Orientador: João Pessoa Araujo Junior / Resumo: A suinocultura vem alcançando grande desenvolvimento de técnicas eficientes associadas ao melhoramento genético, nutrição, manejo e sanidade. Entretanto, devido aos métodos intensivos de criação, os suínos se tornaram mais susceptíveis a um grande número de doenças infecciosas. Entre os mais importantes patógenos que afetam a indústria suinícola mundial está o circovírus suíno 2 (PCV2), um pequeno vírus icosaédrico, não-envelopado, de DNA circular, de fita simples (ssDNA), ambisenso, composta por 1767-1768 nucleotídeos. Este vírus é altamente resistente a variações ambientais e agentes desinfetantes, é endêmico no mundo todo e está associado a várias manifestações clínicas distintas, que acarretam importantes perdas econômicas aos produtores. Um dos fatores possivelmente implicados na patogenicidade do PCV2 é a proteína Cap, a unidade fundamental constituinte do capsídeo deste vírus. Estudos realizados pela equipe do Prof. Dr. João Pessoa Araújo Jr., do Instituto de Biotecnologia da Unesp em Botucatu/SP, comprovaram que vírus com mutações em suas proteínas Cap isolados a partir de cultivo celular aumentavam a morte celular em culturas celulares infectadas. Estes resultados evidenciaram a importância do capsídeo nos mecanismos de infecção e patogenicidade do PCV2, tornando interessante a realização de estudos estruturais com as proteínas Cap mutantes. A execução de estudos estruturais in silico mostrou a baixa frequência das mutações identificadas na proteína Cap dos vírus pro... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Swine breeding has achieved a high development based on genetic improvement, nutrition, management and sanity. However, due to the intensive breeding methods, swine have become more susceptible to a higher number of infectious diseases. Among the most important pathogens that affect the swine world industry is the porcine circovirus 2 (PCV2), a small, icosahedral, non-enveloped virus, ambisense single-stranded circular DNA, composed by 1,767-1,768 nucleotides. This virus is highly resistant to environmental variations and disinfecting agents, endemic worldwide and has been associated to several distinct clinical manifestations that entail important economic losses to the producers. One of the factors possibly implicated on the PCV2 pathogenicity is the Cap protein, the fundamental unity that constitutes this virus capsid. Studies performed by the group of Dr. João Pessoa Araújo Jr. rom the Instituto de Biotecnologia da Unesp em Botucatu/SP, confirmed that viruses with mutated Cap proteins from cell culture increased cell death in infected cultures. Such results highlight the importance of capsid in the infection mechanisms and pathogenicity of PCV2 and the importance of structural and comparative studies with Cap protein structures. In silico structural studies showed the low frequency of the mutations identified in the mutant Cap proteins and also indicated a clear difference between the physico-chemical properties of the new amino acid residues in comparison to those found ... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Submitted by Pâmela Merlo Marson (pam.marson@aluno.ibb.unesp.br) on 2018-06-05T17:11:43Z No. of bitstreams: 1 Dissertação_Mestrado_Pamela-Merlo-Marson_2018_vf.pdf: 1757229 bytes, checksum: ed7b8faed4d956e7a1ba89178199507d (MD5) / Approved for entry into archive by Sulamita Selma C Colnago null (sulamita@btu.unesp.br) on 2018-06-07T14:10:28Z (GMT) No. of bitstreams: 1 marson_pm_me_bot.pdf: 1757229 bytes, checksum: ed7b8faed4d956e7a1ba89178199507d (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-07T14:10:28Z (GMT). No. of bitstreams: 1 marson_pm_me_bot.pdf: 1757229 bytes, checksum: ed7b8faed4d956e7a1ba89178199507d (MD5) Previous issue date: 2018-02-28 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / A suinocultura vem alcançando grande desenvolvimento de técnicas eficientes associadas ao melhoramento genético, nutrição, manejo e sanidade. Entretanto, devido aos métodos intensivos de criação, os suínos se tornaram mais susceptíveis a um grande número de doenças infecciosas. Entre os mais importantes patógenos que afetam a indústria suinícola mundial está o circovírus suíno 2 (PCV2), um pequeno vírus icosaédrico, não-envelopado, de DNA