Submitted by Alberto Silva Betzler (a_betzler@yahoo.com) on 2017-06-26T17:30:43Z No. of bitstreams: 1 tese_betzler.pdf: 7923258 bytes, checksum: 4fe67694cac7f7b562eafc89f55cce3b (MD5) / Approved for entry into archive by Flávia Sousa (flaviabs@ufba.br) on 2017-06-28T14:32:11Z (GMT) No. of bitstreams: 1 tese_betzler.pdf: 7923258 bytes, checksum: 4fe67694cac7f7b562eafc89f55cce3b (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-28T14:32:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_betzler.pdf: 7923258 bytes, checksum: 4fe67694cac7f7b562eafc89f55cce3b (MD5) / Pequenos corpos do sistema solar são asteroides, cometas e poeira interplanetária. Os meteoros são produzidos pela interação de velozes grãos de poeira com a atmosfera terrestre. Esses fragmentos de rocha são presumivelmente oriundos dos asteroides e cometas, em passagens próximas da Terra, ou são transportados de outras regiões do sistema solar por processos dinâmicos. Como estes processos não são plenamente conhecidos, é importante a obtenção da maior quantidade possível de parâmetros físicos e orbitais dos meteoros. Dentro desse contexto, será apresentado o esquema de construção e operação de uma estação para detecção de meteoros, equipada com uma câmera ``all sky'' de TV. Este instrumento ajudou a suprir a carência de iniciativas de observação de meteoros no hemisfério sul. As magnitudes dos meteoros detectados pela estação foram bem modeladas por uma q-exponencial, que é uma função oriunda da mecânica estatística não extensiva de Tsallis. Além de sua validade no estudo dos meteoros, as q-distribuições são adequadas para modelar dados populacionais de asteroides, meteoritos e dos lampejos de luz (flashes) gerados pela colisão de meteoroides com massa da ordem de alguns quilogramas com a Lua. Os resultados obtidos das q-distribuições no estudo dos pequenos corpos do sistema solar são discutidos neste trabalho.

Submitted by Automação e Estatística (sst@bczm.ufrn.br) on 2018-06-15T21:24:30Z No. of bitstreams: 1 ThiagoCrisostomoCarlosNunes_TESE.pdf: 12472846 bytes, checksum: 1798e6ecdabae3a96892d8b6260e77c0 (MD5) / Approved for entry into archive by Arlan Eloi Leite Silva (eloihistoriador@yahoo.com.br) on 2018-06-19T20:45:08Z (GMT) No. of bitstreams: 1 ThiagoCrisostomoCarlosNunes_TESE.pdf: 12472846 bytes, checksum: 1798e6ecdabae3a96892d8b6260e77c0 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-19T20:45:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ThiagoCrisostomoCarlosNunes_TESE.pdf: 12472846 bytes, checksum: 1798e6ecdabae3a96892d8b6260e77c0 (MD5) Previous issue date: 2017-09-08 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Redes sem escala são bastante populares hoje em dia, uma vez que muitos sistemas estão bem representados por tais estruturas. Para estudar esses sistemas, foram propostos vários modelos. No entanto, a maioria deles não levam em conta a distância Euclidiana nó à nó, ou seja, a distância geográ ca. Em redes reais, a distância entre os sítios pode ser muito relevante, por exemplo, os casos em que se pretende minimizar custos. Neste cenário, estudamos o papel da dimensionalidade d no Modelo de Bianconi-Barabási com um crescimento e ligação preferencial envolvendo distâncias Euclidianas. A ligação preferencial neste modelo segue a regra Πi ∝ ηiki/rαA ij (1 ≤ i < j; αA ≥ 0), onde ηi caracteriza a qualidade do i-ésimo sítio e é escolhido aleatoriamente dentro do intervalo (0, 1]. Veri camos que a distribuição de grau P(k) para as dimensões d = 1, 2, 3, 4 são bem ajustadas por P(k) ∝ e −k/κ q , onde e −k/κ q é a função q-exponencial que surge naturalmente da Mecânica Estatística não-extensiva de Tsallis. Determinamos o índice q e κ como funções das quantidades αA e d e veri camos numericamente que ambos apresentam um comportamento universal em relação à variável αA/d. O mesmo comportamento também foi exibido pelo expoente dinâmico β que está associado a taxa que determinado sítio tem em receber ligações. / Scale-free networks are quite popular nowadays since many systems are well represented by such structures. In order to study these systems, several models were proposed. However, most of them do not take into account the node-to-node Euclidean distance, i.e., the geographical distance. In real networks, the distance between sites can be very relevant, e.g., those cases where it is intended to minimize costs. Within this scenario, we studied the role of dimensionality d in the Bianconi-Barabási model with a preferential attachment growth involving Euclidean distances. The preferential attachment in this model follows the rule Πi ∝ ηiki/rαA ij (1 ≤ i < j; αA ≥ 0), where ηi characterizes the tness of the i-th site and is randomly chosen within the (0, 1] interval. We veri ed that the degree distribution P(k) for dimensions d = 1, 2, 3, 4 are well tted by P(k) ∝ e −k/κ q , where e −k/κ q is the q-exponential function naturally emerging within nonextensive statistical mechanics. We determine the index q and κ as functions of the quantities αA and d, and numerically verify that both present a universal behavior with respect to the scaled variable αA/d. The same behavior also has been displayed by the dynamical β exponent which characterizes the steadily growing number of links of a given site.

