Esta tese trata do estudo experimental de fenômenos de transporte atômico e reação química em filmes ultra-finos dielétricos sobre Si. Esses dielétricos são materiais alternativos ao óxido de silício utilizado em dispositivos basedos na estrutura metal-óxido-semicondutor. Foram investigados os seguintes materiais: silicato e aluminato de háfnio, aluminato de lantânio e bicamada óxido de alumínio/ óxido de háfnio. O tema principal da investigação aqui descrita é a estabilidade destas estruturas frente à duas etapas críticas do processo de fabricação. A primeira é o tratamento térmico após deposição do filme, usualmente realizada à temperaturas entre 600 e 800 C. A segunda é a ativação de dopantes de fonte e dreno dos transistores à efeito de campo do tipo metal-óxido-semicondutor. Esta etapa é realizada a temperaturas ao redor de 1000 C, durante intervalos de tempo ao redor de 10 s. Para a produção destas estruturas foram utilizados diversos métodos, entre eles pulverização catódica reativa e deposição por camada atômica. Para a observação dos fenômenos induzidos por tratamentos térmico, foram usados diferentes métodos de caracterização, entre eles os de análises por espalhamento de íons de altas, médias e baixas energias, análise por reações nucleares ressonantes ou não ressonantes, espectroscopia de fotoelétrons, microscopia eletrônica de transmissão, determinação de características I×V e C×V e outras. Os resultados mostram que estas etapas críticas do processo de fabricação de dispositivos microeletrônicos avançados com dimensões nanoscópicas induzem transporte atômico de várias espécies e reações químicas nas interfaces dos dielétricos investigados e o substrato de Si. Muitas vezes isto acontece contrariando as expectativas formadas quando se considera apenas as energias de formação dos diferentes compostos. Esta tendência é fortemente modificada de acordo com a atmosfera em que é realizado o tratamento térmico (nitrogênio, oxigênio e suas misturas), bem como pela introdução de nitrogênio nos filmes. / This thesis reports on experimental investigation of atomic transport and chemical reaction phenomena in ultrathin dielectric films on Si. These materials are alternative to silicon oxide used in metal-oxide-semiconductors based devices. The dielectrics investigated were: hafnium silicate and aluminate, lanthanum aluminate, and aluminum oxide/hafnium oxide bilayers. The main aim of the investigation here reported is the stability of structures against two critical steps of the fabrication process. The first one is post-deposition annealing, usually performed at temperatures between 600 and 800 C. The second one is source and drain dopant activation of the fabricated metal-oxide-semiconductor field effect transistors, which is usually performed at temperatures around 1000 C for times around 10 s. The production of the structures was accomplished by different deposition methods, among them reactive sputtering and atomic layer deposition. The observation of the thermal stability induced phenomena was accomplished with different characterization methods, such as high, medium, and low energy ion scattering, narrow nuclear reaction profiling, photoelectron spectroscopy, atomic resolution electron microscopy, and I×V and C×V characteristics. The results showed that the critical fabrication steps of advanced, nanoscopic microelectronic devices lead to atomic transport of different species and interfacial chemical reactions in the dielectrics on Si. In many cases this is not in agreement with the expectations based only on the formation energy of the concerned compounds. This trend is strongly modified according to the annealing atmospheres (nitrogen, oxygen, and their mixtures) as well by the introduction of nitrogen in the films.

L-arginina fosfatada monohidratada (LAP) é um cristal semiorgânico altamente transparente com propriedades atrativas para conversão de freqüência. É facilmente crescido a partir de solução aquosa e apresenta casamento de fase para todos os processos não-lineares onde o KDP é casável em fase. Apresenta alto limiar de dano, excelente qualidade óptica, é menos higroscópico que o KDP e dispositivos não-lineares podem ser facilmente fabricados a partir deles. Neste trabalho apresentamos os resultados de diversos ensaios para avaliar a sua estabilidade térmica, mecânica e química. Concluiu-se que o cristal de LAP é estável para temperaturas inferiores à 100&#176C. Quando o material for submetido à processos que envolvem geração de grande quantidade de calor, tais como processamento do material por corte ou tomeamento (diamond tuming), ou em sistemas com lasers de alta intensidade, recomenda-se não exceder o limite de 100&#176C para assegurar que as propriedades do material não sejam alteradas / L-arginine phosphate monohydrate (LAP) is a highly transparent semiorganic crystal with atractive properties for frequency conversion. It is easily grown from aqueous solution, and it is phase matchable for alI nonlinear processes where KDP is phase matchable. lt has high damage threshold, exceHent optical quality, is less hygroscopic than KDP, and are easily fabricated into nonlinear devices. In this work we present the results of several tests to evaluate its thermal, mechanical, and chemical stabilities. It was found that LAP crystals are stable under temperatures up to 100&#176C. If this material is submited to processes involving the generation of considerable amount of heat, e.g. during cutting or diamond turning or due to high power lasers, it is recommended not to exceed the 100&#176C limit to ensure that crystal properties remain unchanged

