Most engineering systems have some degree of uncertainty in their input and operating parameters. The interaction of these parameters leads to the uncertain nature of the system performance and outputs. In order to quantify this uncertainty in a computational model, it is necessary to include the full range of uncertainty in the model. Currently, there are two major technical barriers to achieving this: (1) in many situations -particularly those involving multiscale phenomena-the stochastic nature of input parameters is not well defined, and is usually approximated by limited experimental data or heuristics; (2) incorporating the full range of uncertainty across all uncertain input and operating parameters via conventional techniques often results in an inordinate number of computational scenarios to be performed, thereby limiting uncertainty analysis to simple or approximate computational models. This first objective is addressed through combining molecular and macroscale modeling where the molecular modeling is used to quantify the stochastic distribution of parameters that are typically approximated. Specifically, an adsorption separation process is used to demonstrate this computational technique. In this demonstration, stochastic molecular modeling results are validated against a diverse range of experimental data sets. The stochastic molecular-level results are then shown to have a significant role on the macro-scale performance of adsorption systems. The second portion of this research is focused on reducing the computational burden of performing an uncertainty analysis on practical engineering systems. The state of the art for uncertainty analysis relies on the construction of a meta-model (also known as a surrogate model or reduced order model) which can then be sampled stochastically at a relatively minimal computational burden. Unfortunately these meta-models can be very computationally expensive to construct, and the complexity of construction can scale exponentially with the number of relevant uncertain input parameters. In an effort to dramatically reduce this effort, a novel methodology "QUICKER (Quantifying Uncertainty In Computational Knowledge Engineering Rapidly)" has been developed. Instead of building a meta-model, QUICKER focuses exclusively on the output distributions, which are always one-dimensional. By focusing on one-dimensional distributions instead of the multiple dimensions analyzed via meta-models, QUICKER is able to handle systems with far more uncertain inputs. / Ph. D.

Muitas espécies do gênero Aristolochia (Familia Aristolochiaceae) têm sido usadas na medicina tradicional e folclórica como medicamentos e tônicos, as quais demonstravam atividades farmacológicas de interesse clínica e medica como anti-hemorrágica, anti-parasita, antibacteriano, antifúngico, analgésico, antitumoral entre outras. Visando a obtenção de mais informações sobre essas plantas e na procura por substâncias com efeitos antiofídicos, neste trabalho avaliou-se à ação de extratos aquoso, metanólico e de acetato de etila de folhas e caule contra as ações tóxicas da peçonha de Bothrops asper, ambos procedentes do Panamá e contra o efeito miotóxico da peçonha de Bothrops jararacussu e das miotoxinas BthTX-I (isolada de B. jararacussu) e Mtx-II (isolada de B. asper). O extrato das folhas em acetato de etila apresentou a melhor inibição da atividade fosfolipásica da peçonha de B. asper, demonstrando inibição de 45%, 35% e 33% nas proporções de 1:5, 1:10 e 1:30 (m/m), respectivamente. Enquanto que, o extrato de caule em acetato de etila demonstrou maior eficácia na neutralização da atividade coagulante, e, além disso, inibiu 96%, 92% e 87% do edema, da miotoxicidade e hemorragia induzidas pela peçonha de B. asper, respectivamente. Os percentuais diferenciados na neutralização das ações tóxicas da peçonha de Bothrops asper, revelam diferentes perfis do potencial antiofídico de Aristolochia sprucei. Um dos componentes bioativos foi isolado do extrato de caule desta planta por CLAE, e a caracterização química, por ressonância magnética nuclear, demonstrou ser o ácido aristolóquio que inibiu a atividade miotóxica das peçonhas de B. jararacussu e de B. asper em 80% e 85% e assim como a atividade miotóxica da BthTX-I e Mtx-II em 64% e 