Esta tese apresenta resultados do estudo de interações entre biomoléculas e membranas compostas de lipídio. Duas classes de biomoléculas foram utilizadas, em primeiro lugar fragmentos de DNA que se inserem na camada aquosa entre as membranas, e peptídeos, que se inserem na parte hidrofóbica da membrana. As membranas de lipídio são constituídas basicamente por lecitina de soja, organizada em vesículas ou fases lamelares. Foram preparados complexos de lipídios e DNA com fragmentos de 150 pares de base, onde variou-se a composição das membranas na fase lamelar, com a adição de um co-surfactante comercial composto de uma mistura de ácidos graxos. Com essa abordagem foi possível alterar as propriedades elásticas da fase lamelar onde os fragmentos de DNA se inserem. Técnicas de espalhamento de raios-X foram aplicadas para a caracterização estrutural de duas composições distintas da fase lamelar hospedeira, revelando uma variedade de polimorfismos, como já havia sido observado para outras composições. Foi demonstrado que a transição entre os diferentes arranjos dos fragmentos de DNA está correlacionada a mudanças nas propriedades elásticas da fase lamelar hospedeira. No estudo da interação entre peptídeos e membranas, foram utilizadas vesículas e fases lamelares compostas apenas de lecitina. Os peptídeos utilizados foram duas sequências curtas de aminoácidos: L,L-difenilalanina (FF) e a cisteína-difenilalanina (CFF). A propriedade de auto-organização da FF tem sido reconhecida como elemento chave para a formação de fibras amilóides envolvidas em doenças neurodegenerativas como Alzheimer e Parkinson. Experimentos de FTIR demonstraram que os peptídeos se situam na interface da bicamada interagem mais fortemente com os grupos fosfato do lipídio. A incorporação do peptídeo FF promove alterações nas propriedades elásticas das membranas e, no caso das vesículas, observa-se uma transição multilamelar-unilamelar induzida pelo aumento da concentração de peptídeo. Com a presença do peptídeo CFF essa transição ocorre para concentrações baixas, provavelmente devido a ligações de hidrogênio entre o peptídeo e a membrana, alterando assim a entropia local da membrana. Observou-se ainda, com técnicas de dicroísmo circular e espalhamento de raios-X (WAXS) que, mesmo para essas sequências curtas, os peptídeos se agregam formando estruturas cristalinas que contribuem para a alteração das interações entre membranas e desestabilização da estrutura lamelar. / This thesis presents results of the study of interactions between biomolecules and membranes composed of lipid. Two classes of biomolecules were studied, first fragments of DNA inserted into the aqueous layer between membranes and second, peptides that are inserted into the hydrophobic part of the membrane. Lipid membranes are basically constituted by soy lecithin, which is a biocompatible lipid, organized into vesicles or lamellar phases. Lipid and DNA complexes were prepared with 150 bp DNA fragments, varying the composition of the membranes in the lamellar phase, with the addition of a commercial commercial co-surfactant composed of a mixture of fatty acids. With this approach, it was possible to change the elastic properties of the lamellar phase where the DNA fragments are inserted. X-ray scattering techniques were applied for the structural characterization of two distinct compositions of the host lamellar phase, revealing a variety of polymorphisms, as had already been observed for other compositions. It has been shown that transitions between the different arrangements of the DNA fragments are correlated to changes in the elastic properties of the host lamellar phase. In the study of the interaction between peptides and membranes, vesicles and lamellar phases composed only of lecithin were used. The peptides used were two short amino acid sequences; L, L-diphenylalanine (FF) and cysteine diphenylalanine (CFF). The self-association property of FF has been recognized as a key element for the formation of amyloid fibers involved in neurodegenerative pathologies such as Alzheimer\'s and Parkinson\'s disease. FTIR experiments have shown that the peptides are at the interface of the bilayer and interact more strongly with the phosphate groups of the lipid. The incorporation of FF peptide promotes changes in the elastic properties of the membranes and in the case of the vesicles, a multilamellar-unilamellar transition is observed induced by the increase of the peptide concentration. With the presence of CFF peptide this transition occurs at low concentration, probably due to hydrogen bonds between peptide and membrane which change the local entropy of the membrane. It is also observed with circular dichroism and X-ray scattering (WAXS) techniques that, even for these short sequences, the peptides aggregate forming crystalline structures that contribute to the modification of membrane interactions and destabilization of the lamellar structure.

