Programa de Pós-Graduação em Ciências com Ênfase em Física dos Materiais. Departamento de Física. Instituto de Ciências Exatas e Biológicas, Universidade Federal de Ouro Preto. / Submitted by Filipe Nepomuceno (filipearn@yahoo.com.br) on 2015-11-12T13:41:55Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22190 bytes, checksum: 19e8a2b57ef43c09f4d7071d2153c97d (MD5) DISSERTAÇÃO_PropriedadesDinamicaTermodinamica.pdf: 2910622 bytes, checksum: d6f8716df0092cac77414ff946d06b99 (MD5) / Approved for entry into archive by Gracilene Carvalho (gracilene@sisbin.ufop.br) on 2015-11-12T18:39:05Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22190 bytes, checksum: 19e8a2b57ef43c09f4d7071d2153c97d (MD5) DISSERTAÇÃO_PropriedadesDinamicaTermodinamica.pdf: 2910622 bytes, checksum: d6f8716df0092cac77414ff946d06b99 (MD5) / Made available in DSpace on 2015-11-12T18:39:05Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 22190 bytes, checksum: 19e8a2b57ef43c09f4d7071d2153c97d (MD5) DISSERTAÇÃO_PropriedadesDinamicaTermodinamica.pdf: 2910622 bytes, checksum: d6f8716df0092cac77414ff946d06b99 (MD5) Previous issue date: 2015 / Nos últimos anos, a água tem sido um objeto de estudo incansável devido as suas propriedades anômalas. Parte da explicação para este comportamento se deve a capacidade de cada molécula de água poder formar quatro ligações de hidrogênio, o que leva essa substância a assumir uma forma tetraédrica a baixas temperaturas. Contudo, existem líquidos, como por exemplo o metanol, que s˜ao capazes de fazer ligações de hidrogênio e cuja estrutura é dominada por cadeias longas, curtas e cíclicas, entretanto não apresentam anomalias como a água. Isto é um indício de que apenas as ligações de hidrogênio não são suficientes para explicar tais anomalias. Então, a questão é o porque da água possuir comportamentos anômalos e o metanol não. Neste trabalho, exploramos a quebra de simetria de carga da água, ou seja, mudamos a orientação e o módulo do momento de dipolo, e acompanhamos o comportamento das suas anomalias por meio de simulações de Dinâmica Molecular, tendo como base o modelo SPC/E para a água. Nossos resultados mostraram que as anomalias presentes na água tendem a sumir por um efeito cascata a medida em que o momento de dipolo da água se aproxima ao do metanol. Finalmente, usamos equações integrais de Ornstein-Zernike para calcular o potencial efetivo entre as moléculas e mostramos que a presença de anomalias está relacionada ao surgimento de duas escalas no potencial efetivo, no caso da água, e a ausência desta característica no caso em que o momento de dipolo do modelo para a água é alterado para que se assemelhe ao do metanol. (neste, apenas uma escala está presente, tal como num potencial do tipo Lennard-Jones). ____________________________________________________________________________________________________________ / Abstract: In recent years, water has been a tireless study object due to its anomalous properties. Part of the explanation for this behavior is due to the capacity of each water molecule to form four hydrogen bonds, which leads a tetrahedral structure at low temperatures. However, there are liquids, such as methanol, which are capable of making hydrogen bonds and the structure is dominated by long, short or cyclic chains. However, no anomalies are present such as seen in water. This is an indication that the presence of ydrogen bonds are not enough to explain such anomalies. In this sense, the question is why the water has anomalous behavior and the methanol doesn't. In this work, we explored the break of symmetry of the charge in water molecules, that is, we have changed the direction and the magnitude of the dipole moment of the SPC/E model of water and monitor its anomalies using molecular dynamics simulations. Our results showed that the anomalies present in water tend to disappear in a cascading e ect, to the extent that the dipole moment of water tend approach that one of methanol. Finally, we have used Ornstein- Zernike integral equations to evaluate the e ective potential between molecules and we have showed that the presence of anomalies is related to the presence of two scales in the e ective potential. As the dipole moment of the SPC/E water model approaches that one of the metanol, the two scales feature tend to disappear (remaining only one scale, as in the Lennard-Jones potential) and so the anomalies.