60%, respectivamente. A atividade hemolítica indireta da peçonha de B. asper foi inibida em 43% pelo o ácido aristolóquio. A análise dos espectros de dicroísmo circular e os estudos de interação por modelagem molecular sugerem que o ácido aristolóquio forma um complexo com a Mtx-II de B. asper inibindo sua atividade. A ligação do ácido aristoloquio com as miotoxinas (MjTX-1, BthTX-II) modificou a forma e a intensidade dos espectros de dicroísmo circular da miotoxina e induziu alterações na porcentagem dos diversos domínios que constituem a estrutura secundária desta miotoxina. Os resultados obtidos confirmam que os extratos de A. sprucei possuem propriedades antiofídicas e sugerem a necessidade de aprofundar estudos que permitam utilizar com segurança os extratos e o principio ativo isolado como suplementos dos antisoros para aumentar a eficácia na neutralização dos efeitos tóxicos locais da peçonha das serpentes. / A lot of species of genus Aristolochia (Familia Aristolochiacheae) have been used in traditional medicine and folk, such as medicaments and tonics, which show pharmacological activities of clinic and medical interest, like antihemorragic, antiparasitic, antibacterial, antifungic, analgesic, antitumoral between others. Expecting to get more information about these plants and in the search by substances with antiophidic effects, in this work was evaluated the action of aqueous, metanolic and ethyl acetate extracts from leaves and stems of Aristolochia sprucei against the toxic action of Bothrops asper venom, both native from Panamá and against the myotoxic effect of Bothrops jararacussu venom and BthTX1 (isolated from B. jararacussu) and Mtx-II (isolated from Bothorps asper). The leaves extracts in ethyl acetate showed the best inhibition registered of PLA2 activity of venom de B. asper showing inhibition of 45 %, 35 % and 33 %, in proportion (m/m) of 1:5, 1:10 and 1:30 respectively. As regards to stem extract in ethyl acetate, it showed high efficacy in neutralization of coagulant activity, besides It inhibited 96 %, 92 % and 87 % of edema, myotoxicity and hemorrhage induced by B. asper venom, respectively. One of bioactives components was isolated from stem extract of this plant by CLAE and the chemical characterization by nuclear magnetic resonance, this showed that the compound is the aristolochic acid. This compound inhibited the myotoxic activity of B. jararacussu and B. asper venom in 80 % and 85 %, so like myotoxic activity of BthTx-I and MTx-II in 64 % and 60 % respectively. The indirect hemolytic activity of B. asper venom was inhibited in 43 % by the aristolochic acid. The analyze of spectrum of circular dichroism and the studies of interaction by molecular modelagem suggest that the aristolochic acid forms a complex 1:1 with the miotoxin inhibiting their activity. The joint of aristolochic acid with the miotoxins (MjTX-1, BthTx-II) changes the way and the intensity of spectra from dichroism circular of miotoxin and It induced alteration in percentage of several domains that constitute a secondary structure from this toxin. The results obtained confirm that the extracts of A. sprucei have antiophidic properties and it suggest the necessity of deepen studies that allow to use with safety the extracts and the isolated active principle, like antiserum supplements to increase the efficacy in the neutralization of local toxics effects of snakes venoms.

No description available.

Muitas espécies do gênero Aristolochia (Familia Aristolochiaceae) têm sido usadas na medicina tradicional e folclórica como medicamentos e tônicos, as quais demonstravam atividades farmacológicas de interesse clínica e medica como anti-hemorrágica, anti-parasita, antibacteriano, antifúngico, analgésico, antitumoral entre outras. Visando a obtenção de mais informações sobre essas plantas e na procura por substâncias com efeitos antiofídicos, neste trabalho avaliou-se à ação de extratos aquoso, metanólico e de acetato de etila de folhas e caule contra as ações tóxicas da peçonha de Bothrops asper, ambos procedentes do Panamá e contra o efeito miotóxico da peçonha de Bothrops jararacussu e das miotoxinas BthTX-I (isolada de B. jararacussu) e Mtx-II (isolada de B. asper). O extrato das folhas em acetato de etila apresentou a melhor inibição da atividade fosfolipásica