Várias propriedades das colisões de partículas hadrônicas são bem descritas pela teoria termodinâmica de Hagedorn para hádrons altamente excitados (em inglês, fireballs) [1]. Uma destas propriedades é a distribuição dos momentos das partículas decorrentes da colisão. O modelo estatístico desenvolvido por Hagedorn se mostra em concordância com dados experimentais produzidos em colisões cuja energia no centro de massa é relativamente baixa (sqrt(s) < 10 GeV ), mas começa a apresentar falhas descrições com o aumento de sqrt(s) [2]. Todavia, esta teoria foi generalizada usando um formalismo termodinâmico não-extensivo proposto por Tsallis [3] [4] [5] que tem se mostrado útil no ajuste dos dados experimentais. Essa generalização tem sido bem sucedida na descrição da distribuição dos momentos transversais obtidos para colisões de partículas ultra-relativísticas. Com o objetivo de melhor compreender os aspectos estatísticos envolvidos nas colisões de partículas em altas energias, este trabalho constituiu no estudo, do ponto de vista macroscópico, da produção e distribuição de partículas em colisões relativísticas, utilizando-se das ferramentas estatísticas desenvolvidas pela mecânica elaborada por Hagedorn e sua generalização. Ao analisar os resultados, que são apresentados logo a seguir, tornou-se um dos objetivos deste projeto denotar que as propriedades das teorias indicadas anteriormente (especialmente a generalização de Hagedorn) podem ser utilizadas como ferramentas na descrição e fornecimento de propriedades do meio em colisões de partículas em condições extremas. / Many properties of hadron particles collisions are well described by Hagedorn thermodynamical theory for highly excited hadrons or fireballs [1]. One of these properties is the momentum distribution of secondary particles produced. Hagedorns statistical model is in good agreement with experimental data for collision with sqrt(s) < 10 GeV [2], but it starts to show failed descriptions for higher sqrt(s) [2]. However, this theory was generalized by using a non-extensive thermodynamics formalism proposed by Tsallis [3] [4] [5], which has been useful to fit experimental data. Such generalization has been successful in describing transverse momentum distributions obtained in ultra-relativistic particles collisions. Within the purpose of comprehending the statistical aspects involved in collisions of particles in high energies, this work constitutes, in a macroscopic point of view, a study of production and distribution of particles in relativistic collisions, through the use of statistical tools developed by Hagedorns mechanics and its generalization. In analysing results (to be shown later), it became a purpose to denote that the proprieties of the previously indicated theories (especially Hagedorns generalization) may be used as appropriate tools in describing and providing environment properties in particles collisions in extreme conditions.

