A Doença de Chagas, causada pelo parasita Trypanosoma cruzi, atinge cerca de um quarto da população da América Latina. Os fármacos disponíveis para o tratamento desta doença são inapropriados, apresentam baixa eficácia e sérios efeitos colaterais que limitam o seu uso. Esse grave panorama torna urgente a descoberta de novos agentes quimioterápicos para o tratamento seguro e eficaz da doença. A via glicolítica é principal forma de obtenção de energia de tripanosomatídeos. Um alvo molecular atrativo desta via bioquímica que desempenha papel essencial no controle do fluxo glicolítico do Trypanosoma cruzi, a enzima gliceraldeído-3-fosfato desidrogenase (GAPDH), foi selecionada neste trabalho de Tese para estudos em biologia estrutural e química medicinal visando à identificação e planejamento de novos inibidores enzimáticos. Neste contexto, triagens biológicas resultaram na identificação de compostos de origem natural e sintética com atividade inibitória in vitro frente à GAPDH de T. cruzi, ampliando a diversidade química de moduladores seletivos deste alvo. Estudos cinéticos e estruturais demonstraram o comportamento não cooperativo entre os sítios ativos da enzima GAPDH de T. cruzi em relação à interação com o cofator NAD+, fornecendo importantes evidências mecanísticas e estruturais para uma melhor compreensão das bases moleculares envolvidas no processo de reconhecimento molecular. Os estudos das relações quantitativas entre a estrutura e atividade (QSAR 2D e QSAR 3D) resultaram na geração de modelos com elevada consistência estatística interna e externa, além de alto poder preditivo da propriedade-alvo. Além disso, estudos de modelagem molecular e de QSAR 3D revelaram aspectos estruturais relevantes para o planejamento de inibidores seletivos da enzima GAPDH de tripanosomatídeos. Por fim, uma estratégia de triagem virtual baseado na estrutura do receptor foi empregada para a identificação de novos inibidores da GAPDH de T. cruzi, consistindo, entre outros, na aplicação de filtros hierárquicos sucessivos envolvendo restrições farmacofóricas e estudos de docagem molecular que resultaram na seleção de 35 candidatos a inibidores da enzima-alvo. Os trabalhos integrando estudos em química medicinal e biologia estrutural apresentados nessa Tese de Doutorado significam importantes contribuições no desenvolvimento de bases científicas sólidas para o planejamento de novos inibidores potentes e seletivos da enzima GAPDH de T. cruzi, um alvo molecular de alta prioridade em nosso grupo de pesquisa. / Parasitic diseases are the foremost threat to human health and welfare around the world. Chagas\' disease (also called American trypanosomiasis) is a tropical parasitic disease which occurs in Latin America, particularly in South America. The currently available drugs for this parasitic disease have severe limitations, including poor efficacy and high toxicity. The crucial dependence of trypanosomatids on glycolysis as a source of energy makes the glycolytic enzymes promising targets for drug design. Glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPDH) from Trypanosoma cruzi, a key enzyme in the glycolytic cascade, has been selected as an attractive drug target in this PhD Thesis work for studies in structural biology and medicinal chemistry for the identification and design of new enzyme inhibitors. In this context, compounds from both natural and synthetic sources with in vitro inhibitory activity against T. cruzi GAPDH were identified by screening assays, improving the chemical diversity of selective modulators of the target. Kinetic and structural studies have demonstrated the non-cooperative behavior between the T. cruzi active sites in the interaction with the NAD+ cofactor, shedding some light on the mechanistic and structural determinants underlying the biochemical recognition phenomenon. Quantitative structure-activity relationships (2D QSAR 2D and 3D QSAR) were successfully created, resulting in statistically significant models with good predictive ability for untested compounds. In addition, molecular modeling and 3D QSAR studies highlighted important structural aspects to assist the design of novel trypanosomatid GAPDH inhibitors. Finally, a structure-based virtual screening approach was employed for the identification of novel inhibitors of T. cruzi GAPDH, consisting of several consecutive hierarchical, fast pharmacophore matching and molecular docking, which afforded 35 inhibitor candidates for the target enzyme. The integration of structural biology and medicinal chemistry studies presented in this PhD Thesis are important contributions in the development of strong scientific basis for the design of new selective and potent inhibitors of GAPDH from T. cruzi, a molecular target of highest priority in our research group.

