Neste trabalho exploramos propriedades físicas dos cristais líquidos liotrópicos na sua fase lamelar e dentro desse utilizamos um sistema de spins quadrupolares para a criação e manipulação de estados coerentes de spin nuclear com técnicas de RMN. Os spins nucleares utilizados eram provenientes do núcleo de césio-133, com spin 7/2, presentes em uma molécula de pentadecafluoroctanoato de césio com estrutura líquido-cristalina. Sobre esse núcleo, aplicamos um novo conceito de pulsos fortemente modulados suaves para gerar os estados pseudo-puros correspondentes aos estados coerentes de spin nuclear. Com esses estados pudemos realizar experimentos de compressão de estado coerente, um conceito quântico muito importante quando vinculado ao conceito de emaranhamento. Outro estudo foi a observação de dinâmica clássica e efeitos de bifurcação nesse sistema quântico. Em ambas aplicações se destaca o controle dos spins nucleares no desenvolvimento dos protocolos tanto na implementação do conceito de estado coerente em sistemas de spin nuclear, quanto nas leituras dos estados quânticos via tomografia de estado quântico. / In this work we use a quadrupolar spin system inside a lyotropic liquid crystal in the lamellar phase and explore its physical properties to create and manipulate nuclear spin coherent states with NMR techniques. The nuclear spins come from the cesium-133 nucleus, spin 7/2, contained in the cesium-pentadecafluoroctanoate with liquid crystalline structure. On this nucleus, we apply a new concept of smooth strongly modulating pulses to create the pseudo-pure states corresponding to nuclear spin coherent states. With these coherent states we were able to perform coherent state squeezing, an important concept closely related to entanglement. In another study we observed the classical dynamics and bifurcation on this quantum system. Both applications highlight the quantum control of the nuclear spins in developing the protocols for the creation of nuclear spin coherent states as well as for performing the readout using the quantum state tomography procedure.

This thesis discusses Nuclear Magnetic Resonance (NMR) techniques for formation evaluation in well log analysis for the oil/gas industry. We present the standard ingredients for NMR data processing and interpretation, and develop a methodology that extends the determination of surface relaxivity from the laboratory to the well site. The methodology consists of a processing algorithm for diffusion editing data, which enables surface relaxivity determination for conditions close to those found in well logging (regarding data availability and noise levels). At moderate noise levels, lower relaxivity values (below 10μm/s) can be determined solely from NMR diffusion data, while higher values (∼30μm/s) can be separated from intermediate ones. Application for actual logging data still requires some noise reduction techniques such as stationary measurements downhole or data stacking among different depths. However, it provides a way of converting T2 distributions into actual pore size distributions even for downhole acquisitions, before the samples get to the laboratory for routine analysis. Besides the logging analysis, we also developed a theoretical approximation to the diffusion equation with partial absorptive contour conditions, by calculating appropriate transition rates between cells in an arbitrary grid, allowing a simple methodology for obtaining the NMR data based on pore imaging. Calculated rates can in principle be used for modeling/understanding different diffusion phenomena, such as exchange between pores or relaxation sites. / Neste trabalho são discutidas técnicas de Ressonância Magnética Nuclear (RMN) aplicadas à avaliação de formações por meio da perfilagem de poços pela indústria de óleo e gás. São apresentados os conceitos básicos para processamento e interpretação dos dados de RMN, e desenvolvida uma metodologia para determinação da relaxatividade superficial em poço. O método consiste em um algoritmo de processamento de dados de diffusion editing, que permite a obtenção da relaxatividade superficial em condições próximas as encontradas na perfilagem de poços de petróleo (em relação à disponibilidade de dados e nível de ruído). Para níveis moderados de ruído, as relaxatividades mais baixas (menores que 10μm/s) podem ser determinadas através das medidas de difusão por RMN, enquanto valores mais altos (∼30μm/s) podem ser separados dos intermediários. Aplicações em dados de perfilagem ainda requerem técnicas de redução de ruído como aquisições estacionárias em poço ou empilhamento de dados ao longo de um intervalo de profundidades. Entretanto, o método possibilita uma forma de converter as distribuições de T2 em distribuições de tamanhos de poros ainda em poço, antes que as amostras sejam enviadas para o laboratório em análises de rotina. Além da perfilagem, foi desenvolvido também uma aproximação para a equação de difusão com condições de contorno absortivas, através de equações de taxas. A forma das taxas de transição permite o desenvolvimento de metodologias simples para obtenção dos dados de RMN através de imagens dos poros das rochas. As taxas de transição podem ser utilizadas também para a modelagem de outros fenômenos que envolvam difusão, como fenômenos de troca entre poros ou entre sítios com diferentes valores de relaxação.