Esta tese trata do estudo experimental de fenômenos de transporte atômico e reação química em filmes ultra-finos dielétricos sobre Si. Esses dielétricos são materiais alternativos ao óxido de silício utilizado em dispositivos basedos na estrutura metal-óxido-semicondutor. Foram investigados os seguintes materiais: silicato e aluminato de háfnio, aluminato de lantânio e bicamada óxido de alumínio/ óxido de háfnio. O tema principal da investigação aqui descrita é a estabilidade destas estruturas frente à duas etapas críticas do processo de fabricação. A primeira é o tratamento térmico após deposição do filme, usualmente realizada à temperaturas entre 600 e 800 C. A segunda é a ativação de dopantes de fonte e dreno dos transistores à efeito de campo do tipo metal-óxido-semicondutor. Esta etapa é realizada a temperaturas ao redor de 1000 C, durante intervalos de tempo ao redor de 10 s. Para a produção destas estruturas foram utilizados diversos métodos, entre eles pulverização catódica reativa e deposição por camada atômica. Para a observação dos fenômenos induzidos por tratamentos térmico, foram usados diferentes métodos de caracterização, entre eles os de análises por espalhamento de íons de altas, médias e baixas energias, análise por reações nucleares ressonantes ou não ressonantes, espectroscopia de fotoelétrons, microscopia eletrônica de transmissão, determinação de características I×V e C×V e outras. Os resultados mostram que estas etapas críticas do processo de fabricação de dispositivos microeletrônicos avançados com dimensões nanoscópicas induzem transporte atômico de várias espécies e reações químicas nas interfaces dos dielétricos investigados e o substrato de Si. Muitas vezes isto acontece contrariando as expectativas formadas quando se considera apenas as energias de formação dos diferentes compostos. Esta tendência é fortemente modificada de acordo com a atmosfera em que é realizado o tratamento térmico (nitrogênio, oxigênio e suas misturas), bem como pela introdução de nitrogênio nos filmes. / This thesis reports on experimental investigation of atomic transport and chemical reaction phenomena in ultrathin dielectric films on Si. These materials are alternative to silicon oxide used in metal-oxide-semiconductors based devices. The dielectrics investigated were: hafnium silicate and aluminate, lanthanum aluminate, and aluminum oxide/hafnium oxide bilayers. The main aim of the investigation here reported is the stability of structures against two critical steps of the fabrication process. The first one is post-deposition annealing, usually performed at temperatures between 600 and 800 C. The second one is source and drain dopant activation of the fabricated metal-oxide-semiconductor field effect transistors, which is usually performed at temperatures around 1000 C for times around 10 s. The production of the structures was accomplished by different deposition methods, among them reactive sputtering and atomic layer deposition. The observation of the thermal stability induced phenomena was accomplished with different characterization methods, such as high, medium, and low energy ion scattering, narrow nuclear reaction profiling, photoelectron spectroscopy, atomic resolution electron microscopy, and I×V and C×V characteristics. The results showed that the critical fabrication steps of advanced, nanoscopic microelectronic devices lead to atomic transport of different species and interfacial chemical reactions in the dielectrics on Si. In many cases this is not in agreement with the expectations based only on the formation energy of the concerned compounds. This trend is strongly modified according to the annealing atmospheres (nitrogen, oxygen, and their mixtures) as well by the introduction of nitrogen in the films.

Neste trabalho investigamos algumas propriedades termodinâmicas de gases ideais em superfícies compactas de curvatura constante e negativa. Super- fícies com propriedades similares aparecem, por exemplo, em líquidos inte- grados em espaços curvos. Nós estudamos estabilidade termodinâmica, dada pela seguinte condição - A = AK > o , aonde KT é a compressibilidade isotermica. A análise é baseada na função de partição canônica assintótica: A x n fJ Z (A, fJ) '"" 2n fJ + 6 + 12o K dA aonde fJ = 1/ (kB T ) e A, K, x são a área, a curvatura gaussiana e o número característico de Euler, respectivamente. Nossos resultados mostram que existem alguns vínculos entre temper- atura e curvatura que devem ser satisfeitos para que o sistema seja estável. É importante notar que a relação entre a curvatura gaussiana está relacionada com o número de Euler por K A = 2nx para superfícies hiperbólicas. Dadas as técnicas atuais para manipular nanoestruturas com distintas topologias (eg. faixa de Mobius) e geometrias (superfícies de nanotubos, nanocavidades etc.) e a dependência de Z (A, fJ) na geometria (A) e topolo- gia (x) no limite de altas temperaturas, é interessante perguntar se as pro- priedades termodinâmicas de nanoestruturas podem ser proeminentemente afetadas pela geometria e topologia. / In this work we investigate some thermodynamic properties of ideal gas sys- tems in curved compact surfaces of constant negative curvature. Surfaces with similar properties arise, for example, in fiuids embedded in curved spaces. We have studied the thermodynamic stability, using the following condition - A 1 = AKT > o , where KT is the isothermal compressibility. The analysis is based in the asymptotic canonical partition function: A x n fJ Z (A, fJ) '"" 2n fJ + 6 + 12o K dA where fJ = 1/ (kB T ) and A, K, x are area, gaussian curvature and Euler characteristic number, respectively. Our results show that there are certain constraints between curvature and temperature that have to be satisfied in order to reach the required thermodynamical stability. It is important to notive that the curvature is related to the Euler characteristic by K A = 2nx for hyperbolic surfaces. Given the current techniques of handling nanostructures with distincts topology (eg. Mobius strip) and geometry (surfaces of nanotubes, nanocav- ities and so on) and the dependence of Z (A, fJ) on the geometry (A) and topology (x) in the limit of high temperatures, it is worth asking whether thermodynamic properties of nanostructures can be more proeminently af- fected by their geometry and topology.

