Made available in DSpace on 2014-12-17T14:10:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JonasINO_DISSERT.pdf: 890224 bytes, checksum: a68b1b3f5f169bb87b98314d116a12b3 (MD5) Previous issue date: 2012-03-02 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / In this dissertation, the theoretical principles governing the molecular modeling were applied for electronic characterization of oligopeptide α3 and its variants (5Q, 7Q)-α3, as well as in the quantum description of the interaction of the aminoglycoside hygromycin B and the 30S subunit of bacterial ribosome. In the first study, the linear and neutral dipeptides which make up the mentioned oligopeptides were modeled and then optimized for a structure of lower potential energy and appropriate dihedral angles. In this case, three subsequent geometric optimization processes, based on classical Newtonian theory, the semi-empirical and density functional theory (DFT), explore the energy landscape of each dipeptide during the search of ideal minimum energy structures. Finally, great conformers were described about its electrostatic potential, ionization energy (amino acids), and frontier molecular orbitals and hopping term. From the hopping terms described in this study, it was possible in subsequent studies to characterize the charge transport propertie of these peptides models. It envisioned a new biosensor technology capable of diagnosing amyloid diseases, related to an accumulation of misshapen proteins, based on the conductivity displayed by proteins of the patient. In a second step of this dissertation, a study carried out by quantum molecular modeling of the interaction energy of an antibiotic ribosomal aminoglicos?dico on your receiver. It is known that the hygromycin B (hygB) is an aminoglycoside antibiotic that affects ribosomal translocation by direct interaction with the small subunit of the bacterial ribosome (30S), specifically with nucleotides in helix 44 of the 16S ribosomal RNA (16S rRNA). Due to strong electrostatic character of this connection, it was proposed an energetic investigation of the binding mechanism of this complex using different values of dielectric constants (ε = 0, 4, 10, 20 and 40), which have been widely used to study the electrostatic properties of biomolecules. For this, increasing radii centered on the hygB centroid were measured from the 30S-hygB crystal structure (1HNZ.pdb), and only the individual interaction energy of each enclosed nucleotide was determined for quantum calculations using molecular fractionation with conjugate caps (MFCC) strategy. It was noticed that the dielectric constants underestimated the energies of individual interactions, allowing the convergence state is achieved quickly. But only for ε = 40, the total binding energy of drug-receptor interaction is stabilized at r = 18A, which provided an appropriate binding pocket because it encompassed the main residues that interact more strongly with the hygB - C1403, C1404, G1405, A1493, G1494, U1495, U1498 and C1496. Thus, the dielectric constant ≈ 40 is ideal for the treatment of systems with many electrical charges. By comparing the individual binding energies of 16S rRNA nucleotides with the experimental tests that determine the minimum inhibitory concentration (MIC) of hygB, it is believed that those residues with high binding values generated bacterial resistance to the drug when mutated. With the same reasoning, since those with low interaction energy do not influence effectively the affinity of the hygB in its binding site, there is no loss of effectiveness if they were replaced. / Nessa disserta??o, os princ?pios te?ricos que regem a Modelagem Molecular foram aplicados na caracteriza??o eletr?nica do oligopept?deo α3 e seus variantes (5Q,7Q)-α3, como tamb?m na descri??o qu?ntica da intera??o do aminoglicos?deo higromicina B e a subunidade 30S do ribossomo bacteriano. No primeiro estudo, os dipept?deos lineares e neutros constituintes das biomol?culas mencionados foram modelados e posteriormente otimizados at? uma estrutura de menor energia potencial e ?ngulos diedros adequados. No caso, tr?s processos de otimiza??o geom?trica, baseados subsequentemente na teoria cl?ssica newtoniana, na semi-emp?rica e na teoria do funcional da densidade (DFT), varreram a paisagem de energia de cada dipept?deos na busca de uma estrutura de energia m?nima ideal. Por fim, os conf?rmeros ?timos foram descritos quanto ao potencial eletrost?tico, energia de ioniza??o (amino?cidos), orbitais de fronteira HOMO/HOMO-1 e termo de hopping. A partir dos termos de hopping descritos nesse trabalho, foi poss?vel, em estudos subsequentes, caracterizar as propriedades de transporte de