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 Marise Leite (marise_mg@yahoo.com.br) on 2016-05-05T13:52:05Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) DISSERTAÇÃO_DinâmicaInitioLíquidos.pdf: 1363157 bytes, checksum: 58029137c10736e2e0907ffbe43da905 (MD5) / Approved for entry into archive by Gracilene Carvalho (gracilene@sisbin.ufop.br) on 2016-05-05T18:46:40Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) DISSERTAÇÃO_DinâmicaInitioLíquidos.pdf: 1363157 bytes, checksum: 58029137c10736e2e0907ffbe43da905 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-05T18:46:40Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) DISSERTAÇÃO_DinâmicaInitioLíquidos.pdf: 1363157 bytes, checksum: 58029137c10736e2e0907ffbe43da905 (MD5) Previous issue date: 2014

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Submitted by Pedro Barros (pedro.silvabarros@ufpe.br) on 2018-07-17T21:24:57Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE Diego de Paula Santos.pdf: 5917228 bytes, checksum: 2a1bc1e5f3916790d18816ccaab72287 (MD5) / Approved for entry into archive by Alice Araujo (alice.caraujo@ufpe.br) on 2018-07-19T21:05:36Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE Diego de Paula Santos.pdf: 5917228 bytes, checksum: 2a1bc1e5f3916790d18816ccaab72287 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-19T21:05:36Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 811 bytes, checksum: e39d27027a6cc9cb039ad269a5db8e34 (MD5) TESE Diego de Paula Santos.pdf: 5917228 bytes, checksum: 2a1bc1e5f3916790d18816ccaab72287 (MD5) Previous issue date: 2016-02-26 / CNPQ / Utilizando métodos de dinâmica molecular estudamos a interação de ânions (F⁻, Cl⁻, Br⁻, I⁻ e ClO₄⁻), cátions monovalentes (Li⁺, Na⁺ e K⁺) e trivalentes (Eu³⁺ e La³⁺) com micelas dipolares iônicas (zwitteriônicas) derivadas de sulfobetaína (SB3-14) e hexadecilfosforilcolina (HPC). Analisamos os efeitos na estrutura das micelas e a adsorção específica de ânions e cátions em diferentes forças iônicas (0,015 e 0,15 M). No estudo das micelas na ausência de íons, a micela SB3-14 apresentou área superficial total e hidrofílica até duas vezes maior que as micelas HPC. Na presença de íons, a maior área superficial da micela SB3-14 permite uma maior adsorção de ânions na superfície e, consequentemente, valores do potencial zeta mais negativos nestas micelas quando comparadas a micela HPC. Estudando a adsorção específica de ânions observamos que ambas as micelas apresentam modificações na estrutura na presença de íons perclorato, enquanto que estes efeitos são menores para os outros ânions. Os íons adsorvem em ambas as micelas seguindo a série de Hofmeister direta: F⁻ < Cl⁻ < Br⁻ < I⁻ < ClO₄⁻. A proporção do número médio de ânions relativa ao ânion fluoreto é de 1 : 1,2 : 1,3 : 1,7 : 4,7 para a micela SB3-14 e 1 : 1,2 : 1,3 : 2,0 : 4,0 para a micela HPC mostrando que os íons perclorato adsorvem até quatro vezes mais do que ânions fluoreto. Na adsorção de cátions monovalentes observamos que a ordem de adsorção é a mesma da série de Hofmeister direta: Li⁺ < Na⁺ < K⁺. Entretanto, o efeito do íon monovalente é insignificante na estrutura da micela. A adsorção de íons trivalentes com micelas SB3-14 ocorre com alteração significativa da estrutura da micela que apresenta área superficial duas vezes menor que na micela na ausência de íons. Observamos que este efeito é causado pela forte interação dos cátions trivalentes, especialmente o íon Eu³⁺, com os monômeros da micela formando complexos do tipo [Lnᴵᴵᴵ (monômero)₃] que são pouco lábeis e induzem um rearranjo estrutural para a melhor interação