Ligações de hidrogênio é um tema que tem despertado o interesse da comunidade científica desde o final do século XIX. Sua importância é enorme nos processos ligados à vida, como por exemplo na estabilização das estruturas de DNA e na manutenção da água em seu estado líquido. Várias metodologias teóricas foram desenvolvidas para o estudo de sistemas moleculares e das ligaçõas de hidrogênio, entre elas está o emprego de cálculos de teoria de perturbação de muitos corpos (MBPT). Uma alternativa aos cálculos moleculares com MBPT, que tem crescido em termos de aplicação e confiança, é o emprego da teoria do funcional da densidade (DFT). Nesta tese, calculamos propriedades de sistemas hidrogênio-ligados em clusters e líquidos, usando ambas as metodologias DFT e MBPT. Entre as propriedades consideradas estão constantes rotacionais, momentos de dipolo, energias de ligação, deslocamentos espectroscópicos quando da formação do complexo e espalhamento de luz. Parte desta tese é dedicada a salientar as diferenças entre as propriedades de um cluster otimizado e a estrutura de um líquido gerada por simulação de Monte Carlo. Comparamos os resultados obtidos para o complexo uréia-água nestas duas situações e reforçamos o fato de que líquido e cluster são situações físicas distintas, cujas propriedades também são diferentes. Os sistemas estudados foram HCN, CH IND. 3CN, HC IND. 3N, HC IND. 2NC, HCN...H IND. 2O, CH IND. 3CN...H IND.2O, (CH IND. 3) IND.3CCN...H IND. 2O e (NH IND. 2) IND. 2CO...H IND. 2O. Dos resultados obtidos nesta fase, verificamos que DFT é de fato uma alternativa completamente viável para a obtenção de propriedades de moléculas e biomoléculas hidrogênio-ligadas. / Hydrogen bonding is a topic of interest in the scientific community since the end of the XIX century. Its importance is enormous in processes related to life as, for example, the stabilization of DNA structures and the maintenance of water in its liquid state. Several theoretical methodologies were developed to study molecular systems and hydrogen bonds, among them is the use of many-body perturbation theory (MBPT). An alternative to MBPT, that has gained confidence, is the employment of the density functional theory (DFT). In the present thesis we calculate properties of hydrogen-bonded systems in clusters and liquids using both methodologies, DFT and MBPT. Among the properties considered are rotational constants, dipole moments, biding energies, spectroscopic shifts upon complex formation and light scattering. Part of this thesis is dedicated also to point out the difference between the properties of an optimized cluster and a liquid structure generated by Monte Carlo simulation. We compare the results obtained for the urea-water complex in these two situations and reinforce the fact that liquid and cluster are different physical situations, whose properties are also different. The systems studied were HCN, CH IND.3CN, HC IND.3N, HC IND.2NC, HCN H IND.2O and (NH IND.2)IND.2CO H IND.2O. from the results obtained in this thesis, we verify that DFT is indeed feasible to obtain properties of hydrogen bonded molecules and biomolecules.

