[en] This thesis describes the processes for developing technological nanomaterials bases on DNA-Pd supramolecular hybrids. Firstly, interactions between PdII complexes and isolated DNA model nucleobases derived from adenine (A), cytosine (C) and thymine (T) have been studied to verify the possibility of forming palladium-mediated base pairs such as A-PdII-L, C-PdII-L o T-PdII-L (L = 4-hydroxypyridin-2,6-dicarboxilic acid (Cheld); 8-amino-4-hydroxyquinoline-2-carboxylic acid (Aqa); 2,6-pyridindimethanamide (dPy)). Towards this aim, the Pd-L metal complexes have been rationally designed to recognize their complementary nucleobases and bind through a coordination bond and complementary intramolecular hydrogen bonds. Various characterization techniques have been employed to elucidate the formation of palladium-mediated base pairs, including; Nuclear Magnetic Resonance (1H-RMN, COSY, DOSY, NH-HSQC), Powder X-Ray Diffraction (XRPD) and single crystal X-Ray (XR), Mass Spectrometry (ESI-MS), Computational Calculations (DFT) and Isothermal Titration Calorimetry (ITC). Secondly, a protocol is presented to study the formation of supramolecular structures through the interaction of Pd-L metal fragments with single strands of DNA formed by homopolymers of 2'-deoxyadenosine, 2'-deoxycytidine or 2'-deoxythymidine. This methodology allows for the organization of PdII ions along the central axis of DNA-Pd systems, by forming a structure resembling a natural double strand DNA. One of the strands will consist of a homopolymer (adenosine, cytidine, thymidine), while the other will consists of stacked metal complexes bound to the nucleobases through a coordination bonds. The formation of complementary intramolecular hydrogen bonds between the metal fragments and the DNA, along with the stacking interactions along the structure, will be crucial for stabilizing DNA-Pd supramolecular hybrids. The formation of supramolecular DNA-Pd structures, has been carried out using various characterization techniques, including Circular Dichroism (CD), Mass Spectrometry (ESI-MS), Computational Calculations (DFT), UV-Vis Spectrometry, Small Agle X-ray Diffraction (SAXS) and Isothermal Titration Calorimetry (ITC). Thirdly, this doctoral thesis has investigated the selectivity of PdII metal fragments towards their complementary nucleobases. For this purpose, isolated competitive studies have been conducted between the Pd-Cheld and Pd-Aqa metal fragments regarding their complementary nucleobases 9-ethyl-adenine (eA) and 1-methyl-cytosine (mC), respectively. These studies have revealed a preference in forming complementary complexes [Pd(Cheld)(eA)] and [Pd(Aqa)(mC)]. Subsequently, competitive and specificity studies have been conducted between the Pd-Cheld and Pd-Aqa metal fragments and two homopolymers of 2'-deoxyadenosine and 2'-deoxycytidine. It has been demonstrated that metal complexes are capable of discriminating between DNA nucleobases to selectively bind to their complementary nucleobase. These studies have laid the groundwork for the development of a methodology allowing the construction of heteroleptic supramolecular structures. For this studies, the following characterization techniques have been employed; Nuclear Magnetic Resonance (1H-RMN), Single Crystal X-Ray (XR), Mass Spectrometry (ESI-MS), Circular Dichroism (CD), UV-Vis Spectrometry and Isothermal Titration Calorimetry (ITC). Fourthly, the possibility of endowing DNA strands with non-inherent properties, such as conductivity, has been explored. To achieve this goal, the Pd-Cheld metal fragment has been modified with a 2-(2-thienyl)pyrrole (TP) group. TP monomer has the ability to polymerize to form conjugated conductive polymers capable of carrying electrical charge. For this studies, supramolecular [Pd(CheldTP)(poly(A))] hybrids have been synthetized and characterized, where it is possible to organize