Nas últimas décadas, foram descobertas e estudadas diversas nanoestruturas baseadas em carbono, como os fulerenos, os nanotubos de carbono e o grafeno. Estas apresentam um conjunto de propriedades físicas excepcional, com vasto potencial de aplicação no desenvolvimento de novas tecnologias. Estes materiais também têm servido como blocos fundamentais para a criação de novas nanoestruturas, com propriedades físicas diferenciadas, que podem ser modificadas e controladas visando aplicações específicas. Estudos experimentais recentes nesta área são promissores, porém falta um maior entendimento fundamental destas novas estruturas e suas propriedades. O objetivo deste trabalho é propor novas nanoestruturas alternativas baseadas em carbono, buscar um melhor entendimento da estrutura de nanomateriais recentemente sintetizados e reportados na literatura e avaliar suas propriedades mecânicas através de simulações de dinâmica molecular, de modo a verificar se apresentam potencial para serem aplicados em dispositivos práticos no qual alta resistência mecânica e leveza sejam necessárias. Foram estudadas três classes de estruturas: superestruturas à base de anéis feitos com nanotubos de carbono (nanocorrentes e nanogrades) propostas neste trabalho, estruturas híbridas combinando grafeno e nanotubos, de forma a buscar uma estrutura mais resistente, reportadas recentemente na literatura (chamada de grafeno rebar), e superestruturas ramificadas utilizando nanofilamentos de diamante (diamond nanothreads) também sintetizados em estudos recentes. As superestruturas à base de anéis apresentaram excelentes propriedades mecânicas, apresentando resistência mecânica superior a materiais convencionais, porém com grande elasticidade, o que deve motivar mais estudos sobre essa emergente classe de nanomateriais. Os testes com o grafeno rebar permitiram demonstrar o conceito caraterístico da estrutura híbrida, onde os nanotubos agem como reforço estrutural para o grafeno. Finalmente, com base nos testes realizados, as superestruturas feitas a partir de nanofilamentos de diamante se mostraram instáveis para possível aplicação, tal que novas configurações devem ser buscadas. Estes resultados trazem um maior entendimento sobre a relação entre estrutura e propriedades destes nanomateriais, motivando futuros estudos teóricos e experimentais envolvendo a aplicação destas no desenvolvimento de novas tecnologias. / Several carbon-based nanostructures have been discovered and studied in the last decades, such as fullerenes, carbon nanotubes and graphene. These materials exhibit an outstanding set of physical properties, which can be applied in the development of new technologies. The same materials have also been used as building blocks for creating new nanostructures with different physical properties, which can be modified and controlled towards specific applications. Recent experimental studies in this area are promising, but a greater fundamental understanding of these new structures and their properties are still elusive. The objective of this dissertation is to propose novel carbon-based nanostructures, to obtain a better understanding of the structure of newly synthesized nanomaterials reported in the literature, and evaluate their mechanical properties using molecular dynamics simulations, in order to evaluate their suitability for the development of practical devices where strong and light-weight materials are required. Three types of carbon nanostructures were studied: superstructures based on rings made out of carbon nanotubes (nanochains and nanofences) proposed in this work, hybrid structures combining graphene and nanotubes, recently reported in the literature (called graphene rebar), and branched superstructures using diamond nanothreads (also synthesized in recent studies). Ring-based CNT superstructures exhibited excellent mechanical properties under tensile strain, with superior mechanical resistance compared to conventional materials, but with great elasticity. Tests with rebar graphene demonstrated that the nanotubes act as structural reinforcement for graphene. Finally, the branched superstructures based on diamond nanothreads proposed in this study were not stable, and alternatives should be investigated in the future. These results provide a better understanding of the relationship between structure and properties of the investigated nanomaterials, motivating future theoretical and experimental studies regarding their application in the development of new technologies.