da peçonha de B. asper, demonstrando inibição de 45%, 35% e 33% nas proporções de 1:5, 1:10 e 1:30 (m/m), respectivamente. Enquanto que, o extrato de caule em acetato de etila demonstrou maior eficácia na neutralização da atividade coagulante, e, além disso, inibiu 96%, 92% e 87% do edema, da miotoxicidade e hemorragia induzidas pela peçonha de B. asper, respectivamente. Os percentuais diferenciados na neutralização das ações tóxicas da peçonha de Bothrops asper, revelam diferentes perfis do potencial antiofídico de Aristolochia sprucei. Um dos componentes bioativos foi isolado do extrato de caule desta planta por CLAE, e a caracterização química, por ressonância magnética nuclear, demonstrou ser o ácido aristolóquio que inibiu a atividade miotóxica das peçonhas de B. jararacussu e de B. asper em 80% e 85% e assim como a atividade miotóxica da BthTX-I e Mtx-II em 64% e 60%, respectivamente. A atividade hemolítica indireta da peçonha de B. asper foi inibida em 43% pelo o ácido aristolóquio. A análise dos espectros de dicroísmo circular e os estudos de interação por modelagem molecular sugerem que o ácido aristolóquio forma um complexo com a Mtx-II de B. asper inibindo sua atividade. A ligação do ácido aristoloquio com as miotoxinas (MjTX-1, BthTX-II) modificou a forma e a intensidade dos espectros de dicroísmo circular da miotoxina e induziu alterações na porcentagem dos diversos domínios que constituem a estrutura secundária desta miotoxina. Os resultados obtidos confirmam que os extratos de A. sprucei possuem propriedades antiofídicas e sugerem a necessidade de aprofundar estudos que permitam utilizar com segurança os extratos e o principio ativo isolado como suplementos dos antisoros para aumentar a eficácia na neutralização dos efeitos tóxicos locais da peçonha das serpentes. / A lot of species of genus Aristolochia (Familia Aristolochiacheae) have been used in traditional medicine and folk, such as medicaments and tonics, which show pharmacological activities of clinic and medical interest, like antihemorragic, antiparasitic, antibacterial, antifungic, analgesic, antitumoral between others. Expecting to get more information about these plants and in the search by substances with antiophidic effects, in this work was evaluated the action of aqueous, metanolic and ethyl acetate extracts from leaves and stems of Aristolochia sprucei against the toxic action of Bothrops asper venom, both native from Panamá and against the myotoxic effect of Bothrops jararacussu venom and BthTX1 (isolated from B. jararacussu) and Mtx-II (isolated from Bothorps asper). The leaves extracts in ethyl acetate showed the best inhibition registered of PLA2 activity of venom de B. asper showing inhibition of 45 %, 35 % and 33 %, in proportion (m/m) of 1:5, 1:10 and 1:30 respectively. As regards to stem extract in ethyl acetate, it showed high efficacy in neutralization of coagulant activity, besides It inhibited 96 %, 92 % and 87 % of edema, myotoxicity and hemorrhage induced by B. asper venom, respectively. One of bioactives components was isolated from stem extract of this plant by CLAE and the chemical characterization by nuclear magnetic resonance, this showed that the compound is the aristolochic acid. This compound inhibited the myotoxic activity of B. jararacussu and B. asper venom in 80 % and 85 %, so like myotoxic activity of BthTx-I and MTx-II in 64 % and 60 % respectively. The indirect hemolytic activity of B. asper venom was inhibited in 43 % by the aristolochic acid. The analyze of spectrum of circular dichroism and the studies of interaction by molecular modelagem suggest that the aristolochic acid forms a complex 1:1 with the miotoxin inhibiting their activity. The joint of aristolochic acid with the miotoxins (MjTX-1, BthTx-II) changes the way and the intensity of spectra from dichroism circular of miotoxin and It induced alteration in percentage of several domains that constitute a secondary structure from this toxin. The results obtained confirm that the extracts of A. sprucei have antiophidic properties and it suggest the necessity of deepen studies that allow to use with safety the extracts and the isolated active principle, like antiserum supplements to increase the efficacy in the neutralization of local toxics effects of snakes venoms.