Este trabalho teve por finalidade a implementação e desenvolvimento de novos métodos para a análise de curvas de espalhamento de raios X a baixo ângulo por sistemas monodispersos. O resultado básico final deste trabalho foi a confecção de três programas de computador e suas aplicações em proteínas de interesse biológico. ELLFIT é um programa de computador que encontra o elipsóide cuja curva de SAXS melhor se ajusta a uma dada curva experimental. Para casos favoráveis este programa é capaz de determinar a dimensão máxima e algumas características básicas do formato da partícula. CRYSOL é um programa para a avaliação de curvas de espalhamento em solução para proteínas com estrutura atômica conhecida. O programa usa a expansão de multipolos para o cálculo rápido da promediação espacial e simula uma camada de hidratação ao redor da proteína. CRYSOL pode predizer a curva de SAXS de uma determinada proteína e compará-la com dados experimentais. HOMDIM é um programa para a determinação da posição das sub-unidades de um homodímero no caso de ser conhecida somente a estrutura da sub-unidade sozinha. Dada a curva experimental e a amplitude da sub-unidade, HOMDIM procura os parâmetros posicionais que descrevem o homodímero. Estes e outros programas foram aplicados a várias proteínas. O método da expansão de multipolos foi usado na determinação do envelope molecular de uma inibidora de ALPHA-amilase. O programa CRYSOL foi utilizado para resolver uma ambiguidade na estrutura quatemária cristalina da hexocinase e o programa HOMDIM para a proposição de um novo modelo para a estrutura quatemária da aspartato transcarbamilase no estado R em solução / This work was aimed at the implementation and development of new methods for solution scattering analysis of monodisperse systems. The basic final result of this work was the development of three programs and their applications to proteins of biological interest. ELLFIT is a computer program, which finds the elipsoid whose SAXS curve has the best fit to a given experimental curve. In favorable cases, this program is able to determine the maximum dimension and some basic characteristic of the particle shape. CRYSOL is a program for evaluating the solution scattering from, proteins of known structure. The program uses multipole expansion for fast calculation of the spherically averaged scattering pattern and takes into account the hydration shell. Given the atomic coordinates it can predict the solution scattering curve and compare it with the experimental scattering curve. HOMDIM is a program to determine the position of both subunits of a homodimer when only one sub-unit structure is known. Given the experimental curve of the homodimer and the subunit scattering amplitudes. HOMDIM searches for the positional parameters, which describe the homodimer. These and other programs were used to study several proteins. The multipole expansion method was used in the shape determination of an ALPHA-amylase inhibitor. The program CRYSOL was used to solve the ambiguity in the hexokinase quaternary crystal structures and the program HOMDIM was utilized for the quaternary structure modeling of the R-state of the aspartate transcarbamilase in solution

Os receptores nucleares são de suma importância para os processos de sinalização intercelular nos eucariotos, uma vez que possuem a capacidade de convergir diferentes sinais internos e externos na regulação de programas genéticos. Estas proteínas funcionam, na sua maioria, como fatores de transcrição ativados por ligantes, sendo a via de comunicação direta entre as moléculas de sinalização e a resposta transcricional eliciada pelas mesmas. A programação genética, estabilizada ou modificada pelos receptores, afeta virtualmente todos os aspectos da vida dos organismos multicelulares, tais como a embriogênese, a homeostase, a reprodução, o crescimento e a morte celular. A regulação transcricional e a seletividade promovida por estas proteínas têm fomentado intensas pesquisas, as quais estão decifrando a complexa rede de eventos moleculares que relatam sua forma de ação. Será um desafio para o futuro o conhecimento completo das regras moleculares que definem sua maneira de promover o controle espacial e temporal da expressão gênica. Estas informações prometem trazer detalhes cruciais para o desenvolvimento de drogas mais eficientes e de grande valor terapêutico. Neste contexto, o principal objetivo dos estudos aqui apresentados foi o de aumentar o conhecimento sobre o comportamento e estrutura do receptor nuclear humano dos hormônios tireoidianos, isoforma β1 (hTRβ1), e do receptor nuclear humano do ácido retinóico 9-cis, isoforma ? (hRXRα). Para tal, aplicou-se a técnica de espalhamento de raios X a baixos ângulos para determinar-se, em solução, o envelope destes receptores contendo os domínios de ligação ao DNA e ao ligante. Paralelamente, investiu-se em diversas tentativas de cristalização dos mesmos. Os resultados obtidos permitiram a determinação da localização espacial dos diferentes domínios e as organizações quaternárias dos homodímeros e homotetrâmeros. Conseqüentemente, foram propostos os primeiros modelos estruturais de receptores nucleares contendo os domínios de ligação ao DNA e ao ligante. O comportamento oligomérico, em solução, do hTRβ1 também foi analisado qualitativamente. Verificou-se que a formação do homodímero e do homotetrâmero é influenciada pela presença do hormônio T3, pela concentração protéica, pelos domínios presentes e por mutações específicas. Estes estudos geraram a hipótese de que o receptor nuclear hTRβ1 é capaz de se autoreprimir. Até então, dentro da superfamília dos receptores nucleares, esta capacidade de autorepressão somente havia sido descrita para o receptor hRXRα. Por fim, cristalizou-se o domínio LBD do receptor hTRβ1 com os ligantes T3, Triac e GC-1. O objetivo foi o de determinar estruturas cristalográficas importantes para o futuro desenvolvimento de tiromiméticos de ação isoforma-seletiva. / In eukaryotes, nuclear receptors are of major importance for intercellular signaling because they join different intra and extracellular signals during regulation of genetic programs. The great majority of these proteins function as ligand activated transcription factors providing a direct link between signaling molecules and the transcriptional responses elicited by them. The genetic programs that these receptors establish or modify affect virtually all aspects of the multicellular organisms? life, such as embryogenesis, homeostasis, reproduction, cell growth, and death. Their gene-regulatory power and selectivity has prompted intense research which is now starting to decipher the complex network of molecular events involved in