A N-glicosilação é um processo pós-traducional que se caracteriza pela adição de um oligossacarídeo a cadeia lateral de um resíduo de asparagina, contida na assinatura D/E-X-N-X-S/T em bactérias. Na última década, a partir do organismo modelo Campylobacter jejuni identificaram-se diversas enzimas participantes da rota da N-glicosilação. Dentre estas, a proteína responsável pela transferência em bloco da cadeia oligossacarídica para a proteína aceptora é a oligossacariltransferase PglB, cuja estrutura foi obtida por cristalografia em 2011. A partir destes avanços, o presente trabalho visa contribuir no entendimento do processo de N-glicosilação ao acrescentar à PglB cristalografada a presença de explícita de solvente, flexiblidade e substratos. Ainda, busca caracterizar filogeneticamente a proteína compreendendo os três domínios da vida, descrevendo a sua história evolutiva. Os resultados obtidos indicam que a PglB pode possuir diferentes conformações para o sítio catalítico, algo não observado na estrutura cristalográfica, alternando entre esses estados durante o tempo. Além disso, a proteína demonstrou realizar movimentos que sugerem a existência de uma espécie de alosteria no sítio catalítico, onde a proteína aceptora glicosilada tem sua saída facilitada a partir de alterações conformacionais comunicadas entre as cavidades da enzima. O motivo conservado WWDYGY manteve-se fortemente interagindo com o substrato, enquanto o motivo MIV pouco interagiu com a treonina da posição +2. Dessa maneira, os dados desse trabalho auxiliam no entendimento da glicobiologia estrutural da PglB e trazem novas informações relativas a catálise. Adicionalmente, dados preliminares sobre a ancestralidade dessa enzima formam a primeira amostragem de uma árvore compondo os três domínios, assim como uma segunda árvore descreve a transição do motivo MIV no domínio Bacteria. / N-glycosylation is a post-translational feature which is characterized by the addition of an oligosaccharide to the side-chain of an asparagine residue presented in the motif D/E-X-N-X-S/T in Bacteria. In the last decade, studies in the C. jejuni species identified many enzymes participating in the N-glycosylation pathway. Among these, the protein responsible for the en bloc transference of the oligosaccharide chain to the protein acceptor is the oligosaccharyltransferase PglB, whose structure was obtained in 2011 by x-ray crystallography. Departing from these findings, the present work aims to contribute for the comprehension of the N-glycosylation process by adding explicit solvent, flexibility and substrates to the PglB crystallographic structure. Still, we attempt to infer the phylogeny of the protein comprising the three domains of life, describing the evolutionary history of the enzyme. The obtained results indicate that PglB may possess different conformations for the catalytic site, a characteristic not observed in the crystal structure, alternating between states. Besides, the protein demonstrated movements that suggest the existence of an allosteric mechanism in the catalytic site, where the exit of the glycosylated protein is facilitated by conformational transitions communicated between cavities. The conserved motif WWDYGY performed strong interactions with the proteic substrate, while the MIV motif did not. Thus, these data may contribute to understand the structural glycobiology of PglB and bring new insights regarding the catalysis mechanism. Additionally, preliminary data involving the ancestrality of this enzyme demonstrated the first phylogenetic tree comprising the three domains, as well as a second tree which describes the transition of the MIV motif in the Bacteria domain.