Lors de la dégustation des vins rouges, une sensation de sécheresse nommée astringence peut avoirlieu. Cette sensation est causée par l’interaction des tanins du vin et des protéines salivairescorrespondant à un phénomène d’une extrême complexité. Cinq tanins représentatifs des vins B1, B2,B3, B4 et C2, et trois peptides représentatifs des protéines de la salive IB714, IB937 et l’histatine 3 ontété synthétisés et étudiés par des approches de physico-chimie et de biologie structurale telles que laRMN, le dichroïsme circulaire et la modélisation moléculaire. Après une étude structurale, lesparamètres de l’interaction ont été déterminés pour l’ensemble des systèmes permettant de construiredes échelles d'affinités montrant l’influence de la structure tridimensionnelle des tanins et de leurnature (degrés de polymérisation), de la longueur du peptide et la meilleure affinité des tanins pour lesPRP comparées aux PRH. Ces études ont également mis en évidence l’importance de la concentrationen tanin sur le phénomène de précipitation. En dessous de leur CMC, les tanins forment des colloïdesavec les peptides par le biais de liaisons hydrogènes, et au-dessus de leur CMC, les interactionshydrophiles restent préférentielles mais des interactions hydrophobes interviennent dans un deuxièmetemps. / During tasting of red wines, a sensation of dryness named astringency may occur. This sensation iscaused by the interaction between wine tannins and salivary proteins corresponding to an extremelycomplex phenomenon. Five representative wine tannins B1, B2, B3, B4 and C2, and threerepresentative peptides IB714, IB937 and histatin 3 from saliva were synthesized and studied byphysical chemistry and biology structural tools, such as NMR, circular dichroism and molecularmodeling. After a structural study, the parameters of the interaction were determined for all systemsallowing to build affinities scales, showing the influence of three-dimensional structure of tannins andtheir nature (degree of polymerization), the influence of the peptide length and the higher affinity oftannins for PRP than HRP. These studies have also highlighted the importance of concentration oftannin on the phenomenon of precipitation. Below their CMC, tannins bind specifically to salivaryproteins. Above the CMC, the specific interactions are still present, but tannins can also form micellesand create hydrophobic interactions.

The growing prevalence of antibiotic-resistant bacteria is a global health crisis that threatens the effectiveness of antibiotics in medical treatment. Increases in the number of antibiotic-resistant bacteria and a drop in the pharmaceutical development of novel antibiotics have combined to form a situation that is rapidly increasing the likelihood of a post-antibiotic era. The development of antibiotics with novel enzymatic targets is critical to stall this growing crisis. In silico methods of molecular modeling and drug design were utilized in the development of novel tryptamine analogs as potential antibiotics through their inhibition of the bacterial enzyme tryptophan synthase. Following the creation of novel tryptamine analogs, the molecules were analyzed in silico to determine their binding affinity to human MAOB and the E. coli α-subunit, E. coli β2-dimer and the M. tuberculosis β2-dimer of tryptophan synthase. Ten tryptamine analogs displayed significant increases in tryptophan synthase binding affinity and show promise as potential antibiotics and antibiotic adjuvants. Further in silico modeling determined that the binding sites of the tryptamine analogs were similar to wild-type tryptamine in the E. coli β2-dimer, the M. tuberculosis β2-dimer and human MAOB, while the analogs’ binding sites to the E. coli α-subunit differed. Although no tryptamine analogs increased tryptophan synthase binding affinity while decreasing human MAOB binding affinity, related increases in MAOB binding affinity warrants further research into the analogs’ potentials as MAO inhibitors. Given the increases in tryptophan synthase binding affinity and similar β2-dimer binding sites, a provisional patent was filed on the ten identified tryptamine analogs. Moving forward, we recommend the synthesis of the ten identified tryptamine analogs. Following synthesis, further research should be conducted to determine the in vitro and in vivo antibiotic properties of the ten tryptamine analogs.