cargas destes modelos pept?dicos. Vislumbra-se uma nova tecnologia de biosensores capaz de diagnosticar doen?as amiloides, relacionadas ao ac?mulo de pept?deos disformes, a partir do perfil de condutividade el?trica apresentado pelas prote?nas do paciente. Em um segundo momento dessa disserta??o, realiza-se um estudo qu?ntico por modelagem molecular da energia de intera??o de um antibi?tico aminoglicos?dico em seu receptor riboss?mico. Sabe-se que a higromicina B (higB) ? um antibi?tico aminoglicos?deo que afeta a transloca??o ribossomal pela intera??o direta com a subunidade menor do ribossomo bacteriano (30S), especificamente com nucleot?deos da h?lice 44 do RNA riboss?mico 16S (rRNA 16S). Devido ao forte car?ter eletrost?tico desta conex?o, foi proposta a investiga??o energ?tica do mecanismo de liga??o da higB no 30S usando diferentes valores de constantes diel?tricas (ε=0, 4, 10, 20 e 40), as quais s?o amplamente utilizadas no estudo das propriedades eletrost?ticas de biomol?culas. Para isso, foram medidos raios crescentes centralizados no centr?ide da higB tendo por base a estrutura cristalina higB-30S (1HNZ.pdb), e apenas a energia de intera??o individual de cada nucleot?deo englobado foi calculada quanticamente utilizando a estrat?gia de fracionamento molecular com capuzes conjugados (MFCC). Percebeu-se que as constantes diel?tricas subestimam as energias de intera??o individuais, permitindo que o estado de converg?ncia energ?tica seja alcan?ado rapidamente. Por?m apenas para ε=40, a energia de intera??o total droga-receptor se estabilizou em r=18?, o que se constituiu como um adequado s?tio de liga??o, pois englobou os res?duos do 16S que interagem mais fortemente com a higB - C1403, C1404, G1405, A1493, G1494, U1495, C1496 e U1498. Assim, a constante diel?trica ≈40 ? ideal para o tratamento de sistemas com muitas cargas. Confrontando as energias de liga??o individuais dos nucleot?deos 16SrRNA com ensaios experimentais para determina??o da concentra??o inibit?ria m?nima (MIC) da higB, acredita-se que esses res?duos com elevados valores de intera??o gerariam resist?ncia bacteriana ? droga quando mutados. Com o mesmo racioc?nio, visto que aqueles com baixa energia n?o influenciariam de forma eficaz a afinidade da higB em seu s?tio de liga??o, n?o ocorreria perda de efic?cia caso fossem substitu?dos.

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2016-02-03T22:09:09Z No. of bitstreams: 1 JonasIvanNobreOliveira_TESE.pdf: 11177037 bytes, checksum: 2b572f71c5a1ab5e1c3a798571af4fed (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2016-02-04T20:35:03Z (GMT) No. of bitstreams: 1 JonasIvanNobreOliveira_TESE.pdf: 11177037 bytes, checksum: 2b572f71c5a1ab5e1c3a798571af4fed (MD5) / Made available in DSpace on 2016-02-04T20:35:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 JonasIvanNobreOliveira_TESE.pdf: 11177037 bytes, checksum: 2b572f71c5a1ab5e1c3a798571af4fed (MD5) Previous issue date: 2015-02-26 / Esta tese trata de duas pesquisas no campo da modelagem molecular, com diferentes naturezas conceituais, por?m, baseadas em semelhantes princ?pios te?ricos da f?sica qu?ntica e da qu?mica computacional. No primeiro estudo, com o intuito de esclarecer os aspectos estruturais e energ?ticos da estabilidade da tripla-h?lice do col?geno humano, foram quantificadas as energias de intera??o entre os res?duos de amino?cidos que comp?em o pept?deo homotrim?rico T3-785, por interm?dio de c?lculos de Mec?nica Qu?ntica na luz da Teoria do Funcional da Densidade (DFT) e do m?todo de Fracionamento Molecular com Capuzes Conjugados (MFCC). Assim, as for?as de atra??o e repuls?o de cada um dos 90 res?duos que comp?em o sistema foram assinadas e as regi?es com alta/baixa estabilidade identificadas e comparativamente analisadas. Os dados obtidos aprofundaram as discuss?es sobre a estabilidade conformacional do col?geno. Na segunda pesquisa, propriedades de transporte eletr?nico de dois modelos biol?gicos foram exploradas. Nesse sentido, 27 miRNAs associados ao autismo e pept?deos formados pelas sequ?ncias (Thr-Ala)n e (Ala-Lys)n tiveram suas curvas de corrente-voltagem (I x V) calculadas. Os c?lculos computacionais foram parcialmente executados pelo m?todo qu?ntico DFT e, fundamentalmente, dentro de um modelo tight-binding, em conjunto com a t?cnica de matriz de transfer?ncia. No caso dos miRNAs, os resultados sugerem que um tipo de biosensor pode ser desenvolvido para distinguir diferentes tipos de autismo. J? os pept?deos analisados, demonstraram-se como bons candidatos para a constru??o de um diodo molecular. Ambos os resultados podem fundamentar e estimular pesquisas experimentais com essas biomol?culas no campo da nanoeletr?nica.

