Orientador: Fernando Luís Barroso da Silva / Banca: Laurent Emmanuel Dardenne / Banca: Marco Antonio Alves da Silva / Banca: José Roberto Ruggiero / Banca: Marcio José Tiera / Resumo: O entendimento da formação de complexos compostos por polieletrólitos e macroíons é fundamental para o estudo de vários processos biológicos e tecnológicos. Neste trabalho foram investigados os aspectos eletrostásticos da complexação, verificando os efeitos da força iônica, da carga macromolecular e do grau de polimerização do políımero na estabilidade do complexo e nas características conformacionais da cadeia. Com o objetivo de obter conclusões gerais para este tipo de sistema, um modelo simplificado foi utilizado. O políımero foi representado por um conjunto de esferas ríıgidas carregadas conectadas por um potencial harmônico, enquanto o macroíıon seguiu um modelo esférico com distribuição de carga homogênea. A interação entre as espécies carregadas foi tratada de acordo com a aproximação de Debye-H¨uckel. Utilizando simulaçãoes Monte Carlo no ensemble canônico, verificou-se que a dissociação do complexo possui características de transição de fase. Condições críticas foram obtidas em concordância com o comportamento observado empiricamente. Resultados da interação de polieletrólitos com proteínas no seu ponto isoelétrico mostraram que a contribuição devido apenas a regulação de carga é suficiente para estabilizar o complexo e pode ser aumentada através de mutações que diminuam a heterogeneidade de carga da proteína. / Abstract: The understanding of macroíon-polielectrolyte complex formation is fundamental for the biological and technological process studies. In this work the electrostatic issues on the complexation were investigated, verifying the effects of ionic strenght, macromolecular charge, and degree of polimerization on the complex stability and the chain conformational features. With the purpose of obtain general conclusions for this system, a simplified model was adopted. The polymer was represented by a set of rigid charged spheres connected by a harmonic potential, and the macroion was represented by a rigid sphere with homogeneous charge distribution. The interaction among macromolecules was described by the Debye-H¨uckel theory. Using Monte Carlo simulations within the canonical ensemble, it was verified that complex dissociation has phase-like transition behaviour. Numerical values for critical conditions were obtained in agreement with the ones experimentally observed. Results of interaction among polyeletrolyte and proteins on their isoelectric point showed that the charge regulation contribuition only is sufficient to make the complex stable. Is is also shown that charge regulation contribution is increased by mutations which promote a lower protein charge density heterogenity. 14 / Doutor

Orientador: Jorge Chahine / Banca: Alexandre Suman de Araujo / Banca: Leandro Cristante de Oliveira / Banca: José Roberto Ruggiero / Banca: Sidney Jurado de Carvalho / Resumo: O Polybia-MPI é um peptídeo catiônico curto que tem toxicidade seletiva para as células cancerosas, mas nenhuma atividade hemolítica. Apresenta ação antimicrobiana potente tanto contra bactérias Gram-positivas quanto Gram-negativas. O peptídeo oferece ainda eficácia citotóxica e antiproliferativa pela formação de poros. Pode inibir seletivamente a proliferação de células de câncer de próstata e bexiga, mas tem menor citotoxicidade para fibroblastos murinos normais. Simulações foram realizadas fazendo uso do pacote computacional GROMACS 4.0 a partir do arquivo de coordenadas espaciais do peptídeo construído com base na estrutura primária, depositada no banco de dados ExPASy/SwissProt sob o código P0C1Q4. A dinâmica teve como estrutura inicial o peptídeo estendido imerso em 1831 moléculas de água e 250 moléculas de TriFluorEtanol (TFE), proporção volumétrica de 65% de água e 35% de TFE. Foi utilizado o Método de Troca de Réplicas (Replica Exchange Method) no intuito de evitar que o sistema ficasse preso em mínimos locais de energia, o que possibilitou uma visitação aleatória à possibilidades energéticas diferentes. A combinação dos histogramas provenientes da Análise de Componente Principal (PCA) de cada arquivo de trajetória permitiu o estudo estatístico da simulação. Os resultados e suas respectivas análises indicam a estabilidade da conformação com trechos em hélice α, o que acarreta na possibilidade de inferir que seja esta a estrutura do peptídeo Polybia-MPI. / Abstract: The Polybia-MPI is a short cationic peptide that has selective toxicity to cancer cells, but no hemolytic activity. It displays a potent antimicrobial action against Gram-positive and Gram-negative bacteria. The peptide also offers cytotoxic and antiproliferative efficiency for the formation of pores. It can selectively inhibit cell proliferation of prostate and bladder cancer, but shows less cytotoxicity to normal murine fibroblasts. Simulations were performed using the computational package GROMACS 4.0 with the spatial coordinates of the peptide constructed based on the primary structure, deposited in the ExPASy/SwissProt database under the code P0C1Q4. The molecular dynamic simulations had as initial structure the extended peptide immersed in 1831 water molecules and 250 TriFluoroEthanol (TFE) molecules, volumetric ratio of 65% water and 35% TFE. The Replica Exchange Method was used in order to prevent the system of getting stuck in energy local minima, which allowed random visits to different energy possibilities. The combination of the histograms from the Principal Component Analysis (PCA) of each trajectory file allowed the statistical study of the simulation. The results and their respective evaluations indicate stability of the α-helical conformation, resulting in the possibility of inferring that this is the structure of the peptide Polybia-MPI. / Doutor