circular, de fita simples (ssDNA), ambisenso, composta por 1767-1768 nucleotídeos. Este vírus é altamente resistente a variações ambientais e agentes desinfetantes, é endêmico no mundo todo e está associado a várias manifestações clínicas distintas, que acarretam importantes perdas econômicas aos produtores. Um dos fatores possivelmente implicados na patogenicidade do PCV2 é a proteína Cap, a unidade fundamental constituinte do capsídeo deste vírus. Estudos realizados pela equipe do Prof. Dr. João Pessoa Araújo Jr., do Instituto de Biotecnologia da Unesp em Botucatu/SP, comprovaram que vírus com mutações em suas proteínas Cap isolados a partir de cultivo celular aumentavam a morte celular em culturas celulares infectadas. Estes resultados evidenciaram a importância do capsídeo nos mecanismos de infecção e patogenicidade do PCV2, tornando interessante a realização de estudos estruturais com as proteínas Cap mutantes. A execução de estudos estruturais in silico mostrou a baixa frequência das mutações identificadas na proteína Cap dos vírus provenientes do cultivo in vitro e também indicou uma clara diferença entre as propriedades físico-químicas dos novos resíduos de aminoácidos em relação àqueles substituídos. Estas alterações, associadas à localização dos resíduos na superfície viral e a menor flexibilidade das proteínas Cap dos vírus mutantes, indicaram a possibilidade de alterações estruturais/funcionais relevantes, incluindo a alteração da afinidade por receptores celulares e diminuição da efetividade de anticorpos produzidos contra vírus vacinais. Foram também realizados trabalhos experimentais para a produção heteróloga da proteína Cap de um vírus selvagem, os quais envolveram ensaios de subclonagem da sequência de interesse em um vetor de expressão, testes de transcrição e experimentos de expressão protéica. Os resultados destes procedimentos foram compatíveis com a produção da proteína Cap, porém novos estudos são necessários para confirmar a produção da molécula alvo e melhorar o rendimento dos ensaios de expressão. / Swine breeding has achieved a high development based on genetic improvement, nutrition, management and sanity. However, due to the intensive breeding methods, swine have become more susceptible to a higher number of infectious diseases. Among the most important pathogens that affect the swine world industry is the porcine circovirus 2 (PCV2), a small, icosahedral, non-enveloped virus, ambisense single-stranded circular DNA, composed by 1,767-1,768 nucleotides. This virus is highly resistant to environmental variations and disinfecting agents, endemic worldwide and has been associated to several distinct clinical manifestations that entail important economic losses to the producers. One of the factors possibly implicated on the PCV2 pathogenicity is the Cap protein, the fundamental unity that constitutes this virus capsid. Studies performed by the group of Dr. João Pessoa Araújo Jr. rom the Instituto de Biotecnologia da Unesp em Botucatu/SP, confirmed that viruses with mutated Cap proteins from cell culture increased cell death in infected cultures. Such results highlight the importance of capsid in the infection mechanisms and pathogenicity of PCV2 and the importance of structural and comparative studies with Cap protein structures. In silico structural studies showed the low frequency of the mutations identified in the mutant Cap proteins and also indicated a clear difference between the physico-chemical properties of the new amino acid residues in comparison to those found in the wild-type virus. These mutations, associated with the location of the mutated residues on the viral surface and the lower mutated Cap protein flexibility, could lead to relevant structural/functional changes, including alteration of affinity for cellular receptors and decreased effectiveness of antibodies produced against vaccine viruses. Experimental works aiming the heterologous production of a wild-type Cap protein were also carried out, which involved expression vector subcloning, transcription tests and protein expression experiments. The results of these procedures were compatible with the production of the Cap protein, but further studies are needed to confirm the production of the target molecule and improve the yield of the expression assays.

