state to another. Thus, in this work we synthesized and evaluated the pro-oxidant and neurotoxic characteristics of Mn(III) complexes with desferrioxamine, [Mn(dfb)]; acetohydroxamate, [Mn(aha)3]; citrate, [Mn(cit)]; chlorosalen, EUK 8; and aceto-salen, EUK 108. Such compounds are proposed as mimetics of superoxide dismutase and/or catalase, however they may also be prooxidant. These complexes were characterized spectrophotometrically (UV/Vis and IR) and by cyclic voltammetry. Molar absorptivities were determined for [Mn(aha)3], EUK 8 and EUK 108. EUK's displayed two reductive processes, only one of which was reversible, while [Mn(cit)] displayed only one (reversible) reductive process and hydroxamates [Mn(dfb)] and [Mn(aha)3] did not display redox processes in the working range of potentials. Lipophilicity tests showed that all complexes have very low partition to the organic phase. Calcein fluorescence quenching studies showed that both EUK complexes are relatively more stable than the others, while [Mn(aha)3] is the least stable. In the pro-oxidant activity studies, [Mn(dfb)] strongly oxidized the fluorescent probe even in the absence of ancillary substances such as peroxide. However, this effect was dependant on O2 saturation in the solution. Both EUK acted as pro-oxidants with a linear dependence on peroxide concentration. Pro-oxidant activity was eliminated by the treatment with antioxidants such as ascorbate, glutathione and Trolox®, which is of interest for the therapy of manganism. In the acute toxicity tests induced some mortality in adult Danio rerio exposed to [Mn(dfb)] or [Mn(aha)3]. Comparison of the telencephalus of [Mn(dfb)]-exposed individuals with controls failed to indicate morphological alterations in the dorsal nucleus area, indicating that the complex did not affect visibly this brain region.
 
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Publishing Date
2010-05-20
 
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