intermonômero. A ordem de adsorção é La³⁺ < Eu³⁺. A maior adsorção do íon Eu³⁺ e sua labilidade permitem a formação de camadas de adsorção bem definidas para os ânions perclorato, contrariamente para os íons La³⁺ em que a camada de ânions perclorato é bem difusa. No estudo do efeito catalítico de micelas SB3-14 foi analisada a reação de descarboxilação do 6-NBIC com métodos híbridos que utilizam química quântica e mecânica molecular (QM/MM) em água e na presença de micela SB3-14. Observamos que na presença da micela SB3-14 ocorre diminuição da barreira de ativação de 12,2 kcal/mol que corresponderia a um aumento na constante de velocidade de reação da ordem de 8x10⁸, ou seja, a reação aconteceria quase um bilhão de vezes mais rápido no ambiente da micela. Nossos resultados são pioneiros em mostrar a catálise em ambiente micelar utilizando métodos / Using molecular dynamics simulations, we studied the interactions of anions (F⁻, Cl⁻, Br⁻, I⁻ and ClO₄⁻), monovalent (Li⁺, Na⁺ and K⁺) and trivalent cations (Eu³⁺ and La³⁺) with zwitterionic micelles derived from sulfobetaine (SB3-14) and hexadecylphosphorylcholine (HPC). We analyzed their effects on the micelar structure and the specific adsorption of anions and cations at different ionic strengths.We observed that, in the absence of ions, the SB3-14 micelle has total and hydrophilic superficial areas almost two times larger than of the HPC micelle. Thus, in the presence of ions, the SB3-14 micelle presents a higher anion adsorption and, consequently has more negative values of the measured zeta potentials compared to the HPC micelle. We also observed that both micelles present modifications on their structures in presence of perchlorate anions, whereas, for the remaining anions these effects are very small. The anion adsorption follows the Hofmeister series: F⁻ < Cl⁻ < Br⁻ < I⁻ < ClO₄⁻. The average number of anions on the surface of micelle relative to fluoride is: 1 : 1.2 : 1.3 : 1.7: 4.7 for the SB3-14 micelle and 1 : 1.2 : 1.3 : 2.0 : 4.0 for the HPC micelle, demonstrating that perchlorate anions adsorb at least four times more than fluoride.The monovalent cation adsorption also follows the direct Hofmeister series: Li⁺ < Na⁺ < K⁺. The effects of monovalent ion on the structures of micelle are insignificant. The adsorption of trivalent ions on SB3-14 micelles leads to significant changes of the micelle structure, which presents superficial area two times lower than of the micelle in the absence of ions. We observed that this effect is caused by the strong interactions between the trivalent cations, especially Eu³⁺, with the negatively charged part of the monomers forming complexes like [Lnᴵᴵᴵ (monomer)₃] that are not labile and induce structural rearrangements to improve intermonomer interactions. The adsorption order is La³⁺ < Eu³⁺. The strong adsorption of Eu³⁺ ions leads to the formation of well-defined layers of perchlorate anions, whereas, for La³⁺ cations the perchlorate layers are rather diffuse. The catalytic effects of the SB3-14 micelle were analyzed for the decarboxylation of 6-NBIC anion using quantum chemical and molecular mechanics hybrid QM/MM methods in water and in the presence of the SB3-14 micelle. We observed that when reaction proceeds at the surface of the SB3-14 micelle, the activation energy barrier decreases by 12.2 kcal mol⁻1, which corresponds to an increase in the reaction rate constant of the order of 8x10⁸, i.e., the reaction should be processed ca. one billion times faster in the micellar environment. Our results are pioneers in showing the micellar catalysis with QM/MM methods.