Orientador: Prof. Dr. Antônio Sérgio Kimus Braz / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Biossistemas, 2015. / O NGF (fator de crescimento neural) é uma proteína endógena secretada no sistema nervoso central e periférico, desempenhando diversos papéis, tais como neuroproteção, desenvolvimento e diferenciação neuronal, crescimento de neuritos e plasticidade sináptica. Sintetizado no neocórtex e no hipocampo, o NGF atua em populações de neurônios colinérgicos, sensoriais e simpáticos através da interação com receptores TrkA e p75NTR. Está relacionado com neuropatologias como doença de Alzheimer, hiperalgesia e com as neuropatologias autonômicas e sensoriais hereditárias tipos IV e V, onde foram identificas as mutações S187N e R221W, respectivamente. Apesar do vasto conhecimento da ação das vias relacionadas ao NGF e seus receptores, os mecanismos moleculares de interação, bem como da ativação das sinalizações internas dos receptores, ainda não estão totalmente esclarecidos. Através da abordagem de análise de modos normais, foram investigadas as alterações estruturais dos mutantes em relação ao tipo selvagem de NGF sob a ótica de estrutura de proteínas. Diferenças significativas na correlação de movimentos globais, flexibilidade do complexo, interações moleculares e na liberdade conformacional em ambas as mutações foram encontradas. Foram observadas variações estruturais e limitações conformacionais nos receptores como reflexo da ação dos mutantes de NGF, indicando que, mesmo após a interação, neurotrofina e receptor formam um complexo ativo. Desse modo, as mutações no NGF reduzem a capacidade de formação do complexo ativado através de alterações estruturais e conformacionais, causando prejuízo às funções biológicas derivadas da interação. / NGF (nerve growth factor) is an endogenous protein secreted in the central and peripheral nervous system, playing different roles, such as neuroprotection, development and neuronal differentiation, neurite outgrowth and synaptic plasticity. Synthesized in the neocortex and hippocampus, NGF acts on populations of cholinergic, sensory and sympathetic neurons through interaction with TrkA and p75NTR receptors. It is related neuropathologies such as Alzheimer's disease, hyperalgesia and hereditary sensory and autonomic neuropathologies types IV and V, which were identified the mutations S187N and R221W, respectively. Despite the vast knowledge of the action of pathways related to NGF and its receptors, the molecular mechanisms of interaction as well as the activation of the internal signalling pathways of the receptors are still not fully understood. Through the normal modes analysis approach, the structural changes of the mutants compared to wild type NGF were investigated from the perspective of protein structure. Significant changes in global movements correlation, complex flexibility, molecular interactions and conformational freedom were found for both mutations. Structural changes and conformational limitations in the receptors were observed, as reflecting the action of NGF mutants, indicating that even after the interaction neurotrophin and receptor form an active complex. Thus, mutations in the NGF reduce the ability of activated complex formation by structural and conformational changes, causing impairment to biological functions derived from the interaction.

Sistemas alostéricos são característicos de proteínas com um ou mais estados de equilíbrio. Nesse sentido, uma enzima passa por modificações de sua atividade quando um substrato cooperativo se liga a um estado ou outro (1). Estes estados são reconhecidos por possuírem uma conformação mais estável e coexistirem num ensemble. Este trabalho sustenta que tais proteínas oscilem naturalmente entre esses estados. Experimentos de difração de raios-X e RMN, que proporcionam parâmetros de deslocamento anisotrópicos e tempos de relaxação de spin nuclear, já demonstram a coexistência de ambos estados em solução e descrevem o movimento como uma mudança de equilíbrio populacional dos confórmeros (2). Também é possível desenvolver métodos numéricos, como o cálculo de modos normais e a simulação de dinâmica molecular, para associar a geometria proteica a um movimento sobre determinado potencial de campos de força. O sistema adotado para o desenvolvimento desses estudos é a enzima alostérica Glucosamina-6-fosfato Desaminase. Características que defendem seu uso são sua reversibilidade catalítica, rápido equilíbrio cinético e muito baixa afinidade do estado T por ligantes. Sua estrutura também já foi resolvida por experimentos de cristalografia, identificando ambos estados alostéricos. E a caracterização das mudanças estruturais entre os estados T e R está bem estabelecida, identificando diferentes subunidades a distintos graus de rotação e prevendo uma oscilação de baixa frequência entre eles (3). Resultados obtidos neste projeto constituem: (a) uma dinâmica de 100ns partindo do estado T de toda a proteína (hexamérica) solvatada explicitamente, formando um ensemble NVT de 92000 átomos através do programa NAMD, usando o campo de forças CHARMM; (b) análise de componentes principais aproveitando esta dinâmica e usando algoritmos do programa Gromacs; (c) e análise de modos normais, em que os cálculos de