Apesar dos avanços na última metade de século na teoria de transporte em Física de Plasmas, muitos de seus aspectos ainda são pouco compreendidos. Grande parte dessa limitação se deve à carência de modelos de primeiros princípios minimamente capazes de reproduzir os resultados experimentais. De fato, sem o embasamento em hipóteses fundamentais, os modelos devem se restringir à descrição do comportamento observado nos diferentes regimes de transporte no plasma, sem necessariamente especificar por que ou quais são os mecanismos envolvidos; até mesmo a identificação dos elementos envolvidos no transporte, por exemplo, se partículas ou células convectivas, é prejudicada. Uma abordagem que vem ganhando destaque na comunidade de Física de Plasmas ao longo dos anos é a estatística não-extensiva. Em particular, o interesse na teoria de Tsallis está na sua capacidade de descrever sistemas distantes do equilíbrio termodinâmico, uma característica comum à maioria dos plasmas de laboratório e astrofísicos. De fato, nessas circunstâncias, é sabido que as funções de distribuição das partículas são distantes das distribuições Maxwellianas, com longas-caudas, especialmente para os elétrons. A capacidade da teoria de Tsallis em descrever fenômenos da Física de Plasmas é retratada nas suas diversas aplicações encontradas na literatura, por exemplo, o transporte anômalo, oscilações eletrostáticas, ventos solares, plasmas empoeirados, onde é sabido que as previsões dadas pela estatística de Maxwell-Boltzmann não são capazes de descrever corretamente os resultados experimentais. A proposta desta tese de doutoramento é utilizar a estatística não-extensiva para determinar o transporte colisional em plasmas intensamente magnetizados. O desenvolvimento completo do modelo de transporte no contexto não-extensivo é estabelecido rigorosamente: partindo da definição da entropia de Tsallis e da hipótese das interações fracas (a condição do transporte colisional), somos capazes de deduzir as equações de fluidos utilizando apenas métodos estatísticos genéricos, e sem hipóteses adicionais. Nesse percurso, apresentamos, sempre de maneira consistente com a estatística não-extensiva, a definição da temperatura; a dedução da equação cinética com o operador colisional para plasmas; a generalização do método utilizado por Braginskii para determinar as soluções aproximadas da equação cinética; e o cálculo dos coeficientes de transporte. Porém, também apresentamos a aplicação de nosso modelo no transporte de calor em ventos solares e no pulso frio em plasmas de laboratório. / Despite the advances in the last half century in the plasma transport theory, many aspects of such phenomena remain poorly understood. Most of this limitation is due to the lack o first principles models capable of reproducing experimental observations. In fact, without a fundamental hypothesis, the models are restricted to describing the behavior of the observed plasma transport in diferent regimes, without specifying why or which mechanisms take part in the process; even the determination of the elements involved in the transport, for instance, whether particles or convective cells, is impaired. One approach that has been attracting attention in Plasma Physics community over the years is the non-extensive statistics. In particular, the interest in the Tsallis\'s theory lies in its ability to describe systems far from thermodynamic equilibrium, a common feature in most laboratory and astrophysical plasmas. The capability of the non-extensive statistics in describing phenomena of Plasma Physics is portrayed in various applications, for example, the anomalous transport, electrostatic oscillations, solar winds, dusty plasmas, where it is know that the predictions given by Maxwell-Boltzmann statistics cannot describe the experimental results. Indeed, under such cases, it is well known that the particle distribution functions are quite distant from Maxwellian distributions, with long tails, especially for electrons. The purpose of this doctoral thesis is to use the non-extensive statistics in order to obtain a model for the collisional transport in strongly magnetized plasmas. The complete development of the model in the non-extensive context is strictly established; starting with the definition of the Tsallis entropy and the weak interactions hypothesis (the collisional transport condition), we are able to derive the fluid equations using only generic statistical methods, without additional hypotheses. For such task, we present, consistently with non-extensive statistics, the definition of temperature; the deduction of the kinetic equation with the collision operator for plasmas, which are also appropriated for the determination of the fluid equations; the generalization of the method used by Braginskii to approximate the solution of the kinetic equation for electrons; and the calculation of electron transport coeficients. Lastly, we present the application of our model in the heat transport in the solar winds and in the phenomena of the cold pulse in laboratory plasmas.