A doença de Chagas, também conhecida como tripanossomíase americana, é uma das doenças tropicais mais devastadoras e é causada pelo protozoário Trypanosoma cruzi. O parasita expressa uma enzima de superfície, Trypanosoma cruzi trans-sialidase (TcTS), responsável pela transferência de ácidos siálicos de células do hospedeiro para moléculas de -galactose terminais presentes em glicoproteínas de sua superfície. As moléculas de glicoproteína sialiladas estão envolvidas na adesão e subsequente penetração do parasita em células hospedeiras. Logo, TcTS desempenha papel fundamental no reconhecimento e na invasão de células do hospedeiro. Além disso, a ausência de trans-sialidase em seres humanos faz de TcTS um alvo potencial a ser explorado, no entanto nenhum inibidor desta enzima (em concentração nanomolar) é conhecido até o momento. Considerando a importância da unidade de galactose e da função carboxila do ácido siálico para interações no sítio activo de TcTS, focamos na síntese de derivados de galactose com ácido succínico em diferentes posições do anel de açúcar e sua avaliação biológica em TcTS. Além disso, foi proposta uma busca por novos inibidores de TcTS através de técnicas de modelagem molecular, como triagem virtual baseada no sítio ativo da enzima. -D-galactose e -Dgalactopiranosídeo de metila, disponíveis comercialmente, foram tratados com reagentes adequados para fornecer alguns intermediários com apenas uma hidroxila livre em poucas etapas. O tratamento destes compostos com anidrido succínico em piridina levou à formação dos respectivos derivados com ácido succínico em todas as posições do anel galactosídico. Após etapa de desproteção foi obtido apenas o derivado com ácido succínico na posição 4 (85), que foi testado em TcTS por ensaio fluorimétrico in vitro para avaliação de sua atividade inibitória. Adicionalmente, 85 foi testado em ensaios in vitro para avaliação de sua atividade tripanocida e citotóxica. De acordo com os ensaios biológicos, o composto 85 apresentou atividade inibitória promissora (56%) na concentração de 1,0 mM. Esse resultado preliminar foi importante para mostrar que esse tipo de derivado pode atuar como inibidor de TcTS e para orientar a síntese de novos derivados de galactose. O valor da atividade tripanocida foi inferior a 40% (0,5 mM) e não foi observada citotoxicidade na concentração de 0,5 mM. Os estudos de triagem virtual realizados neste trabalho através de simulações de \"docking\" resultaram na seleção das 50 melhores moléculas, baseada na orientação de maior pontuação, dentre 50.000 encontradas na base de dados diverset. O próximo passo envolve novos estudos para filtrar as moléculas mais promissoras para serem testadas em TcTS. / Chagas\' disease, also known as American trypanosomiasis, is one of the most devastating tropical diseases and it is caused by the protozoan Trypanosoma cruzi. The parasite expresses a cell surface enzyme, Trypanosoma cruzi trans-sialidase (TcTS), responsible for the transference of sialic acids from host cells to terminal -galactose molecules present on its glycoprotein surface. The sialylated glycoprotein molecules are involved in the attachment and subsequent penetration of the parasite into host cells. As a result, TcTS plays a key role in the recognition and invasion of host cells. Moreover, the lack of trans-sialidase in humans makes TcTS a potential drug target to be explored, however no strong inhibitors (at nanomolar range) of this enzyme are known to date. Considering the importance of galactose unit and the carboxyl function in sialic acid for interactions in the active site of TcTS, we have focused on the synthesis of galactose derivatives containing succinic acid in different positions of the sugar ring and on their biological evaluation against TcTS. In addition, we have proposed the search for new TcTS inhibitors applying molecular modeling techniques, like virtual screening based on the enzyme´s active site. Commercially available ,-D-galactose and methyl--D-galactopyranoside were treated with suitable reagents to afford some intermediates with just one free hydroxyl group in few steps. Treatment of these compounds with succinic anhydride in pyridine afforded derivatives thereof with succinic acid in all galactosidic ring positions. After deprotection step it was only obtained the derivative containing succinic acid at position 4 (85), which was tested in in vitro TcTS fluorimetric assay for evaluation of its inhibitory activity. In Addition, 85 was tested in in vitro assays for assessment of their trypanocidal activity and cytotoxic. According to the biological assays, compound 85 showed promising inhibitory activity (56%) at 1.0 mM concentration. This preliminary result was important both to show that this type of derivative can act as an inhibitor of TcTS and to guide the synthesis of new derivatives of galactose. The trypanocidal activity value was lower than 40% (0.5 mM) and there was no cytotoxicity at 0.5 mM concentration. The virtual screening studies performed in this work through docking simulations resulted in the selection of the 50 top-ranked molecules, based in the highest score orientation, among 50.000 found at diverset data base. The next step involves new studies to filter the most promising molecules to be tested against TcTS.