minimização de energia foram feitos pelo programa Gromacs sob o campo de forças ENCADV, no vácuo. Análises desses resultados envolvem cálculos de RMSDs e flutuações, trajetórias calculadas para os autovetores oriundos de NMA ou de PCA, fatores de Debye-Waller e a confirmação visual (e gráficos de distância entre resíduos) de aproximação a um estado ou outro. Como a prévia caracterização da movimentação alostérica, identificava duas regiões para cada monômero como representativas de corpos rígidos, também é desenvolvida uma análise por tensores de inércia. Espera-se que, ao longo do tempo, essas subunidades se comportem como corpos quase rígidos e os movimentos destas regiões rígidas correspondam a uma maior representatividade da transição alostérica. Assim, a caracterização dos tensores seria capaz de filtrar movimentos de mais alta frequência que constituem ruído em relação a movimentos funcionais da proteína. - Algoritmos para cálculos matriciais dos tensores foram escritos em Fortran e em TCl. / Allosteric systems are characteristic of proteins with one or more equilibrium states. Such an enzyme experiences a modification of its activity when a cooperative substrate binds to a state or another, thus, establishing a change in population equilibrium (1). These states are recognized by having a more stable conformation, and they coexist in an ensemble. X-ray diffraction and NMR experiments already demonstrated this dynamic equilibrium, and simulation methods, as molecular dynamics and normal mode analysis, generally provide a more complete proof (2).The allosteric enzyme Glucosamine-6-Phosphate Deaminase appeared to be a good model to better understand the equilibrium dynamics as essential to the protein function, given its reversibility of the catalysis and rapid-equilibrium kinetic mechanism. It also has the structure elucidated for both its conformers (3). A computational approach would now give better perspective on how the conformational changes occur. A set of results of this latter kind were obtained: (a) a 100ns dynamic starting at the hexameric T conformer, explicitly solvated, building a NVT ensemble using NAMD program and CHARMM force field; (b) a principal components analysis making use of the calculated dynamic and of the Gromacs algorithms; (c) and normal mode analysis of the T conformer structure (pdb code 1fsf) minimized with Gromacs program using ENCADV vacuum force field. Not only the conventional analyses for these results (fluctuations and projections) were taken, but also an inertia tensor analysis was developed. As the allosteric conformational change, for this protein, was described by the displacement of only two rigid body subunits³, its description by inertia tensors should act as a filter for the high frequency and functionally uninteresting motions, which normally constitute only noise.

Conselho Nacional de Desenvolvimento CientÃfico e TecnolÃgico / O objetivo deste trabalho à estudar as propriedades estruturais e dinÃmicas de um sistema binÃrio clÃssico consistindo de partÃculas carregadas que estÃo confinadas em um canal bidimensional. Tal sistema à descrito na literatura como quasi-unidimensional, e esta relevÃncia apoia-se na possibilidade de aplicaÃÃes tecnolÃgicas, como tem sido mostrado recentemente na literatura cientÃfica, bem como no interesse e entendimento em propriedades da FÃsica da matÃria condensada. Apesar do carÃter teÃrico do presente estudo, diversos sistemas experimentais podem ser descritos pelo modelo aqui considerado. O resumo do conteÃdo deste trabalho à apresentado em cada capÃtulo. No capÃtulo 1, à dada uma visÃo geral do presente trabalho. O conceito da cristalizaÃÃo de Wigner à introduzido e sÃo dados exemplos de sistemas experimentais, que exibem uma fase ordenada sob circunstÃncias apropriadas. Discute-se a FÃsica dos plasmas complexos, das suspensÃes coloidais e aplicaÃÃes em sistemas biolÃgicos. Uma descriÃÃo do mÃtodo de simulaÃÃo à dada no capÃtulo 2. As transformaÃÃes de escalas sÃo introduzidas a fim de construir um modelo geral, isto Ã, nÃo dependente das caracterÃsticas particulares do sistema, mas somente das quantidades relevantes gerais. Apresenta-se a tÃcnica de simulaÃÃo por DinÃmica Molecular (DM), focalizando tambÃm a DinÃmica de Langevin. A competiÃÃo entre a interaÃÃo entre partÃcula, na forma de repulsÃo eletrostÃtica, e o confinamento externo, que à suposto parabÃlico e age somente em uma direÃÃo, gera uma estrutura de cadeias no sistema. Uma descriÃÃo do modelo, bem como a aproximaÃÃo harmÃnica utilizada para o cÃlculo dos modos normais e o cÃlculo da energia por partÃcula das vÃrias estruturas de cadeias sÃo dadas no capÃtulo 3. A configuraÃÃo do estado fundamental, as transiÃÃes estruturais de fase e modos normais para o sistema binÃrio de cadeias sÃo examinadas no capÃtulo 4. Para baixas densidades as partÃculas cristalizam-se em uma Ãnica cadeia; com o aumento da densidade uma transiÃÃo zig − zag ocorre e a Ãnica cadeia se parte em duas. Observa-se que esta transiÃÃo estrutural à caracterizada por uma quebra espontÃnea de simetria. Com o aumento da densidade, o sistema passa para quatro cadeias (caso 1) (partÃculas nÃo alinhadas na vertical), onde a transiÃÃo de duas para quatro cadeias (caso 1) ocorre com uma