transcription regulation. The future challenge will be to uncover the molecular rules that define spatial and temporal control of gene expression. Such knowledge would be essential to the development of more efficient drugs with better therapeutic values. Therefore, the main purpose in this study was to extend the understanding on the behavior and the structure of human thyroid receptor, isoform ?1 (hTRβ1), and human retinoic acid X receptor, isoform ? (hRXRα). It was applied the small angle X-ray scattering technique to determine, in solution, the envelop of both receptors containing DNA and ligand binding domains. Beside this, several crystallization conditions were tried for both receptors. The results made possible to define the spatial localization of the domains and the quaternary structure of the homodimers and homotetramers. Consequently, we were able to propose the first structural models for nuclear receptors containing the DNA and ligand binding domains. The oligomeric behavior of the hTRβ1, in solution, was also analyzed qualitatively. We verified that it was influenced by the presence of T3 hormone, the protein concentration, the presence of both DNA and ligand binding domains, and by specific mutations. Based on these results, we were able to hypothesize that the hTRβ1 has the capacity of autorepression. Up to now, only the hRXRα, in the whole nuclear receptor superfamily, had been described to behave similarly. Finally, we crystallized the ligand binding domain of the hTRβ1 in the presence of the ligands T3, Triac, and GC-1. The objective was to solve crystallographic structures essential for the future development of tiromimetics with isoform-selective action.

A Polianilina (PANI) e os polímeros derivados da anilina têm recebido grande atenção devido às suas aplicações tecnológicas. A introdução de grupos funcionais polares e de grupos alquila à cadeia principal da PANI é um artifício para se obter polímeros solúveis em uma maior variedade de solventes orgânicos. A Poli(o-metoxianilina) (POMA) é um dos derivados da PANI e sua diferença estrutural está na presença do grupo (-OCH3) na posição orto dos anéis de carbono, sendo bastante estudada na forma de pó ou de filmes para as mais diversas aplicações. Apesar do grande número de trabalhos realizados com a PANI e seus derivados, são poucos os que focam um estudo estrutural desses materiais nas formas dopada (ES) e desdopada (EB). PANI e POMA foram sintetizadas quimicamente utilizando-se 0,5 e 1,0M \'H\'CL\' e tempos de síntese compreendidos entre 0,5 e 96 h. As amostras foram caracterizadas por XRD, SAXS e SEM. Através dos dados de XRD, utilizou-se o ajuste LeBail para obter informações microestruturais através do programa FULLPROF. A análise de XRD mostrou que o tempo de síntese não interferiu significativamente na cristalinidade da PANI, porém, é um parâmetro importante na síntese da POMA, a qual se tornou mais cristalina. Através do SAXS foi possível obter os valores dos raios de giro (Rg) e a dimensão máxima das partículas (Dmáx) a partir da função de distribuição de distâncias entre pares (p(r)) e, através das curvas de Kratky, foi possível analisar qualitativamente a organização das partículas. Através do ajuste LeBail foi possível verificar que o tamanho médio dos cristalitos da PANI-ES e PANI-EB são, respectivamente, 34 e 27 Å. Para a POMA-ES, os cristalitos aumentam com o aumento do tempo de síntese, ficando num intervalo de 26 - 57 Å, enquanto a POMA-EB apresentou cristalitos com 19 Å. As imagens de SEM permitiram a visualização de diferentes morfologias para PANI e POMA: enquanto a PANI-ES apresentou morfologia de fibras formadas por nanoesferas interligadas, a POMA-ES apresentou morfologia globular vesicular, a qual sofreu mudanças significativas com o aumento do tempo de síntese. As morfologias da PANI-EB e POMA-EB mostraram-se bastante diferentes daquelas observadas em suas respectivas formas dopadas. As medidas de condutividade não foram alteradas drasticamente para a PANI, enquanto que para a POMA, a condutividade aumentou durante a síntese. Analisar coerentemente os resultados obtidos através de cada uma das técnicas utilizadas e compreender um pouco mais a estrutura dos materiais poliméricos é essencial para relatar suas propriedades e contribuir com informações para esta misteriosa classe de materiais. / Polyaniline (PANI) and derivatives of aniline have received great attention due to their technological applications. The introduction of polar functional groups and alkyl groups to the main chain of PANI is a practice to obtain soluble polymers in a wider variety of organic solvents. Poly (o-methoxyaniline) (POMA) is a derivative of PANI and its structural difference is the presence of the group (-OCH3) in the ortho position of the carbon rings, been extensively studied in the form of powder or films for the most various applications. Despite the large number of studies performed with PANI and its derivatives, there are few that focus on a structural study of these materials in doped (ES) and undoped (EB) forms. PANI and POMA were chemically synthesized using 0.5 and 1.0 M \'H\'CL\' and synthesis times between 0.5 and 96 h. The samples were characterized by XRD, SAXS and SEM. XRD analysis showed that the synthesis time was not significant in the crystallinity of PANI, however, is an important parameter in the synthesis of POMA, which became more crystalline. Through the data of XRD, we applied the LeBail Fit using the program FullProf, showing that the average size of crystallites of PANI-ES and PANI-EB are respectively 34 and 27 Å. As for the POMA-ES, the crystallites increases with increasing synthesis time, staying in a range from 26 to 57 Å, while the POMA-EB showed crystallites with 19 Å. By SAXS was possible to obtain values of Radius of Giration (Rg) and the maximum particle size (Dmax) from the Pair-distance distribution Function (p(r)) and, through the Kratky curves, was possible to qualitatively analyze the particles organization. The images of SEM allowed the visualization of different morphologies for PANI and POMA: while the PANI-ES showed fibers morphology formed by interconnected nanospheres, the POMA-ES had a globular vesicular morphology, which changed with increasing synthesis time. Morphologies of PANI-EB and POMA-EB were quite different from those observed in their doped forms. The conductivity measurements were not changed drastically for the PANI, whereas for the POMA, the conductivity increased during the synthesis. Consistently analyze the results obtained by each of the techniques and understand the structure of polymeric materials is essential to relate their properties and contribute to this mysterious class of materials.