As propriedades físicas incomuns exibidas por fluidos confinados em meios porosos desempenham um papel importante em diversos processos químicos, geoquímicos e ambientais. Atualmente, muitos aspectos da estrutura e dinâmica dos fluidos espacialmente confinados ainda são pouco compreendidos. Nesse contexto, fenômenos interfaciais influenciam consideravelmente os processos que ocorrem em meios nanoporosos, podendo resultar em efeitos relevantes para o desenvolvimento dos dispositivos nanofluidicos. Esses sistemas multifásicos e com fenômenos multifísicos podem apresentar propriedades eletrônicos e dinâmicos envolvendo diferentes escalas de tamanho e tempo na interface sólido/fluido. Atualmente, uma única metodologia não é capaz de resolver toda a complexidade encontrada em tais sistemas pelo fato de cada qual estar restrita a uma escala ou demanda computacional específica. Além disso, as metodologias habitualmente aplicadas para investigar as fases bulk através da modelagem computacional, em geral, não são adequadas para acessar sistematicamente os efeitos de superfície que ocorrem na interface sólido/fluido. Os desafios impostos à modelagem molecular pelos sistemas nanofluídicos requerem iniciativas inovadoras (dentre as metodologias disponíveis) para acessar as propriedades de interface. Nessa tese, desenvolvemos e aplicamos novas abordagens computacionais em nível atômico a fim de modelar e caracterizar sistemas nanofluidicos. Nesse contexto, introduzimos um método multinível hierárquico top-down, que combina simulações de dinâmica molecular com cálculos ab initio de transporte eletrônico, para abordar fenômenos de multiescala. O potencial dessa implementação foi demonstrado em um estudo de caso envolvendo o fluxo de água e o transporte de íons através de um nanotubo de carbono tipo (6,6). Mostramos que o traço iônica pode representar uma mudança na condutância elétrica do nanocanal, e levar a uma medida indireta da corrente iônica. Também implementamos uma versão modificada da análise de rede de ligações de hidrogênio baseada em teoria de grafos, a fim de fazer o estudo das propriedades estruturais e dinâmicas em diferentes regiões do poro. Com essa abordagem, nós fomos capazes de explorar sistematicamente os efeitos de interface em fluidos espacialmente confinados. Combinando-se simulações de dinâmica molecular com a análise da rede de ligações de hidrogênio em camadas, nós pudemos avaliar a extensão dos efeitos de superfície nas propriedades dinâmicas e os detalhes da interface calcita/salmoura. Com a abordagem desenvolvida, conseguimos isolar os efeitos específicas dos íons da solução aquosa na rede de ligações de hidrogênio. Mostramos que a camada superficial exibe uma topologia de rede semelhante à observada em água pura, uma vez que a barreira eletrostática e física exibida por essa região, inibe a adsorção de íons na superfície da calcita. Fora dessa faixa, os íons influenciam consideravelmente a rede de ligações de hidrogênio: observamos a formação caminhos geodésicos mais extensos em relação àqueles observados em água pura. Esses ramos, que são formados por ligações de hidrogênio contíguas, podem conectar moléculas de baixa a alta dinâmica. Tal estrutura, pode explicar as propriedades mecânicas adesivas observadas em fluidos altamente confinados. Nossas principais contribuições decorrem na descrição da estrutura do solvente, dos íons da solução aquosa na interface calcita/fluido; e suas indicações físicas, e seu potencial significado nos processos de crescimento e dissolução de cristais. Nossas implementações fornecem contribuições interessantes para a compreensão atual dos processos que ocorrem em meios porosos. Especialmente, podendo contribuir para um desenvolvimento racional de novos dispositivos nanofluidicos. / The unusual physical properties exhibit by fluids within nanoscopic porous media play an important role in the plethora of chemical, geochemical and environmental processes. Currently, many aspects of the structure and dynamics of the spatially constrained fluids are still poorly understood. Additionally, the interfacial phenomena considerably influences the processes occurring in nanoporous media, which can have a major effect on nanofluidics devices. These multiphase systems and multi-physics phenomena occurs at solid/solution interfaces, with electronic and dynamic effects taking place across size and time scales. Currently, a single methodology is not capable to disentangle all the complexity find in such systems because it is restricted to a specific scale or computationally demand. In addition, the usual computational modeling methodologies applied to investigate bulk phases, they are, in general, not suitable to systematically access the surface effects occurring at solid/fluid interfaces. The challenges imposed by the nanofludics-based systems within the molecular modeling framework require innovative initiatives (among the available methodologies) to correctly access the interface properties. In this thesis, we develop and apply novel computational approaches to properly design and characterize nanofluidics-based systems at atomic level. In this context, we introduced an hierarchical top-down multilevel method by combining molecular dynamics simulations with first principles electronic transport calculations to address the multiscale phenomena problem. The potential of this implementation was demonstrated in a case study involving the water and ionic (Na, Li, and CL) flow through a (6,6) carbon nanotube. We showed that the ionic trace, observed on the electronic transmittance, it may handle an indirect measurement of the ionic current that is recorded as a sensing output. We implemented also a layered version of hydrogen bond network analysis based on graph theory. With this approach, we were able to properly explore interface effects arising on spatially confined fluids. By combining molecular dynamics simulations with the layered hydrogen bond network analysis, we evaluated the extension of surface effects on the fluids dynamics properties and the interaction details at calcite/brine interface. With the developed approach, we have been able to isolate the specific features of the aqueous solutions ions on the hydrogen bond network. We showed that the surface layer near the calcite/brine interface displays similar network topology as observed in pure water, since the electrostatic and physical barrier displayed by this layer inhibit the adsorption of ions on the calcite surface. Outside that region, these ions affect the hydrogen bond network. We observed a more extended geodesic paths with respect to that observed in pure water. Such hydrogen bond branches may connect low to high dynamics molecules across the pore and hence, it may explain the glue-like mechanical properties observed in confinement environment. Our main contributions in this work relies on describing the structure of solvent and electrolyte aqueous solution at calcite/fluid interface and their physical indications and potential significance on the crystal growth and dissolution processes. Our implementations provide interesting contributions to the current understanding of processes occurring in porous media. Specially, it may contribute on the rational design of novel nanofluidics devices.