transiÃÃo zig − zag, em cada uma das cadeias, acompanhadas por um deslocamento ao longo da direÃÃo da cadeia. EntÃo com um aumento da densidade conduzirà a uma nova estrutura de quatro cadeias (caso 2) (partÃculas alinhadas na vertical). As propriedades dinÃmicas aqui consideradas resumem-se ao espectro de fÃnons, no qual o nÃmero de modos normais à igual ao dobro do nÃmero de partÃculas na cÃlula unitÃria. As conclusÃes e perspectivas sÃo apresentadas no capÃtulo 5. / The aim of this work is to study the structural and dynamical properties of a classical binary system of charged particles confined in a two dimensional channel. Such a system is described in the literature as quasi-unidimensional, and its relevance is supported by the possibility of technological applications, shown recently in the scientific literature, and also the interest and understanding of properties in condensed matter physics. Although the theoretical and numerical character of the present work, several experimental systems can be described by the present model. The summary of the contents of this work is presented in each chapter. In chapter 1, a general overview is given. The concept of Wigner crystallization is introduced, and examples of experimental systems, which exhibit such an ordered phase under proper conditions are given. We discuss the physics of complex plasmas, colloidal suspensions and applications in biological systems. A description of the simulation method is given in chapter 2. Scale transformations are introduced in order to construct a general model, i.e. no longer depending on particular features of the system, but only on relevant parameters of a general model. The Molecular Dynamics simulation technique (MD) is presented, focusing on the Langevin Dynamics. The competition between the inter-particle interaction, in the form of the electrostatic repulsion, and the external confinement, which is assumed to be parabolic and act only in one direction, generates a chain-like strutural pattern. A description of the model, the harmonic approach used in the analytical calculations of the normal modes spectrum, and the analytical calculation of the energy per particle of the different chain-configutations are given in chapter 3. The ground state configurations, the structural phase transitions and normal modes of the present chain-like binary system are presented in Chapter 4. In the low density regime particles crystallize in a single chain. When the density is increased a zig-zag transition occurs and the single chain splits into two chains. Such a transition is characterized by a spontaneous symmetry breaking. With the increase of the density the system changes to the four-chains configuration (case 1) (particles not aligned vertically), where the two -> four chains (case 1) transition occurs through a zig-zag transition accompanied by a shift along the chain direction. A further increase of the density will lead the system to a new ground state configuration with four chains (case 2) (particles aligned vertically). The dynamical properties are related to the phonon spectrum, in which the number of normal modes is two times the number particle in the unit cell. The conclusions and perspectives are presented in chapter 5.

A abordagem de modos normais de baixa frequência na descrição das flutuações conformacionais dos estados nativos das proteínas globulares tem ajudado na caracterização das suas funções biológicas. Vários métodos teóricos e experimentais têm sido empregados para a determinação destas flutuações internas. Estes movimentos podem ser caracterizados pelo fator Debye-Waller (fator-B), correspondente à mobilidade local do resíduo em nível atômico. A análise de modos normais utilizando os modelos de rede elástica (ENM) demonstra ser uma técnica robusta. Fatores-B experimentais são reproduzidos teoricamente por meio desta técnica em tempos computacionais relativamente curtos, mostrando-se competitiva com as técnicas mais sofisticadas. O modelo de rede elástica é uma abordagem t ipo coarse-grain na qual a proteína no seu estado enovelado é representada por uma rede elástica tridimensional de carbonos conectados por molas. As molas representam as interações ligantes e não ligantes entre os carbonos . Neste trabalho, inicialmente, estudamos os modelos de rede elástica já conhecidos na literatura. Em seguida, realizamos um estudo comparativo entre eles. Neste estudo, comprovamos que os modelos pfGNM e pfANM apresentam melhor correlação com os fatores-B experimentais que os os modelos GNM e ANM tradicionais. Desenvolvemos também uma nova abordagem, a qual intitulamos número de contatos ponderados anisotrópica (AWCN). Mostramos que a abordagem AWCN apresenta um desempenho significativamente melhor que o modelo de rede elástica anisotrópica tradicional. Por fim, realizamos um estudo de caráter investigativo do comportamento do peso das interações entre resíduos. Este estudo re velou que, para os modelos WCN e AWCN, a correlação exibe o seu valor máximo para interações ponderadas $1/R^p$, entre resíduos $i$ e $j$j, para valores de $p$ em torno de 2. Nos modelos pfGNM e pfANM a correlação é maximizada para dois valores de $p$, o primeiro em torno de 2 e o segundo em torno de 4,75, indicando que a