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:50:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao_aline.pdf: 3429789 bytes, checksum: 82cf452f7244c55bd99e241aadcec89f (MD5) Previous issue date: 2007-05-07 / Coordenacao de Aperfeicoamento de Pessoal de Nivel Superior / The extracelullar matrix (ECM) is formed by an assembly of proteins and glycoproteins which surrounds the cells, in various tissues. The laminin is a glycoprotein localized in the ECM that consists of three polypeptidic chains cross- shaped. It functions by anchoring epithelial cells to basal lamin, through associations with integrins, collagen, elastin and fibronectin. Integrins are adhesion receptors localized on cellular surface, that mediate interactions between cells and ECM. The interactions between proteins of ECM and cellular proteins are crucial for many normal biological processes such as cell differentiation, signal transduction, immune responses, wound healing and metastasis formation. The nature of interactions between laminin and integrin has not been fully identified yet. The present work aims to analyze, in an molecular scale, the interaction between human α6β1 integrin and laminin 111. In this work we conducted many studies, including: i) structural and sequential alignments of β-propeller and βA regions in lacking I-domain integrins; ii) model building of β-propeller e βA regions of α6β1 integrin complexed with small ECD or RGD peptide antagonists; iii) sequential alignment of various laminin LG domains; iv) model building of laminin 111 LG1 domain; and v) model building of the first described complex between the N-terminal portion of α6β1 integrin and laminin 111 LG1 domain. In order to do this, homology modeling and molecular dynamics techniques were applied, together with alignments between integrins α and β chains, and laminin LG domains. Our initial results show that the loop between blades 3 and 4 of α6 integrin subunit discriminates ligands by electrostatic interactions. Therefore we assumed that α6β1 integrin preferentially interacts with ECDF based peptides. It was demonstrated that the laminin 111 LG1 domain interacts with α6β1 integrin by the contact of this H β strand and α6 β-propeller. Further, by its electrostatic function and proximity to H β strand, LG1 residue Asp82 adheres to Mg+2 containing MIDAS in α6β1 integrin. This interaction appears to be indispensable for α6β1 and laminin 111 binding. / A matriz extracelular (ECM) é definida como um complexo de proteínas e glicoproteínas que envolve as células nos mais diversos tecidos. A laminina é uma glicoproteína que é formada por três cadeias polipeptídicas dispostas em cruz. Sua função é a de ancorar as células epiteliais à ECM, da qual faz parte, através de associações a outras proteínas como as integrinas, o colágeno, a elastina e a fibronectina. As integrinas são receptores de adesão localizadas na superfície celular, que medeiam a interação célula-ECM. Estas interações são cruciais para diversos processos biológicos, tais como a diferenciação celular, a transdução de sinais, a resposta imunológica, a cicatrização de ferimentos e a formação de metástases. Porém a forma estrutural com que a interação entre a integrina e a laminina ocorre ainda não foi esclarecida. Neste contexto este trabalho visa analisar, em escala molecular, a forma com que a integrina α6β1 e a laminina 111 humanas interagem. Assim, foram conduzidos vários estudos, entre eles: i) alinhamentos estruturais e seqüenciais das regiões β-propeller e βA de integrinas não-possuidoras de domínio I; ii) construção do modelo das regiões β-propeller e βA da integrina α6β1 em complexo com pequenos inibidores peptídicos do tipo ECD ou RGD; iii) alinhamento entre os domínios LG de lamininas; iv) construção do modelo do domínio LG1 da laminina 111; e v) construção do primeiro modelo descrito do complexo formado pela porção N- terminal da integrina α6β1 e o domínio LG1 da laminina 111. Para tanto, foram aplicadas as técnicas de modelagem por homologia e dinâmica molecular, além de alinhamentos entre as cadeias α e β de integrinas, e dos domínios LG de lamininas. Inicialmente os resultados mostraram que o loop que corresponde à região entre os subdomínios D2 e D3 da cadeia α6 discrimina ligantes por interações eletrostáticas, e a partir disso, que a integrina α6β1 possui interação preferencialmente com peptídeos do tipo ECDF. Foi mostrado que o domínio LG1 de laminina 111 interage com a integrina α6β1 pelo contato da fita β H com o β-propeller de α6. Além disso, por seu caráter eletrostático e proximidade à fita β H , o resíduo Asp82 de LG1 se adere ao íon Mg+2 do MIDAS da integrina α6β1, e que esta interação é indispensável à ligação entre as duas proteínas.