Orientador: Ricardo Aparicio / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-15T20:32:08Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Santos_MarceloLeitedos_D.pdf: 11878298 bytes, checksum: ee2390825183c2b5891dddf20f4e2509 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Nesta tese são apresentados os resultados da caracterização estrutural, principalmente por Cristalografia e Espalhamento de Raios X a Baixos Ângulos (SAXS), de importantes proteínas de venenos de serpentes e de semente de milho. Modelos estruturais foram obtidos para diferentes fosfolipases A2 (PLA2) de venenos, destacando-se dois modelos cristalográficos para uma PLA2 de Bothrops jararacussu resolvidos nos grupos de espaço P3121 e P212121, numa resolução máxima de 1,83 Å e 1,98 Å, cujos valores finais de Rfactor iguais a 19,7 % e 17,3 % (Rfree = 26,5 % e 23,8 %) foram obtidos, respectivamente. Ambos modelos apresentaram um inesperado fator de agregação plaquetária em seu sítio ativo e um interessante padrão pentagonal de moléculas de água altamente organizadas na superfície externa do canal hidrofóbico. Também foram recuperados envelopes de SAXS para uma PLA2 de Crotalus durissus cascavella, antes e após seu tratamento com naringina, que apresentaram uma nova configuração dimérica para fosfolipases A2 em solução e permitiram identificar o provável sítio de interação deste flavonóide. As proteínas de semente estudadas são aldose redutases (AR), as quais parecem estar envolvidas no metabolismo de sorbitol no milho. Esta mesma enzima em humanos está diretamente relacionada com complicações diabéticas em situações de hiperglicemia ao catalisar a conversão da glicose em excesso a sorbitol, que por sua vez é extremamente tóxico às células. Ao todo, seis modelos cristalográficos (apoenzima, complexos com cofatores enzimáticos e complexos ternários) foram obtidos para ARs específicas do embrião e endosperma. Dois destes modelos tiveram seu refinamento estrutural finalizado. O primeiro, para a apoenzima AKR4C7 do endosperma, apresentou valores finais de Rfactor e Rfree iguais a 16,6 % e 20,0 % a uma resolução máxima de 1,45 Å. O segundo, para o complexo da AKR4C13 do embrião com o cofator enzimático NADPH, convergiu para valores de Rfactor e Rfree iguais a 15,4 % e 18,9 % também a uma resolução máxima de 1,45 Å. Análises preliminares dos modelos cristalográficos das ARs de milho foram realizadas com intuito de investigar as possíveis razões para a existência de atividade catalítica frente ao sorbitol, mas não para glicose. De modo geral, as principais características estruturais destas e de ARs de outros organismos são conservadas, incluindo os resíduos do sítio ativo e suas conformações. Assim, mais estudos ainda são necessários até que se possa compreender as razões para a predileção ao sorbitol, em detrimento da glicose, pelas ARs da semente de milho / Abstract: This PhD thesis presents the results of a structural characterization of important proteins from snake venoms and maize seed mainly through Crystallography and Small-Angle X Ray Scattering (SAXS). Structural models were obtained for different phospholipases A2 (PLA2) from snake venoms, remarkably two crystallographic models for a PLA2 from Bothrops jararacussu in whose active site it was found an unexpected platelet aggregation factor and an interesting pattern of water clusters showing a highly organized pentagonal distribution that was found on the outside of the models¿ hydrophobic channel. Refined crystal structures were obtained at 1.98 Å and 1.83 Å resolution for crystals belonging to the space groups P212121 and P3121, showing crystallographic (Rfactor) and Rfree values of 17.3 % and 23.8 % for the space group P212121 and 19.7 % and 26.5 % for the space group P3121. SAXS envelopes for a PLA2 from Crotalus durissus cascavella treated and non-treated with naringin which allowed to identify possible flavonoid binding sites were also recovered. In addition, it was observed that C. d. cascavella dimers present a new extended configuration never seen before for phospholipases A2 in solution. The seed proteins studied are aldose reductases (AR) that seems to be related with sorbitol metabolism in maize. In humans, aldose reductases are straightly related with diabetic complications in hyperglycemic situations where the conversion of excess glucose to sorbitol induces serious cellular damage, since this product is extremely toxic to cells. Altogether, six crystallographic models for apoenzyme, complexes with enzymatic cofactors and ternary complexes were obtained for specific ARs from embryo and