Várias propriedades das colisões de partículas hadrônicas são bem descritas pela teoria termodinâmica de Hagedorn para hádrons altamente excitados (em inglês, fireballs) [1]. Uma destas propriedades é a distribuição dos momentos das partículas decorrentes da colisão. O modelo estatístico desenvolvido por Hagedorn se mostra em concordância com dados experimentais produzidos em colisões cuja energia no centro de massa é relativamente baixa (sqrt(s) < 10 GeV ), mas começa a apresentar falhas descrições com o aumento de sqrt(s) [2]. Todavia, esta teoria foi generalizada usando um formalismo termodinâmico não-extensivo proposto por Tsallis [3] [4] [5] que tem se mostrado útil no ajuste dos dados experimentais. Essa generalização tem sido bem sucedida na descrição da distribuição dos momentos transversais obtidos para colisões de partículas ultra-relativísticas. Com o objetivo de melhor compreender os aspectos estatísticos envolvidos nas colisões de partículas em altas energias, este trabalho constituiu no estudo, do ponto de vista macroscópico, da produção e distribuição de partículas em colisões relativísticas, utilizando-se das ferramentas estatísticas desenvolvidas pela mecânica elaborada por Hagedorn e sua generalização. Ao analisar os resultados, que são apresentados logo a seguir, tornou-se um dos objetivos deste projeto denotar que as propriedades das teorias indicadas anteriormente (especialmente a generalização de Hagedorn) podem ser utilizadas como ferramentas na descrição e fornecimento de propriedades do meio em colisões de partículas em condições extremas. / Many properties of hadron particles collisions are well described by Hagedorn thermodynamical theory for highly excited hadrons or fireballs [1]. One of these properties is the momentum distribution of secondary particles produced. Hagedorns statistical model is in good agreement with experimental data for collision with sqrt(s) < 10 GeV [2], but it starts to show failed descriptions for higher sqrt(s) [2]. However, this theory was generalized by using a non-extensive thermodynamics formalism proposed by Tsallis [3] [4] [5], which has been useful to fit experimental data. Such generalization has been successful in describing transverse momentum distributions obtained in ultra-relativistic particles collisions. Within the purpose of comprehending the statistical aspects involved in collisions of particles in high energies, this work constitutes, in a macroscopic point of view, a study of production and distribution of particles in relativistic collisions, through the use of statistical tools developed by Hagedorns mechanics and its generalization. In analysing results (to be shown later), it became a purpose to denote that the proprieties of the previously indicated theories (especially Hagedorns generalization) may be used as appropriate tools in describing and providing environment properties in particles collisions in extreme conditions.

Neste trabalho estudamos a aplicabilidade dos conceitos de autoconsistência de R. Hagedorn e de não-extensividade de acordo com a estatística de Tsallis. Estes dois conceitos podem ser associados de acordo com a teoria autoconsistente não-extensiva. A análise dos dados de distribuição de momento tranversal e do espectro de massa de hádrons permite testar a aplicabilidade desses conceitos, e neste trabalho desenvolvemos esta análise para dados obtidos em colisões pp em energias ultrarelativísticas. Os resultados obtidos nessas análises confirmam a idéia de Hagedorn da existência de uma temperatura limite para sistemas hadrônicos e também é observado uma ótima descrição do espectro de massa hadrônico pela da TACNE. Parte dos resultados deste trabalho está publicada na Physical Review D 87, 114022 (2013). / In this work, we study the applicability of the concepts of self-consistency by R. Hagedorn and non-exntensivity according to the Tsallis statistic. These two concepts can be associeted in accordance with the self-consistency non-extensive theory. The analysis of distribution data of transverse momentum and mass spectrum allows hadron test applicability of these concepts, and in this work we developed this analysis for data obtained from pp collisions at ultrarelativistic energies. The results of these analysis support the ideia of the existence of a Hagedorns temperature threshold for hadronic systems and a very good description of the hadroic mass spectrum by the self-consistency non-extensive theory is also verified. Part of this work is published in Physical Review D 87, 114022 (2013).

Neste trabalho estudamos a aplicabilidade dos conceitos de autoconsistência de R. Hagedorn e de não-extensividade de acordo com a estatística de Tsallis. Estes dois conceitos podem ser associados de acordo com a teoria autoconsistente não-extensiva. A análise dos dados de distribuição de momento tranversal e do espectro de massa de hádrons permite testar a aplicabilidade desses conceitos, e neste trabalho desenvolvemos esta análise para dados obtidos em colisões pp em energias ultrarelativísticas. Os resultados obtidos nessas análises confirmam a idéia de Hagedorn da existência de uma temperatura limite para sistemas hadrônicos e também é observado uma ótima descrição do espectro de massa hadrônico pela da TACNE. Parte dos resultados deste trabalho está publicada na Physical Review D 87, 114022 (2013). / In this work, we study the applicability of the concepts of self-consistency by R. Hagedorn and non-exntensivity according to the Tsallis statistic. These two concepts can be associeted in accordance with the self-consistency non-extensive theory. The analysis of distribution data of transverse momentum and mass spectrum allows hadron test applicability of these concepts, and in this work we developed this analysis for data obtained from pp collisions at ultrarelativistic energies. The results of these analysis support the ideia of the existence of a Hagedorns temperature threshold for hadronic systems and a very good description of the hadroic mass spectrum by the self-consistency non-extensive theory is also verified. Part of this work is published in Physical Review D 87, 114022 (2013).