Mais de quarenta proteínas humanas estão envolvidas em doenças amilóides, sendo a transtirretina (TTR) uma dessas. A dissociação do tetrâmero da TTR é a etapa limitante para sua via de agregação. Esta etapa pode ser dificultada pela ligação de pequenas moléculas a dois sítios na interface tetramérica da TTR e facilitada em variantes mutantes. A mutante V30M é a variante amiloidogênica mais frequente da TTR e, apesar da mutação não se encontrar no sítio de ligação de pequenas moléculas, pode limitar a interação de inibidores com esta proteína. Desta forma, a busca de inibidores da agregação da TTR tipo selvagem (TTRwt) e mutantes amiloidogênicas vem sendo realizada. Na presente tese, flavonóides, freqüentemente encontrados em alimentos, e agonistas sintéticos do receptor do hormônio tireoidiano, seletivos para a isoforma beta deste receptor, foram selecionados para testes de inibição da agregação da TTRwt e mutante V30M. A interação dos melhores inibidores com a TTR foi também caracterizada em detalhes. Para isto, um ensaio de agregação in vitro da TTR foi utilizado para triagem dos compostos; e a assinatura termodinâmica da interação dos melhores inibidores com a TTR, bem como as estruturas cristalográficas TTR:inibidores foram determinadas por calorimetria de titulação isotérmica e cristalografia de proteínas, respectivamente. Os compostos sintéticos, GC-1 e GC-24, mostraram-se inibidores eficazes, porém com potência moderada. Já as flavonas luteolina (LUT), apigenina (API) e crisina (CHR), a flavanona naringenina (NAR), o flavonol kaenferol (KAE) e a isoflavona genisteína (GEN) apresentaram boa potência e eficácia de inibição da agregação da TTR in vitro. Os inibidores NAR, CHR, GEN e KAE não mostraram mesma capacidade de inibição da mutante V30M e apresentaram cooperatividade negativa para ligação aos dois sítios da TTR. A posição dos inibidores no sítio, bem como a variabilidade química/ estrutural dos compostos testados parecem influenciar os mecanismos de interação com os dois sítios da TTR e a ligação à mutante V30M. Modificações no sítio da mutante V30M foram identificadas e são apontadas como a principal causa para a seletividade de alguns inibidores à forma selvagem da TTR. De modo geral, a investigação detalhada da interação de pequenas moléculas com a TTR permitiu propor as bases moleculares da cooperatividade entre os sítios desta proteína e das diferenças de interação dos inibidores com a forma selvagem e mutante V30M da TTR. / More than forty human proteins are involved in human amyloid diseases, being transthyretin (TTR) one of these. TTR tetramer dissociation is a limiting step for its aggregation pathway. This step can be delayed by small molecules binding to two binding sites in the TTR tetramer interface and enhanced in TTR amyloidogenic variants. The V30M mutant is the most frequent TTR amyloidogenic variant and, eventhough the mutation is not situated in the TTR binding site, this mutation can limit small molecule interaction with the V30M mutant. Therefore, the search for wild type (TTRwt) and amyloidogenic TTR mutant inhibitors is under investigation. In the present thesis, flavonoids, frequently found in food, and synthetic thyroid hormone receptor beta-selective agonists were selected for evaluation of their inhibition ability on TTRwt and V30M mutant aggregation. The interaction of the best inhibitors with TTR was also characterized in details. For this, an in vitro TTR aggregation assay was used for inhibitor screening, and the thermodynamic signature of interaction, as well the TTR:inhibitors crystal complexes were determined by isothermal titration calorimetry and protein crystallography, respectively. The synthetic compounds, GC-1 and GC-24, displayed high efficacy, however moderated inhibition potency. The flavones luteolin (LUT), apigenin (API), chrisin (CHR), the flavanone naringenin (NAR), the flavonol kaenferol (KAE) and the isoflavone genistein (GEN) showed good potency and efficacy of TTR aggregation inhibition in vitro. The inhibitors, CHR, NAR, GEN and KAE, had lower inhibition capacity to the V30M mutant, and displayed negative cooperativity of binding to the two TTR binding sites. The inhibitor position in the binding site, as well as the chemical/ structural variability of the tested compounds seems to influence the interaction mechanism with the two TTR binding sites and the binding to the V30M mutant. Modifications on the V30M mutant binding sites were identified and pointed as the main reasons for the selectivity of some inhibitors to the wild type TTR. Overall, the detailed inspection of small molecule interaction with TTR suggests the molecular basis of the cooperativity between the two TTR binding sites and also of the differences between the inhibitors interaction with the wild type and with the V30M mutant TTR.

Um novo critério, proposto por Jorge Navaza a partir de considerações teóricas para resolver o problema das fases, é avaliado numericamente. Este critério se baseia na propriedade de atomicidade da função densidade eletrônica, generalizando resultados obtidos por Goedkoop. O problema das fases é resolvido teoricamente pela minimização de uma função, R, que é formada pela soma dos menores autovalores de uma matriz, Q, construída a partir de todos os fatores de estrutura observados. O conjunto de fases procurado é aquele que minimiza R. Como a matriz Q depende em forma relativamente complexa do grupo de simetria espacial do cristal, teoria dos grupos é utilizada para reduzir a ordem desta matriz. O algoritmo e a implantação computacional do cálculo da função R, juntamente com testes numéricos que demonstram a utilidade do critério de Navaza, são descritos em detalhe. Como corolário, que pode talvez resultar de grande importância prática, é mostrado que a função R pode ser utilizada como uma nova figura de mérito nos métodos diretos por multissolução clássicos. Finalmente, é desenvolvida a álgebra correspondente ao cálculo do gradiente da função R, indicando a direção de trabalhos futuros / A new criterion, proposed by Jorge Navaza from theoretical considerations to solve the Phase Problem, is numerically tested. The criterion is based on the atomicity property of the electron density function, generalizing previous results by Goedkoop. The Phase Problem is theoretically solved by the minimization of a function, R, which is formed from the sum of the smallest eigenvalues of a matrix Q, constructed from the set of all observed structure factors. The sought set of phases is that which minimizes R. Because the matrix Q depends in a relatively complex fashion on the space group of the crystal, group theory is employed to reduce the order of Q. The algorithm and computational implementation for the calculation of R, together with numerical tests which demonstrate the usefulness of Navaza´s criterion, are described in detail. As a corollary, that might turn out to be of a practical importance, it is shown that the minimum value of the function R can be used as a novel Figure of Merit in the classical Multisolution Direct Methods. Finally, the rather complex algebra necessary for the calculation of the gradient of the function R is developed, indicating also the possible trends for future work