endosperm. The structural refinement for two of these models was already finished. The first model was obtained for the apoenzyme AKR4C7 from maize endosperm that presented Rfactor and Rfree values of 16,6 % and 20,0 %, respectively, at a maximum resolution of 1,45 Å. The second corresponds to the AKR4C13 from maize embryo complexed with the enzymatic cofactor NADPH for which crystallographic Rfactor of 15,4 % and Rfree of 18,9 %, at a maximum resolution of 1,45 Å, were obtained. Maize AR models were analyzed aiming at evaluate possible reasons for the lack of catalytic activity for glucose. In general, the main structural features of these ARs and from other organisms are conserved, including the active site residues and their conformations. Thereby, additional studies are still necessary to understand the reasons for the sorbitol preference over glucose in the enzimatic activity of maize aldose reductases / Doutorado / Físico-Química / Doutor em Ciências

Neste trabalho realizou-se o estudo estrutural e termodinâmico de sistemas micelares em solução formados por surfactantes de diferentes classes, tais como SDS (aniônico), TTAB (catiônico), DM (não-iônico) e SB310 (zwiteriônico). A abordagem experimental proposta neste trabalho consiste do estudo simultâneo de aspectos estruturais e termodinâmicos. Para o estudo estrutural utilizou-se as técnicas de raios X à baixo ângulo (SAXS) e Condutimetria, e pelo ajuste dos dados experimentais pode-se determinar parâmetros como a anisotropia de forma, número de agregação, grau de ionização, bem como a concentração micelar crítica das micelas em solução. O comportamento da função de distribuição de pares de distância permitiu concluir que todas as micelas formam estruturas do tipo core-shell, porém diferem em tamanho dependendo da composição da micela. O buffer usado é possivelmente o responsável por causar a diminuição da concentração micelar crítica e aumento do grau de ionização (para surfactantes iônicos) quando comparados os valores obtidos neste trabalho com aqueles da literatura, que em geral usa água como solvente. Para o estudo termodinâmico utilizou-se a técnica de calorimetria de titulação isotérmica (ITC) e pelo ajuste dos dados experimentais pode-se determinar os valores de entalpia micelar e concentração micelar crítica. A combinação dos resultados obtidos das técnicas de ITC e Condutimetria permitiu calcular o valor energia livre de Gibbs e a entropia de micelização. A partir da determinação dos parâmetros descritos acima, pode-se caracterizar a estrutura e aspectos termodinâmicos de micelas em solução. A metodologia apresentada neste manuscrito consegue fornecer parâmetros independentes e ao mesmo tempo complementares, o que acaba permitindo um estudo correlacionado e confiável. / In this work was carried out the study of the structural and thermodynamic of micelar systems in solution formed by different classes of surfactants such as SDS (anionic) TTAB (cationic), DM (non-ionic) and SB310 (zwitterionic). The experimental approach proposed in this manuscript consists of the simultaneous study of structural and thermodynamic aspects. For structural studies it was utilized the techniques of Small Angle X ray Scattering (SAXS) and Conductometry, and by fitting the experimental data it was possible to evaluate parameters such as the anisotropy, aggregation number, degree of ionization, and the critical micelle concentration of the micelles in solution. From the analysis of the behavior of the pair distance distribution function we concluded that the micelles form \"core-shell\" structures, but differ in size depending on the composition of the micelle. The buffer used is possibly responsible for causing the decrease of critical micelle concentration and the increase of the degree of ionization (for ionic surfactants) when values obtained in this study are compared to those ones in the literature, which usually uses water as a solvent. For the thermodynamic study we have used the technique of Isothermal Titration Calorimetry (ITC) and by fitting the experimental data we could determine the enthalpy values and critical micelle concentration. The combination of the results of ITC and Conductometry techniques allowed us to evaluate the value of Gibbs free energy and entropy of micellization. From the determination of the parameters described above we could characterize the structure and thermodynamic aspects of the micelles in solution. The methodology presented in this work can provide independent and complementary parameters, which ends up allowing a correlated and reliable study.