the TP monomers along the single strand RNA, promoting their controlled polymerization. Using scanning probe microscopy characterization techniques (AFM and EFM), it has been confirmed that the obtained polymers are potentially conductive and their formation nicely follow a double helical arrangement. Finally, processes of crystallization have been investigated to obtain structures of DNA-metal hybrids systems. On one hand, the methodology employed to attempt obtaining crystals of canonical and isolated base pairs, such as A-AgI-T and G-AgI-C, is presented. On the other hand, the methodology to obtain crystals of modified DNA-Ag hybrids is also presented. To this end, sequences of modified nucleobases have been used where the N7 group in adenine and guanine has been substituted by a CH group. This allows AgI ions to bind to the Watson-Crick-Franklin face of the nucleobases, resulting in DNAAg systems resembling a natural double helix where hydrogen bonds between the bases have been replaced by coordination bonds. Furthermore, a methodology to obtain crystalline structures of DNA-Pd hybrids has been investigated. For the resolution of the crystalline structures of the isolated metabase pairs, Single Crystal X-Ray Diffraction (XR) measurements were performed, although these results were not as expected. To resolve the crystals obtained from the DNA-Ag and DNA-Pd hybrids, X-Ray Diffraction measurements were conducted, but without the expected success, at the European Synchrotron Radiation Facility (ESRF) of Grenoble (France), and at the National Synchrotron Light Source II, beamline 17-ID-2, de New York (United States).

[es] En esta tesis doctoral se describen los procesos para desarrollar nanomateriales tecnológicos basados en híbridos ADN-Pd. En primer lugar, se han estudiado las interacciones entre complejos de PdII y las nucleobases modelo del ADN aisladas, derivadas de la adenina (A), citosina (C) y timina (T), para comprobar que es posible formar pares de bases mediados por paladio del tipo A-PdII-L, C-PdII-L o T-PdII-L (L = ácido 4- hidroxipiridín-2,6-dicarboxílico (Cheld); 8-amino-4-hidroxiquinolina-2- carboxílico (Aqa); 2,6-piridina-dimetanamina (dPy)). Con este objetivo, los fragmentos metálicos Pd-L han sido diseñados de manera racional para que sean capaces de reconocer nucleobases a través de la formación de un enlace de coordinación y enlaces de hidrógeno intramoleculares complementarios. Para dilucidar la formación de los pares de bases mediados por paladio se han empleado distintas técnicas de caracterización, entre las que se incluyen; Resonancia Magnética Nuclear (1H-RMN, COSY, DOSY, NH-HSQC), Difracción de Rayos X en polvo (XRPD) y monocristal (XR), Espectrometría de Masas (ESI-MS), Cálculos Computacionales (DFT) y Calorimetría de Titulación Isotérmica (ITC). A continuación, se presenta una metodología para estudiar la formación de estructuras supramoleculares mediante la interacción de los fragmentos metálicos de Pd-L y hebras simples de ADN formadas por homopolímeros de 2'-deoxi-adenosina, 2'-deoxicitidina o 2'-deoxi-timidina. Esta metodología permite organizar los iones de PdII a lo largo del eje central de la hebra simple de ADN, mediante la formación de una estructura que se asemeja a una doble hebra de ADN natural. Una de las hebras estará formada por un homopolímero (adenosina, citidina o timidina) y la otra por el apilamiento de complejos metálicos unidos a las nucleobases mediante enlaces de coordinación. La formación de enlaces de hidrógenos intramoleculares y fuerzas de apilamiento a lo largo de la estructura resultarán fundamentales para la estabilización del sistema supramolecular híbrido ADN-Pd. El estudio de la formación de estas estructuras supramoleculares ADN-Pd se ha llevado a cabo empleando técnicas de caracterización, entre las que se incluyen; Dicroísmo Circular (CD), Espectrometría de Masas (ESI-MS), Cálculos Computacionales (DFT), Espectroscopía UV-Vis (UV-Vis), Difracción de Rayos X de Ángulo Bajo (SAXS) y Calorimetría de Titulación Isotérmica (ITC). En tercer lugar, en esta tesis doctoral se ha estudiado la selectividad de los fragmentos metálicos de Pd-L con respecto a sus nucleobases complementarias. Para esto, se han realizado estudios de competitividad aislados entre los fragmentos metálicos Pd-Cheld y Pd-Aqa con respecto a sus nucleobases complementarias modificadas 9-etil-adenina (eA) y 1-metil-citosina (mC), respectivamente. Estos estudios han revelado una preferencia a la hora de formar los complejos complementarios [Pd(Cheld)(eA)] y [Pd(Aqa)(mC)]. A continuación, se han realizado estudios de competitividad y especificidad entre los fragmentos Pd-Cheld y Pd-Aqa y hebras simples de ADN formadas por homopolímeros de 2'-deoxiadenosina y 2'-deoxicitidina. Se ha demostrado que los complejos metálicos son capaces de discriminar entre las nucleobases del ADN para unirse de manera específica a su nucleobases complementaria. Estos estudios han permitido sentar las bases para el desarrollo de una metodología que nos permite desarrollar estructuras supramoleculares heterolépticas mediante la formación de pares de bases complementarios mediados por iones de PdII. Para estos estudios se han empleado las siguientes técnicas de caracterización; Resonancia Magnética Nuclear (1H-RMN), Difracción de Rayos X en monocristal (XR), Espectrometría de Masas (ESI-MS), Dicroísmo Circular (CD), Espectroscopía UV-Vis (UV-Vis) y Calorimetría de Titulación Isotérmica (ITC). En cuarto lugar, se ha explorado la posibilidad de dotar a los sistemas ADN-Pd con propiedades no inherentes, como un aumento de su conductividad. Con este objetivo, se ha dotado al fragmento metálico Pd-Cheld con un grupo 2-(2-tienil)pirrol (TP). El monómero TP tienen la capacidad de polimerizar para formar polímeros conductores conjugados capaces de conducir carga eléctrica. Para esto estudios se han sintetizado y caracterizado estructuras supramoleculares híbridas [Pd(CheldTP)(poly(A))], donde es posible organizar a los monómeros de TP a lo largo de la hebra simple de ARN, promoviendo su polimerización de forma controlada. Mediante técnicas de caracterización de microscopía de sonda de barrido (AFM y EFM), se ha comprobado que los polímeros obtenidos son potencialmente conductores y además que su formación sigue la disposición helicoidal de doble hebra. Finalmente, se han investigado procesos de cristalización para obtener estructuras de los sistemas híbridos ADN-metal. Por un lado, se presenta la metodología empleada para intentar obtener cristales de pares de bases canónicas y aisladas del tipo A-AgI-T y G-AgI-C. Por otro lado, se presenta la metodología para obtener cristales de un sistema de ADN-Ag modificado. Para esto, se han empleado secuencias de nucleobases modificadas donde el grupo N7 de adenina y guanina ha sido sustituido por un grupo CH. Esto permite a los iones AgI unirse por la cara Watson-Crick-Franklin de las nucleobases y obtener sistemas DNA-Ag que se asemejan a una doble hebra natural donde los puentes de hidrógenos entre las bases han sido sustituidos por enlaces de coordinación. Además, se ha investigado una metodología para intentar obtener estructuras cristalinas de los híbridos ADN-Pd descritos en este trabajo de tesis. Para la resolución de las estructuras cristalinas de los pares de bases aislados se se realizaron medidas de Difracción de Rayos X en monocristal (XR), aunque los resultados no fueron los esperados. Para intentar resolver los cristales obtenidos de los sistemas híbridos ADN-Ag y ADN-Pd se realizaron medidas de Difracción de Rayos X, también sin el éxito esperado, en el European Synchrotron Radiation Facility (ESRF), de Grenoble (Francia), y en el National Synchrotron Light Source II, beamline 17-ID-2, de New York (Estados Unidos).