O acúmulo de poluentes orgânicos persistentes é um dos principais problemas de contaminação do meio ambiente em todo o mundo. As atividades industriais e os avanços tecnológicos na maioria dos setores de produção contribuem com a crescente liberação de compostos poluentes, altamente tóxicos, biocumulativos e resistentes à degradação física, química, fotolítica e biológica. Esses poluentes são o resultado do uso indevido de pesticidas de um modo geral, da subprodução não planejada de sintéticos tóxicos como dioxinas policloradas e de uma lista enorme de atividades que promovem a combustão incompleta da matéria orgânica e despejam no ambiente uma vasta quantidade de hidrocarbonetos aromáticos persistentes. A biorremediação é uma estratégia biotecnológica que vem lançar luz sobre as técnicas de revitalização de sítios contaminados. É baseada na utilização de microorganismos, ou suas enzimas, para reduzir ou eliminar perigos ambientais contaminantes em substâncias inertes, CO2 e água. As oxigenases são uma classe de enzimas amplamente estudadas por suas propriedades catalíticas únicas, sendo a clorocatecol 1,2- dioxigenase de Pseudomonas putida um interessante alvo biotecnológico para a biorremediação devido a sua ampla especificidade a substratos aromáticos, aromáticos halogenados e dialogenados altamente poluentes, biocumulativos e carcinogênicos. Nesse trabalho, o protocolo de expressão heteróloga em E. coli foi implementado em nosso laboratório e a purificação realizada em coluna de afinidade através do uso de resina de quitina. Os cristais de cor marrom avermelhado da enzima clorocatecol 1,2-dioxigenase Pseudomonas putida foram obtidos na presença de polietilenogligol e acetato de magnésio durante o período de 10 dias, utilizando-se a técnica de difusão de vapor em gota sentada. A estrutura cristalográfica da enzima Pp 1,2-CCD foi determinada através da utilização da técnica MR-SAD, utilizando átomos de ferro, cofator da proteína, como agentes espalhadores e as coordenadas da enzima 3-clorocatecol 1,2-dioxigenase de Rhodococcus opacus como modelo de busca. O modelo final, contendo 3 moléculas na unidade assimétrica foi refinado a 3.4 Å de resolução. A enzima se enovela na forma dimérica (Fe3+)2, e apresenta de um modo geral, dois domínios catalíticos compostos de fitas-beta e uma região de loops e um domínio de ligação composto por hélices formando um túnel hidrofóbico. Como a primeira clorocatecol de bactérias gram-negativa a ser descrita para essa classe de enzimas, será possível investigar as diferenças conformacionais que levam aos mecanismos de catálise, amplo a diversos substratos, e avaliar características de seu funcionamento e ativação, como uma importante ferramenta para validação do papel desta proteína dentro do processo de biorremediação. / Accumulation of persistent organic pollutants is one of the most important environmental problems worldwide. Industrial activities and technological advances contribute to the spread of pollutants, highly toxic, bioaccumulative, and resistant to physical, chemical, photolytic and biological degradation. The persistent organic pollutants are consequence of the inappropriate use of pesticides, the production of toxic synthetic compounds such as polychlorinated biphenyls and a large list of activities promote incomplete combustion of which organic matter and release a large amount of persistent aromatic hydrocarbons to the environment. Bioremediation is a biotechnogical strategy that has shed light on revitalization techniques of contaminated sites. It is based on the application of microorganisms, or their enzymes, to eliminate or reduce environmental contaminants into inert substances, CO2 and water. The oxygenases are a class of largely studied enzymes due to their catalytic properties, being chlorocatechol 1,2-dioxygenase from Pseudomonas putida an interesting biotechnological target for bioremediation due to its specificity to a broad spectrum of highly polluted aromatic substrates. In the present work, heterologous expression protocol has been implemented in our laboratory and purification was performed by using affinity column in chitin resin. Brown-reddish crystals of chlorocatechol 1,2-dioxygenase from Pseudomonas putida were obtained in presence of polyethylene glycol (PEG) and magnesium acetate after 10 days, by utilizing vapor diffusion techniques in sitting drops. The crystallographic structure of Pp 1,2-CCD has been solved by MR-SAD technique, using iron atoms, the enzyme cofactor, as scattering centers and the coordinates of 3- chlorocatechol 1,2-dioxygenase of Rhodococcus opacus as the search model. The final model, containing three molecules in the asymmetric unit, has been refined up to 3.4 Å resolution. The enzyme folds in the dimeric form (Fe3+)2, and shows two catalytic domains composed of -strands and a loop region, and a helical domain that pack together forming a hydrophobic channel. As being the first member of the chlorocatechol dioxygenase family of enzymes from a gram-negative bacteria to be solved, it will be possible to explore the crystallographic structure of chlorocatechol 1,2- dioxygenase from Pseudomonas putida in order to investigate the conformational differences that explain its mechanism of action, on a broad spectrum of substrates, and evaluate the functional features, as an important tool to validate the role of this enzyme in the bioremediation process.