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:57:48Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao_Corrigida_Final_Gregorio_2011.pdf: 7241946 bytes, checksum: cb82d524114ee5f3199d1239571fb2cd (MD5) Previous issue date: 2011-12-09 / The problem of predicting the native structure of proteins from their amino acid sequence is one of the major challenges of computational biology and implies very high computational cost. Several attempts have been made in the search for efficient algorithms and simplified models for protein structure prediction. In this respect, the inclusion and the correct description of the effects of protein solvent interaction are essential for the success of these methods, considering that the solvent plays a key role in the folding process and structural stability of proteins. Despite recent progress, the modelling of protein-solvent interactions in computer simulations remains a challenge. Implicit solvation models use different strategies to reproduce the effects of the solvent without representing their molecules discretely, doing this with a direct estimate of the solvation free energy. This work aimed to implement and carry out a comparative analysis of implicit solvation models described in the literature, and evaluate the impact of such models in the predictive capacity of the GAPF protein structure prediction suite ( Genetic Algorithms for Protein Folding ), developed in our research group GMMSB/LNCC. As some of the solvation models require the value of solvent accessible surface area (SASA) in their calculations, it was also necessary to implement a method that unites accuracy and computational efficiency. The methodology used in the POPS program was implemented for the calculation of the SASA, and the program MSMS is used as a reference for validation. Four solvation models were analyzed: EAS, I-SOLV, EEF1 e GBobc (used as reference). The thermal unfolding of 15 proteins via molecular dynamics (using the GROMACS simulation package) was carried out to evaluate the solvation models before these were placed in the context of a program for protein structure prediction. Seeking to evaluate the impact of each solvation model on GAPF, large scale tests on the ab initio prediction of structures of a set of 24 proteins were performed. The results show that: (i) the use of the POPS methodology is a good alternative for calculating the SASA; (ii) the solvation models I-SOLV, EEF1 and GBobc reflect the behavior of the SASA in their solvation free energies; (iii) with the exception of EAS, all the models were able to discriminate folding from unfolding structures; (iv) no model was able to discriminate close to native structures from structures with similar compression but with high RMSD (folded incorrectly); (v) the I-SOLV and EEF1 were the solvation models that came closest to the reference model GBobc; (vi) the solvation models I-SOLV and EEF1 provided an improvement in RMSD of predicted structures in the program GAPF with respect to experimental structures; (vii) the I-SOLV and EAS have the lowest computational cost among the evaluated solvation models, being faster than GBobc. The solvation models I-SOLV and EEF1 are the best alternative among those studied to model the effects of the solvation in the protein structure prediction. / O problema da predição da estrutura nativa de proteínas a partir da sua seqüência de aminoácidos é um dos grandes desafios da biologia computacional e implica em altíssimo custo computacional. Várias tentativas vêm sendo realizadas na busca de algoritmos e de modelos simplificados e eficientes para a predição de estruturas de proteínas. Nesse sentido, a inclusão e a correta descrição dos efeitos das interações entre a proteína e o solvente são essenciais para o sucesso desses métodos, haja vista que o solvente tem um papel fundamental no processo de enovelamento e estabilidade estrutural das proteínas. Apesar dos recentes progressos, a modelagem da interação proteína-solvente em simulações computacionais ainda é um desafio. Os modelos implícitos de solvatação utilizam diferentes estratégias para reproduzir os efeitos do solvente sem representar de forma discreta suas moléculas, e o fazem através de uma estimativa direta da energia livre de solvatação. O objetivo geral deste trabalho foi implementar e realizar uma análise comparativa de modelos implícitos de solvatação descritos na literatura, além de avaliar o impacto de tais modelos na capacidade preditiva do programa de predição ab initio de estruturas de proteínas GAPF, desenvolvido no