Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

Estágio realizado na OLIVA1925 e orientado pelo Eng.º Sandro Nelson Lemos Pinto / Tese de mestrado integrado. Engenharia Metalúrgica e de Materiais. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Estágio realizado no Imperial College London e orientado pelo Prof. Dr. Paul Robinson / Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Estágio realizado na Fluidinova-Engenharia de Fluidos e orientado pelo Eng.º Renato Gomes de Sousa / Tese de mestrado integrado. Engenharia Química. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Estágio realizado no INEGI e orientado pelo Eng. Pedro Portela e Doutor Jaime Monteiro / Tese de mestrado integrado. Engenharia Mecânica. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2008

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:43:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000435073-Texto+Completo-0.pdf: 3764608 bytes, checksum: 23d34083821e24bc00c6f737db4be5b8 (MD5) Previous issue date: 2011 / Public databases provide currently over 20 million ligands to users. In contrast, testing in silico with such a high volume of data is computationally very expensive, which demands the development of new solutions for reducing the number of ligands to be tested on their target receptors. However, there is no method to effectively reduce that high number in a manageable amount, thus becoming, as a major challenge of rational drug design. This work aims to develop a heuristic function to perform a virtual screening with available ligands, whose intention is to select the most promising candidates. The function is developed based on the geometry of the substrate of the receiver, filtering only the binder compatible with the cavity, derived from a fully flexible model of the receiver. To test the effectiveness of the proposed function a case study with the enzyme of Mycobacterium tuberculosis, InhA, is evaluated. The results of this filter improved the virtual screening using molecular docking, avoiding the testing of ligands that do not fit the substrate of the receptor binding pocket. / Bancos de dados de ligantes de acesso público oferecem atualmente mais de 20 milhões ligantes para os usuários. Em contrapartida, a realização de testes in silico com esse elevado volume de dados é computacionalmente muito custoso, que vem demandar o desenvolvimento de novas soluções para a redução do número de ligantes a ser testado em seus receptores alvo. No entanto, ainda não há método para efetivamente reduzir esse número elevado em um valor gerenciável, constituindo-se assim, um grande desafio do Planejamento Racional de Fármacos. Este trabalho tem o objetivo de desenvolver uma função heurística para realizar uma triagem virtual com ligantes disponíveis, cuja intenção é selecionar os candidatos mais promissores. A função desenvolvida é baseada na geometria da cavidade do substrato do receptor, filtrando apenas os ligantes compatíveis com esta cavidade considerando as variações 3D do modelo totalmente flexível do receptor. Para testar a eficácia da função proposta foram feitas duas avaliações utilizando como estudo de caso a enzima do Mycobacterium tuberculosis, a InhA. Os resultados obtidos deste filtro melhoraram o processo de triagem virtual, descartando a realização dos testes de docagem molecular dos ligantes que não se encaixam na cavidade do substrato do receptor.