In this thesis, the behavior of pearlitic steel was characterized under controlled wear conditions in the laboratory and service conditions in two ore mining stages, comminution and transportation. The thesis consists in three experimental chapters, divided according to the tribosystems analyzed. On all the chapters Electro Microscopy techniques for the microstructural analysis were employed. Scanning Electron Microscopy (SEM), Focused Ion Beam (FIB-SEM), Electron Backscatter Diffraction (EBSD) and Transmission Electron Microscopy (TEM) were used. The first experimental chapter shows the analysis of the pearlite under abrasive wear with loose abrasive particles in multi-events conditions. The sample was taken from Semi-Autogenous Grinding mills (SAG) and experimental simulation was carried out in laboratory using the Dry Sand Rubber Wheel Abrasion Test (DSRW). The results show a polycrystalline layer formation in both cases, characterized by ultra-fine grains of ferrite in the layer closer to the surface. It was also concluded that the DSRW can simulate the wear produced on field (superficial and microstructural features) in conditions of higher normal load than recommended by the ASTM Standard G65. The second experimental chapter explores the characterization of the microstructure after the indenter pass in scratch test using two conditions of normal load applied and five sequences of scratch. The microstructural analysis shows the formation of two subsuperficial layers identified by the level of the microstructural alterations. In the subsuperficial layer (close to the surface), the formation of new ultra-fine grains of ferrite was observed. A second layer was observed deeper in the sample and denominated as layer of the microstructure transition, characterized by the combination of deformed (reduction of the interlamellar spacing) and pearlite colonies not affected plastically by the mechanical loading. On this layer, the crystallographic texture in RD // in samples tested at 4 N (normal load) and one-pass scratch was determined. Later, on this chapter, the microstructure in a ground rail (industrial procedure characterized as a multi-event scratch test) was analyzed. Two grinding conditions were used for the analysis with variation of the grinding linear speed and load on the grinding stones (discs). The combination of low grinding speed and high load promotes a higher deformed layer formation beneath the patch zone and low randomized orientation of the pearlite colonies. Finally, in the third experimental chapter, the pearlitic characterization was concluded with the study of samples of railway wheel and rail under wear in service and Rolling Contact Fatigue (RCF) in laboratory. The laboratorial simulation was carried out using the twin-disc rolling contact tribometer with a variation of number of cycles. The characterization of railway wheel shows that the WEL is characterized by levels of breaking and aligned cementite and zones with dissolution of the carbon atom in the ferrite to form the supersaturated carbon ferrite. The polycrystalline ferrite formation (ultra-fine grains) in the sub-superficial layer and it was identified a preferential orientation of RD // in the layer of microstructural transition. The results of the laboratory test show surface crack nucleation and propagation at low angle in the more severe deformed layer. The microstructure of the layer consists in polycrystalline ferrite and the cementite dissolution. / Nesta tese foi caracterizado o comportamento do aço perlítico em condições controladas de desgaste em laboratório e em serviço em dois estágios do processo de mineração de minério, cominução e transporte ferroviário. A tese consiste em três capítulos experimentais divididos segundo o tribosistema analisado. Em todos os capítulos do trabalho foi utilizada a técnica de microscopia eletrônica para análise microestrutural. Foi utilizado Microscopia eletrônica de varredura (MEV), Focused Ion Beam (FIB-SEM), Electron Backscatter Diffraction (EBSD) e Microscopia eletrônica de transmissão (MET). O primeiro capítulo experimental mostra a análise da perlita in condições de desgaste abrasivo com partículas soltas em eventos múltiplos. As amostras foram tiradas de um moinho semi-autógeno (SAG) e realizada uma simulação experimental do desgaste em condições controladas usando o tribômetro de roda de borracha (RWAT). Os resultados mostraram a formação de camada branca em ambas as condições de análise, consistindo em uma camada poli cristalina caracterizada pela formação de grãos ultrafinos na camada mais próxima da superfície de desgaste. Também foi concluído que a roda de borracha pode simular o desgaste produzido nos moinhos SAG tanto nas características superficiais quanto microestruturais em condições de maior severidade as comumente utilizadas na norma ASTM G65 (procedimento B). O Segundo capítulo experimental explora a caracterização da microestrutura depois da passagem do endentador no ensaio de riscamento (scratch test) utilizando duas condições de carga normal aplicada e 5 sequências de riscamento. A análise microestrutural mostrou a formação de duas camadas subsuperficiais identificadas pelo nível de alteração microestrutural. Na camada mais próxima da superfície de desgaste foi observada a formação de grãos ultrafinos de ferrita. A segunda camada identificada mais profundamente na amostra, denominada como camada de transição, é caracterizada pela combinação de colônias deformadas (redução do espaçamento interlamelar) e camadas não afetadas pelos esforços produzidos no contato. Nesta camada foi determinada a texturização em direção RD // nas amostras testadas a 4 N (carga normal aplicada) e uma passada. Posteriormente à análise de riscamento foi caracterizada a microestrutura de uma amostra tirada de um trilho esmerilhado (processo industrial que pode ser considerado como aplicação do ensaio de riscamento). Foram consideradas duas condições de esmerilhamento com variação de velocidade de esmerilhamento (deslocamento linear do veículo esmerilhador) e potência dos motores dos rebolos usada no procedimento. A combinação de baixa velocidade de esmerilhamento e alta potência nos motores controladores dos rebolos promoveu uma grande deformação nas camadas subsuperficiais na região de contato e uma baixa aleatoriedade das orientações cristalográficas das colônias de perlita. Finalmente, no capítulo três, a caracterização da microestrutura perlitica foi finalizada com o estudo de amostras de roda e trilho em condições de desgaste em campo e de Rolling Contact Fatigue (RCF) em ensaios de laboratório. A simulação experimental foi realizada utilizando o tribômetro twin-disc rolling (configuração disco-disco) com variação do número de ciclos. A caracterização da roda ferroviária mostrou a formação da camada branca caracterizada por níveis de cementita fraturada e alinhada em direção do movimento de rolamento/deslizamento com áreas de dissolução do átomo de carbono na ferrita formando uma ferrita supersaturada. Foi identificado a formação de policristais de ferrita (grãos ultrafinos) na camada mais superficial e uma orientação preferencial RD // na camada de transição. Os resultados dos ensaios de laboratório mostraram a nucleação de trincas superficiais se propagando a baixo ângulo na camada branca. A transformação microestrutural dessa camada após ensaios de laboratório consiste em policristais de ferrita e dissolução da cementita.