Os meios confinados restringirem o grau de liberdade dos reagentes e podem afetar significativamente seus estados energéticos e perfis de coordenada de reação. Macrociclos são muito utilizados nessa perspectiva graças a capacidade de hospedar moléculas em suas cavidades e modificar o momento de dipolo das mesmas. Isso permite que estes cavitandos sejam usados como catalisadores, sensores ou simples carreadores, por exemplo. A bambus[6]urila (BU[6]), sintetizada recentemente, ganhou atenção graças à sua capacidade de formar caviplexos estáveis com ânions. Os reagentes de partida são glioxal e ureia, compostos relativamente baratos e comuns, mas a rota síntetica descrita na literatura, no entanto, não contém uma série de informações importantes, o que dificulta a síntese da BU[6]. Muitos estudos computacionais foram realizados para prever e entender as interações deste macrociclo com outras moléculas. No entanto, informações relevantes sobre a BU[6] como a estabilidade térmica, capacidade de complexar cátions ou solubilidade em soluções salinas e solventes comuns, ainda não foram publicados. Nesse trabalho foram determinadas as propriedades fundamentais (densidade, condutividade elétrica e pH de solução saturada, ponto de fusão) da BU[6] vazia e de seu caviplexo BU[6]HCl, bem como a estabilidade térmica das mesmas por meio de análises termogravimétricas. Além disso, tentamos reduzir o tempo de síntese BU[6]HCl utilizando ultrassom e os produtos obtidos foram analisados por técnicas espectrométricas e espectroscópicas. A solubilidade da BU[6]HCl foi estudada utilizando diversos solventes, soluções salinas de metais alcalinos e alcalino-terrosos e meios com diferente acidez. Titulações condutimétricas de soluções de BU[6]HCl com soluções salinas de metais alcalinos e alcalino-terrosos foram realizadas para avaliar a interação entre a BU[6] e os cátions. Por fim, foram realizados experimentos para avaliar a interação dos gases bromo e iodo com as BU[6] vazia e BU[6]HCl, em estado sólido, e os produtos obtidos submetidos à analises espectroscópicas e espectrométricas. / Confined media restrain degrees of freedom and can affect considerably their energetic states and reaction coordinate profiles. Macrocycles are widely used for such purpose thanks to their capacity to include molecules in their cavities, changing their eletric dipole moments. This is why they can be used as calalyst, sensors or simple carriers for example. Bambus[6]uril (BU[6]), recently synthesized, has drawn attention due to its ability to form stable caviplexs with anions. The starting reagents are glyoxal and urea, two afordable and common compounds, but the synthetic route described in the literature however, lacks many important information make it difficult to prepare BU[6]. Many computer calculations were done to preview and understand the interactions between this macrocycle and other molecules. However, relevantly informations about BU[6], such as thermal stability, its ability to complex cations or its solubility in salt solutions and common solvents were not published yet. In this work the fundamental properties (density, pH and conduvity of saturated solution, melting point) of empty BU[6] and BU[6]HCl has been determined, as well the thermal behaviour of the compounds by thermogravimetric analysis. Beyond that, we have attempted to reduce BU[6]HCl synthesis time using ultrasound and the obtained products were analyzed by spectrometric and spectroscopic techniques. The solubility of BU[6]HCl has been studied with diversal solvents, alkaline and alkaline earth metals saline solutions and different acidity media. Condutimetric titrations of BU[6]HCl with alkaline and alkaline earth metals saline solutions were realized to evaluate the interaction of BU[6] and cations. Lastly, experiments to evaluate the interaction between the gases bromine and iodine with empty BU[6] and BU[6]HCl, in solid state, were realized and the obtained products submitted to spectroscopic and spectrometric analysis.