ponderação pelo recíproco do quadrado da distância, usualmente empregada na literatura, pode não ser adequada para obter a melhor correlação. / Low frequency normal mode approach to describe conformational fluctuations of globular proteins has helped to characterize their biological functions. Various theoretical and experimental methods have been employed to det ermine the magnitudes of those internal motions. Those motions can be characterized by the Debye-Waller factor (B-factor), co rresponding to the local mobility of the residue at the atomic level. Normal mode analysis using elastic network models (ENM) has demonstrated to be a robust technique. Experimental B-factors has been reproduced theoretically by means of this techniq ue in a short computational time and it has been shown to be competitive with more sophisticated techniques. The ENM is a coarse-grained approach in which the protein is represented by a three-dimensional elastic network of alpha-carbon atoms connect ed by springs. Springs represent bonded and non-bonded interactions between the alpha-carbon atoms. In this work, we study th e elastic network models known in the literature. Next, we perform a comparative study between them. We show that the pfGNM a nd pfANM models present better correlation with experimental B-factors than the traditional GNM and ANM models. We also devel op a new approach, which we entitled anisotropic weighted contact number (AWCN). We show that it presents results significantly better than the traditional anisotropic elastic network model. Finally, we perform a study of investigative character of the behavior for the weight of the interactions between residues. This study revealed that, for the WCN and AWCN models, the correlation exhibits its maximum value for weighted interactions $1/R^p$, between residues $i$ and $j$, for values of $p$ around 2. In the pfGNM and pfANM models the correlation is max imized for two values of $p$, the first one around 2 and the second one around 4.75. This indicates that the weighting by the reciprocal of the square of the distance, usually employed in the literature, may not be appropriate to obtain the best correlation.

A Thermotoga marítima (Tm) é uma bactéria que vive em temperaturas na faixa dos 65 até 90°C, com temperatura ótima do redor dos 80°C. A proteína TM1030 de Tm, é um regulador transcricional da família TetR (Tetracycline repressor protein) reguladores da expressão génica das proteínas TetA e TetB (Tetracycline resistance protein). Neste trabalho se rodarem 200ns de trajetória de dinâmica molecular a três temperaturas (293, 323 e 353K) da proteína TM1030 (PDB-1Z77) usando o pacote GROMACS com o potencial Amber99 e solvente explicito numa caixa cúbica com 90Å de comprimento, observando que RMSD da estrutura média da trajetória é menor em relação à estrutura cristalográfica, além disso que num primer momento esse RMSD tem uma mudança grande e que se estabiliza com uma maior velocidade nas maiores temperaturas. Também foi feito um analise de modos normais na mesma estrutura usando o mesmo potencial, mas com solvente implícito, usando o modelo GBSA, minimizando a estrutura até ter um coeficiente de força média de 6,4x10-8J·mol-1·cm-1 que assegura um bom mínimo local. Das trajetórias simuladas a partir das 6 menores frequências se achou uma relação com os movimentos observados nas dinâmicas moleculares e os esperados na transição alostérica entre as duas estruturas cristalográficas. Finalmente se calculam os fatores de temperatura das três trajetórias de dinâmica molecular, observando que seus esses fatores de temperatura aumentam com o aumento da temperatura, contrario do esperado da cristalografia onde diminuam com o aumento da temperatura do sistema. / The Thermotoga maritima (Tm) is a bacterium who can lives at temperatures of 65 to 90°C, with optimum temperature around of 80°C. The TM1030 protein of Tm is a transcriptional regulator from TetR family (Tetracycline repressor protein) regulators of gene expression of the TetA and TetB protein (Tetracycline resistance protein). In this work 200ns of molecular dynamics trajectory was run at three temperatures (293, 323 and 353K) of TM1030 protein (PDB-1Z77) using GROMACS package with Amber99 potential and explicit solvent in a cubic box with length 90A, noting that RMSD of the average structure of the trajectory is smaller with respect to the crystallographic structure, in addition, in a first time this RMSD have a large change and stabilizes at a higher speed at higher temperatures. There was also an analysis of normal modes on the same structure using the same potential, but with implicit solvent, using the GBSA model, minimizing the structure to have a medium force coefficient of 6,4x10-8J·mol-1·cm-1which ensures a good local minimum. Of the trajectories simulated from 6 lower frequencies was found a relationship with the movements observed in molecular dynamics and expected the allosteric transition between the two crystal structures. Finally was calculate the temperature factor of the three trajectories of molecular dynamics, observing their temperature factors increase with increasing temperature, contrary to expectations of crystallography which decrease with the increase of the system temperature.