Neste trabalho estudamos por espalhamento de raios-X a baixos ângulos (SAXS) quatro diferentes sistemas de interesse biológico. Visamos investigar a auto-agregação de proteínas e de complexos proteicos que darão origem a fibras amilóides, interação proteína-proteína, simulando ambientes altamente concentrados, interação proteína-membrana simulando vesículas de matriz extracelular (MVs) de sistemas de biomineralização e interações proteína-agentes desnaturantes. No caso de formação de amilóides, investigamos a agregação do domínio GTPase da septina 6 (SEPT6G) e do complexo formado com o domínio GTPase da septina 2 (SEPT2G-SEPT6G). A temperaturas de até 15°C, tanto SEPT6G quanto SEPT2G-SEPT6G apresentam-se predominantemente diméricas em solução. Já a 25°C, o heterodímero SEPT2G-SEPT6G permanece estável enquanto agregados maiores de SEPT6G evoluem e coexistem em solução com SEPT6G-SEPT6G dimérica, sendo que a proporção de dímeros diminui com a temperatura. No estudo das MVs, mostramos que miméticos lipossomais de DPPC e DPPC:DPPS (9:1) possuem as mesmas características estruturais na ausência e presença de cálcio na solução. A interação da proteína anexina V humana (A5), envolvida em processos de biomineralização, impacta na membrana modelo induzindo a formação de nanoporos. A adição da fosfatase alcalina tecido não-específico (TNAP) não altera as propriedades estruturais do proteolipossomo na presença de A5. A ação do surfactante dodecil sulfato de sódio (SDS) a 30 mM não altera a conformação da albumina soro bovina (BSA), de maneira que é observada a formação de micelas de SDS coexistindo com a proteína livre em solução. Já a adição de 50 mM de SDS induz um desenovelamento parcial da proteína, identificado pela análise das curvas de SAXS via modelo de \"colar de pérolas\". A ação de uréia a 3 M e 8 M promove um desenovelamento parcial e total da BSA, respectivamente, com subsequente agregação de proteína dependente da temperatura (T > 30°C). A adição de 6 mM de SDS em proteínas parcialmente desenoveladas pela ação da uréia promove um desenovelamento mais acentuado. O potencial efetivo resultante da interação entre duas proteínas distintas, BSA e lisozima a concentração total de 100 mg/mL em solução, pH 7.0, foi obtido da análise de curvas de SAXS. Para isto, utilizou-se uma análise simplificada (em primeira aproximação) considerando um potencial efetivo de interação entre BSA-BSA, lisozima-lisozima e lisozima-BSA. Variamos a razão molar BSA:LISO até 1:42. No pH estudado, BSA tem uma carga residual superficial de -11e, enquanto a lisozima possui +9e. Conforme variamos a razão molar BSA:LISO, observamos dois regimes para o potencial efetivo resultante: i) até BSA:LISO 1:2, a carga efetiva do sistema é praticamente nula com um potencial resultante de caráter atrativo e ii) para razões entre BSA:LISO 1:3 a 1:42, a carga efetiva aumenta e o potencial resultante tem caráter repulsivo. Assim, lisozima e BSA coexistem sem agregar, através de um delicado balanço de forças atrativas e repulsivas no sistema. / In this work we have used small-angle x-ray scattering (SAXS) to study four systems of biological interest. We aim to investigate the self aggregation of proteins and protein complexes that would form amyloid fibers; protein/protein interaction, simulating high concentrations; protein/cell-membrane interaction, simulating extracellular matrix vesicles (MVs) from biomineralizing systems; and protein/denaturating-agents interactions. On the case of amyloid formation, we have investigated the aggregation of G-domain of septin-6 (SEPT6G) and the protein complex formed with G-domain of septin-2 (SEPT2G-SEPT6G). At temperatures lower than 15°C, both SEPT6G and SEPT2G-SEPT6G were found predominantly as dimers. At 25°C, SEPT2G-SEPT6G heterodimer is still stable while aggregates of SEPT6G grow. Both coexist in solutions of SEPT2G-SEPT6G dimers, with the percentage of dimers decreasing the higher the temperature. As for the study of MVs, we have shown that DPPC and DPPC:DPPS (9:1) liposomal mimetics have the same structural characteristics at the absence or presence of Calcium. The interaction with human annexin V protein (A5), related to biomineralization processes, affects the model membrane by the creation of nanopores. The addition of tissue-nonspecific alkaline phosphatase (TNAP) does not change the structural properties of the proteoliposome when A5 is present. The addition of SDS surfactant (30 mM) does not alters the conformation of bovine serum albumin (BSA), and we have observed the formation of SDS micelles coexisting with free protein in solution. The addition of 50 mM of SDS, on the other hand, induces the partial unraveling of the protein, as seen by the analysis of SAXS data via the pearl necklace\'\' model. The effect of adding 3M and 8M urea is, respectively, the partial and total unraveling of BSA, with ensuing aggregation of the protein dependent on the temperature (T > 30°C). The introduction of SDS 6mM promotes further unraveling in proteins that were previously partially unraveled by urea. The resulting effective potential for the interaction between BSA and lysozyme at total concentration of 100mg/ml and 7.0 pH has been obtained from the analysis of SAXS curves. In order to obtain this result we have used a simplified analysis (first order approximation) in which were considered the effective potentials for the interactions between BSA-BSA, lysozyme-lysozyme and lysozyme-BSA. We have varied the BSA:LISO molar ratio up to 1:42. At the studied pH, BSA has a surface residual charge of -11e, and lysozyme has +9e. As we changed the BSA:LISO molar ratio, we have found two regimens for the resulting effective potential: i) up to BSA:LISO 1:2, the effective charge of the system is virtually zero and the resulting potential is attractive; and ii) for BSA:LISO between 1:3 and 1:42 the effective charge increases, and the resulting potential is repulsive. Therefore, both lysozyme and BSA coexist without forming aggregates, by a delicate balance of attractive and repulsive forces.