Proteínas são heteropolímeros lineares essenciais à vida, responsáveis pela estruturação dos organismos e pela maioria dos processos bioquímicos que os mantêm vivos e permitem sua reprodução. Essa variedade de funções é refletida na diversidade estrutural encontrada no universo das proteínas, já que sua função é intrinsecamente ligada à sua rigorosa conformação espacial. A partir dos experimentos de Anfinsen (1973), ficou demonstrado que o enovelamento dessas moléculas (folding) se dá essencialmente por meio de um processo físico-químico guiado pela interação entre os aminoácidos da cadeia protéica e entre estes e o meio solvente, quando sob condições fisiológicas (temperatura, pressão, pH). O completo entendimento do mecanismo de folding tem também importância médica, pois várias doenças como mal de Alzheimer, diabetes tipo II, encefalite bovina espongiforme e várias formas de câncer estão relacionadas com falhas estruturais das proteínas. Neste trabalho, por meio de experimentação computacional por dinâmica molecular (DM) em diferentes condições térmicas, estudamos inicialmente o papel das pontes dissulfeto (S-S) e das ligações de hidrogênio (LH) na estabilidade da proteína. Em seguida, adotando exclusivamente o regime de alta temperatura (T = 448K) em combinação com simulações de longa duração (até ~100ns), no intuito de expandir a exploração do espaço configuracional, verificamos a premissa de que as forças entrópicas, geradas pelo efeito hidrofóbico, seriam dominantes no processo de busca pela estrutura nativa. Neste trabalho foi utilizada como um protótipo de proteína pequena e com pontes S-S, a toxina Ts Kappa (MM=3,8 Kda; pdb id: 1tsk), que é dotada de três pontes S-S. A estabilidade conformacional foi analisada por meio de uma série de simulações de DM em temperaturas crescentes e em duas situações: com e sem os cross-links S-S. Nossos resultados indicam que para incrementos nas temperaturas significativamente elevadas, como 50K acima da temperatura em que a estrutura nativa foi determinada por NMR (283K), a remoção das S-S não compromete a estabilidade conformacional da proteína. De fato, a ausência dos cross-links elimina certas restrições geométricas permitindo agora que diferentes combinações de LH sejam feitas, inclusive entre resíduos adjacentes à cisteína, os quais de certa forma substituem as pontes S-S em seus papeis conformacionais pois a estrutura nativa é essencialmente mantida. No segundo experimento o espaço configuracional foi varrido extensamente durante 100ns e à temperatura de 398K. No caso da Ts Kappa com suas pontes dissulfeto intactas, a desestruturação da proteína é limitada pelas fortes pontes covalentes S-S, mas com a remoção delas, a proteína se desnaturou completamente ao longo dos primeiros 50ns. Contudo, a partir deste ponto a cadeia desnaturada passou a seguir, de forma espontânea e sistemática, uma rota de re-estruturação em direção à nativa, com o reestabelecimento de todas suas estruturas secundárias. Ao redor de 100ns a cadeia atingiu um estado de grande identidade estrutural com sua correspondente estrutura nativa. Em conclusão, os presentes resultados corroboram as premissas de que o folding de proteínas ocorre por meio de um processo em duas etapas, temporalmente separadas: no início, as forças entrópicas são dominantes e são as que induzem a cadeia para a conformação nativa. Então, uma vez na vizinhança da estrutura nativa, as pontes de hidrogênio (agora protegidas da competição com o meio solvente), juntamente com um mais eficiente empacotamento estrutural das cadeias laterais devido às complementaridade estéricas das mesmas (e assim otimizando as interações de van der Waals), iniciam a etapa de estabilização energética da proteína. / Proteins are linear heteropolymers essential for life; they are responsible for many distinct functions as the structural components of organism, and for most of the biochemical processes to maintain a reproductive life. Such diversity of functions is correlated with the extremely large accessible conformational space, since function and spatial structure are interdependent. After Anfinsen experiments (1973), it becomes clear that the protein folding is essentially a physical-chemical process guided by interactions among the chain constituents (amino acid sequence) and interactions between the chain and the solvent, under physiological conditions (temperature, pressure, pH). Because miss-folded proteins are related with diseases (Alzheimer, type II diabetes, several forms of cancer, etc.) the full understanding of the folding mechanism has also significant medical interest. In this work, by means of molecular dynamics (MD) simulations under distinct thermal conditions, we first consider the role of disulfide cross-links (S-S) and hydrogen bonds (HB) with respect to the protein thermal stability. Then, using exclusively high temperature regime (T = 448K) combined with extended time simulations (up to ~100ns), in order to fully span of configurational space, we analyzed the hypothesis that the entropic forces, generated by the hydrophobic effect, are dominant in the search process for the native structure. The protein Ts Kappa was used a prototype for small proteins having S-S bridges (MM=3,8Kda; 3 S-S - pdb id: 1tsk). The thermal conformational stability was analyzed from a series of MD simulations under growing temperatures, using two distinct cases: with and without cross-links S-S. Our results suggest that for significant temperature increments, such as 50K above the temperature used in the Ts Kappa structure determination (by NMR at 283K), the thermal conformational stability of the proteins is not affected if the S-S bridges are removed. Indeed, cutting of the cross-links eliminates certain geometrical constraints, what permits the formation of new combinations of HB, which in some way take the place of the S-S bridges on its conformational role since the native structure is essentially maintained. In the second computational experiment, the configurational space was extensively swapped during 100ns at a fixed temperature T=398K. In the case with preserved S-S bridges, the structural unpacking is limited by the three covalent cross-links, but without the S-S bridges the protein denaturation was complete after 50ns. However, after this point the chain started spontaneous and systematically a configurational rote that finally, after about 100ns, reached a conformation very similar with the native (RMSD » 0.5nm), reestablishing all its secondary structure. Concluding, the present results corroborate the hypothesis that the protein folding is a process in two stages temporally separated: first, entropic forces are dominant and guide the chain into the native structure, and then, once in the native neighborhood, the HB (now protected from competition with the solvent), altogether with a more efficient structural specificity of the side chains (optimizing the van de Walls interactions), start the energetic stabilization of the protein.