O objetivo deste projeto é o desenvolvimento de transdutores de RF tipo gaiola (birdcage coil) e sela (saddle coil), com desenho especial inovador, que mantém elementos com comprimento elétrico constante, para um campo magnético de 2 Tesla. Este transdutor deve permitir o estudo e também o desenvolvimento de novas metodologias em imagens e espectroscopia por RMN de pequenos primatas como marmosets, exigidos pela interação deste grupo com o programa CInAPCe (Cooperação Interinstitucional de Apoio a Pesquisas sobre o Cérebro). Essas bobinas também se destinam ao uso em metodologias de imagens e espectroscopia ?in vivo? por Ressonância Magnética Nuclear (RMN), que utilizem pulsos de RF caracterizados como Pulsos Adiabáticos. Outra perspectiva é a continuação do desenvolvimento de bobinas de RF que operam segundo as características de bobinas de superfície, que pode resultar deste trabalho. Os resultados nos mostram que para as dimensões e freqüência utilizadas, a interação entre os condutores que compõe os transdutores é mais relevante do que a perda de fase da corrente elétrica devido às diferenças no comprimento elétrico. O cruzamento entre os condutores consiste num bom desenho alternativo, melhorando a homogeneidade de campo de RF e a relação sinal/ruído. / The purpose of the present work is the development of birdcage- and saddlelike RF transducers which were based on a special and innovative approach. The aim of this design is to keep constant the electromagnetic length of its elements, for a magnetic field intensity of 2 Tesla. These resonators will allow both the study and the development of new imaging and spectroscopy methods addressed to the NMR research on small primates such as marmosets. Such studies are part of the cooperation between this group and other participants of the CInAPCe program, Portuguese acronym for Inter-institutional Cooperation to Support Brain Research. Other perspective is the continuing development of RF coils whose characteristics are similar to surface coils, also designed for anatomic specific studies of imaging and in vivo NMR spectroscopy that take advantage from the use of RF pulses characterized as Adiabatic Pulses. From the results it could be verified that, for the frequency and dimensions used, the interaction between the conductive paths present in the transducers is more significant than the electric current phase losses due to differences in electric path. The crossing of the conductive paths constitute a good alternative design, improving the RF field homogeneity and the signal to noise ratio.

Na busca por agonistas, antagonistas e inibidores de natureza peptídica do fator de crescimento de fibroblastos ácido humano (hFGF-1), iniciamos o presente trabalho fazendo uma análise conformacional teórica do peptídeo Ac- WFVGLKKNGSSKRGPRT-NH2 (107-123 [hFGF-1]). Em trabalho anterior, este composto havia se mostrado um agonista da atividade mitogênica da proteína capaz de inibir a ligação de 125I-hFGF-1 aos seus receptores celulares e de se ligar à resina heparina-Sepharose (Oyama et al. 1996). Os cálculos das propriedades dinâmicas deste peptídeo (I; Tabela 1) demonstraram que ele não adotava nenhuma conformação preferencial, o que poderia justificar a baixa atividade apresentada pelo mesmo (104 vêzes menor do que a da proteína nativa). Este peptídeo foi ressintetizado, purificado, caracterizado química e biologicamente, confirmando os resultados anteriores. Seu comportamento randômico foi comprovado experimentalmente através de uma análise estrutural parcial por 1H-RMN. O resultado desta análise demonstrou que este peptídeo exibe uma configuração random coil, em solução aquosa (Kiyota et al., 1996, 1999). Diante desta constatação e com base em dados descritos na literatura (Harper & Lobb 1988; Burgess et al., 1991; Pantoliano et al., 1994, Springer et al., 1994; Thompson et al., 1994; Imamura et al., 1995; Blaber et al., 1996; Ornitz et al., 1996; Zhu et al.,1991, 1995, 1997; Schwizer, 1995; Sieber & Moe, 1996; Rizo et al., 1996); desenhamos dezessete peptídeos relacionados ao Sítio 2 (97-132) do hFGF-1 mostrados na Tabela 1 (ver arquivo PDF). Todos os peptídeos foram sintetizados manualmente por síntese em fase sólida, sempre que possível purificados à homogeneidade por RP-HPLC e caracterizados quimicamente por RP-HPLC, análise de aminoácidos e espectrometria de massas. Os peptídeos cíclicos foram obtidos por: a) oxidação das sulfidrilas das cisteínas e formação de ponte dissulfeto intramolecular; b) reação entre os grupos amina e carboxila de cadeias laterais de dois diferentes resíduos de aminoácidos com formação de uma ligação lactama. Os testes de atividade mitogênica foram realizados sempre que os peptídeos eram obtidos com pureza ≥90% determinada por RP-HPLC analítica em dois sistemas diferentes de solventes. Os resultados obtidos em culturas de fibroblastos de camundongos Balb/c 3T3 mostraram que: 1) II, III, VI-IX e XIII eram inativos; 2) o cíclico IV era mitogênico (ED50 ~50 µM) ao contrário do seu análogo linear correspondente (III); 3) V, um análogo de IV que apresenta deleção de um resíduo (Asn), exibia uma atividade mitogênica menor do que a de IV; 4) X exibia uma atividade mitogênica menor do que a do I; 5) os cíclicos XII e XV exibiam atividades comparáveis a do I, enquanto que os seus análogos lineares correspondentes (XI e XIV) eram inativos; 6) XVI e XVII exibiam atividades mitogênicas também comparáveis à de I. Paralelamente a estes estudos, foi desenvolvido um modelo teórico dos domínios extracelulares DII e DIII do FGFR-1β. A partir do posicionamento gráfico das moléculas