GMMSB/LNCC. Como alguns modelos de solvatação requerem o valor da área de superfície acessível ao solvente (SASA) em seus cálculos, tornou-se também necessário, a implementação de um método que atrele acurácia e eficiência computacional. A metodologia utilizada no programa POPS foi implementada para o cálculo da SASA e o programa MSMS foi usado como referência para a validação da mesma. Quatro modelos de solvatação foram analisados: EAS, I-SOLV, EEF1 e GBobc (usado como referência). O desenovelamento térmico de 15 proteínas via dinâmica molecular (utilizando o pacote de simulação GROMACS) foi realizado com o objetivo de avaliar os modelos de solvatação antes desses serem inseridos no contexto de um programa de predição de estrutura de proteínas. Buscando apreciar o impacto de cada modelo de solvatação no programa GAPF, foram realizados testes em larga escala para a predição ab initio de estruturas de um conjunto de 24 proteínas. Os resultados obtidos mostram que: (i) o uso da metodologia do POPS apresenta-se como uma boa alternativa para o cálculo da SASA; (ii) os modelos de solvatação I-SOLV, EEF1 e GBobc refletem o comportamento da SASA nas suas energias livres de solvatação; (iii) com exceção do EAS, os demais modelos se mostram capazes de discriminar estruturas enoveladas de estruturas desenoveladas; (iv) nenhum dos modelos foi capaz de discriminar de forma satisfatória estruturas enoveladas de estruturas com compactação similar e alto RMSD (enoveladas incorretamente); (v) os modelos I-SOLV e EEF1 foram os que mais se aproximaram do modelo de referência GBobc; (vi) os modelos de solvatação I-SOLV e EEF1 proporcionaram uma melhora no RMSD das estruturas preditas no programa GAPF em relação às estruturas experimentais; (vii) o ISOLV e o EAS apresentam o menor custo computacional dentre os modelos de solvatação avaliados, sendo mais rápidos que o GBobc. Os modelos de solvatação ISOLV e EEF1 apresentam-se como as melhores alternativas, dentre as estudadas, para a modelagem dos efeitos da solvatação na predição de estrutura de proteínas.

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:57:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 GOLIATT_PVZC_thesis.pdf: 13370494 bytes, checksum: 2621901d59798613ae8fdb2d938dda20 (MD5) Previous issue date: 2011-06-27 / The knowledge of the three-dimensional (3D) conformation of the native structure of proteins has assisted biotechnological researches as those focused on protein design and structure based drug design. As an alternative to the techniques of experimental prediction and theoretical prediction via comparative modeling, the theoretical prediction via ab initio technique has been increasingly exploited. In the ab initio technique, the 3D protein structure prediction (PSP) is performed based only on its amino acid sequence and in their physicochemical properties. However, to obtain solutions that represent native structures, methods of ab initio PSP require a large number of function evaluations which limits their use in studies of more complex proteins. In the CG model, the representation of each amino acid is reduced to a set of few interaction sites, significantly reducing the number of degrees of freedom to be treated, and thus reducing the computational cost needed to evaluate each structure during the optimization process. In this work, we developed and implemented a CG model applied to the PSP problem, including the ability to simulate the presence of disulfide bonds. This model was adapted to the GAPF program (Genetic Algorithm for Protein Folding), previously developed by the "Grupo de Modelagem Molecular de Sistemas Biológicos" (GMMSB/ LNCC) and originally implemented for the PSP via ab initio technique using an all-atom model representation. The CG model has been tested on a set of 36 structures with sizes ranging from 18 to 106 amino acid residues, and covering the different classes of proteins (i.e. mainly alpha, alpha+beta and mainly beta). The results showed that the CG model proposed promoted improvements in predictive ability of GAPF program, now being able to predict β-sheet structures, and a decrease of approximately 80% of computational time. / O conhecimento da conformação tridimensional (3D) da estrutura nativa de uma proteína tem auxiliado pesquisas biotecnológicas como as voltadas à engenharia de proteínas e ao desenho racional de fármacos. Como alternativa às técnicas de predição experimental e à técnica de predição teórica via modelagem comparativa, a técnica de predição teórica via ab initio tem sido cada vez mais explorada. Na