Foram analisados, por difração de raios X, dois materiais policristalinos: uma liga de Heusler (C02ScSn), onde amostras originárias da mesma preparação foram submetidas a vários tratamentos térmicos distintos, e um material biocerâmico. Para o refinamento utilizou-se o Método de Rietveld. Na análise feita com a liga de Heusler (C02ScSn) tornou-se evidente uma segunda fase: C02Sn, e que não foi refinada por não haver um modelo de estrutura para a mesma. Assim, o refinamento foi efetuado, apenas para a estrutura conhecida, escolhendo algumas alternativas de função perfil, tais como as funções Gaussiana, pseudo-Voigt e Thompson¬-Cox-Hastings pseudo-Voigt modificada. A radiação de fundo também foi refinada utilizando o polinômio de quinta ordem. Os resultados obtidos foram equivalentes. Dos resultados obtidos nos refinamentos, conclui-se que as condições de preparação das amostras Fl17 (proveniente da amostra original, tratada a 600°C por 60 horas, em seguida moída, tratada a 200°C por 80 horas e submetida a resfriamento lento) e Al17 (proveniente da amostra original, tratada a 800°C por 48 horas e submetida a resfriamento lento), foram as mais satisfatórias. As amostras Fl17 e Al17 foram mais satisfatórias, respectivamente, segundo os índices de discordância do refinamento: qualidade do refinamento, de perfil e de perfil ponderado, e segundo os índices de discordância do refinamento: de Bragg e de fator de estrutura. Pela análise feita com o material biocerâmico tornou-se evidente a presença de duas fases cristalinas: hidroxiapatita [Ca10 (PO4) 6 (OH)2] e whitlockite [βCa3(PO4)2], e com o refinamento foi possível calcular a composição da mistura nas amostras. Pode-se concluir que o processo utilizado na obtenção da amostra HAIII103 ([Jarcho, M., Bolen, H. C., Thomas, M. B., Bobick, J., Kay, J. F. and Doremus, R. H., 1976. J. Matter. Sci., 11, 2027-2035], e homogeneizada com a mistura de colágeno: polímeros hidrofílicos) mostrou-se mais adequado, já que a mesma apresentou-se mais rica em hidroxiapatita. / Two polycrystalline materials were analysed by X-ray diffraction: a Heusler alloy (Co2ScSn), where samples originating from the same preparation were submitted to several different thermal treatments, and a bioceramic material. The Rietveld method was employed for the refinement. The analysis of the Heusler alloy clearly revealed the presence of a second phase: CO2Sn, which was not refined due to the absence of a structural model. Thus, the refinement was performed, only for the component with known structural model, choosing several alternative profile functions such as Gaussian, pseudo-Voigt and Thompson-Cox-Hastings modified pseudo-Voigt. The background radiation also was refined using a fifth order polynomial. The results obtained were equivalent. From the results obtained by the refinement it can be concluded that the preparation conditions of sample Fl17 (arising from the original sample treated at 600OC for 60 hours, ground, treated at 200OC for 80 hours and annealed) and Al17 (arising from the original sample treated at 800OC for 48 hours and annealed) were more satisfactory. The samples F117 and Al17 were more satisfactory, respectivelly, according to the disagreement factors goodness of fit, pattern and weighted pattern, and according to the disagreement factors Bragg and structure factor. The analysis of the bioceramic material clearly revealed the presence of two crystalline phases: hydroxyapatite [Ca10(PO4)6(OH)2] and whitlockite [β-Ca3(PO4)2] and via the refinement it was possible to calculate its composition. The procedure used to obtain sample HAIII103 ([Jarcho, M., Bolen, H. C., Thomas, M. B., Bobick, J., Kay, J. F. and Doremus, R. H., 1976. J. Matter. Sci., 11, 2027-2035], and homogeneized with a mixture of collagenous: hidrophylic polymers) proved to be the most adequate since this sample was richer in hydroxyapatite.