de hFGF-1 e de um hexassacarídeo de heparina junto a este modelo do receptor, foram desenhados os peptídeos Ac-170NTTDKENEVLH180-NH2 (XVIII) e Ac-194SLAGNSIGLSH204-NH2 (XIX) (Oyama et al., 1997). Estes dois peptídeos cujas seqüências primárias são, respectivamente, relacionadas àquelas dos loops DE e FG do domínio DIII, foram também sintetizados e testados neste trabalho como possíveis ligantes do sítio 2 do hFGF-1.Os testes biológicos demonstraram que o peptídeo XIX, na faixa de concentração testada, não exibia nenhuma atividade inibitória sobre as atividades mitogênicas dos FGFs -1 e -2. Por outro lado, notou-se um claro efeito inibitório de XVIII sobre a atividade mitogênica de ambas as proteínas, sendo este efeito mais significativo para o FGF-2 (Kiyota et al., 1998). Alguns dos peptídeos estudados foram submetidos a análises espectroscópicas com o objetivo de determinar suas conformações em solução. Este conhecimento forneceria subsídios para o desenho de novos peptídeos mitogênicos e, mais ainda, para determinação dos requisitos estruturais destes peptídeos e, como reflexo, do hFGF1 para expressão de suas atividades mitogênicas. Assim, foi feita uma análise parcial do peptídeo mitogênico IV e de seu análogo linear III inativo em solução aquosa empregando fluorescência e 1HRMN ( (Kiyota et al., 1998). Estes peptídeos foram analisados também por técnicas de CD e 1H-NMR (Kiyota et al., 1999). Os resultados obtidos mostraram que III e IV parece se organizarem de forma semelhante em suas porções N-terminais, em estruturas correspondentes a β-turns. Por outro lado, as conformações das porções C-terminais destes peptídeos diferiram; somente em IV, observouse a presença de uma família de confôrmeros com estruturas helicoidais nessa porção do esqueleto e que eram superponíveis. O mesmo não foi observado na porção C-terminal de III. A análise conformacional do peptídeo XVIII em solução foi também realizada empregando-se CD e 1H-RMN. Os resultados obtidos indicaram que este peptídeo tem forte tendência em assumir uma estrutura helicoidal em solução aquosa contendo 50% CD3OH. O conjunto dos resultados obtidos neste trabalho nos permitem concluir que: 1) a presença de W107 e F108 é, de fato, essencial para a expressão da atividade mitogênica de peptídeos derivados do sítio 2 do hFGF-1; 2) a presença de N106 adjacente ao core hidrofóbico constituído pelos resíduos W107F108 é importante; 3) a ciclização do peptídeo IV foi decisiva para a expressão de sua atividade, indicando que, não apenas a presença, mas o posicionamento adequado das cadeias laterais de N106, W107 e F108 são determinantes; 4) apenas uma das lisinas (K112 ou K113) é essencial para a atividade mitogênica (X, XVI e XVII); 5) o importante parece ser a manutenção do posicionamento das cadeias laterais em relação aos dos outros resíduos contidos na seqüência, uma vez que, a substituição do segmento 112KKNGS116 por uma prolina e/ou deleção de 120GPRT123 (XI e XIV) abolem a atividade mitogênica do peptídeo; 6) a ciclização que mantem a distância e as orientações relativas entre WF e KR (considerados essenciais para a atividade) em seqüência (XII e XV), leva à recuperação da atividade; 7) a atividade inibitória específica para o FGF-2 exibida pelo peptídeo XVIII parece ser um indicativo de que a alça DE do domínio DIII do receptor pode estar envolvido na ligação a esta proteína. Estas conclusões são relevantes e essenciais para: 1) o entendimento dos requisitos estruturais para a atividade mitogênica dos peptídeos estudados e, como reflexo, do hFGF-1, 2) o desenho de novos agonistas, antagonistas ou inibidores do sistema FGF. / In our search for small potent agonists or inhibitors related to hFGF-1(97-132), we first investigated the preferred conformation in solution of Ac -WFVGLKKNGSSKRGPRT-NH2 (I), by 1H-NMR. This compound has been described as a weak agonist of the mitogenic activity of this growth factor able to inhibit the binding of 125I-hFGF-1 to their cellular receptors, and to heparin-Sepharose columns (Oyama et al., 1996). We found that this peptide is in a random coil configuration, which could explain its low activity (104 times less potent than the native protein). On the basis on these results and on several data available in the literature (Harper & Lobb 1988; Burgess et al., 1991; Pantoliano et al., 1994, Springer et al., 1994; Thompson et al., 1994; Imamura et al., 1995; Ornitz et al., 1996; Blaber et al., 1996; Zhu et al., 1991, 1995; 1997; Schwizer, 1995; Sieber & Moe, 1996; Rizo et al., 1996), we designed seventeen peptides related to the Site 2 (97-132)[hFGF-1] listed on the Table 1: some were linear and some were cyclic. They were synthesized manually using the solid phase method, purified by RP-HPLC, and chemically characterized by RP-HPLC, amino acid analysis and mass spectrometry. Conformational constraints of certain peptides were achieved by cyclization. Intramolecular dissulfide bonds were formed by the oxidation of the thiol groups of two cysteins residues with air oxigen and/or K2Fe(CN)6. Lactama bonds were formed between the functional side chain group of acidic and basic residue. The synthetic peptides were tested in of their ability to inducing mitogenic response on Balb/c 3T3, A-31 clone fibroblasts cultures. The results obtained were the following: 1) peptides II, III, VI-IX were essentially inactive on Balb/c 3T3 fibroblasts in the range of concentrations used (up to 200 µM), 2) in the same range of concentration, peptide IV showed an ED50 60µM (similar to that found for peptide I) while its correspondent linear analog (III) was inactive; 