Development of Metallopeptide-based Bioprobes and Self-assembled Nanostructures

Abstract

[Abstract] The intricate interplay between chemistry and biology serves as a cornerstone of scientific exploration, blurring disciplinary boundaries and fostering innovation. This thesis examines the dynamic relationship between chemistry and biology in two distinct areas: the development of luminescent biosensors and the investigation of water-soluble one-dimensional supramolecular nanostructures. Luminescent biosensors represent a significant advancement in analytical tools, offering real-time and non-invasive monitoring of physiological processes. This thesis examines the development of Ln3+-based peptide probes to study the post-translational modifications of proteins and enzyme activity. In particular, it presents a small Tb3+-based peptide probe sensitive to Tyr nitration by peroxynitrite, as well as Ln3+-based peptide probes for monitoring Pseudomonas aeruginosa elastase B activity in complex biological media. Simultaneously, the exploration of water-soluble supramolecular polymers holds promise for enhancing their functional capabilities, inspired by cellular communication systems. Employing peptides and synthetic organic molecules as building blocks, this thesis aims to impart responsiveness and adaptability to these structures. Firstly, a coiled coil-based system capable of oligomerising in response to Zn2+ ions through the use of coordination chemistry is developed. Additionally, the supramolecular polymerisation of BTA derivatives is controlled by the lipase-catalysed hydrolysis of surfactants through the integration of covalent and non-covalent chemistry. This thesis demonstrates the value of interdisciplinary research in enhancing our comprehension of complex biological processes and in developing innovative nanostructures with diverse applications.

[Resumo] A interacción entre a química e a bioloxía é esencial para a investigación científica, eliminando as barreiras entre disciplinas e fomentando a innovación. Esta tese explora esta relación en dúas áreas específicas: o desenvolvemento de biosondas luminescentes e de nanoestruturas supramoleculares unidimensionais solubles en auga. As biosondas luminescentes representan un avance significativo nas ferramentas analíticas, ao ofrecer vixilancia en tempo real e non invasora de procesos fisiolóxicos. Esta tese céntrase no desenvolvemento de sondas peptídicas baseadas en Ln3+ para estudar as modificacións postraducionales de proteínas e a actividade encimática. En particular, preséntase un sensor peptídico baseado en Tb3+, sensible á nitración de tirosina por peroxinitrito, así como sondas peptídicas baseadas en Ln3+ para vixiar a actividade da elastasa B de P. aeruginosa en medios biolóxicos complexos. Ao mesmo tempo, a investigación de polímeros supramoleculares solubles en auga promete mellorar as súas capacidades funcionais, inspirada nos sistemas de comunicación celular. Utilizando péptidos e moléculas orgánicas sintéticas como compoñentes básicos, e esta tese busca dotar estas estruturas de capacidade de resposta e adaptabilidade. En primeiro lugar, desenvolveuse un sistema baseado en coiled coils que se oligomeriza en resposta a ións de Zn2+ mediante química de coordinación. Ademais, proponse a polimerización supramolecular de derivados de BTA controlada mediante a hidrólise de surfactantes catalizada por lipasas, integrando química covalente e non covalente. Esta tese resalta a importancia da investigación interdisciplinaria, mellorando a nosa comprensión de procesos biolóxicos complexos e desenvolvendo nanoestruturas innovadoras con diversas aplicacións.

[Resumen] La interacción entre la química y la biología es esencial para la investigación científica, eliminando las barreras entre disciplinas y fomentando la innovación. Esta tesis explora esta relación en dos áreas específicas: el desarrollo de biosensores luminiscentes y de nanoestructuras supramoleculares unidimensionales solubles en agua. Los biosensores luminiscentes representan un avance significativo en las herramientas analíticas, al ofrecer seguimiento en tiempo real y no invasivo de los procesos fisiológicos. Esta tesis se centra en el desarrollo de sondas peptídicas basadas en Ln3+ para estudiar las modificaciones postraduccionales de proteínas y la actividad enzimática. En particular, se presenta un sensor peptídico basado en Tb3+, sensible a la nitración de tirosina por peroxinitrito, así como sondas peptídicas basadas en Ln3+ para monitorizar la actividad de la elastasa B de P. aeruginosa en medios biológicos complejos. Al mismo tiempo, la investigación de polímeros supramoleculares solubles en agua promete mejorar sus capacidades funcionales, inspirada en los sistemas de comunicación celular. Utilizando péptidos y moléculas orgánicas sintéticas como componentes básicos, esta tesis busca dotar a estas estructuras de capacidad de respuesta y adaptabilidad. En primer lugar, se ha desarrollado un sistema basado en coiled coils que se oligomeriza en respuesta a iones de Zn2+ utilizando la química de coordinación. Además, se propone la polimerización supramolecular de derivados de BTA controlada mediante la hidrólisis de surfactantes catalizada por lipasas, integrando la química covalente y no covalente. Esta tesis subraya la importancia de la investigación interdisciplinaria, mejorando nuestra comprensión de procesos biológicos complejos y desarrollando nanoestructuras innovadoras con diversas aplicaciones