Apesar dos avanços na última metade de século na teoria de transporte em Física de Plasmas, muitos de seus aspectos ainda são pouco compreendidos. Grande parte dessa limitação se deve à carência de modelos de primeiros princípios minimamente capazes de reproduzir os resultados experimentais. De fato, sem o embasamento em hipóteses fundamentais, os modelos devem se restringir à descrição do comportamento observado nos diferentes regimes de transporte no plasma, sem necessariamente especificar por que ou quais são os mecanismos envolvidos; até mesmo a identificação dos elementos envolvidos no transporte, por exemplo, se partículas ou células convectivas, é prejudicada. Uma abordagem que vem ganhando destaque na comunidade de Física de Plasmas ao longo dos anos é a estatística não-extensiva. Em particular, o interesse na teoria de Tsallis está na sua capacidade de descrever sistemas distantes do equilíbrio termodinâmico, uma característica comum à maioria dos plasmas de laboratório e astrofísicos. De fato, nessas circunstâncias, é sabido que as funções de distribuição das partículas são distantes das distribuições Maxwellianas, com longas-caudas, especialmente para os elétrons. A capacidade da teoria de Tsallis em descrever fenômenos da Física de Plasmas é retratada nas suas diversas aplicações encontradas na literatura, por exemplo, o transporte anômalo, oscilações eletrostáticas, ventos solares, plasmas empoeirados, onde é sabido que as previsões dadas pela estatística de Maxwell-Boltzmann não são capazes de descrever corretamente os resultados experimentais. A proposta desta tese de doutoramento é utilizar a estatística não-extensiva para determinar o transporte colisional em plasmas intensamente magnetizados. O desenvolvimento completo do modelo de transporte no contexto não-extensivo é estabelecido rigorosamente: partindo da definição da entropia de Tsallis e da hipótese das interações fracas (a condição do transporte colisional), somos capazes de deduzir as equações de fluidos utilizando apenas métodos estatísticos genéricos, e sem hipóteses adicionais. Nesse percurso, apresentamos, sempre de maneira consistente com a estatística não-extensiva, a definição da temperatura; a dedução da equação cinética com o operador colisional para plasmas; a generalização do método utilizado por Braginskii para determinar as soluções aproximadas da equação cinética; e o cálculo dos coeficientes de transporte. Porém, também apresentamos a aplicação de nosso modelo no transporte de calor em ventos solares e no pulso frio em plasmas de laboratório. / Despite the advances in the last half century in the plasma transport theory, many aspects of such phenomena remain poorly understood. Most of this limitation is due to the lack o first principles models capable of reproducing experimental observations. In fact, without a fundamental hypothesis, the models are restricted to describing the behavior of the observed plasma transport in diferent regimes, without specifying why or which mechanisms take part in the process; even the determination of the elements involved in the transport, for instance, whether particles or convective cells, is impaired. One approach that has been attracting attention in Plasma Physics community over the years is the non-extensive statistics. In particular, the interest in the Tsallis\'s theory lies in its ability to describe systems far from thermodynamic equilibrium, a common feature in most laboratory and astrophysical plasmas. The capability of the non-extensive statistics in describing phenomena of Plasma Physics is portrayed in various applications, for example, the anomalous transport, electrostatic oscillations, solar winds, dusty plasmas, where it is know that the predictions given by Maxwell-Boltzmann statistics cannot describe the experimental results. Indeed, under such cases, it is well known that the particle distribution functions are quite distant from Maxwellian distributions, with long tails, especially for electrons. The purpose of this doctoral thesis is to use the non-extensive statistics in order to obtain a model for the collisional transport in strongly magnetized plasmas. The complete development of the model in the non-extensive context is strictly established; starting with the definition of the Tsallis entropy and the weak interactions hypothesis (the collisional transport condition), we are able to derive the fluid equations using only generic statistical methods, without additional hypotheses. For such task, we present, consistently with non-extensive statistics, the definition of temperature; the deduction of the kinetic equation with the collision operator for plasmas, which are also appropriated for the determination of the fluid equations; the generalization of the method used by Braginskii to approximate the solution of the kinetic equation for electrons; and the calculation of electron transport coeficients. Lastly, we present the application of our model in the heat transport in the solar winds and in the phenomena of the cold pulse in laboratory plasmas.