O estudo de peptídeos grampeados, que estabilizam voltas de hélices-α com a ligação de uma cadeia química, desenvolveu-se na última década, uma vez que a adição de um elemento não peptídico (grampo) mostrou aumentar o conteúdo de hélice e a estabilidade conformacional destas moléculas. A consequente manutenção de um arcabouço estrutural definido possibilita, em princípio, simular regiões específicas da superfície de proteínas e, assim, modular terapeuticamente potenciais vias de sinalização associadas. Neste sentido, a capacidade de antecipar a eficácia de grampos sobre peptídeos específicos através de simulações computacionais pode contribuir na aceleração e na redução de custos no processo de planejamento racional de novos fármacos. O presente trabalho buscou avaliar a capacidade de simulações por dinâmica molecular em reproduzir o efeito conformacional de grampos olefínicos em um peptídeo derivado da RNAse A. Foram utilizados três diferentes campos de força: AMBER99SB-ILDN, CHARMM36 e GROMOS54a7, e os resultados foram comparados a dados de dicroismo circular obtidos experimentalmente, além de análises de RMSD, RMSF, estrutura secundária e conteúdo de hélice. Os parâmetros utilizados com o campo de força átomo unido GROMOS54a7 foram os que mais se aproximaram dos dados experimentais, embora não tendo sucesso na descrição de dois dos três grampos nos parâmetros simulados, mas tendo um desempenho melhor do que campos de força que descrevem todos os átomos do sistema. Tais resultados indicam que, com melhorias na parametrização, a dinâmica molecular pode ser utilizada para antecipar efeitos conformacionais de grampos olefínicos em peptídeos. / The study of stapled peptides, which stabilize turns of an alpha-helix through the addition of a linker, has developed in the last decade since it was shown that the addition of the staple enhanced helical content and conformational stability of peptides. The maintenance of a structural scaffold allows the simulation of specific regions of protein surfaces, and thus allows the therapeutical modulation of signaling pathways of interest. The ability to anticipate the efficacy of the addition of a staple in a peptide through computational simulations may contribute to enhance the speed and lower the costs associated with rational drug design. This work evaluated the capability of molecular dynamics simulations to reproduce the effect of all-hydrocarbon staples in an RNAse A-derived peptide. We used three different force fields: AMBER99SB-ILDN, CHARMM36 and GROMOS54a7, and the results were compared to experimentally obtained circular dichroism data. The parameters used with the GROMOS54a7 united-atom force field revealed themselves to be more closely related to experimental data, even though it does not reproduce the effect of the addition of a staple in two of three stapled peptides, but it also shows an enhanced performance when compared to all-atom force fields. These results indicate that, with further enhancement of parametrization, molecular dynamics simulations may be used to anticipate conformational effects of all-hydrocarbon staples in peptides.

Nos problemas de permeação de íons em canais iônicos dependentes da voltagem, é importante saber informações sobre a condutância em várias circunstâncias. Para isso, esse trabalho se dedica a algumas formas de modelar o problema, dependendo das hipóteses impostas, como por exemplo, usando uma formulação contínua, ou a teoria da dinâmica browniana, ou ainda a teoria da dinâmica molecular. Mas um modelo contínuo nem sempre tem a precisão desejada e mesmo usando dinâmica browniana pode não ser satisfatória. Dinâmica molecular é uma aproximação melhor, mas computacionalmente cara. Assim, uma proposta é dividir o canal em partes e, dependendo da relevância de cada parte na condutância, tralando cada parte com uma das abordagens acima citadas, mesclando a eficiência computacional com a precisão dos métodos. Esse trabalho trata cada modelo, bem como uma proposta de modelo mesclado, cuidando ser capaz de simular durante tempo suficiente para se observar a abertura/fechamento do canal. / When studying voltagc dcpendent ionic channels, it is important to know its conductance. The aim of this work is to treat in detail several ways of modelling the conductance of these channels. There are at least three different ways of approaching this problem: using a continuum formulation, Brownian dynamics and molecular dynamics. The continuum formulation may not be as accurate as desired, and in some cases, even the Brownian dynamics may be unsatisfactory. The best approximation is given by the molecular dynamics but it leads to unaffordable computational cost. Our proposal is to split up the channel into three parts, in each part ane of these formulations is used depending on its importance on the canductance, combing computational cfficiencywith accuracy. This work treats each model, as well as a proposal of a mergcd model, aiming at being able to simulate for cnough time to observe the channel openingj closing.