técnica ab initio, a predição da estrutura 3D de uma proteína (PSP) é feita baseando-se apenas na sua sequência de resíduos de aminoácidos e nas propriedades físico-químicas dos mesmos. Entretanto, os métodos de PSP ab initio, para chegarem à soluções que representem estruturas nativas, requerem um grande número de avaliações de função o que limita suas aplicações em estudos de proteínas mais complexas. Uma possível solução para este problema é o uso de uma representação simplificada do sistema (modelo coarse-grained - CG). No modelo CG, a representação de cada aminoácido é reduzida a um conjunto de poucos sítios de interação, diminuindo significativamente o número de graus de liberdade a serem tratados e, portanto, reduzindo o custo computacional necessário na avaliação de cada estrutura durante o processo de otimização. Neste trabalho, foi desenvolvido e implementado um modelo CG aplicado ao problema de predição de estruturas 3D de proteínas, incluindo-se a possibilidade de simular a presença de ligações dissulfídicas. Este modelo foi adaptado ao programa GAPF (Genetic Algorithm for Protein Folding), previamente desenvolvido no Grupo de Modelagem Molecular de Sistemas Biológicos (GMMSB/ LNCC) e originalmente implementado para a PSP via técnica ab initio usando um modelo de representação de todos os átomos do sistema. O modelo CG desenvolvido foi testado em um conjunto de 36 estruturas, de tamanhos variando entre 18 e 106 resíduos de aminoácidos, e abrangendo as distintas classes de proteínas (i.e. preferencialmente alfa, alfa+beta e preferencialmente beta). Os resultados obtidos mostraram que o modelo CG proposto resultou em melhorias na capacidade preditiva do programa GAPF, sendo agora capaz de predizer conformações em folha-β, e na redução de aproximadamente 80% do tempo computacional.

Made available in DSpace on 2015-03-04T18:57:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 dissertacao_alex.pdf: 2178182 bytes, checksum: 4e4873404ccf1ab02089a71aff029235 (MD5) Previous issue date: 2012-04-11 / At the American continent several hantavirus cause hantavirus pulmonary syndrome, considered an emerging and important public health problem. In Brazil, since the first outbreak at the beginning of the 1990s, more than 1440 cases have been documented in 14 of the 27 states, with a mortality rate of 40 to 70%. Interestingly, despite the absence of reported cases at states of the Espírito Santo, Mato Grosso do Sul and Rio de Janeiro which bordering states with high incidence, different studies conducted had identified infected rodents reservoirs with pathogenic hantaviruses at this places, leading to a series of questions that couldn't be answered until this moment. The main objective of this study was to contribute to an understanding to the genetic diversity of hantaviruses identified in Brazil analyzing the complete sequence of genomic S segment. Initially a survey was conducted in online databases (GenBank) in order to obtain the complete nucleotide sequences of the S segment of different hantavirus, with emphasis on Brazilian sequences. From a total of 334 sequences retrieved, only 14 belonged to Brazil, all sequences recovered from human samples; 12 were genotype Araucaria (Juquitiba) and two, genotype Araraquara,. With this result, biological seroreactive animal samples, stored at Laboratório de Hantaviroses e Rickettsioses IOC FIOCRUZ, were selected and submitted to PCR. Primers were designed and developed to amplify the entire genomic S segment. The sequencing of 23 samples of wild rodents in endemic and non-endemic areas from seven Brazilian states made possible to provide (i) the first description and molecular characterization of a hantavirus in the state of the Espírito Santo, (ii) the first description of the genotype Juquitiba in the rodent species Oligoryzomys fornesi in Brazil, (iii) the complete sequence of the first S segment Jabora genotype. The phylogenetic analysis showed, in a unpublished way, the wide genetic diversity of Brazilian hantavirus. It wasn t possible to observe an association pattern between host or geography, confirming results obtained in available recent studies. / No continente americano vários hantavírus causam síndrome pulmonar por hantavírus, um emergente e importante problema de saúde pública nas Américas. No Brasil, desde o primeiro surto da doença no inicio da década de 1990, mais de 1.440 casos já foram documentados em 14 dos 27 estados brasileiros, com uma taxa de letalidade de 40 a 70%. Curiosamente, apesar da ausência de notificação de casos, nos estados