3) V, analog of IV, that has Asn deleted, exibihited mitogenic activity lower than IV; 4) X showed a mitogenic activity on Balb/c fibroblasts lower than I, 5) cyclic peptides XII and XV showed mitogenic activities similar to that of I, while their correspondent linear (XI and XIV) and cyclic (XIII) analogs were inactive; 6) XVI and XVII showed mitogenic activities similar to that found for I. In parallel, two peptides [Ac-170NTTDKENEVLH180-NH2 (XVIII) and Ac-194SLAGNSIGLSH204-NH2 (XIX)], derived from DIII FGFR-1β and designed as putative ligands of Site2 hFGF-1, were synthesized and tested. In the range of concentration used (up to 200 µM), XIX was inactive and exhibited no inhibitory effect on FGF-1 and FGF-2 mitogenic activities. Nevertheless, XVIII inhibited the mitogenic activity of both proteins, being this effect clearly more significant for the FGF-2 (Kiyota et al., 1998). Some of synthetic peptides have been spectroscopically analyzed in order to disclose the structural features that characterize the active (Kiyota et al., 1999). A detailed analysis was undertaken with peptides III and IV using circular dichroism (CD) and 1H-NMR. Although the similarities in their primary sequences, III has shown inactive when tested on Balb/c 3T3 fibroblasts culture while IV was mitogenic with ED50 values around 50 µM. I was also not capable of inhibiting the binding of hFGF-1 to its cellular receptors, I was inactive while II inhibits it with ID50 values of about 30 µM. Circular dichroism study showed that while at increasing SDS concentrations the spectra of III suggested the presence of an equilibrium among partially structured states, those of IV indicated that this peptide exists in unordered extended conformation, folds into a β-conformation and, finally, assumes a helix rich structure. 1H-NMR analysis revealed the existence of a well defined γ-turn encompassing residues 4-6 that nicely fits with that present in the same portion of the crystallized hFGF-1. Superposition of the final structures of III and IV over the entire sequence revealed that only the C-terminal portion of III has the tendency to fold into a regular structure. Together these data indicate that the turn existence in IV allowed it to acquire the structural determinants for the expression of mitogenicity probably through a more appropriate arrangement of residues 8-10. More importantly, they demonstrate that we have found a short agonist of hFGF-1 able to structurally mimic its corresponding stretch. Conformational analysis of XVIII in solution was undertaken also by using CD e 1HRMN. The results obtained indicated that it has a strong tendency to assume helicoidal configuration in aqueous solution containing 50% CD3OH. Altogether these data led us to conclude that: 1) the presence of Asn106 adjacent to hydrophobic core constituted by W107F108 is essential for the mitogenic activity of IV; 2) conformation constraint by cyclization was efficient for the correct N106, W107 and F108 side chains orientation in peptide IV for an effective cellular receptors binding; 3) peptides related to hFGF-1 (114-123) seem to be promising mitogenic agonists; 4) the only one lysine between L126 and N129 is enough for the mitogenic activity expression (X, XVI and XVII); 5) deletions of residues, replacement of deleted fragment by Pro followed by restriction of peptide conformation might keep the frame of the residues considered essential for the mitogenic activity along the peptides backbones; 6)The inhibitory effect on the FGF-2 mitogenic activity observed in peptide XVIII was indicative that the loop DE of DIII FGFRs seems to be involved in the binding of this protein.These conclusions are very relevant in terms of the knowledge of the structural requirements for the mitogenic activity of studied peptides and, as a reflex, of the hFGF-1. Furthermore, they constitute additional guidelines for designing new constrained peptides derived from this segment of FGF-1, which may result in more potent agonists, antagonists or inhibitors of such important target.

O presente trabalho compõe-se de três partes. Na primeira sintetizamos o desenvolvimento históricos e o estado atual do estudo das interações hiperfinas magnéticas, especialmente em ligas ferromagnéticas diluídas. Na segunda parte abordamos o método experimentas, discutindo as ideias fundamentais da correlação angular, sua aplicação e desempenho frente a outras técnicas. A isto segue-se uma descrição dos equipamentos. Na terceira parte descrevemos o procedimento experimental da medida das interações hiperfinas magnéticas no 207Pb em Fe como função da temperatura. Os campos hiperfinos magnéticos apresentam um comportamento fertemente anômalo em função da temperatura, cuja interpretação teórica não pode ser feita em termos dos modelos existentes. / The presente work is composed of three parts. In the first we make a synthesis of the historical evolution and the present state of the magnetic hyperfine interaction studies, especially in dilute ferromagnetic alloys. In the second part we analyse the experimental method, discussing the fundamental ideas of angular correlation and comparing it to other techniques. This is followed by a description of the equipament. The experimental methods are described of the equipment. The experimental methods are described in the third part. Finally the results of magnetic hyperfine field measurements on 207Pb in Fe are given as a function of temperature. The magnetic hyperfine fields show a strongly anomalous behavior as a function of temperature which can not be understood on the nasis of existing models.