VIEIRA, C. M. Modelo contínuo para distribuição e fluxo de partículas em meios superamortecidos. 2013. 53 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2013 . / Submitted by Giordana Silva (giordana.nascimento@gmail.com) on 2016-10-04T20:10:13Z No. of bitstreams: 1 2013_dis_cmvieira.pdf: 3916437 bytes, checksum: 3242825c0d8e3bd499937ee33a799f24 (MD5) / Approved for entry into archive by Giordana Silva (giordana.nascimento@gmail.com) on 2016-10-04T20:10:36Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2013_dis_cmvieira.pdf: 3916437 bytes, checksum: 3242825c0d8e3bd499937ee33a799f24 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-10-04T20:10:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2013_dis_cmvieira.pdf: 3916437 bytes, checksum: 3242825c0d8e3bd499937ee33a799f24 (MD5) Previous issue date: 2013 / Stochastic systems typically present an element of randomness ( extit{e.g.} the random motion of particles inside a overdamped fluid, velocity distributions into turbulent flow, etc.). The Fokker-Planck equation is a formalism useful to describe the temporal evolution of stochastic systems in general, and it is also efficient when the stochastic element is negligible, yielding a deterministic system. It can be applied both to systems far from equilibrium and systems which are close to a state of equilibrium. In order to model particles inside a medium, we study the motion of particles which interact with each other through short-range repulsive potentials. Using the Fokker-Planck equation, a model has been previously developed in order to explain both stationary and non-stationary behaviour of the system. According to the model, the interaction energy density ($u_p$) is proportional to the square of the density of particles, $u_p=a ho ^2$, where $a$ is a constant which depends on the way the particles interact with each other. In this work we try to improve this model through a change in the construction of $a$, which is a function of $ ho$, $a( ho)$, extit{i.e.}, we account the possibility of other forms of non-linearity. Our results suggest that, under certain circumstances, specially for the Yukawa potential, the model we propose can predict the results of computational simulation. For the same potential, we see that the density of energy due to the interacting potential does not necessarily show a quadratic dependence on the particle density, $ ho$. On the other hand, for the second potential analysed, which allows structural transitions with respect to density, this simplified model was not enough to predict the density profile. / Sistemas estocásticos são sistemas que apresentam essencialmente um elemento imprevisível, proveniente do acaso. Alguns exemplos desse tipo de sistema são o movimento aleatório de partículas imersas em um fluido e distribuições de velocidade de um fluido em escoamentos turbulentos. A equação de Fokker-Planck é um formalismo para descrever a evolução de sistemas estocásticos em geral, sendo também eficiente quando a contribuição estocástica é irrelevante, resultando em um sistema determinístico. Pode ser aplicada tanto a sistemas que estão próximos do estado de equilíbrio quanto a sistemas fora do equilíbrio. No intuito de modelar partículas imersas em um meio, estudamos o movimento de partículas que interagem com forças repulsivas e de curto alcance. Estudamos esse sistema no regime superamortecido e à temperatura nula, isto é, sem levar em conta efeitos térmicos, utilizando dois potenciais de interação distintos. Por meio da equação de Fokker-Planck, foi desenvolvido em trabalhos anteriores um modelo que descreve o comportamento macroscópico do sistema a partir de uma equação contínua, em regimes estacionários e não-estacionários. Segundo o modelo, a densidade de energia potencial de interação ($u_p$) é proporcional ao quadrado da densidade de partículas, $u_p=a ho ^2$, onde $a$ é uma constante que depende do potencial de interação. Neste trabalho, tentamos aperfeiçoar este modelo, fazendo uma modificação neste na construção de $a$, passando a ser uma função da densidade, $a( ho)$, isto é, considerando a possibilidade de outras formas de não-linearidade. Nossos resultados sugerem que, sob certas circunstâncias, em especial para o potencial de Yukawa, o modelo que propomos consegue prever bem os resultados de simulação de dinâmica molecular. Para este mesmo potencial, vimos que a dependência da densidade de energia potencial de interação ($u_p$) com a densidade de partículas ($ ho$) nem sempre é quadrática. Por outro lado, para o segundo potencial estudado, que permite transições estruturais com a variação de densidade, a simplicidade do modelo não foi suficiente para prever o perfil de densidade.