Há vários métodos descritos na literatura sobre a forma como os piezoeletretos ou ferroeletretos podem ser fabricados, sendo que cada uma dessas técnicas apresenta suas vantagens e desvantagens. Por exemplo, espumas de polipropileno (PP) são fáceis de serem processadas em grande escala aliada a um baixo custo de produção, entretanto, seu efeito piezoelétrico é dependente da temperatura, assim como não há um controle dos vazios internos durante sua fabricação, ocasionando uma heterogeneidade da geometria desses vazios. Por outro lado, em outros métodos as dimensões das cavidades podem ser controlada e polímeros termicamente mais estáveis podem ser utilizados, no entanto, a um maior custo de produção. Em relação aos métodos que visam a produção dos piezoeletretos, neste trabalho é apresentada uma nova técnica baseada em termo selagem e template de água para criar piezoeletretos com canais tubulares abertos. Este tipo de estrutura vazada foi inicialmente produzida pela laminação de filmes de etileno propileno fluorado (FEP) com o template de politetrafluoretileno (PTFE) entre eles, sendo o template descartado após a laminação, gerando resíduos. Com a substituição do template de PTFE pela água na etapa de produção dos novos piezoeletretos, foi possível eliminar o descarte de resíduos sólidos ao mesmo tempo em que um tratamento químico foi efetuado na superfície do filme. Pelo método desenvolvido, a estabilidade térmica do piezoeletreto foi melhorada sem a necessidade de um tratamento prévio ou posterior dos filmes, diminuindo assim o custo de produção. Outro método inovador para produção dos piezoeletretos também foi exposto neste trabalho. Essa inovação consiste na fabricação de piezoeletretos com cavidades controladas por meio da impressão de filmes de ABS. Para a impressão dos filmes uma impressora 3D de baixo custo foi utilizada. / There are several methods described in the literature on how piezoelectrets or ferroelectrets can be manufactured, each of these techniques present their advantages and disadvantages. For example, foamed polypropylene (PP) are easy to be processed on a large scale combined with a low cost of production, however, its piezoelectric effect is temperature dependent, and there is no control of internal voids during its manufacture, causing a heterogeneity of the geometry of these empty. Furthermore, in other methods the cavities dimensions can be controlled and more thermally stable polymers can be used, however, with a higher production cost. Regarding the methods for producing piezoelectrets, in this work we present a new technique based on hot sealing and water template for creating multi-layered piezoelectrets with open-tubular channels. This type of voided structure have been initially produced by laminating fluoroethylene-propylene (FEP) films with a polytetrafluorethylene (PTFE) template in between although the template was discarded after lamination, creating residual waste. With the replacement of the PTFE template by water in the production step of the new piezoelectrets, it was possible to eliminate the disposal of solid waste at the same time a chemical treatment was performed on the film surface. By the developed method, the piezoelectrets thermal stability was improved without the need for a prior or subsequent treatment of the films, reducing the production cost. Another innovative method for production of piezoelectrets was also exposed in this work. This innovation consists in manufacturing piezoelectrets with cavities controlled by printing ABS films. In order to print the films, a 3D printer was used.

O atual crescimento do número de estruturas tridimensionais de proteínas está produzindo um banco de dados de estruturas que é muito útil como ponto de partida para o desenvolvimento de novas moléculas relevantes do ponto de vista médico tais como drogas e vacinas. Neste trabalho, parte do projeto de desenvolvimento de novas drogas contra a doença do sono foi feita baseada nos estudos cristalográficos de ligação de compostos e de modelagem molecular de duas enzimas glicolíticas presentes no glicossomo de T. brucei. Como o alvo para novas drogas e o ciclo de glicólise, o qual também é presente nos seres humanos, o novo ligante deve ser seletivo. Frutose-1,6-bisfosfato aldolase (ALDO) é uma das proteínas alvo para o desenho racional de drogas. A análise estrutural e estudos cristalográficos da ALDO de T. brucei foram feitos, através do uso de proteína produzida em grandes quantidades por via recombinante. Vários possíveis sítios de seletividade foram encontrados em ALDO de T. brucei quando comparada as três seqüências das isoenzimas humana, tendo como base a estrutura tridimensional da isoenzima ALDO A. O braço flexível da região C-terminal é um forte alvo para compostos seletivos devido a não-conservação das seqüências. Cristais foram crescidos e padrões de difração de raios-X foram obtidos até 3.0&#197, mas ainda os cristais são pequenos e mostram-se sensíveis a radiação. Triosefosato isomerase (TIM) é outra ptoteína alvo analisada neste trabalho. A estrutura da TIM de T. brucei é conhecida a alta resolução. Cristais de proteína