As peçonhas de serpente do gênero Bothrops se caracterizam por induzir miotoxicidade, edema, coagulação e hemorragia. Por essa razão, alguns pesquisadores estão buscando por tratamentos alternativos contra os envenenamentos ofídicos com inibidores naturais e artificiais. O presente estudo tem como objetivo estudar as interações entre as PLA2s (Asp49 e Lys49) de veneno de serpente Bothrops jararacussu, denominadas BthTX-I e BthTX-II, respectivamente, e o inibidor vegetal isolado da espécie Cordia verbenacea. C. verbenacea apresenta diversas atividades farmacológicas já demonstradas, sendo utilizada também pela população como antiofídica. O extrato hidroalcoólico das folhas preparado à seco, foi submetido a técnicas cromatográficas como Sephadex LH-20 e CLAE, obtendo-se a purificação do princípio ativo antiofídico da planta, denominado ácido rosmarínico. A peçonha de B. jararacussu foi submetida à cromatografia de filtração em gel Sephadex G-75 e, à cromatografia de troca iônica. O ácido rosmarínico (AR) foi isolado do extrato metanólico de C. verbenacea e apresentou inibição da hemorragia provocada pela peçonha bruta de B. jararacussu. Em comparação, o ácido rosmarínico® também inibiu o efeito hemorrágico causado pela peçonha bruta de B. jararacussu. A atividade edematogênica provocada pelas toxinas BthTX-I e II foi avaliada e testada com os inibidores. Ambos AR e AR® não inibiram significativamente a induçào de edema. Resultados semelhantes foram obtidos com as atividades anticoagulante, e fosfolipásica. O ácido rosmarínico, AR e AR®, demonstrou alto efeito inibitório sobre a citotoxicidade e miotoxicidade induzida pela peçonha bruta e pela toxina BthTX-I. Ambos inibidores apresentou um menor efeito sobre a atividade miotóxica induzida pela toxina BthTX-II. Simulações de docking realizadas com três PLA2s e AR mostraram perfis de interações similares, reforçando as principais interações enzima-inibidor obtidas experimentalmente, relatadas na literatura. Os cálculos de derivação de farmacóforo baseados em diferentes inibidores relatados na literatura, assim como estudos de campos de interação molecular foram realizados, nos quais os resultados indicaram as principais modificações na estrutura do inibidor ácido rosmarínico necessárias para otimização. Nas simulações de screening virtual, novos potenciais inibidores de BthTX-I foram selecionados a partir de base de dados de compostos drug-like, direcionando os próximos passos aos testes biológicos, os quais serão realizados com esta fosfolipase e os novos candidatos a inibidores modelados. / Snake venoms from Bothrops genus are characterized by inducing myotoxicity, edema, thrombosis and hemorrhage. Thus, some researchers are searching for alternative treatments against ophidian poisoning with natural and artificial inhibitors. This work aimed study the interactions between PLA2s (Asp49 e Lys49) from Bothrops jararacussu snake venom, named BthTX-I and BthTX-II, respectively, and the inhibitor isolated from Cordia verbenacea plant. C. verbenacea presents several pharmacological activities already demonstrated, and it is also used by the population by its antiophidic activity. The hydroalcoholic extract prepared from the dried leaves, was submitted to chromatographic techniques as Sephadex LH-20 and HPLC, resulting in the purification of the antiophidian compound active from the plant, named rosmarinic acid. B. jararacussu snake venom was submitted to gel filtration chromatography on Sephadex G-75 and ion exchange chromatography. Rosmarinic acid (RA) was isolated from the C. verbenacea methanolic extract and it presented hemorrhage inhibition caused by crude venom from B. jararacussu. In comparison with this, Rosmaric acid® also inhibited the hemorrhagic effect caused by crude venom from B. jararacussu. Edematogenic activity caused by BthTX-I and II was evaluated and tested with the inhibitors. Both, RA e RA® did not inhibit the edema indution significantly. Similar results were obtained with the anticoagulant and phospholipasic activity. The rosmarinic acid, RA e RA®, presented high inhibitory effect for