Os hormônios tireoidianos estão envolvidos em vários efeitos regulatórios, em órgãos diversos. Suas variações no organismo estão relacionadas a quadros clínicos de grande relevância. A presente dissertação trata do estudo de duas proteínas diretamente relacionadas ao complexo sistema regulatório associado a tais hormônios. A primeira delas é a globulina de ligação à tiroxina (TBG), responsável pelo transporte da grande maioria dos hormônios tireoidianos circulantes, e cujas alterações estão relacionadas a falhas na interpretação de testes de avaliação da função tireoidiana, podendo levar a tratamentos desnecessários. A segunda proteína é o receptor tireoidiano (TR), responsável pela mediação dos efeitos regulatórios do hormônio tireoidiano, tendo sua estimulação de atividade transcricional relacionada à ligação do hormônio em um de seus domínios. A TBG foi estudada através da técnica computacional conhecida como modelagem molecular por homologia, aplicada à proteína em sua forma selvagem e a mutantes observados no Brasil, com o intuito de relacionar a inviabilidade de tais mutantes a aspectos estruturais. Foi proposto que, para dois dos mutantes estudados, a formação das estruturas secundárias como na forma nativa da proteína seria inviável, enquanto que para o terceiro mutante a inviabilidade poderia ser causada por enovelamento incorreto causado por uma possível interação entre um resíduo de cisteína adveniente da mutação e outros resíduos do mesmo aminoácido em posição fisicamente próxima. O estudo do TR teve como base as estruturas cristalográficas das duas isoformas humanas do receptor (hTR α e hTR β) quando ligadas ao tiromimético GC-1. Esse composto tem a propriedade de ligar-se preferencialmente à isoforma β, o que pode ter interessantes aplicações farmacológicas. A análise comparativa da ligação do GC-1 às duas isoformas mostrou que, para tal composto, a seletividade se deve a mudanças consideráveis no modo de ligação ao hTR α e hTR β. Para a isoforma , há dois modos de ligação, envolvendo conformações alternativas de ligante e proteína, onde em uma delas a ligação é mais favorável e semelhante à ligação do composto à isoforma , enquanto no outro modo de ligação há a perda de uma interação direta entre composto e proteína, explicando a mais baixa afinidade do GC-1 à isoforma quando comparado à isoforma . O mecanismo de -seletividade para esse composto está relacionado a um átomo de oxigênio específico que não existe no ligante natural do receptor, o que fornece úteis informações para a criação de novos compostos. / The thyroid hormones are involved in various regulatory effects, on diverse organs. Their fluctuations on the body are related to clinical scenarios of great relevance. This work deals with the study of two proteins which are directly related to the regulatory system associated to these hormones. The first one is the thyroxine-binding globulin (TBG), responsible for the transport of a large part of the thyroid hormones in serum, and whose variations are related to misinterpretation of thyroid function tests. The second protein is the thyroid receptor (TR), responsible for the mediation of the thyroid hormone regulatory effects . the transcriptional activity being related to ligand binding to one of the protein domains. The wild-type TBG and three mutants discovered in Brazil were studied by the computational technique known as homology modeling. The purpose of this investigation was to relate protein unviability to structural aspects. It was proposed that, for two mutants, the unviability was related to the impossibility of secondary structure formation as needed to form the native folding, while the third mutant the cause could be the formation of an incorrect folding due to possible interactions involving a cysteine residue created by the mutation and other nearby cysteine residues. The thyroid receptor was studied in the light of the x-ray structures of the two isoforms of the protein (hTR α and hTRβ) bound to GC-1, a synthesized compound which resembles the thyroid hormones. This ligand binds preferably the isoform, a feature that may have interesting pharmacological applications. The comparative analysis of GC-1 binding to the two isoforms allowed the construction of a structural basis of its -selectivity property, which is due to considerable differences in the binding modes for the two isoforms. This involves two different configurations of ligand and protein conformations for the isoform - on one of them, the ligand docks to the molecule the same way it docks to hTRβ, while on the second configuration it loses one direct interaction to the protein, explaining its lower affinity to hTR α when compared to hTRβ. The -selectivity mechanism for this compound is related to a specific oxygen atom which doesn?t exist on the receptor endogenous ligand, providing useful information for the development of new compounds.