como Espírito Santo, Mato Grosso do Sul e Rio de Janeiro, localizados na divisa de estados de elevada incidência, estudos desenvolvidos têm identificado roedores reservatórios infectados com hantavírus patogênicos, levando a uma série de questionamentos que, até a presente data, não pode ser respondido. O objetivo principal deste trabalho foi contribuir para o conhecimento da diversidade genética dos hantavírus identificados no Brasil a partir das sequências completas do segmento genômico S. Inicialmente um levantamento foi realizado em bases de dados on-line (GenBank®) visando à obtenção das sequências completas de nucleotídeos do segmento S dos diferentes hantavírus, com ênfase nas sequências brasileiras. De um total de 334 sequências recuperadas, somente 14 sequências foram de hantavírus brasileiros sendo 12 delas do genótipo Araucária (Juquitiba) e duas do genótipo Araraquara, todas recuperadas de amostras humanas. Diante deste resultado, amostras biológicas de animais sororreativos acondicionadas no Laboratório de Hantavíroses e Rickettsioses IOC FIOCRUZ foram selecionadas e submetidas à PCR. Para isso, iniciadores (primers) foram desenhados e desenvolvidos para amplificação de todo o segmento genômico S. O sequenciamento de 23 amostras de roedores silvestres em áreas endêmicas e não endêmicas, em sete estados brasileiros, possibilitou a (i) primeira descrição e caracterização molecular de um hantavírus no estado do Espírito Santo; (ii) a primeira descrição do genótipo Juquitiba no roedor da espécie Olygorizomys fornesi no Brasil; (iii) a primeira sequência completa do segmento S do genótipo Jaborá. Na avaliação filogenética foi observada, em caráter inédito, a ampla diversidade genética dos hantavírus brasileiros. Não foi possível visualizar um padrão de associação hospedeiro ou geográfico, corroborando com os resultados obtidos em estudos recentes disponíveis.

Neste trabalho estudou-se o comportamento de um laser de CO2 contínuo com uma célula absorvedora e um obturador ótico ("chopper") no interior de sua cavidade ressonante. Verificou-se que a introdução da célula absorvedora determina o surgimento de oscilação laser em outras linhas de diferentes bandas do espectro de emissão do laser de CO2. Foi estudado o desempenho do sistema quando da utilização de dois gases absorvedores: o Hexafluoreto de Enxofre (SF6) e o Etileno (C2H4), nas faixas de pressão de 0 a 45 Torr e de 0 a 300 Torr, respectivamente. Foi, também, elaborado um modelo teórico, baseado em equações de taxa, para descrever o comportamento do conjunto laser + absorvedor, sendo que este modelo dá uma visão qualitativa do comportamento do sistema. Por último, foi feita uma comparação entre os resultados experimentais e os resultados obtidos através do modelo teórico.

A determinação da conformação tridimensional, correspondente ao estado fundamental de aglomerados atômicos, é um dos temas de investigação da Física Computacional. Particularmente, duas razões fazem com que essa determinação torne-se uma tarefa árdua. Em primeiro lugar, o problema mecânico-quântico a ser resolvido é muito custoso, em termos computacionais. Segundo, a hipersuperfície de energia, relacionada a esses sistemas, apresenta uma grande quantidade de mínimos locais.Para superar esses problemas, desenvolvemos um procedimento computacional, baseado no Algoritmos Genéticos (GA), capaz de encontrar a conformação referente ao mínimo global de tais aglomerados. A partir de estudos preliminares, associamos as melhores características dos algoritmos genéticos (GA) e do simulated annealing (SA), desenvolvendo um algoritmo híbrido (HA). Este novo algoritmo apresentou fraca depedência dos parâmetros iniciais, estratégia de busca em paralelo, rápida convergência, alta precisão e resolução. O HA foi capaz de predizer 3 novas conformações para o aglomerado Si20 que, dentro dos limites da aproximação Tight-Binding, representam conformações de menor energia de ligação por átomo, quando comparadas com modelos anteriormente propostos na literatura. A seguir, desenvolvemos um sistema classificador (CS) capaz de aprender sobre as informações conformacionais extraídas dos aglomerados menores, para predizer a conformação, dos maiores. Essas tácnicas (GA, SA e CS) foram reunídas em um único algoritmo. Na determinação da conformação do aglomerado Si20, o algoritmo apresentado nessa tese superou o GA e o SA, em termos de tempo de CPU requerido, por um fator de 104. Em princípio, as idéias e algoritmos apresentados nessa tese podem ser aplicados na otimização de quaisquer sistemas poliatômicos.