O tungstato de zircônio (ZrW2O8) é um material cerâmico que exibe diversos compor-tamentos incomuns: expansão térmica negativa, amorfização induzida por altas pressões (entre 1,5 GPa e 2,0 GPa) e recristalização endotérmica quando aquecido a temperaturas superiores a 600 C. A relaxação estrutural exotérmica e irreversível é o fenômeno que precede a recristalização da fase amorfa do composto e é caracterizada por um espectro contínuo de energia de ativação. Este trabalho tem como objetivo principal explorar o mecanismo de relaxação estrutural da fase amorfa do tugnstato de zircônio, em particular, determinar se este fenômeno envolve a quebra das ligações W-O formadas durante a amorfização. Com esta finalidade, foram utilizadas as técnicas de ressonância magnética nuclear de estado sólido do núcleo 17O (RMN), espectroscopia Raman e espectroscopia na região do infravermelho longínquo (FT-FAR-IR). Além disso, como objetivo secundário, foi calculado, por meio de medidas de calorimetria exploratória diferencial modulada (MDSC) o espectro de energia de ativação deste processo. Esse cálculo envolveu a resolução do problema inverso originado do modelo cinético utilizado, que resulta em uma equação integral de Fredholm do primeiro tipo. O espectro obtido apresenta uma distribuição assimétrica de probabilidade de que processos cinéticos ocorram como função da energia com dois máximos em aproximadamente 1.4 eV e 2.7 eV, indício de que dois processos com mecanismos distintos ocorrem durante a relaxação. A evolução da estrutura amorfa durante a relaxação foi acompanhada por RMN do estado sólido do núcleo 17O e por meio das técnicas de espectroscopias vibracionais. Os resultados indicam que durante a relaxação estrutural da fase amorfa do ZrW2O8 não ocorre quebra das ligações W-O formadas durante a amorfização, mas apenas um rearranjo local dos átomos de oxigênio. Somente na temperatura de recristalização é fornecida energia suficiente para que ocorra o rompimento destas ligações. / Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio Grande do Sul, FAPERGS. / Zirconium tungstate (ZrW2O8) is a ceramic material which exhibits several unusual properties such as negative thermal expansion, amorphization induced by high pressures ( 1.5 GPa and 2.0 GPa) and endothermic recrystallization when heated to temperatures above 600 C. The irreversible exothermic structural relaxation is the phenomenon that precedes the recrystallization of the amorphous phase and is characterized by a continuous activation energy spectrum. This work aims to explore the structural relaxation mechanism of the amorphous phase of zirconium tungstate, in particular, determine whether this phenomenon involves the breakdown of W-O bonds formed during amorphization. To this end, the techniques of 17O solid-state nuclear magnetic resonance (NMR), Raman spectroscopy and far infrared spectrocopy (FT-FAR-IR) were used. As secondary objective, the activation energy spectrum of this process is calculated using modulated di˙erential scanning calorimetry measurements (MDSC). This calculation involved the resolution of the inverse problem originated from the kinetic model used, which results in a Fredholm integral equation of the first kind. The spectrum obtained shows an asymmetric distribution of probability that kinetic processes occur as a function of energy with two maxima at about 1.4 eV and 2.7 eV, evidence that two processes with distinct mechanisms occur during relaxation. The evolution of the amorphous structure during relaxation was monitored by 17O solid-state NMR and vibrational spectroscopy. The results indicate that during structural relaxation of the amorphous phase of ZrW2O8 ther is not breaking of bonds but only a re-arrangement of oxygen atoms. Only at recrystallization temperature enough energy is available to promote the breaking of the W-O bonds formed during amorphization.

Orientador: Maria Aparecida Silva / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-07T05:34:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Katekawa_MarcelEiki_D.pdf: 5613864 bytes, checksum: f3c6dcb950a61ff8698eef8f2ed21fd8 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: O processo de secagem de sólidos induz efeitos colaterais no material seco, sendo que a redução de volume é um destes efeitos. O objetivo deste estudo é investigar as características do processo de encolhimento e propor uma estratégia para inclusão destes efeitos na simulação da secagem. Escolheu-se a banana como objeto de estudo devido a sua importância para o Brasil e à existência de alguns estudos sobre o encolhimento desta fruta. Estudou-se inicialmente o processo de encolhimento durante a secagem e os efeitos das condições de processo sobre o comportamento dimensional do material. Fatias de banana encolhem linearmente no início da secagem, mas esse comportamento não é observado para baixos teores de umidade. Como a banana possui uma estrutura potencialmente anisotrópica, o efeito do comportamento dos diferentes tecidos da fruta teve que ser levado em consideração através do estudo da transição vítrea de cada fase durante a secagem. Um dos tecidos, o mesocarpo, possui temperatura de transição vítrea de 46ºC quando seco e pode sofrer transição durante a secagem convectiva e afetar o volume final da amostra seca. Além disso, estudou-se como a umidade é compartimentalizada no interior de cada tecido pela técnica de RMN e a influência sobre o encolhimento da amostra. O mesocarpo é seco mais rapidamente, mesmo possuindo uma quantidade de umidade livre menor que o endocarpo. Finalmente, desenvolveu-se uma resolução de equações de balanço de massa e energia utilizando-se malhas não estruturadas para poder melhor adaptar o encolhimento na modelagem / Abstract: The drying process may induce collateral effects in the dry material, such as the volume reduction. The objectives of this study are to investigate the characteristics of