myotoxicity and cytotoxicity induced by crude venom and the toxin BthTX-I. Both inhibitors presented minor effect on myotoxicity activity induced by BthTX-II toxin. Docking simulations performed with three PLA2 and RA have shown similar interactions profiles, corroborating the main enzyme-inhibitor interactions experimentally obtained, reported in literature. Pharmacophore perception calculations based on different inhibitors reported in literature as well as molecular interaction fields studies were here carried out, whose results indicate the main changes in the structure of the rosmarinic acid inhibitor necessary to optimization. In the virtual screening simulations, novel potential BthTX-I inhibitors were selected from drug-like compounds databases, thus guiding next steps towards biological tests, which will must be performed with this phospholipase and the new inhibitor candidates modeled.

Marihuana (Cannabis sativa) é uma planta amplamente usada pelo ser humano há séculos e suas várias aplicações têm benefícios importantes. A planta Cannabis sativa tem sido usada pelo homem como comida, em práticas medicinais e rituais religiosos. Seus efeitos incluem analgesia, alteração na percepção, cognição, memória e atividade psicomotora. Os compostos canabinoides têm sido usados na quimioterapia do câncer e AIDS. No entanto, o uso da marijuana é um problema devido aos seus efeitos indesejados, nesse caso, a atividade psicotrópica apresentada pelos compostos canabinoides. Devido ao grande interesse nos efeitos causados pelos compostos extraídos da Cannabis, vários estudos têm sido realizados com o objetivo de melhor entender a relação entre a estrutura química e a atividade biológica de compostos canabinoides, bem como as suas interações com os receptores canabinoides, CB1 e CB2. Ambos são receptores de sete transmembranas (TM) que pertencem à família classe A, como a da rodopsina bovina, dos receptores acoplados à proteína-G (GPCRs). Esta Tese representa um estudo da modelagem molecular do receptor CB1 baseado na estrutura da rodopsina bovina já publicada, uma vez que a maioria dos efeitos terapêuticos dos canabinoides tem sido mostrado serem mediados pelo receptor canabinoide CB1. Esse trabalho fornece, também, uma investigação da interação ligante-receptor e um estudo da ativação do receptor CB1. Ao final, foi feito um estudo de docking a fim de entender as principais interações que ocorrem entre o ∆9 -THC, a principal molécula psicoativa presente na Cannabis, e seu receptor CB1. / Marijuana (Cannabis sativa) is a widely used plant and its various applications have important benefits. The plant Cannabis sativa has been used by man for centuries for eating, medicinal practices and religious rituals. In human subjects, its effects include analgesia, alterations in perceptions, cognition, memory and psychomotor activity. The cannabinoid compounds have been used in the cancer chemotherapy and AIDS, but the use of marijuana is a problem due to its unwanted effects (the psychotropic activity presented by the cannabinoid compounds). Due to the great interest in the effects caused by the compounds extracted from the Cannabis, several studies have been carried out with the aim to better understand the relationship between the chemical structure and the biological activity of cannabinoid compounds, as well as their interaction with the cannabinoid receptors (CB1 and CB2). Both are seven-transmembrane (TM) receptors that belong to the rhodopsin-like family Class A of G protein coupled receptors (GPCRs). This work represents a study of molecular modeling of the CB1 receptor based upon the published bovine rhodopsin structure, once the most of the therapeutic effects of cannabinoids compounds have been shown to be mediated through the CB1 cannabinoid receptor. This work also provides an investigation of the CB1 receptor-ligand interaction and a study of the CB1 receptor activation. A docking study was also performed in order to understand the main interactions that occur between ∆9 -THC, the principal psychoactive molecule present in cannabis, and its receptor CB1.