Este trabalho consiste num estudo teórico da espectroscopia e da ligação química de alguns estados eletrônicos de várias moléculas diatômicas a partir de princípios fundamentais da química teórica. Como abordagem de cálculo da estrutura eletrônica utilizou-se o método interação de configurações (CI) com as funções de onda adaptadas às simetrias espacial e de spin. Essas funções foram geradas como excitações simples e duplas a partir de um conjunto de múltiplas referências (MRSDCI) e com posterior seleção por teoria de perturbação. As moléculas diatômicas heteronucleares estudadas são aquelas formadas pelo átomo de cálcio (Ca) com os átomos de boro (B), carbono (C), nitrogênio (N), oxigênio (O) e flúor (F). Como também aquelas moléculas envolvendo o átomo de berílio (Be) e magnésio (Mg) com os átomos de boro e carbono. Um estudo comparativo das várias propriedades espectroscópicas destas moléculas também faz parte dos objetivos principais deste trabalho. Desta maneira, as moléculas estudadas foram, BeB, MgB, CaB, BeC, MgC, CaC, CaN, CaO e CaF, totalizando vinte e um estados eletrônicos estudados.Para cada molécula, estudou-se diferentes estados eletrônicos de mais baixa energia, principalmente aqueles que dissociam para os primeiros canais de dissociação. A caracterização espectroscópica destas espécies foi realizada através da obtenção de curvas de energia potencial, funções momento de dipolo, funções momento de transição, níveis vibracionais, probabilidades de transições vibrônicas, tempos de vida radiativa e das análises de suas respectivas funções de onda.

O presente projeto representa uma extensão dos paradigmas que criamos com estudos de simulação molecular para compreender as frequentes mudanças de estrutura e função das Aldeído Desidrogenases (ALDHs) durante a evolução. As ALDHs formam uma superfamília de proteínas que catalisam a oxidação de vários aldeídos, mas as origens evolutivas das preferências pelos seus substratos são pouco conhecidas. Apesar de possuírem uma elevada identidade sequencial, duas destas ALDHs, a ALDH1 e a ALDH2, exibem distintos papéis funcionais de sinalização celular e detoxicação, respectivamente. Através de prévia análise computacional e logenética, identicamos que, curiosamente, as ALDH1s de organismos invertebrados, Branchiostoma oridae e Ciona intestinalis apresentam características estruturais mais semelhantes às de suas ALDH2s do que das ALDH1 típicas. Isto sugere que essas ALDH1s divergentes podem ter evoluído na direção da atividade de degradação de aldeídos pequenos e tóxicos, que parecem representar a função ancestral das ALDH2s eucarióticas. Nossa análise identicou três assinaturas de aminoácidos localizadas na área interna do canal de entrada do substrato (CES) que distinguem as ALDH1 das ALDH2. Desta forma, constatamos que as ALDH1s possuem um CES amplo e desobstruído, consistente com o fato destas enzimas catalisarem aldeídos de cadeia longa como o retinaldeído, que é um precursor de vias de sinalização por retinóides. Em contraste, as ALDH2s possuem o CES pouco volumoso e constrito, consistente com sua função na degradação de pequenos aldeídos tóxicos e reativos, como o acetaldeído. Neste projeto o nosso objetivo é analisar a correlação funcional e estrutural entre as ALDH1 e ALDH2 presentes em B. oridae e C. intestinalis para desvendar e compreender seus papéis funcionais e evolutivos em cordados. Especicamente, testaremos a hipótese de que as três assinaturas descritas constituem o núcleo fundamental da preferência por substratos, e que sua inversão por mutações sitio-dirigidas entre ALDH1 e ALDH2 modicará a preferência de substrato de acordo com a origem da assinatura. Se conrmado experimentalmente, este será um exemplo pioneiro de reversão evolutiva molecular, que terá impacto direto sobre as interpretações atuais sobre controversa lei de Dollo da irreversibilidade evolutiva. / This project represents an extension of the paradigms that we created from