Neste trabalho nanocompósitos de copolímero em bloco foram estudados. Os copolímeros em bloco utilizados foram o SEBS (poliestireno-b-poli(etileno-co-butileno)-b-poliestireno) e SEBSMA (que contém cerca de 2% de anidrido maléico no bloco de PEB) e as nanocargas argilas organofílicas: Cloisite 20A (modificada com 95 meg/100g de argila do sal di(alquil de sebo hidrogenado) dimetil amônio) e Cloisite 30B (modificada com 90 meq/100g de argila do sal (alquil de sebo) dihidroxietil metil amônio). Os nanocompósitos foram obtidos pelo método de mistura no estado fundido utilizando uma extrusora dupla rosca. Foram utilizados dois tipos de matrizes, sendo uma de filamento e a outra de fita. As microestruturas e propriedades dos materiais resultantes foram caracterizadas pelas técnicas de Espalhamento de Raios X a Baixo Ângulo (SAXS), Difração de Raios X (XRD), Microscopia Eletrônica de Transmissão (TEM). Foram realizados ensaios de Cisalhamento Oscilatório em Pequenas Amplitudes (SAOS) e Varredura de tempo (Time Sweep). Também, foram realizadas séries de ensaios reológicos para estudar um possível alinhamento das estruturas durante o fluxo. Em particular as amostras foram submetidas a Cisalhamento Oscilatório em Grandes Amplitudes (LAOS) e a estabilidade estrutural do material após o alinhamento. As amostras foram também testadas em fluxos extensionais utilizando-se uma geometria apropriada para gerar fluxos elongacionais. Esses últimos ensaios foram realizados utilizando dois tipos de amostras: amostras obtidas com a matriz de fita e cortadas paralelamente à direção do fluxo (longitudinal) ou perpendicularmente a direção do fluxo (transversal). As análises de caracterização estrutural (XRD e TEM) indicaram uma estrutura intercalada para o nanocompósito SEBS/20A, esfoliada para o SEBS-MA/20A e parcialmente esfoliada para o nanocompósito SEBS-MA/30B. Os resultados mostraram que as estruturas estão bem ordenadas com empacotamento hexagonal cilíndrico para ambos os copolímeros e nanocompósitos. Os resultados de caracterização estrutural mostraram que o processo de extrusão alinhou os cilindros (PS) na direção do fluxo de extrusão e as partículas de argila também sofreram uma orientação preferencial em menor escala. A caracterização reológica das amostras em cisalhamento mostrou que as morfologias dos nanocompósitos são estáveis com o tempo de cisalhamento, e permitiu confirmar as morfologias dos nanocompósitos. Os ensaios reológicos mostraram que é possível orientar as morfologias em cisalhamento e extensão. / In this work nanocomposites block copolymer were studied. The block copolymers used were SEBS (polystyrene-b-poly(ethylene-co-butylene)-b-polystyrene) and SEBS-MA (containing about 2% of maleic anhydride in the block EB), the nanocharges were organoclays namely: Cloisite 20A (modified with 95 meg/100g clay salt di (hydrogenated tallow alkyl) dimethyl ammonium) and Cloisite 30B (modified with 90 meq/100 g clay salt (tallow alkyl) methyl ammonium dihidroxietil). The nanocomposites were obtained by melt mixing using a twin-screw extruder. Two types of matrices, filament and ribbon were used. The microstructures and properties of the resulting materials were characterized by Small Angle X-Ray Scattering (SAXS), X-Ray Diffraction (XRD) and Transmission Electron Microscopy (TEM). Small Amplitude Oscillatory Shear (SAOS) and Time Sweep were carried out. Sequences of rheological tests were conducted to study a possible alignment of the structures during flow. In particular, the samples were submitted to Large Amplitude Oscillatory Shear (LAOS) and recovery. The samples were also tested in extensional flows using an appropriate geometry. These latest tests were conducted using two types of samples: tape samples cut along the flow direction (longitudinal) or cut perpendicular to the flow direction (transverse). The analysis of structural characterization (XRD and TEM) indicated an intercaled structure of the nanocomposite SEBS/20A, exfoliated for SEBS-MA/20A and partially exfoliated nanocomposite for SEBS-MA/30B. The results showed that the structures are well ordered with hexagonal cylindrical packing for both copolymers and nanocomposites. The results of structural characterization showed that the extrusion process aligned cylinders (PS) in the flow direction of extrusion and the clay particles also suffered a preferred orientation on a smaller scale. The rheological characterization of the samples in shear showed that the morphologies of the nanocomposites are stable with time of shearing, and it confirmed the morphologies of the nanocomposites. The rheological tests showed that it is possible to guide the morphologies in shear and extension.