Orientador: Samuel da Silva / Resumo: Os métodos de análise modal tradicionalmente são limitados aos sistemas vibrando em regime linear de movimento. Assim, quando as estruturas sofrem altas amplitudes de excitação ou são muito flexíveis, gerando possíveis vibrações não-lineares, estes métodos acabam perdendo a sua validade e as propriedades características. Com base nesta motivação, este trabalho apresenta um estudo detalhado para mostrar quais as limitações de se aproximar por parâmetros modais sistemas vibrando em regime de movimento não linear. Para ilustrar a formulação, assume-se uma viga engastada e livre emulando um oscilador de Duffing com não linearidade concentrada, suave e polinomial (rigidez cúbica). Observa-se que para regimes de excitação baixa, pode-se extrair parâmetros modais do modelo e ajustá-los para níveis de excitação mais altos quando se induz vibração não-linear pelo aumento do nível da amplitude de excitação. Para situações de vibração não-linear opta-se por aproximar os sinais e saídas pelo método de superfície de resposta e identificar a dependência amplitude-frequência para extração de modos normais não-lineares. Os resultados apresentados com a formulação descrita neste trabalho permitem adaptar adequadamente as ferramentas convencionais de análise modal linear para validade e aplicação direta em casos de vibração em regime não linear, quando estes ainda são considerados de fraca influência. / Abstract: Modal analysis methods have traditionally been limited to systems vibrating in linear motion regime. Thus, when the structures undergo high excitation amplitudes or are very flexible, generating possible nonlinear vibrations, these methods end up losing their validity and characteristic properties. Based on this motivation, this work presents a detailed study to show the limitations of approaching by modal parameters systems vibrating in nonlinear regime. To illustrate the formulation, a cantilever beam is assumed to emulate a Duffing oscillator with concentrated, smooth, polynomial nonlinearity (cubic stiffness). It is observed that for low excitation regimes, one can extract modal parameters from the model and adjust them to higher excitation levels when inducing nonlinear vibration by increasing the excitation amplitude level. For nonlinear vibration situations, we choose to approximate the signals and outputs by the response surface method and identify the amplitude-frequency dependence for extraction of nonlinear normal modes. The results presented with the formulation described in this work allow to adapt adequately the conventional tools of linear modal analysis for validity and direct application in cases of vibration in nonlinear regime, when they are still considered of low influence. / Mestre

Orientador: Ney Lemke / Resumo: Os sistemas de importação nuclear são responsáveis pelo intercâmbio entre o citoplasma e o núcleo da célula, permitindo que proteínas com função nuclear migrem através da membrana que separa essas duas regiões. A via de importação mais estudada é a via clássica de importação nuclear mediada pela Importina-α (Impα). A Impα é uma proteína solenóide, composta por repetições em tandem do motivo Armadillo (ARM) que formam uma estrutura longa e contorcida, com pequenos arcabouços ao longo do eixo da proteína. As sequências de localização nuclear clássicas (cNLSs) presentes nas proteínas-alvo de importação são compostas por resíduos carregados positivamente e estabelecem pontes salinas, ligações de hidrogênio e contatos hidrofóbicos com esses arcabouços da Impα. Esse reconhecimento pode ocorrer em um ou em dois sítios da Impα, caracterizando a cNLS como monopartida ou bipartida, respectivamente. A maioria das informações estruturais do complexo cNLS-Impα provém de dados de cristalografia e pouco se sabe sobre a dinâmica conformacional deste sistema. Uma abordagem para tratar da dinâmica de um sistema é o uso de técnicas de simulação de biomoléculas, tais como dinâmica molecular e análise de modos normais. Com base nessas técnicas de simulação, o presente estudo teve como objetivo compreender os mecanismos de interação e dinâmica conformacional envolvidos no reconhecimento de cNLSs pela Impα. Particularmente, este trabalho focou nas cNLSs das proteínas Nucleoplasmina e Ku70 complexa... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Nuclear import systems are responsible for the exchange between the cytoplasm and the nucleus of a cell, allowing nuclear proteins to migrate through the membrane that separates these two regions. The most studied import pathway is the classical nuclear import mediated by Importin-α (Impα). Impα is a solenoid protein consisting of tandem repeats of the Armadillo (ARM) motif, forming an extended and twisted structure with small grooves along the protein axis. The classical nuclear localization sequences (cNLSs) of cargo proteins are composed of positively charged residues and establish salt bridges, hydrogen bonds and hydrophobic contacts with the grooves of Impα. Such recognition can occur at one or two sites of Impα, thus characterizing the cNLS as monopartite or bipartite, respectively. Most structural information of the cNLS-Impα complex is from crystallographic data and little is known about the conformational dynamics of this system. One approach to address the dynamics of a system is the use of biomolecular simulation techniques such as molecular dynamics and normal modes analysis. Based on these techniques, this study aimed to understand the mechanisms of interaction and conformational dynamics involved in the recognition of cNLSs by Impα. In particular, this work focused on the cNLSs of Nucleoplasmin and Ku70 proteins complexed with Impα. The study of Nucleoplasmin determined two main motions of Impα that may be associated to the cNLS recognition: bending and twisting... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

A Thermotoga marítima (Tm) é uma bactéria que vive em temperaturas na faixa dos 65 até 90°C, com temperatura ótima do redor dos 80°C. A proteína TM1030 de Tm, é um regulador transcricional da família TetR (Tetracycline repressor protein) reguladores da expressão génica das proteínas TetA e TetB (Tetracycline resistance protein). Neste trabalho se rodarem 200ns de trajetória de dinâmica molecular a três temperaturas (293, 323 e 353K) da proteína TM1030 (PDB-1Z77) usando o pacote GROMACS com o potencial Amber99 e solvente explicito numa caixa cúbica com 90Å de comprimento, observando que RMSD da estrutura média da trajetória é menor em relação à estrutura cristalográfica, além disso que num primer momento esse RMSD tem uma mudança grande e que se estabiliza com uma maior velocidade nas maiores temperaturas. Também foi feito um analise de modos normais na mesma estrutura usando o mesmo potencial, mas com solvente implícito, usando o modelo GBSA, minimizando a estrutura até ter um coeficiente de força média de 6,4x10-8J·mol-1·cm-1 que assegura um bom mínimo local. Das trajetórias simuladas a partir das 6 menores frequências se achou uma relação com os movimentos observados nas dinâmicas moleculares e os esperados na transição alostérica entre as duas estruturas cristalográficas. Finalmente se calculam os fatores de temperatura das três trajetórias de dinâmica molecular, observando que seus esses fatores de temperatura aumentam com o aumento da temperatura, contrario do esperado da cristalografia onde diminuam com o aumento da temperatura do sistema. / The Thermotoga maritima (Tm) is a bacterium who can lives at temperatures of 65 to 90°C, with optimum temperature around of 80°C. The TM1030 protein of Tm is a transcriptional regulator from TetR family (Tetracycline repressor protein) regulators of gene expression of the TetA and TetB protein (Tetracycline resistance protein). In this work 200ns of molecular dynamics trajectory was run at three temperatures (293, 323 and 353K) of TM1030 protein (PDB-1Z77) using GROMACS package with Amber99 potential and explicit solvent in a cubic box with length 90A, noting that RMSD of the average structure of the trajectory is smaller with respect to the crystallographic structure, in addition, in a first time this RMSD have a large change and stabilizes at a higher speed at higher temperatures. There was also an analysis of normal modes on the same structure using the same potential, but with implicit solvent, using the GBSA model, minimizing the structure to have a medium force coefficient of 6,4x10-8J·mol-1·cm-1which ensures a good local minimum. Of the trajectories simulated from 6 lower frequencies was found a relationship with the movements observed in molecular dynamics and expected the allosteric transition between the two crystal structures. Finally was calculate the temperature factor of the three trajectories of molecular dynamics, observing their temperature factors increase with increasing temperature, contrary to expectations of crystallography which decrease with the increase of the system temperature.