expressa em bactérias foram obtidos após extensivos experimentos. Foi identificado que usar proteína recentemente preparada é essencial para obter cristais que apresentem boa qualidade de difração. Depois de obtidos cristais de proteína expressa em grades quantidades, foram feitos experimentos de difusão de novos inibidores, coleta de dados de difração e análises das estruturas dos possíveis complexos. A conhecida estrutura em volta flexível da TIM fecha quando se liga o substrato ou um inibidor análogo ao substrato no sítio ativo. Desenho racional de drogas tem sido seguido usando como padrão a conformação fechada da estrutura em volta. No entanto, com a obtenção de um novo complexo, no qual a estrutura em volta adota a conformação aberta foi feita uma busca de novos compostos em bancos de dados, que não fossem derivados de fosfatos e fosfoantos, através do programa DOCK. Com este procedimento são propostos novos compostos guia os quais serão utilizados no ciclo do desenho racional de drogas. A estrutura da triosefosfato isomerase de Bacillus stearothermophilus que apresenta estabilidade térmica em complexo com o inibidor competitivo 2PG foi determinada por cristalografia de raios-X à resolução de 2.8&#197. A estrutura foi resolvida por substituição molecular usando o programa XPLOR. Promediação da densidade eletrônica de ordem dois e nivelamento do solvente foram aplicados para melhorar a qualidade do mapa. Ambos os sítios ativos estavam ocupados pelo inibidor e a estrutura emvolta flexível adota a conformação fechada em ambas as subunidades. O fator cristalográfico R é de 17,6% com boa geometria. Bacillus stearothermophillus é considerado um organismo de estabilidade térmica moderada. Encontram-se disponíveis cinco estruturas de triosefosfato isomerase de organismos mesofílicos. A estrutura obtida neste trabalho é a primeira TIM reportada que apresenta estabilidade térmica. Vários artigos têm listados fatores de estabilidade térmica, os quais foram analisados em todas as estruturas de TIM disponíveis. Neste trabalho foi conduzida uma comparação entre a estrutura termofílica e as mesofílicas disponíveis, da qual se concluiu que a interação hidrofóbica na formação do dímero, e o alto número de prolinas são os mais importantes fatores que contribuem para a estabilidade térmica da TIM de B.stearothermophilus. Também concluiu-se que a razão Arg/(arg+Lys) é elevada em TIM de B. stearothermophilus mais devido ao baixo número de lisinas do que a um alto número de argininas. Analisou-se as argininas na TIM de B. stearothermophilus como também as interações das argininas e lisinas em todas as outras estruturas de TIM e não foi possível relacionar o valor aumentado da razão Arg/(arg+Lys) com a estabilidade térmica, fator este indicado anteriormente como importante para a estabilidade térmica / The current growth in the number of known 3-dimensional proteins structures is producing a database of structures that is very useful as starting point for the development of new medically relevant molecules such as drugs and vaccines. In this work part of the project of developing new drugs against the sleeping sickness has been done based on crystallographic, ligand-binding and molecular modeling studies of two glycolytic glycosomal enzymes from T. brucei. As the target for new drugs is the glycolysis pathway, which is present also in the human being, the new ligand must be selective. Fructose-1,6-bisphosphate aldolase (ALDO) is one of the target protein for the rational drug design. The structural analysis and crystallographic studies of ALDO from T. brucei have been done, from overexpressed protein. Several possible sites for selective inhibitor were found in T. brucei ALDO when compared with the three human isoenzyme sequences, based on the human ALDO A structure. The flexible C-terminal arm is a promising target for selective compounds, due to the non-conserved sequence. Crystals were grown, and X-ray diffraction was obtained up to 3.0&#197, but still the crystals are small and show radiation damage. Triosephosphate isomerase (TIM) is the other target protein analyzed in this work. The structure of TIM from T. brucei is already known at high resolution. Crystals from overexpressed protein were obtained after extensive experiments. It was identified that the use of fresh protein is essential to grow good diffracting crystals. After obtaining crystals from overexpressed protein, it has been done soaking of new inhibitors, diffraction data collection and analysis of the structures of the possible complexes. The well known flexible loop in TIM closes upon the binding of either the substrate or an inhibitor analogue to the substrate in the active site. Rational drug design has been followed based on the \"closed\" conformation of the flexible loop. Nevertheless, with a new complex structure, in which the flexible loop adopts the \"open\" conformation, it has been done a search for new compounds in the database, non-derived from phosphate and phosphonate, through the program DOCK. Based on this procedure it was proposed new lead compounds which will be used on the rational drug design