Neste trabalho estudou-se o comportamento de soluções dos hidrótropos toluenossulfonato de sódio (TSS) e n-butilbenzeno sulfonato de sódio (NBBSNa) quanto a suas características de agregação/associação por Ressonância Magnética Nuclear 1H (RMN 1H), espalhamento de raios-X à baixo ângulo (SAXS), espalhamento de luz estático (SLS) e espalhamento de luz a médios ângulos (WAXS). Medidas realizadas com outros hidrótropos tais como estirenossulfonato de sódio (ESS), salicilato de sódio (SalS) e benzoato de sódio (BS) foram realizadas para comparação dos resultados. O NBBSNa foi sintetizado, purificado e caracterizado. Os experimentos de RMN revelam mudanças no deslocamento químico com a concentração, indicando mudança de ambiente a que as moléculas estão submetidas. Pela técnica de SLS pode-se avaliar o segundo coeficiente do virial das soluções de TSS com e sem a adição de um soluto. Pelas análises de SAXS determinou-se o tamanho do agregado de NBBSNa utilizando ajustes pelo programa SASfit, sendo o resultado comparado com um surfactante clássico dodecilbenzenossulfonato de sódio (DBSNa). O NBBSNa é um sistema de três densidades eletrônicas e esférico. Os demais hidrótropos estudados apresentam comportamento de líquido, sendo observado a correlação das moléculas a curta distância nos experimentos de WAXS. / In this work the behavior of solutions of the hydrotropes sodium toluene sulfonate (TSS) and sodium n-butylbenzene sulfonate (NBBSNa) was studied, concerning the aggregation/association characteristics of this molecules by the use of Nuclear Magnetic Resonance (NMR 1H), small angle x ray scattering (SAXS), static light scattering (SLS) and wide angle x ray scattering (WAXS). Measurements with other hydrotropic molecules like sodium styrene sulfonate (ESS), sodium salicylate (SalS), sodium benzoate (BS) were realized in order to discuss the results. The NBBSNa molecule was synthesized, purified and characterized. The experiments of NMR revealed changes in the chemical shift with the concentration, indicating the changes of the surround environment in what molecules are embedded. For the technique of SLS, the second virial coefficient of the solutions of TSS could be evaluated with and without the addition of a solute. By the SAXS data the size of the aggregate of NBBSNa was determined using the SASfit software. The result was compared with a classic surfactant sodium dodecylbenzene sulfonate (DBSNa). NBBSNa is a spherical system of three electronic densities. All the other hydrotropes studied shows a liquid scattering behavior. By WAXS experiments a correlation of the molecules at short distance was observed.

O espalhamento de raios X a baixo ângulo tem se mostrado uma poderosa ferramenta na ánalise estrutural de proteínas em solução. Estudos em condições próximas ao estado nativo podem ser realizados, permitindo a visualização tridimensional de proteínas ou complexos formados. A tese apresentada aborda a teoria envolvida para utilização desta ferramenta. Uma nova metodologia foi proposta para a determinação da massa molecular de proteínas em solução, utilizando apenas uma curva de SAXS em unidades arbitrárias, visto que até o momento, este procedimento era realizado em comparação com outra proteína padrão de peso molecular conhecido. Com relação à instrumentação científica, um equipamento de SAXS foi desenvolvido no Instituto de Física de São Carlos, permitindo agora que medidas de SAXS em proteínas em solução sejam realizadas no instituto. Clonagem, expressão e purificação foram realizadas para o domínio de ligação ao DNA da isoforma do receptor tireoideano humano, a caracterização experimental desta proteína foi realizada por anisotropia de fluorescência, crosslink e SAXS. Após formação do complexo DNA-proteína, F2-DBD hTR, o mesmo foi submetido a cristalização, os cristais obtidos para o complexo não apresentaram padrão de difração e modelos de baixa resolução foram gerados utilizando SAXS. Além disso, estudos de baixo ângulo foram realizados linha de SAXS do LNLS para a enzima ferredoxina redutase de leptospira interrogans e para o complexo formado por interleucina-22 e pelo receptor interleucina-22, sendo seus modelos tridimensionais resolvidos. / Small angle X-ray scattering has been proven to be a powerful tool in the structural analysis of proteins in solution. This technique permits the three-dimensional visualization of native proteins envelop at the level of nanometers. In this study we discuss the small angle X-ray scattering theory and we proposed a new methodology to determine the molecular weight of proteins in solution, using only SAXS curve in arbitrary units. Prior the development of this method, the proteins molecular weighs were calculated by comparison with another of known size, usually bovine serum albumin. We also assembled SAXS equipment at the Physics Institute of São Carlos, which will permits in house measurements; as well as the cloning, expression and purification of DBD hTR, followed by the characterization of this protein by fluorescence anisotropy, crosslink and SAXS. The DNA-protein complex, F2-DBD hTR, was subjected to crystallization assays. Although, the crystals obtained for the complex showed no pattern of diffraction we were able to generate low-resolution models for the F2-DBD hTR using SAXS analysis. Moreover, the studies of the protein LepFNR and the complex IL-22/IL-22R1 by small angle X-ray scattering were performed in the line of SAXS of the LNLS, and their threedimensional models were resolved