our molecular simulation studies to understand the frequent structure and function changes of aldehyde dehydrogenases (ALDH) during evolution. The ALDHs form a superfamily of proteins that catalyze the oxidation of several aldehydes, but the evolutionary origins of their substrate preference are unknown. Despite having a high sequence identity, two of these ALDHs, the ADLH1, and ALDH2, exhibit distinct functional roles of cellular signaling and detoxication, respectively. Through previous computational and phylogenetic analysis, we found that, interestingly, the ALDH1s of invertebrate organisms (Branchiostoma oridaeand Ciona intestinalis) show structural features more similar to their ALDH2s than the typical ALDH1. It suggests that these divergent ALDH1sevolved to provide small aldehydes detoxication pattern, what seems to represent the ancestral eukaryotic ALDH2s function. Our analysis also identied three aminoacidsignatures, located internally in the substrate entry channel (SEC), that distinguishes the ALDH1 from ALDH2. Thus, we nd that ALDH1s have a wide, open and unobstructed SEC, consistent with the fact that these enzymes catalyze bulky long-chainaldehydes, like retinaldehyde, a precursor of important signaling pathways. In contrast, the ALDH2s have a small and constricted SEC, consistent with the degradation function of small aldehydes, like the toxic metabolite acetaldehyde. In this project, our objective is to understand the functional and structural correlation between ALDH1 and ALDH2 found in B. oridaeand C. intestinalisto discover and comprehend their functional and evolutionary roles in chordates. Specically, we will test the hypothesis that the three signatures described above are the fundamental core of the substrate preference, based on the signature origin. If conrmed experimentally, this will be a pioneeringexample of evolutionary molecular reversion, impacting directly on the current interpretations of the controversial Dollos Law of Irreversibility.

Orientador: Fernanda Canduri / Banca: Andreia Machado Leopoldino / Banca: José Ramon Beltran Abrego / Resumo: As CDKs têm sido extensivamente estudadas, porque exercem papéis essenciais na regulação da proliferação celular, nos processos neuronais e transcricionais. A progressão do ciclo celular é firmemente controlada pela atividade das CDKs. Este projeto de Mestrado tem como objetivo estudar a interação das proteínas CDK8 e CDK10 com vários inibidores, e estabelecer as bases estruturais para inibição das mesmas. Foram realizadas modelagens moleculares dos complexos binários CDKs:Inibidores, utilizando como molde a estrutura da CDK2 complexada com os mesmos ligantes: ATP, flavopiridol, olomoucina e roscovitina. Para realização dessas modelagens foi utilizado o programa Parmodel, que é uma implementação paralela do programa MODELLER. Espera-se que os modelos computacionais produzam avanços no entendimento de suas estruturas, destacando-se seus sítios de ligações, para um possível estudo sobre inibidores específicos para estas CDKs. / Abstract: The CDKs have been extensively studied because of their essential role in the regulation of cell proliferation, in the neuronal process and transcription. Cell cycle progression is tightly controlled by the activity of CDKs. This master project aimed to study the interaction of the CDK8 and CDK10 with several inhibitors in order to establish the structural bases for its inhibition. Were carried out the molecular modeling of the binary complexes CDKs:Inhibitors, using as template the CDK2 structure with the following ligands and inhibitors: ATP, Flavopiridol, Olomoucine and Roscovitine. For the achievement of those modeling was utilized the Parmodel program which is a parallel implementation of the MODELLER program. One expects that the computational models produce advances in the agreement structures, showing their binding sites, for a possible study about specific inhibitors against CDKs. / Mestre