cycle. The structure of the thermostable triosephosphate isomerase from Bacillus stearothermophilus in complex with the competitive inhibitor 2PG was determined by X-ray crystallography to a resolution of 2.8&#197. The structure was solved by molecular replacement using XPLOR. Two fold averaging and solvent flattening were applied to improve the quality of the map. Both of the active sites were occupied by the inhibitor and the flexible loop adopts the \"close\" conformation in both subunits. The crystallographic R-factor is 17.6% with good geometry. Bacillus stearothermophilus is considered a moderate thermophile organism. There are already five triosephosphate isomerase structures available from mesophilic organisms. The structure reported here is the first thermostable TIM reported. It has been conducted in this work a comparison between the thermophilic and the mesophilic protein structures available. Several reports had listed thermostable factors, which have been analyzed in all TIM structures available, from which it has been concluded that the hydrophobic interaction upon the dimmer formation and the higher number of proline residues are the most important factors that contribute to the thermostability of B. stearothermophilus TIM. Also it has been concluded that the ratio Arg/(Arg+Lys) is increased in B. stearothermophilus TIM more due to lower number of lysine instead of a higher number of arginine residues. Arginines have been analyze in B. s,tearothermophillis TIM as well as the interactions of arginines and lysines in all other TIM structures and it has not been possible to relate the increased ratio Arg/(Arg+Lys) with thermo stability, which was previously reported as important in thermostability

O polímero de policaprolactona (PCL) dopado com [Eu (TTA) 3 (H2O) 2] no complexo 1, 2, 5, 10 e 15% de concentrações foram preparadas e as suas propriedades térmicas e de luminescência discutidas. As bandas de absorção de infravermelho no intervalo de 1800-1550 cm-1 correspondente ao ν sensível (C = O) foram seleccionados para a técnica de ajuste de curva de desconvolução e confirmou-se que os picos de componentes são deslocados gradualmente com o aumento da concentração de dopagem. O deslocamento do ν (C = O) banda para os β-dicetonato complexos para novas posições nos sistemas dopados (pCLE) proporcionam boa evidência de que o ião de metal está coordenado aos átomos de oxigénio dos grupos carbonilo PCL. Calorimetria exploratória diferencial (DSC) não mostraram alterações significativas na segunda temperatura de fusão (Tm2) para as amostras de cinema. No entanto, a cristalinidade é afectada pelo complexo dopante em materiais de polímero em maior concentração. A análise termogravimétrica (TGA) não mostra nenhuma perda de peso na gama de 50-200 ° C para os sistemas poliméricos dopados, corroborando a interacção da matriz de polímero com Eu3 + complexo n por substituição das moléculas de água no complexo precursor. A observação das bandas de emissão característicos resultantes das transições 5D0 → 7FJ (J = 0-4) dominadas pela hipersensibilidade transição 5D0 → 7F2 em torno de 614 nm, de íon Eu3 +, indicando que a incorporação de Eu3 + complexo no sistema de polímero. O valor da eficiência quântica de emissão de nível 5D0 para os materiais poliméricos dopados (η = 40-62%) são mais elevados do que para o complexo [Eu (TTA) 3 (H2O) 2] complexo (η = 29%), sugerindo que o matriz de polímero actua como co-sensibilizador do processo de luminescência. / The polycaprolactone (PCL) polymer doped with [Eu(tta)3(H2O)2] complex at 1, 2, 5, 10 and 15 % concentrations were prepared and their thermal and luminescence properties discussed. The IR absorption bands in the range of 18001550 cm1 corresponding to the sensitive ν(C=O) were selected for the deconvolution curve-fitting technique and was confirmed that the component peaks are gradually shifted with the increase of doping concentration. The displacement of the ν(C=O) band for the β-diketonate complex to new positions in doped systems (PCLE) provide good evidence that the metal ion is coordinated to the oxygen atoms from the PCL carbonyl groups. Differential scanning calorimetry (DSC) showed no significant changes in second melting temperature (Tm2) for the film samples. However, crystallinity is affected by the dopant complex in the polymer materials at higher concentration. Thermogravimetric analysis (TGA) shows no weight loss in the range of 50200 °C for the doped polymeric systems, corroborating the interaction of the polymer matrix with the Eu3+-complex by substitution of the water molecules in the complex precursor. The observation of the characteristic emission bands arising from the 5D0 → 7FJ transitions (J=0-4) dominated by the hypersensitive 5D0 → 7F2 transition at around 614 nm of Eu3+ ion, indicating the incorporation of the Eu3+ complex in the polymer system. The value of the emission quantum efficiency of 5D0 level for the doped polymer materials (η = 40 - 62 %) are higher than for the [Eu(TTA)3(H2O)2] complex (η = 29 %), suggesting that the polymer matrix acts as co-sensitizer of the luminescence process.