the shrinking process and to consider a strategy for inclusion of these effects in a drying simulation. Banana was chosen as a case study due to its importance in Brazil and to the existence of some studies on the shrinking process of this fruit during drying. Initially the effects of the drying conditions on the dimensional behavior of the material were analyzed. Banana slices shrink linearly in the beginning of the drying process, though some deviation of this behavior is observed for low moisture content. As banana possesses a potentially anisotropic structure, the behavior of the different tissues from the edible fruit had to be taken into consideration through the study of the glass transition of each phase. One of the tissues, the mesocarp, has a glass transition temperature of 46ºC when totally dry and may undergo glass transition during convective drying, which affects the final volume of the dried sample. Moreover, moisture compartmentalization in the interior of each tissue was analyzed and related to the differential behavior during drying. The mesocarp is more easily dried even though it possesses a higher concentration of unbound moisture. Finally, a resolution of mass and energy balance equations using unstructured meshes in order to allow a better inclusion of the shrinkage effects in drying was developed. / Doutorado / Engenharia de Processos / Doutor em Engenharia Química

The growing world demand for renewable energy production in substitution of fossil fuels has given great prominence in the culture of sugarcane (Saccharum sp.). This has been considered the most efficient crop for energy production, as Brazil being the world's largest producer, with a production of 655.6 million tons in 2015/2016 harvest in an area of 8.5 million hectares. One of the major obstacles to the production of sugarcane is still the attack by pest and estimates that about 10% of the crop losses are caused by insects, being a sugarcane borer (Diatraea Saccharalis) the most importante pest. The plants, during its evolution, to reduce the damages caused by the attack of pests, they have developed a series of defense mechanisms, among them, physical barriers, proteins and toxic metabolites and volatile metabolic flags. Many works have been developed to decipher the mechanisms of defense of sugarcane to the attack of herbivorous insects, an attempt of genetic breeding programs and information biotechnology for the development of more resistant plants, however, many of the mechanisms still remain to be clarified. These works are mostly restricted to the study of genes and proteins and global studies of transcript and proteome analyzes of the plant. The current work proposes to perform an analysis of the metabolism of two varieties of sugarcane (RB92579 and SP791011) through direct and indirect extraction methods in response to herbivory by Diatraea saccharalis using NMR spectroscopy and multivariate statistical analysis from data by principal component analysis (PCA) and least squares analysis of discrimination (OPLS-DA). In the metabolomic analysis of sugarcane of the variety RB92579 was studied using the direct extraction method (leaves) in the 4 herbivory times (24, 48, 72 and 96 hours), only after 48, 72 and 96 hours of stress by herbivory, it was possible to get differences between the control groups and herbivore groups, which the greater timing of response was obtained in 72 hours, that indicated the increase of the primary metabolites asparagine, aspartic acid, dimethylamine, glutamic acid , isoleucine, leucine, malic acid, tyrosine and phenylalanine. The variety of sugarcane SP791011, the method of indirect extraction of the leaves of the plant was applied in times 24, 48 and 72 hours by stress induced by caterpillars of Diatraea saccharalis and, coincidentally, showed in the time 72 hours a greater number of herbivory response metabolites, which caused a depletion of aconitic acid, formic acid, asparagine, alanine and elevation of acetic acid and chlorogenic acid. Despite their different metabolic profiles in response to herbivory, the elucidated metabolites suggest the metabolic pathway of shikimic acid to produce phenylpropanoids due to the increase of tyrosine, phenylalanine in the leaves of the sugarcane variety RB92579, and increase of chlorogenic acid in the leaves of the cane. In addition to the herbivory test, it was carried out a biological assay with chlorogenic acid inserted in the artificial diet of Diatraea saccharalis caterpillars, which demonstrated a decrease in the development time of the pupae comparing with pupae of Caterpillars Control, which caused an outbreak of moths with deformations at all concentrations of chlorogenic acid used in the bioassay. These results may help in the development of sugarcane varieties more resistant to the attack by Diatraea Saccharalis. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A crescente demanda mundial para a produção de energias renováveis em substituição aos combustíveis fósseis tem dado grande destaque à cultura da cana-de-açúcar (Saccharum sp.). Esta tem sido considerada a cultura mais eficiente para a produção de energia, tendo o Brasil como o maior produtor mundial, com uma produção de 655,6 milhões de toneladas na safra 2015/2016 em uma área de 8,5 milhões de hectares. Um dos grandes entraves à produção de cana-de-açúcar ainda é o ataque de pragas e doenças e estima-se que cerca de 10% das perdas para esta cultura sejam ocasionadas por insetos, sendo a broca da cana-de-açúcar (Diatraea saccharalis) a praga mais importante. As plantas, durante a evolução, para reduzir os danos causados pelo ataque de pragas, têm desenvolvido uma série de mecanismos de defesa, dentre eles, barreiras físicas, proteínas, metabólitos tóxicos e metabólitos voláteis sinalizadores. Muitos trabalhos têm sido desenvolvidos para decifrar os mecanismos de defesa da cana-de-açúcar ao ataque de insetos