Os receptores tipo Toll desempenham um importante papel na resposta imune inata, reconhecendo tanto padrões moleculares associados a patógenos (PAMPs), quanto padrões moleculares associados a danos (DAMPs), liberados sob condições de injúria ou estresse celular. O receptor tipo Toll 4 humano (hTLR4), associado ao seu co-receptor, o fator de diferenciação mielóide 2 (MD-2), forma um heterodímero caracterizado como responsável pelo reconhecimento de lipopolissacarídeos bacterianos (LPS), derivados de bactérias Gram-negativas. Nestes casos, sabe-se que o MD-2 reconhece LPS e promove a dimerização do complexo hTLR4 - MD-2 - LPS, promovendo a sinalização intracelular. Já foi reportada a ausência da associação hTLR4 a MD-2, no reconhecimento de outros ligantes por hTLR4, e, nesses casos, pouco é conhecido a respeito das mudanças estruturais e conformacionais sofridas por este receptor. No presente estudo, empregando a técnica de simulação por dinâmica molecular, foram exploradas as propriedades dinâmicas do complexo de reconhecimento de LPS, hTLR4 - MD-2, bem como investigou-se as implicações da presença do co-receptor para a biologia estrutural do hTLR4. Os resultados mostram que o receptor apresenta um movimento do tipo pinça, o qual leva a um estado final mais aberto da estrutura em forma de ferradura. Ademais, a estabilidade desta estrutura parece ser influenciada pela presença do co-receptor, MD-2. / Toll-like receptors (TLRs) play an important role in innate immunity recognizing pathogen-associated molecular patterns (PAMPs), as also damageassociated molecular patterns (DAMPs), released after cellular injury or stress. Human Toll-Like Receptor 4 (hTLR4) and its co-receptor, myeloid differentiation factor 2 (MD-2), as a heterodimer, is a well-known complex of Gram-negative bacteria lipopolysaccharide (LPS) recognition. In this process, MD-2 recognizes LPS and promotes the dimerization of the complex hTLR4 - MD-2 - LPS, initiating an intracellular immune signaling. Moreover, it has been reported that hTLR4 can also act in the absence of MD-2, in the case of other ligands recognition, and, in these cases, little is known about the structural and conformational changes that hTLR4 structure underwent. In the current study, employing molecular dynamics simulations, we had explored the dynamical properties of the hTLR4 - MD-2 complex and investigated the implications of the co-receptor complexation to the structural biology of hTR4. We observed that the receptor showed a tweezers-like movement, leading to a more oppened final state of its horseshoe-shaped structure. Additionally, the stability of this structure seems to be influenced by the presence of the co-receptor, MD-2.

Nas últimas décadas, foram descobertas e estudadas diversas nanoestruturas baseadas em carbono, como os fulerenos, os nanotubos de carbono e o grafeno. Estas apresentam um conjunto de propriedades físicas excepcional, com vasto potencial de aplicação no desenvolvimento de novas tecnologias. Estes materiais também têm servido como blocos fundamentais para a criação de novas nanoestruturas, com propriedades físicas diferenciadas, que podem ser modificadas e controladas visando aplicações específicas. Estudos experimentais recentes nesta área são promissores, porém falta um maior entendimento fundamental destas novas estruturas e suas propriedades. O objetivo deste trabalho é propor novas nanoestruturas alternativas baseadas em carbono, buscar um melhor entendimento da estrutura de nanomateriais recentemente sintetizados e reportados na literatura e avaliar suas propriedades mecânicas através de simulações de dinâmica molecular, de modo a verificar se apresentam potencial para serem aplicados em dispositivos práticos no qual alta resistência mecânica e leveza sejam necessárias. Foram estudadas três classes de estruturas: superestruturas à base de anéis feitos com nanotubos de carbono (nanocorrentes e nanogrades) propostas neste trabalho, estruturas híbridas combinando grafeno e nanotubos, de forma a buscar uma estrutura mais resistente, reportadas recentemente na literatura (chamada de grafeno rebar), e superestruturas ramificadas utilizando nanofilamentos de diamante (diamond nanothreads) também sintetizados em estudos recentes. As superestruturas à base de anéis apresentaram excelentes propriedades mecânicas, apresentando resistência mecânica superior a materiais convencionais, porém com grande elasticidade, o que deve motivar mais estudos sobre essa emergente classe de nanomateriais. Os testes com o grafeno rebar permitiram demonstrar o conceito caraterístico da estrutura híbrida, onde os nanotubos agem como reforço estrutural para o grafeno. Finalmente, com