Submitted by Automa??o e Estat?stica (sst@bczm.ufrn.br) on 2017-03-09T22:56:49Z No. of bitstreams: 1 KyviaBezerraMota_TESE.pdf: 5202658 bytes, checksum: 44dd9aeba607843c325d09b4d48f945d (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2017-03-13T23:39:17Z (GMT) No. of bitstreams: 1 KyviaBezerraMota_TESE.pdf: 5202658 bytes, checksum: 44dd9aeba607843c325d09b4d48f945d (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-13T23:39:17Z (GMT). No. of bitstreams: 1 KyviaBezerraMota_TESE.pdf: 5202658 bytes, checksum: 44dd9aeba607843c325d09b4d48f945d (MD5) Previous issue date: 2016-10-07 / Essa tese trata de duas pesquisas com diferentes naturezas conceituais no campo da modelagem molecular, por?m baseadas em semelhantes princ?pios te?ricos da f?sica qu?ntica e da qu?mica computacional. No primeiro estudo, as estabilidades dos sistemas ER?-OHT (Receptor ? de Estr?geno-Hidroxitamoxifeno), ER?-RAL (Receptor ? de Estr?geno-Raloxifeno) e Integrina ?v?3-Cilengitide foram determinadas em termos energ?ticos a partir da t?cnica de fracionamento molecular com capuzes conjugados (MFCC) e no escopo da teoria do funcional da densidade (DFT) seguindo o esquema GGA-PBE-Grimme para calcular a intera??o energias dos sistemas estudados. No primeiro estudo, foi poss?vel predizer a relev?ncia individual dos amino?cidos Glu, Asp, Arg, Lys no sistema com o Tamoxifeno e Glu, Asp e Lys com o Raloxifeno. Para isso ser poss?vel, as for?as de atra??o e repuls?o dos res?duos que comp?em os sistemas foram calculadas. Cada um desses res?duos apresentou uma energia de intera??o que variou dependendo da natureza qu?mica da sua cadeia lateral, do ambiente de microsolvata??o que o envolve e dos contatos intermoleculares que estabelece. O estudo pioneiro da estabilidade conformacional em termos energ?ticos de uma regi?o livre de amino?cidos incitar? pesquisas centradas no desenvolvimento e s?ntese de novos antagonistas utilizados no tratamento de diversas patologias comuns na popula??o geral. No segundo estudo, foram determinadas as propriedades energ?ticas do sistema Integrina ?V?3-Cilengitide, cuja estrutura cristalogr?fica apresenta c?tions Mn+2. Observou-se a import?ncias dos amino?cidos Ser, Asp, Leu, Arg, Lys, Ala e Pro na intera?ao da integrina com o fragmento RGD (R: arginina; G: glicina; D: ?cido asp?rtico) do cilengitide. A import?ncia da integrina com o fragmento RGD no mecanismo de ades?o de diversas c?lulas envolvidas nas doen?as cancer?genas e tamb?m na implanta??o embrion?ria permitir? o desenvolvimento de novas terapias impactantes na sobrevida de pacientes portadores de diversas neoplasias e na reprodu??o humana. / This thesis deals with two researches with different conceptual nature in the field of molecular modeling based on similar theoretical principles of quantum physics and computational chemistry. In the first study the stabilities of ER?-OHT (Receptor ? Estrogen co-crystalyzed with Hydroxytamoxifen), ER?-RAL (?-Estrogen Receptor co-crystalyzed with Raloxifene) and integrin ?v?3 co-crystalyzed with cilengitide systems were determined in terms of energy from the Molecular Fractionation Technique Caps Conjugates (MFCC), and the scope of the Density Functional Theory (DFT) following GGA-PBE-Grimme scheme for calculating the interaction energy of the systems studied. In the first study, it was possible to predict the relevance of individual amino acids Glu, Asp, Arg, Lys in the system with Tamoxifen and Glu, Asp and Lys in Raloxifene system. For this to be possible, the attraction and repulsion forces of the residues that comprise the systems were calculated. Each of these residues had an energy of interaction that varied depending on the chemical nature of the side chain, the microsolvation environment that surrounds and intermolecular contacts establishing. The pioneer study of conformational stability in terms of energy of free amino acid region will encourage research focusing on the development and synthesis of new antagonists used in the treatment of several common diseases in the general population. In the second study, we determined the energetic properties of Integrin ?V?3-cilengitide system, whose crystallographic structure has Mn+2 cations. It was noted the importance of amino acids Ser, Asp, Leu, Arg, Lys, Ala and Pro in integrin interaction with the RGD fragment (R: arginine; G: glycine; D: aspartic acid) of cilengitide. The importance of integrin with the RGD fragment in the adhesion mechanism of various cells involved in cancers and in embryo implantation allows the development of new therapies impacting on survival of patients with various forms of neoplasms and in human reproduction.