O problema do folding de proteínas tem sido investigado intensamente há mais de sessenta anos. Entretanto ainda não é encontrado na literatura um modelo que seja capaz de explicar plenamente qual é o mecanismo responsável pelo processo de folding. Neste contexto, a presente tese de doutorado é uma proposta minimalista para investigar o papel de um código estereoquímico, que é centrado no efeito hidrofóbico e nos vínculos estéricos dos aminoácidos (o modelo estereoquímico), no processo em pauta. Esse modelo quando combinado com um método para incluir a flutuação térmica local no sistema cadeia protéica-solvente, possibilita a investigação de um dos aspectos mais extraordinários do problema, a saber, a rapidez do processo de folding, considerado aqui por meio da correlação entre a complexidade da estrutura nativa (alvo) e a taxa de folding. Esse método é motivado por argumentos físico-químicos e biológicos, e é fundamentado na Mecânica Estatística Não Extensiva, via o uso do peso de Tsallis em simulações Monte Carlo (MC). O tempo característico de folding (obtido daquelas simulações e utilizado aqui como um parâmetro analítico do problema), cobre várias ordens de grandeza para cadeias com o mesmo tamanho. Dois conjuntos principais de simulações foram considerados com a finalidade de análise: (i) alguns alvos foram especialmente selecionados e submetidos a simulações MC a várias temperaturas T do reservatório térmico (o meio solvente); e (ii) um total de duzentos alvos com topologias diversas foram submetidos a simulações à mesma temperatura T = 1 (unidades arbitrárias). Com essas simulações foi possível verificar comparativamente o efeito dos dois pesos estatísticos, o de Boltzmann e o de Tsallis, sobre a cinética do processo de folding, e assim revelar comportamentos intrigantes, porém consistentes com o fenômeno focado, como a robustez do processo de folding e , este último emergindo como uma grandeza que depende da complexidade da estrutura nativa. Para estruturas distintas, cobre quatro ordens de grandeza. Os resultados da investigação da correlação entre e parâmetros globais destinados a avaliar a complexidade da topologia da estrutura nativa, como a ordem de contato e a cooperatividade estrutural, corroboram com a noção de que a rapidez do processo de folding é determinada fundamentalmente pela complexidade da topologia da estrutura nativa. / The protein folding problem has been investigated for more than sixty years. However is not yet found in literature a model that is able to fully explain the mechanism behind the folding process. In this context, the present doctoral thesis is a speculative and minimalist proposal to investigate the role of a stereochemical code -grounded in the hydrophobic effect and steric constraints of amino acids (the stereochemical model), in the discussed process. This model, when combined with a method to include local thermal fluctuations in the protein chain-solvent system, enables the investigation of one of the most extraordinary aspects of the problem, namely, the fastness of the folding process, which is studied here by means of the correlation between the complexity of the native structure (target) and the folding process rate. This method is motivated by physical chemistry and biological arguments, and is based on the Nonextensive Statistical Mechanics, by the use of the Tsallis weight in Monte Carlo simulations (MC), where the entropic index q is adjusted at each new conformation of the protein chain. For chains with the same length, the characteristic folding time (estimated from those simulations and used here as an analytical parameter of the problem) span several order of magnitude. Two main sets of simulations were performed for analysis purposes. First, some targets were specially selected and submitted to MC simulations with several temperatures of the thermal reservoir (the solvent), and then a total of two hundred targets with diverse topologies were submitted to simulations with the same reservoir temperature T = 1 (arbitrary units). With such set of simulations, we could compare the effect of two statistical weights, namely the Boltzmann and the Tsallis weight, on the kinetics of the folding process. Intriguing but consistent behavior with respect to the folding phenomenon was reveled, such as the robustness of the process, and about the characteristic folding time , which emerges as an amount that depends on the complexity of the native structure. For distinct structures, covers four orders of magnitude. Our results about the correlation between and global parameters to assess the complexity of the topology of the native structure, such as contact order and structural cooperativity, support the notion that the fastness of the folding process is essentially determined by the complexity of the topology of native structure.