CoordenaÃÃo de AperfeÃoamento de Pessoal de NÃvel Superior / As lectinas sÃo proteÃnas que contÃm pelo menos um domÃnio nÃo catalÃtico que lhes permite reconhecer seletivamente e se ligar de uma forma reversÃvel a glicanos especÃficos. A Frutalina à uma lectina obtida a partir das sementes de Artocarpus incisa, conhecida popularmente como fruta-pÃo. O isolamento foi realizado por cromatografia de afinidade em coluna de Agarose-D-Galactose e sua caracterizaÃÃo demonstrou que a Frutalina à uma glicoproteÃna, principalmente α-D-galactose ligante, mas que tambÃm reconhece α-D-Manose. Possui 2,1% de carboidratos e apresenta, em seu perfil de SDS-PAGE, duas bandas protÃicas com massas moleculares aparentes de 12 e 15 kDa, sendo uma proteÃna oligomÃrica, encontrando-se como tetrÃmero apenas em pH alcalino, com massa molecular aparente de 60 kDa. Massas diversas em torno de 16 kDa foram observadas nos espectros deconvoluÃdos em espectrometria de massas, o que corrobora a presenÃa de isoformas. Este trabalho mostra a cristalizaÃÃo e anÃlises dos dados obtidos por difraÃÃo de raios-x para determinaÃÃo da estrutura tridimensional desta lectina, e para isso foram realizados ensaios de cristalizaÃÃo da Frutalina isolada a partir das sementes maduras, na presenÃa do ligante (α-D-galactose) e na sua forma apo (sem ligantes). Os cristais de Frutalina cresceram principalmente em poÃos de pH 8,5 contendo PEG como precipitante e etileno-glicol e os melhores cristais apareceram apÃs uma semana de maturaÃÃo, sendo difratados a uma resoluÃÃo mÃxima de 1,81 Ã. A melhor soluÃÃo para o grupo espacial, considerando eixos e planos de simetria, foi obtida para o grupo espacial I2 com a obtenÃÃo de um Rfactor de 38,6% e LLG de 19,9. A estrutura da Frutalina apresenta, em cada unidade monomÃrica, um β prisma simÃtrico, com trÃs grupos de 4 folhas beta, cada. O sÃtio de reconhecimento a carboidratos, à semelhante ao da Jacalina, e envolve o N-terminal da cadeia α, demonstrando, na regiÃo, um enovelamento caracterÃstico de lectinas da famÃlia Moraceae. O sÃtio de ligaÃÃo da Frutalina consiste numa cavidade prÃxima ao N-terminal da cadeia α, formada por quatro resÃduos-chave: Gly25, Tyr146, Trp147 e Asp149. As bases de interaÃÃo com o ligante sÃo relacionadas ao nÃmero de interaÃÃes, que ocorrem entre a hidroxila do C1 e o resÃduo Tyr146, a hidroxila do C3 e o resÃduo Gly25, a hidroxila do C4 e os resÃduos de Gly25 e Asp149 e a hidroxila do carbono 6 aos resÃduos Tyr146, Trp147 e Asp149. Algumas hidroxilas da α-D-Galactose tambÃm utilizam de interaÃÃes com molÃculas de Ãgua estruturais, para buscar estabilidade no sÃtio de reconhecimento a carboidratos. O grande nÃmero de interaÃÃes corrobora com a grande afinidade que a Frutalina tÃm a galactose e à sua grande capacidade de aglutinaÃÃo, alÃm de proporcionar uma anÃlise das dimensÃes da lectina em relaÃÃo ao ligante, onde se visualiza que o sitio de ligaÃÃo à muito maior que o aÃÃcar, o que pode justificar a preferÃncia que a Frutalina costuma apresentar por glicoconjugados de maior massa molecular, proporcionando maior encaixe, e maior nÃmero de interaÃÃes quÃmicas entre um glicoconjugado maior. / Lectins are proteins containing at least one non-catalytic domain that allows them to recognize and selectively bind a reversible specific glycans. Frutalin is a lectin obtained from Artocarpus incisa seeds, popularly known as breadfruit. The isolation was performed by affinity chromatography on column of Agarose-D-Galactose and their characterization shows that frutalin is a glycoprotein mainly α-D-galactose ligand, because it also recognizes epimers of α-D-mannose. It has 2.1% of carbohydrates and presents, in its SDS-PAGE profile, two protein bands with apparent molecular masses of 12 and 15 kDa, with an oligomeric protein, lying as tetramer only in alkaline pH, with apparent molecular mass of 60 kDa. Several masses around 16 kDa was observed in deconvoluted spectra in Mass Spectrometry, which confirms the presence of isoforms. This work shows the crystallization and analysis of data obtained by x-ray diffraction to determine the three-dimensional structure of this lectin, and that were performed crystallization trials of frutalin isolated from the mature seeds in the presence of ligand (D-galactose) and the way apo (no binders). The frutalin crystals have grown primarily in wells of pH 8.5 containing PEG as precipitant and ethylene glycol and the best crystals appeared after one week of maturation being diffracted to a maximum resolution of 1.81 Ã. The best solution, for the space group, considering axes and planes of symmetry, has been obtained for the I2 space group, with the construction of an Rfactor of 38.6% and LLG = 19.9. The structure of frutalin presents in each monomeric unit, a symmetrical β-prism with three groups of four beta strands each. The carbohydrate recognition site is similar to the jacalin, and involves the N-terminus of the α chain, showing, in the region, a characteristic folding of the Moraceae family. The frutalin binding site cavity is near the N-terminus of the α chain formed by four key residues Gly25, Tyr146, Asp149, and Trp147. The bases of interaction with the binder are related to the number of interactions occurring between the C1 hydroxyl and Tyr146 residue, C3 hydroxyl and Gly25 residue, C4 hydroxyl and Asp149/Gly25 residues, and C6 hydroxyl and Tyr146/Trp147/Asp149 residues. Some hydroxyls of α-D-galactose also utilize interactions called structural waters, to seek stability in the carbohydrate recognition site. The large number of interactions agrees with the high affinity that frutalin has with galactose and its great capacity for agglutination, in addition to providing an analysis of the dimensions of the lectin in relation to the binder, which may justify the preference that frutalin tends to present by higher molecular weight glycoconjugates, and that happens due to the most fitting, and the greatest number of chemical interactions among a larger glycoconjugate.