herbívoros, na tentativa de subsidiar programas de melhoramento genético e a biotecnologia de informação para o desenvolvimento de plantas mais resistentes, porém, muitos destes mecanismos ainda permanecem a ser esclarecidos. Estes trabalhos, em sua maioria, estão restritos ao estudo de genes e proteínas e a estudos globais de análises dos transcritos e do proteoma da planta. O presente trabalho propõe realizar a análise do metaboloma de duas variedades de cana-de-açúcar (RB92579 e SP791011) através dos métodos de extração direto e indireto na resposta a herbivoria por Diatraea saccharalis, utilizando espectroscopia de RMN, e processamento e estatística dos dados pelos métodos de análise de componentes principais (PCA) e análise dos mínimos quadrados parciais-análise discriminante (OPLS-DA). A análise metabolômica da cana-de-açúcar da variedade RB92579 foi realizada pelo método de extração direta (folhas) nos 4 tempos de herbivoria (24, 48, 72 e 96 horas), sendo que, apenas após 48, 72 e 96 horas sob herbivoria, foi possível haver diferenças entre os grupos controle e grupo herbivoria, no qual o tempo em que se obteve maior resposta da planta foi no tempo 72 horas, que indicou o aumento dos metabólitos primários asparagina, ácido aspártico, dimetilamina, ácido glutâmico, isoleucina, leucina, ácido málico, tirosina e fenilalanina. Já com relação a variedade de cana-de-açúcar SP 1011, aplicou-se o método de extração indireto das folhas da planta nos tempos 24, 48 e 72 horas sob estresse induzido pelas lagartas de Diatraea saccharalis e, coincidentemente, apresentou no tempo 72 horas o maior número de metabólitos de resposta a herbivoria, o que causou numa redução dos níveis de ácido cis e trans aconítico, ácido fórmico, asparagina, alanina e no aumento dos níveis de ácido acético e ácido clorogênico. Apesar de fornecerem perfis metabólicos diferentes em resposta a herbivoria, os metabólitos elucidados sugerem a via metabólica do ácido chiquímico devido ao aumento de tirosina, fenilalanina nas folhas da cana-de-açúcar da variedade RB92579, e aumento do ácido clorogênico nas folhas da cana-de-açúcar da variedade SP791011. Além do ensaio de herbivoria, foi realizado um ensaio biológico com o ácido clorogênico inserido na dieta artificial das lagartas de Diatraea saccharalis, que demonstrou uma diminuição do tempo de desenvolvimento das pupas em comparação com as pupas de lagartas controle, que provocou a eclosão das mariposas com deformações em todas as concentrações de ácido clorogênico usadas no bioensaio. Esses resultados podem ajudar no desenvolvimento de variedades de cana-de-açúcar mais resistentes ao ataque da Diatraea Saccharalis.

The structural identification of organic substances has always been a challenge for chemistry, since its emergence as a science. Initially, the techniques employed induced error, because it used destructive techniques to generate derivatives that had nothing to do with the starting material. From the mid-twentieth century there was an evolution of spectroscopy and spectrometry, along with new methods of isolation and purification, increasing the reliability of the results. Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy (NMR) is a technique widely used to study the structure and dynamic of organic compounds in solution. The NMR technique is not only used in structural determination, but also to track the performance of a synthetic reaction. The present study aimed the identification of organic compounds in the Chemistry of Natural Products by uni- and bi-dimensional NMR. We studied metabolites from Melloa quadrivalvis, a plant of the Bignoniaceae family, known as vine basket, through the structural elucidation of a compound, one flavonoid glycoside. The study was conducted in two fractions isolated from Serjania lethalis St. Hil, and it was possible to identify and quantify by NMR, a mixture of sitosterol and stigmasterol glycoside, in one of the fractions. The analysis of the NMR spectra of a compound isolated from the other fraction of Serjania gave evidence for a saponin structure. Additionally, a study was made on secondary metabolites from Curvularia eragrostidis (Henn.) Meyer, a fungus that is responsible for burning the yam leaf and can cause total loss of production. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / A identificação estrutural de substâncias orgânicas sempre foi um desafio para a química, desde o seu surgimento como ciência. Inicialmente as técnicas empregadas induziam a erro, pois empregavam técnicas destrutivas que geravam derivados que nada tinham a ver com a substância de partida. A partir da metade do século XX houve uma evolução da espectroscopia e da espectrometria, juntamente com novas metodologias de isolamento e de purificação, aumentando a confiabilidade dos resultados obtidos. A espectroscopia por ressonância magnética nuclear (RMN) é uma técnica muito usada no estudo estrutural e na dinâmica de compostos orgânicos em solução. A RMN além de ser uma técnica empregada na determinação estrutural, pode também ser aplicada no acompanhamento de reações de síntese. Este trabalho teve como objetivo a identificação de compostos orgânicos na Química de Produtos Naturais por técnicas de RMN uni e bidimensionais. Foram estudados metabólitos da casca do tronco de Melloa quadrivalvis, uma planta da família das Bignoniaceae conhecida como cipó de cesto, onde foi feita elucidação estrutural de um composto, um flavonoide glicosilado. Foram ainda estudadas duas frações isoladas de Serjania lethalis St. Hil, sendo identificados e quantificados por RMN, uma mistura de sitosterol glicosilado e estigmasterol, em uma das frações, e na outra fração, a estrutura de uma saponina foi elucidada. Adicionalmente, foi feito estudo de metabólitos secundários de Curvularia eragrostidis (Henn.) Meyer, um fungo que é um dos responsáveis pela queima da folha do inhame e pode causar a perda total de uma produção.