A aterosclerose é uma doença pró-inflamatória, caracterizada por disfunção endotelial e pela presença de placa de ateroma, formada pela fagocitose de oxLDL por macrófagos da região subíntima. As espécies reativas apresentam um papel importante na doença, sendo responsáveis diretos pela oxidação da LDL. Os macrófagos podem apresentar dois fenótipos, o classicamente ativado, M1 (pró-inflamatório), e o alternativamente ativado, M2 (anti-inflamatório). Entretanto, o papel desses fenótipos na aterosclerose ainda carece de um maior entendimento. Portanto, nosso objetivo foi, em um primeiro momento, revisar os dados presentes na literatura sobre oxidação de LDL e fenótipos de macrófagos em aterosclerose. Em um segundo momento, objetivamos comparar (através de estudo de bioinformática) as expressões de grupos de genes antioxidantes (HAG), de genes relacionados ao fenótipo M1 e de genes relacionados ao fenótipo M2 entre macrófagos de pessoas com aterosclerose e de pessoas saudáveis e entre placas de aterosclerose humanas em estágio avançado e em estágio inicial. Os dados de expressão foram obtidos do repositório GEO (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/), enquanto as interações funcionais foram obtidas com os programas STRING (http://string-db.org/) e Medusa (http://coot.embl.de/medusa/). As análises estatísticas foram conduzidas com o programa ViaComplex (http://lief.if.ufrgs.br/pub/biosoftwares/viacomplex/) ze com a plataforma GSEA (http://www.broadinstitute.org/gsea/index.jsp). A expressão dos grupos de genes HAG e M1 aumentou nas placas em estágio avançado em comparação às placas em estágio inicial. A expressão dos grupos de genes HAG, M1 e M2 aumentou nos macrófagos de pessoas com aterosclerose em comparação com os macrófagos de pessoas saudáveis, mas somente o grupo de genes M1 teve sua expressão aumentada em células espumosas (foam cells) de pessoas com aterosclerose em comparação com pessoas saudáveis. Por outro lado, houve uma diminuição na expressão do grupo de genes M1 em foam cells de pessoas saudáveis em comparação com macrófagos do mesmo grupo de indivíduos. Portanto, nossos resultados sugerem que, diferente do que acontece em câncer, na aterosclerose não há uma polarização dos fenótipos de macrófagos. Na verdade, ambos estão aumentados e mais estudos são necessários para melhor elucidar os mecanismos envolvidos. Palavraschave: antioxidantes, aterosclerose, macrófagos, polarização, M1/M2. / Atherosclerosis is a pro-inflammatory disease, which is characterized by endothelial dysfunction and atheroma plaque formation, as a result of oxLDL phagocytosis by macrophages in subintima region. Reactive species play an important role, being involved with the LDL oxidation process. Macrophages can present two phenotypes, classically activated, M1 (pro-inflammatory), and the alternatively activated, M2 (antiinflammatory). However, the role of these phenotypes needs to be better explained. Therefore, our objective is to review the literature data about LDL oxidation and macrophage phenotypes in atherosclerosis. Thereafter, we aimed to compare, through bioinformatics study, the expression of human antioxidant genes (HAG), M1 phenotype-related genes and M2 phenotype-related genes groups between healthy people macrophages and atherosclerotic people macrophages, and between human advanced atherosclerotic plaques and human initial atherosclerotic plaques. Expression data were obtained from GEO (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/), while functional interactions were from STRING (http://string-db.org/) and Medusa (http://coot.embl.de/medusa/). The statistical analysis was conducted with ViaComplex (http://lief.if.ufrgs.br/pub/biosoftwares/viacomplex/) and GSEA (http://www.broadinstitute.org/gsea/index.jsp). The expression of HAG e M1 groups increased in advanced plaques compared to initial plaques, while the expression of HAG, M1 e M2 groups increased in atherosclerotic people macrophages compared to healthy people macrophages. Nevertheless, only M1 group had its expression elevated in atherosclerotic people foam cells compared to healthy people foam cells. On the other hand, there was a decreased expression of M1 group in healthy people foam cells compared to the macrophages from the same individuals set. Thus, our results suggest that in atherosclerosis there is not a macrophage phenotype polarization, differently of what happens for cancer. Actually, both phenotypes are increased and more studies are needed to better elucidate the involved mechanisms. Key-words: antioxidants, atherosclerosis, macrophages, polarization, M1/M2.

Propriedades de equilíbrio e espectroscópicas são determinadas para a mistura líquida CS2/C6H6 na temperatura de 298K e nas frações molares de benzeno iguais a 0,25, 0,50 e 0,75, usando simulação computacional por Dinâmica Molecular. As interações intermoleculares são descritas em relaçãao a todos os átomos por um potencial Lennard-Jones (12/6), com as interações eletrostáticas representadas por quadrupolos pontuais, localizados nos centros de massa das mol´eculas. Um segundo potencial também é considerado, onde a distribuição de cargas na molécula é usada para descrever as interações eletrostáticas. Dados termodinâmicos e propriedades estruturais, descritas através de funções de distribuição radial e de correlação angular, são calculados. Os resultados obtidos com os dois potenciais mostram boa concordância com os dados experimentais. A análise das frações molares locais e das energias internas indica que a mistura líquida CS2/C6H6 apresenta comportamento aproximadamente ideal. As funções de distribuição radial e de correlação angular evidenciam uma configuração preferencialmente paralela entre as moléculas de CS2 e C6H6 a distâncias menores em relação a distância do máximo da função de distribução , correspondente a primeira camada de coordenação . Nesta região, a configuração perpendicularé fracamente favorecida em relação as demais orientações. Funções de correlação temporal da polarizabilidade coletiva e da polarizabilidade molecular, correspondentes aos espalhamentos Rayleigh e Raman, respectivamente, são calculadas a partir do modelo de interação dipolo induzido por dipolo de 1a ordem. As funções de correlação são divididas nas contribuições orientacional, induzida por colisão e cruzada, e nas contribuições dos componentes. Propriedades de equilíbrio como anisotropia efetiva e intensidades integradas são determinadas para as misturas e líquidos puros. Os resultados indicam que a correlação orientacional entre as moléculas de CS2 é a maior responsável pelos espectros Rayleigh e espectros Raman deste componente. A maior participação do benzeno ocorre no espalhamento Raman com uma maior correlação na contribuição induzida por colisão. A separação na escala temporal entre a dinâmica reorientacional e induzida por colisão determinada na simulação é menor em relação ao experimento. Tempos de correlação da contribuição induzida por colisão são maiores nas misturas em relação aos líquidos puros no espalhamento Rayleigh, conforme o experimento, e estão relacionados a contribuições significativas das funções de correlação entre os componentes CS2 e benzeno a tempo longo. Funções de correlação temporal do momento dipolar coletivo são determinadas a partir do modelo dipolo induzido por quadrupolo e analisadas em termos de contribuições isotrópicas, anisotrópicas e cruzadas, como também de contribuições dos componentes. A relação entre estes termos é concordante com os parâmetros moleculares de anisotropia e quadrupolo dos componentes. Os resultados da simulação indicam absorbância de excesso para as misturas em uma ordem semelhante a do experimento. O tempo de correlação maior na mistura de fração molar de benzeno igual a 0,25, também encontrado no experimento, está relacionado a elevada contribuição a tempo longo da função de correlação entre dipolos induzidos em moléculas de CS2 por moléculas de C6H6. Os espectros calculados na simulação e os espectros experimentais do espalhamento de luz despolarizado Rayleigh apresentam boa concordância, validando os modelos de potenciais de interação e de indução usados. No entanto, diferenças são encontradas no infravermelho longínquo. Modi cações no modelo simplificado de indução são propostas.