base nos testes realizados, as superestruturas feitas a partir de nanofilamentos de diamante se mostraram instáveis para possível aplicação, tal que novas configurações devem ser buscadas. Estes resultados trazem um maior entendimento sobre a relação entre estrutura e propriedades destes nanomateriais, motivando futuros estudos teóricos e experimentais envolvendo a aplicação destas no desenvolvimento de novas tecnologias. / Several carbon-based nanostructures have been discovered and studied in the last decades, such as fullerenes, carbon nanotubes and graphene. These materials exhibit an outstanding set of physical properties, which can be applied in the development of new technologies. The same materials have also been used as building blocks for creating new nanostructures with different physical properties, which can be modified and controlled towards specific applications. Recent experimental studies in this area are promising, but a greater fundamental understanding of these new structures and their properties are still elusive. The objective of this dissertation is to propose novel carbon-based nanostructures, to obtain a better understanding of the structure of newly synthesized nanomaterials reported in the literature, and evaluate their mechanical properties using molecular dynamics simulations, in order to evaluate their suitability for the development of practical devices where strong and light-weight materials are required. Three types of carbon nanostructures were studied: superstructures based on rings made out of carbon nanotubes (nanochains and nanofences) proposed in this work, hybrid structures combining graphene and nanotubes, recently reported in the literature (called graphene rebar), and branched superstructures using diamond nanothreads (also synthesized in recent studies). Ring-based CNT superstructures exhibited excellent mechanical properties under tensile strain, with superior mechanical resistance compared to conventional materials, but with great elasticity. Tests with rebar graphene demonstrated that the nanotubes act as structural reinforcement for graphene. Finally, the branched superstructures based on diamond nanothreads proposed in this study were not stable, and alternatives should be investigated in the future. These results provide a better understanding of the relationship between structure and properties of the investigated nanomaterials, motivating future theoretical and experimental studies regarding their application in the development of new technologies.

A N-glicosilação é um processo pós-traducional que se caracteriza pela adição de um oligossacarídeo a cadeia lateral de um resíduo de asparagina, contida na assinatura D/E-X-N-X-S/T em bactérias. Na última década, a partir do organismo modelo Campylobacter jejuni identificaram-se diversas enzimas participantes da rota da N-glicosilação. Dentre estas, a proteína responsável pela transferência em bloco da cadeia oligossacarídica para a proteína aceptora é a oligossacariltransferase PglB, cuja estrutura foi obtida por cristalografia em 2011. A partir destes avanços, o presente trabalho visa contribuir no entendimento do processo de N-glicosilação ao acrescentar à PglB cristalografada a presença de explícita de solvente, flexiblidade e substratos. Ainda, busca caracterizar filogeneticamente a proteína compreendendo os três domínios da vida, descrevendo a sua história evolutiva. Os resultados obtidos indicam que a PglB pode possuir diferentes conformações para o sítio catalítico, algo não observado na estrutura cristalográfica, alternando entre esses estados durante o tempo. Além disso, a proteína demonstrou realizar movimentos que sugerem a existência de uma espécie de alosteria no sítio catalítico, onde a proteína aceptora glicosilada tem sua saída facilitada a partir de alterações conformacionais comunicadas entre as cavidades da enzima. O motivo conservado WWDYGY manteve-se fortemente interagindo com o substrato, enquanto o motivo MIV pouco interagiu com a treonina da posição +2. Dessa maneira, os dados desse trabalho auxiliam no entendimento da glicobiologia estrutural da PglB e trazem novas informações relativas a catálise. Adicionalmente, dados preliminares sobre a ancestralidade dessa enzima formam a primeira amostragem de uma árvore compondo os três domínios, assim como uma segunda árvore descreve a transição do motivo MIV no domínio Bacteria. / N-glycosylation is a post-translational feature which is characterized by the addition of an oligosaccharide to the side-chain of an asparagine residue presented in the motif D/E-X-N-X-S/T in Bacteria. In the last decade, studies in the C. jejuni species identified many