Apresentamos uma série de estudos, baseados em simulações de Dinâmica Molecular no vácuo e em solução, sobre o processo de complexação das supramoléculas tetraethylester p-tert-butyl calix[4]arene (CLE) e tetramethylketone p-tert-butyl calix[4]arene (CLC) com os íons Pb2+ e Cd2+ e espécies neutras. Os modelos para as moléculas de calixareno e do solvente foram baseados no campo de forças OPLS-AA. Os parâmetros para os íons foram desenvolvidos a partir de uma metodologia de ajuste de valores de modo a reproduzirem simultaneamente propriedades termodinâmicas e estruturais obtidas experimentalmente ou por cálculos de QM/MM. As simulações no estado líquido nos mostraram que o CLE aprisiona os íons de maneira mais eficiente que o CLC, formando complexos mais estáveis. A complexação do íon desencadeia um efeito alostérico em ambos os calixarenos estudados, permitindo a complexação de uma molécula de acetonitrila na cavidade hidrofóbica estabilizando o complexo. Nas simulações com o CLC observamos que a complexação da acetonitrila é necessária para manter o íon ligado à cavidade hidrofílica, evidenciando a dependência desses complexos com esse solvente em específico. Apesar de observarmos que o CLE apresenta maior afinidade com os íons Pb2+ e Cd2+ que o CLC, somente futuras simulações utilizando a água como solvente poderão confirmar a viabilidade do uso desta molécula em sistemas destinados à despoluição ambiental. / We report a series of Molecular Dynamics simulations, in vacuum and in acetonitrile solution, on the complexation process of the calixarens tetraethylester p-tert-butyl calix[4]arene (CLE) and tetramethylketone p-tert-butyl calix[4]arene (CLC) with Pb2+ and Cd2+ anions and neutral species. The solvent and calixarene molecules were modeled based on the OPLS-AA force field. The parameters for the ions were adjusted to simultaneously reproduce some structural and thermodynamic properties obtained either experimentally or from QM/MM calculations. The simulations in the liquid phase show CLE to be more efficient than CLC in trapping the studied metal ions, leading to more stable complexes. Ion complexation gives rise to an allosteric effect by which a solvent molecule is trapped in the hydrophobic cavity giving rise to further stabilization of the complex. Simulations on CLC show that formation of the calixarene-acetonitrile adduct is essential to the stabilization of the ionic complex, thus exhibiting the influence of this particular solvent in the very existence of the complex. In spite of the conclusion that CLE has higher affinity than CLC for Pb2+ and Cd2+ ions, only further studies in water solution will permit to evaluate the real potential of this molecule as an efficient scavenger of environmental heavy metal pollution.

This work presents a crystal chemistry study of seven compounds grouped into three classes: isoxazoles, pyrazoles and pyrazolines here called IPISOX, PRISOX, 4D, OCISOX, C90, B07 e 13B, in order to identify novel acetylcholinesterase inhibitors. The structures of the listed compounds were determined by X-ray diffraction method using monocrystalline samples of the aforementioned substances. The disagreement rates seen between the model and the model defined by the diffraction pattern were: 0.0708; 0.0399; 0.0513; 0.0562; 0.0726; 0.0519; 0.0457 to IPISOX, PRISOX, OCISOX, 4D, B07, 13B e C90, respectively. A appendix refers to several methods involved in the process of recrystallization was attached to work, since it received 13 of the 16 substances to study were improperly to be subjected to the technique of Xray diffraction. To obtain factors responsible for the stability of the lens system were carried Closed Layer Interactions Analysis (ICF). The average values of delocalized electron energies determined in kcal.mol-1 were: 19.00 (IPISOX) ; 23.00 (PRISOX) ; 12.00 (OCISOX and B07) ; 9.00 (4D) ; 6,00 (13B) and 5.00 (C90) . Such relocations are from electronic transitions of the type n * (donor receiver). Other electronic relocation of C-N *O-H and C-H *O-H were also observed for some compounds. However, the first mentioned are relevant to the stability of the electron lens packaging. / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / Este trabalho apresenta um estudo cristaloquímico de sete compostos agrupados em três classes: isoxazóis, pirazóis e pirazolinas aqui denominados de IPISOX, PRISOX, 4D, OCISOX, C90, B07 e 13B, no intuito de identificar novos inibidores da Acetilcolinesterase. As estruturas dos compostos mencionados foram determinadas por método de difração de Raios X usando amostras monocristalinas das substâncias mencionadas anteriormente. Os índices de discordância verificado entre o modelo proposto e o modelo definido pelo padrão de difração foram: 0,0708; 0,0399; 0,0513; 0,0562; 0,0726; 0,0519; 0,0457 para IPISOX, PRISOX, OCISOX, 4D, B07, 13B e C90, respectivamente. Um apêndice referente aos diversos métodos envolvidos no processo de recristalização foi anexado ao trabalho, uma vez que 13 das 16 substâncias recebidas para estudo estavam em forma inadequada para serem submetidas à técnica de difração de raios X. Visando obter fatores responsáveis pela estabilidade do sistema cristalino foram realizadas Análises de Interações de Camada Fechada (ICF). Os valores médios das energias de deslocalização eletrônica determinados, em kcal.mol-1, foram: 19,00 kcal.mol-1 (IPISOX); 23,00 (PRISOX); 12,00 (OCISOX E B07); 9,00 (4D); 6,00 (13B) E 5,00 (C90). Tais deslocalizações são oriundas de transições eletrônicas do tipo n * (doador receptor). Outras deslocalizações eletrônicas do tipo C-N *O-H e C-H *O-H também foram observadas para alguns compostos. No entanto, as primeiras mencionadas são relevantes para a estabilidade eletrônica do empacotamento cristalino.