Orientadores: Ana Carolina de Mattos Zeri, Nilson Ivo Tonin Zanchin / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-08-14T05:56:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Oliveira_JulianaFerreirade_D.pdf: 4266971 bytes, checksum: b6c93b83027283390194f44df501c5b2 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Proteínas da família SBOS (Shwachman-Bodian-Diamond Syndrome) ocorrem largamente na natureza e s.ão bastante conservadas, apresentando ortólogas em Archaea e eucariotos. Estudos de análises genômica e biofísica tem relacionado a SBOS com o metabolismo de RNA e biosíntese de ribossomos. O gene ortólogo da SBOS de Archaea está localizado em um operon conservado que contém genes do processamento de RNA; estudos de perfil de expressão gênica tem agrupado o gene da proteína SBOS de Saccharomyces cerevisiae, Sdo1p, com fatores do processamento de rRNA e estudos de análise proteômica identificaram a interação da proteína Sdo1p com fatores da biossíntese de ribossomos; ortólogas de planta contém um C-terminal estendido apresentando motivo de ligação a RNA. Mutações identificadas no gene SBDS tem sido relacionadas com a síndrome Shwachman-Oiamond (80S), uma doença caracterizada por insuficiência exócrina pancreática e disfunção na medula óssea, cujos pacientes apresentam grandes chances de desenvolver leucemia. SOS representa, portanto, um importante modelo para entender os processos envolvidos no desenvolvimento da leucemia. O objetivo principal desse trabalho consistiu na caracterização estrutural e funcional de proteínas da família SBOS. Foram realizados ensaios de cristalização com ortólogas ; da SBOS de Archaea, levedura, tripanossoma e humana. A SBOS de Pyrococcus abyssi foi cristalizada, porém os cristais difrataram a baixa resolução (3,50 A). A ' caracterização da SBOS ortóloga de Trypanosoma cruzi (TcSBOS) mostrou que esta, proteína contém uma região C-terminal estendida. Ensaios de proteólise limitada,' dicroismo circular e espectroscopia por Ressonância Magnética Nuclear (RMN) indicaram que a região adicional da TcSBOS se comporta como um fragmento de proteína intrinsicamente desenovelado, responsável pela interação da TcSBOS com RNA, verificada por ensaios de Electrophoretic Mobility Shift Assay (EMSA). Também foi realizada a determinação da estrutura da ortóloga humana (HsSBOS) em solução por espectroscopia de RMN. A proteína HsSBOS é composta de três domínios bem estruturados, apresentando mobilidade conformacional entre os domínios N-terminal e central. Experimentos de titulação de RNA, novamente utilizando-se RMN, possibilitaram a confirmação da interação direta da SBOS humana com RNA. A região de ligação ao RNA foi identificada no N-terminal da proteína, região bastante conservada na família e considerada o principal alvo das mutações relacionadas à doença SDS / Abstract: The Shwachman-Bodian-Oiamond syndrome (SBOS) protein family occurs widely in nature and is highly conserved, with orthologues in Archaea and eukaryotes. Genomic and biophysical studies have suggested involvement of this protein in RNA metabolism and in ribosome biogenesis. Archaeal SBOS orthologue genes are located within highly conserved operons that include RNA-processing genes; transcriptional profiling analysis has clustered the yeast ortholog protein Sdo 1 p with rRNA processing factors and proteomic analysis have identified potential interactions between Sd01 p and ribosome biogenesis factors; several plant SBOS orthologues contain extended C-terminal region with putative RNA binding motif. Mutations in the SBDS gene are associated to the Shwachman-Oiamond syndrome (SOS), arare multisystem disorder characterized by exocrine pancreatic insufficiency, bone marrow dysfunction, and an increased risk of acute myeloid leukemia. SOS therefore represents an extremely useful model for understanding leukaemogenesis. The objective of the present work was the structural and functional characterization of the SBOS protein family. SBOS orthologues from Archaea, yeast, trypanosomatid and human were assayed for crystallization. The Archaeal SBOS orthologue, PaUPF0023 in Pyrococcus abyssi, was crystallized, but the crystals 'diffracted to a relatively low resolution (3.50 A). Characterization of the Trypanosoma cruzi SBOS ortholog (TcSBOS) by using limited proteolysis, circular dichroism and NMR analyses indicated that the C-terminal additional region of TcSBOS behaves as a natively unfolded protein segment, responsible for TcSBOS-RNA interaction activity in electrophoretic mobility shift assays. We have also determined the solution structure and backbone dynamics of the human SBOS protein using NMR spectroscopy. The overall structure of human SBOS comprises three well-folded domains with conformational exchange in the linker between the N-terminal and the central domains. RNA titration experiments using NMR spectroscopy provide evidence that human SBOS interacts with RNA via the N-terminal domain, a conserved region in the SBOS family and the most frequent target for SOSassociated mutations / Doutorado / Bioquimica / Doutor em Biologia Funcional e Molecular