enzymes participating in the N-glycosylation pathway. Among these, the protein responsible for the en bloc transference of the oligosaccharide chain to the protein acceptor is the oligosaccharyltransferase PglB, whose structure was obtained in 2011 by x-ray crystallography. Departing from these findings, the present work aims to contribute for the comprehension of the N-glycosylation process by adding explicit solvent, flexibility and substrates to the PglB crystallographic structure. Still, we attempt to infer the phylogeny of the protein comprising the three domains of life, describing the evolutionary history of the enzyme. The obtained results indicate that PglB may possess different conformations for the catalytic site, a characteristic not observed in the crystal structure, alternating between states. Besides, the protein demonstrated movements that suggest the existence of an allosteric mechanism in the catalytic site, where the exit of the glycosylated protein is facilitated by conformational transitions communicated between cavities. The conserved motif WWDYGY performed strong interactions with the proteic substrate, while the MIV motif did not. Thus, these data may contribute to understand the structural glycobiology of PglB and bring new insights regarding the catalysis mechanism. Additionally, preliminary data involving the ancestrality of this enzyme demonstrated the first phylogenetic tree comprising the three domains, as well as a second tree which describes the transition of the MIV motif in the Bacteria domain.

O estudo de peptídeos grampeados, que estabilizam voltas de hélices-α com a ligação de uma cadeia química, desenvolveu-se na última década, uma vez que a adição de um elemento não peptídico (grampo) mostrou aumentar o conteúdo de hélice e a estabilidade conformacional destas moléculas. A consequente manutenção de um arcabouço estrutural definido possibilita, em princípio, simular regiões específicas da superfície de proteínas e, assim, modular terapeuticamente potenciais vias de sinalização associadas. Neste sentido, a capacidade de antecipar a eficácia de grampos sobre peptídeos específicos através de simulações computacionais pode contribuir na aceleração e na redução de custos no processo de planejamento racional de novos fármacos. O presente trabalho buscou avaliar a capacidade de simulações por dinâmica molecular em reproduzir o efeito conformacional de grampos olefínicos em um peptídeo derivado da RNAse A. Foram utilizados três diferentes campos de força: AMBER99SB-ILDN, CHARMM36 e GROMOS54a7, e os resultados foram comparados a dados de dicroismo circular obtidos experimentalmente, além de análises de RMSD, RMSF, estrutura secundária e conteúdo de hélice. Os parâmetros utilizados com o campo de força átomo unido GROMOS54a7 foram os que mais se aproximaram dos dados experimentais, embora não tendo sucesso na descrição de dois dos três grampos nos parâmetros simulados, mas tendo um desempenho melhor do que campos de força que descrevem todos os átomos do sistema. Tais resultados indicam que, com melhorias na parametrização, a dinâmica molecular pode ser utilizada para antecipar efeitos conformacionais de grampos olefínicos em peptídeos. / The study of stapled peptides, which stabilize turns of an alpha-helix through the addition of a linker, has developed in the last decade since it was shown that the addition of the staple enhanced helical content and conformational stability of peptides. The maintenance of a structural scaffold allows the simulation of specific regions of protein surfaces, and thus allows the therapeutical modulation of signaling pathways of interest. The ability to anticipate the efficacy of the addition of a staple in a peptide through computational simulations may contribute to enhance the speed and lower the costs associated with rational drug design. This work evaluated the capability of molecular dynamics simulations to reproduce the effect of all-hydrocarbon staples in an RNAse A-derived peptide. We used three different force fields: AMBER99SB-ILDN, CHARMM36 and GROMOS54a7, and the results were compared to experimentally obtained circular dichroism data. The parameters used with the GROMOS54a7 united-atom force field revealed themselves to be more closely related to experimental data, even though it does not reproduce the effect of the addition of a staple in two of three stapled peptides, but it also shows an enhanced performance when compared to all-atom force fields. These results indicate that, with further enhancement of parametrization, molecular dynamics simulations may be used to anticipate conformational effects of all-hydrocarbon staples in peptides.