Proteínas são heteropolímeros lineares essenciais à vida, responsáveis pela estruturação dos organismos e pela maioria dos processos bioquímicos que os mantêm vivos e permitem sua reprodução. Essa variedade de funções é refletida na diversidade estrutural encontrada no universo das proteínas, já que sua função é intrinsecamente ligada à sua rigorosa conformação espacial. A partir dos experimentos de Anfinsen (1973), ficou demonstrado que o enovelamento dessas moléculas (folding) se dá essencialmente por meio de um processo físico-químico guiado pela interação entre os aminoácidos da cadeia protéica e entre estes e o meio solvente, quando sob condições fisiológicas (temperatura, pressão, pH). O completo entendimento do mecanismo de folding tem também importância médica, pois várias doenças como mal de Alzheimer, diabetes tipo II, encefalite bovina espongiforme e várias formas de câncer estão relacionadas com falhas estruturais das proteínas. Neste trabalho, por meio de experimentação computacional por dinâmica molecular (DM) em diferentes condições térmicas, estudamos inicialmente o papel das pontes dissulfeto (S-S) e das ligações de hidrogênio (LH) na estabilidade da proteína. Em seguida, adotando exclusivamente o regime de alta temperatura (T = 448K) em combinação com simulações de longa duração (até ~100ns), no intuito de expandir a exploração do espaço configuracional, verificamos a premissa de que as forças entrópicas, geradas pelo efeito hidrofóbico, seriam dominantes no processo de busca pela estrutura nativa. Neste trabalho foi utilizada como um protótipo de proteína pequena e com pontes S-S, a toxina Ts Kappa (MM=3,8 Kda; pdb id: 1tsk), que é dotada de três pontes S-S. A estabilidade conformacional foi analisada por meio de uma série de simulações de DM em temperaturas crescentes e em duas situações: com e sem os cross-links S-S. Nossos resultados indicam que para incrementos nas temperaturas significativamente elevadas, como 50K acima da temperatura em que a estrutura nativa foi determinada por NMR (283K), a remoção das S-S não compromete a estabilidade conformacional da proteína. De fato, a ausência dos cross-links elimina certas restrições geométricas permitindo agora que diferentes combinações de LH sejam feitas, inclusive entre resíduos adjacentes à cisteína, os quais de certa forma substituem as pontes S-S em seus papeis conformacionais pois a estrutura nativa é essencialmente mantida. No segundo experimento o espaço configuracional foi varrido extensamente durante 100ns e à temperatura de 398K. No caso da Ts Kappa com suas pontes dissulfeto intactas, a desestruturação da proteína é limitada pelas fortes pontes covalentes S-S, mas com a remoção delas, a proteína se desnaturou completamente ao longo dos primeiros 50ns. Contudo, a partir deste ponto a cadeia desnaturada passou a seguir, de forma espontânea e sistemática, uma rota de re-estruturação em direção à nativa, com o reestabelecimento de todas suas estruturas secundárias. Ao redor de 100ns a cadeia atingiu um estado de grande identidade estrutural com sua correspondente estrutura nativa. Em conclusão, os presentes resultados corroboram as premissas de que o folding de proteínas ocorre por meio de um processo em duas etapas, temporalmente separadas: no início, as forças entrópicas são dominantes e são as que induzem a cadeia para a conformação nativa. Então, uma vez na vizinhança da estrutura nativa, as pontes de hidrogênio (agora protegidas da competição com o meio solvente), juntamente com um mais eficiente empacotamento estrutural das cadeias laterais devido às complementaridade estéricas das mesmas (e assim otimizando as interações de van der Waals), iniciam a etapa de estabilização energética da proteína. / Proteins are linear heteropolymers essential for life; they are responsible for many distinct functions as the structural components of organism, and for most of the biochemical processes to maintain a reproductive life. Such diversity of functions is correlated with the extremely large accessible conformational space, since function and spatial structure are interdependent. After Anfinsen experiments (1973), it becomes clear that the protein folding is essentially a physical-chemical process guided by interactions among the chain constituents (amino acid sequence) and interactions between the chain and the solvent, under physiological conditions (temperature, pressure, pH). Because miss-folded proteins are related with diseases (Alzheimer, type II diabetes, several forms of cancer, etc.) the full understanding of the folding mechanism has also significant medical interest. In this work, by means of molecular dynamics (MD) simulations under distinct thermal conditions, we first consider the role of disulfide cross-links (S-S) and hydrogen bonds (HB) with respect to the protein thermal stability. Then, using exclusively high temperature regime (T = 448K) combined with extended time simulations (up to ~100ns), in order to fully span of configurational space, we analyzed the hypothesis that the entropic forces, generated by the hydrophobic effect, are dominant in the search process for the native structure. The protein Ts Kappa was used a prototype for small proteins having S-S bridges (MM=3,8Kda; 3 S-S - pdb id: 1tsk). The thermal conformational stability was analyzed from a series of MD simulations under growing temperatures, using two distinct cases: with and without cross-links S-S. Our results suggest that for significant temperature increments, such as 50K above the temperature used in the Ts Kappa structure determination (by NMR at 283K), the thermal conformational stability of the proteins is not affected if the S-S bridges are removed. Indeed, cutting of the cross-links eliminates certain geometrical constraints, what permits the formation of new combinations of HB, which in some way take the place of the S-S bridges on its conformational role since the native structure is essentially maintained. In the second computational experiment, the configurational space was extensively swapped during 100ns at a fixed temperature T=398K. In the case with preserved S-S bridges, the structural unpacking is limited by the three covalent cross-links, but without the S-S bridges the protein denaturation was complete after 50ns. However, after this point the chain started spontaneous and systematically a configurational rote that finally, after about 100ns, reached a conformation very similar with the native (RMSD » 0.5nm), reestablishing all its secondary structure. Concluding, the present results corroborate the hypothesis that the protein folding is a process in two stages temporally separated: first, entropic forces are dominant and guide the chain into the native structure, and then, once in the native neighborhood, the HB (now protected from competition with the solvent), altogether with a more efficient structural specificity of the side chains (optimizing the van de Walls interactions), start the energetic stabilization of the protein.