O problema do folding de proteínas tem sido investigado intensamente há mais de sessenta anos. Entretanto ainda não é encontrado na literatura um modelo que seja capaz de explicar plenamente qual é o mecanismo responsável pelo processo de folding. Neste contexto, a presente tese de doutorado é uma proposta minimalista para investigar o papel de um código estereoquímico, que é centrado no efeito hidrofóbico e nos vínculos estéricos dos aminoácidos (o modelo estereoquímico), no processo em pauta. Esse modelo quando combinado com um método para incluir a flutuação térmica local no sistema cadeia protéica-solvente, possibilita a investigação de um dos aspectos mais extraordinários do problema, a saber, a rapidez do processo de folding, considerado aqui por meio da correlação entre a complexidade da estrutura nativa (alvo) e a taxa de folding. Esse método é motivado por argumentos físico-químicos e biológicos, e é fundamentado na Mecânica Estatística Não Extensiva, via o uso do peso de Tsallis em simulações Monte Carlo (MC). O tempo característico de folding (obtido daquelas simulações e utilizado aqui como um parâmetro analítico do problema), cobre várias ordens de grandeza para cadeias com o mesmo tamanho. Dois conjuntos principais de simulações foram considerados com a finalidade de análise: (i) alguns alvos foram especialmente selecionados e submetidos a simulações MC a várias temperaturas T do reservatório térmico (o meio solvente); e (ii) um total de duzentos alvos com topologias diversas foram submetidos a simulações à mesma temperatura T = 1 (unidades arbitrárias). Com essas simulações foi possível verificar comparativamente o efeito dos dois pesos estatísticos, o de Boltzmann e o de Tsallis, sobre a cinética do processo de folding, e assim revelar comportamentos intrigantes, porém consistentes com o fenômeno focado, como a robustez do processo de folding e , este último emergindo como uma grandeza que depende da complexidade da estrutura nativa. Para estruturas distintas, cobre quatro ordens de grandeza. Os resultados da investigação da correlação entre e parâmetros globais destinados a avaliar a complexidade da topologia da estrutura nativa, como a ordem de contato e a cooperatividade estrutural, corroboram com a noção de que a rapidez do processo de folding é determinada fundamentalmente pela complexidade da topologia da estrutura nativa. / The protein folding problem has been investigated for more than sixty years. However is not yet found in literature a model that is able to fully explain the mechanism behind the folding process. In this context, the present doctoral thesis is a speculative and minimalist proposal to investigate the role of a stereochemical code -grounded in the hydrophobic effect and steric constraints of amino acids (the stereochemical model), in the discussed process. This model, when combined with a method to include local thermal fluctuations in the protein chain-solvent system, enables the investigation of one of the most extraordinary aspects of the problem, namely, the fastness of the folding process, which is studied here by means of the correlation between the complexity of the native structure (target) and the folding process rate. This method is motivated by physical chemistry and biological arguments, and is based on the Nonextensive Statistical Mechanics, by the use of the Tsallis weight in Monte Carlo simulations (MC), where the entropic index q is adjusted at each new conformation of the protein chain. For chains with the same length, the characteristic folding time (estimated from those simulations and used here as an analytical parameter of the problem) span several order of magnitude. Two main sets of simulations were performed for analysis purposes. First, some targets were specially selected and submitted to MC simulations with several temperatures of the thermal reservoir (the solvent), and then a total of two hundred targets with diverse topologies were submitted to simulations with the same reservoir temperature T = 1 (arbitrary units). With such set of simulations, we could compare the effect of two statistical weights, namely the Boltzmann and the Tsallis weight, on the kinetics of the folding process. Intriguing but consistent behavior with respect to the folding phenomenon was reveled, such as the robustness of the process, and about the characteristic folding time , which emerges as an amount that depends on the complexity of the native structure. For distinct structures, covers four orders of magnitude. Our results about the correlation between and global parameters to assess the complexity of the topology of the native structure, such as contact order and structural cooperativity, support the notion that the fastness of the folding process is essentially determined by the complexity of the topology of native structure.