Programa de Pós-Graduação em Ciências – Física de Materiais. Departamento de Física, Instituto de Ciências Exatas e Biológicas, Universidade Federal de Ouro Preto. / Submitted by Oliveira Flávia (flavia@sisbin.ufop.br) on 2014-08-14T20:35:00Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 21267 bytes, checksum: 73e23c2acaaf13389e092bd813e3223d (MD5) DISSERTAÇÃO_EstudoEspectroVibracional.pdf: 1575033 bytes, checksum: 50d997fda2a8a7c6cca9b508fff621ab (MD5) / Approved for entry into archive by Gracilene Carvalho (gracilene@sisbin.ufop.br) on 2014-08-25T16:18:45Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 21267 bytes, checksum: 73e23c2acaaf13389e092bd813e3223d (MD5) DISSERTAÇÃO_EstudoEspectroVibracional.pdf: 1575033 bytes, checksum: 50d997fda2a8a7c6cca9b508fff621ab (MD5) / Made available in DSpace on 2014-08-25T16:18:45Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 21267 bytes, checksum: 73e23c2acaaf13389e092bd813e3223d (MD5) DISSERTAÇÃO_EstudoEspectroVibracional.pdf: 1575033 bytes, checksum: 50d997fda2a8a7c6cca9b508fff621ab (MD5) Previous issue date: 2014 / Neste trabalho realizamos simulações de Dinâmica Molecular para estudar o espectro vibracional dos nanotubos de carbono de parede simples. Foram utilizados dois potenciais empíricos: AIREBO e ReaxFF. Revisamos a literatura sobre as propriedades espectrais e vibracionais de nanotubos de carbono, bem como aplicações de espectroscopia Raman. Além disso, apresentamos as principais características da técnica de simulação computacional e dos potenciais empíricos utilizados. Finalmente, mostramos os resultados obtidos nas simulações empregando diferentes condições de adsorção de átomos de hidrogênio aos nanotubos. Através das simulações verificamos que se mais de 104 átomos de hidrogênio forem absorvidos nos nanotubos, essas estruturas tornam-se mecanicamente instáveis à temperatura de 300 K. No entanto, a 100 K, os tubos são estáveis, mesmo que totalmente cobertos com átomos de hidrogênio. Os espectros vibracionais dos nanotubos foram estudados por meio da investigação da banda-G. Os resultados obtidos com AIREBO, em comparação com ReaxFF, são significativamente diferentes. Embora os resultados obtidos com AIREBO não mostrem nenhuma separação dos modos de vibração óptica transversais horizontais e verticais, o método utilizando ReaxFF foi capaz de detectar tal efeito. Além disso, as simulações indicaram que a absorção de hidrogênios nas laterais dos nanotubos de carbono causa deformações estruturais. ________________________________________________________________________________ / ABSTRACT: In this work we performed Molecular Dynamics simulations to study the vibrational spectra of single-wall carbon nanotubes. Two empirical models were used, namely, AIREBO and ReaxFF. We have reviewed the literature about spectral and vibrational properties of carbon nanotubes as well as Raman spectroscopy applications. Also, we present the main characteristics of the computational simulation technique and the empirical potentials used. Finally, we show the results obtained in the simulations employing different conditions of adsorption of hydrogen atoms in the nanotubes. We find that if more than 104 hydrogen atoms are adsorbed in the tube these structures become mechanically unstable at temperature of 300 K. However, at 100 K, the tubes are stable even if completely covered with hydrogen. The vibrational spectra of the nanotubes was studied by investigating the G-band. The results obtained with AIREBO compared to ReaxFF are significantly different. While the results obtained with AIREBO show no separation of the horizontal and vertical transverse optical vibrational modes, the method using ReaxFF was able to detect such an effect. In addition, the simulations indicate that the absorption of hydrogen on the sides of the carbon nanotubes cause some structural deformations.