O presente trabalho tem por objetivo o estudo dos tratamentos termoquímicos comuns na indústria metalúrgica denominados: nitretação, nitrocarburação e carbonitretação com o auxílio da ferramenta conhecida como ‘termodinâmica computacional’. Com o uso de um aplicativo computacional e de um banco de dados compacto procurou-se primeiramente o perfeito entendimento dos processos, por exemplo, através da análise do efeito de variáveis como temperatura, pressão e composição das fases gasosa e condensada. A partir deste entendimento procurouse simular os tratamentos termoquímicos dentro de parâmetros conhecidos da prática industrial e, finalmente, procurou-se sugerir algumas outras atmosferas possíveis de serem aplicadas, que se mostraram apropriadas aos objetivos de tais tratamentos. Durante a simulação, constatou-se que alguns resultados mostraram-se algo diferente dos existentes na literatura, provavelmente por diferenças nos dados termodinâmicos utilizados. Este fato, contudo, não invalida as simulações. Sugere-se apenas, para o futuro, a utilização de bancos de dados ainda mais compatíveis com os resultados obtidos na prática industrial.

A Estatística é uma ferramenta indispensável em todos os campos científicos. A Estatística descritiva é usada para sintetizar dados. O principal problema desta área está relacionado aos valores de uma amostra, os quais geralmente possuem erros que ocorrem durante a obtenção dos dados. Um dos objetivos deste trabalho é apresentar uma forma de representação para os valores amostrais que considera os erros contidos nestes valores. Esta representação é realizada através de intervalos. A literatura mostra que foram realizadas pesquisas somente em problemas de calcular os valores intervalares das medidas de dispersão variância, covariância e coeficiente de correlação, que a utilização da computação intervalar na solução de problemas de medidas de dispersão intervalar sempre fornece solução com intervalos superestimados (intervalos com amplitude grande), e que ao procurar uma solução com intervalos de amplitude pequena (através da computação da imagem intervalar), o problema passa a pertencer a classe de problemas NP-Difícil. Com o objetivo principal de analisar a complexidade computacional dos problemas de computar os valores dos indicadores estatísticos descritivos com entradas intervalares, e realizar uma classificação quanto a classe de complexidade, a presente tese apresenta: i) definições intervalares de medidas de tendência central, medidas de dispersão e separatrizes; ii) investigação da complexidade de problemas das medidas de tendência central média, mediana e moda, das medidas de dispersão amplitude, variância, desvio padrão, coeficiente de variação, covariância, coeficiente de correlação e das separatrizes e iii) representação intervalar dos valores reais, de tal modo que garante a qualidade de aproximação nos intervalos solução calculado através da extensão intervalar Primeiramente, apresentamos uma abordagem intervalar para os indicadores estatísticos e propomos algoritmos para a solução dos problemas de computar os intervalos de medidas de tendência central intervalar, dispersão intervalar e separatrizes intervalares. Tais algoritmos utilizam a aritmética intervalar definida por Moore, a extensão intervalar e foram projetados para serem executados em ambientes intervalares como IntLab e Maple Intervalar. Por meio da análise da complexidade computacional verificamos que os problemas de medidas de tendência central, dispersão e separatrizes, com entradas intervalares, pertencem à classe de problemas P. Este trabalho apresenta, portanto, algoritmos de tempo polinomial que calculam os intervalos dos indicadores estatísticos com entradas intervalares, e que retornam como solução intervalos com qualidade de aproximação. Os resultados obtidos no desenvolvimento do trabalho tornaram viável a computação da Estatística Descritiva Intervalar.