DE LA TESI TITULADA: DINÀMICA DELS COMPONENTS DE LA INGESTA ENERGÈTICA EN LES DIFERENTS ETAPES DE LA VIDA.Francesca Capdevila MuñozObjectius: Descriure quins són els canvis en la ingesta energètica, la densitat energètica i el volum alimentari que es donen en una població sana, en funció de l'edat i el sexe, i determinar el paper relatiu de la densitat energètica i del volum alimentari en la consecució de la ingesta energètica necessària en cada etapa de la vida. També es pretén veure si la dinàmica que s'estableix entre aquests factors és comparable entre dues poblacions de característiques genètiques, socials i culturals diferents, com són els nens de Reus (Espanya) i els de Guadalajara (Mèxic). Material i mètodes: Projecte que consta de tres estudis observacionals, transversals i prospectius. A) Estudi de la ingesta alimentària i nutricional en un grup de 120 nens en l'etapa de diversificació alimentària (4 a 12 mesos). B) Estudi nutricional en una mostra de la població de Reus d'entre 1 i 98 anys. C) Comparació de la ingesta alimentària i nutricional d'una mostra de nens mexicans de 1 a 4 anys amb una mostra de la població de Reus d'aquestes mateixes edats. En els tres casos, a partir de les dades recollides mitjançant recordatoris de 24 hores, es va obtenir la ingesta mitjana dels diferents grups d'aliments i es van quantificar els valors d'ingesta energètica diària (kcal/dia) i de macronutrients (g/dia de proteïnes, lípids i hidrats de carboni). Es va realitzar el càlcul del volum alimentari, de la densitat energètica de la dieta, del percentatge de l'energia total aportat pels macronutrients, de la ingesta d'energia per kg de pes corporal i del volum alimentari per kg de pes corporal.Resultats i conclusions: La ingesta energètica, el volum alimentari i la densitat energètica de la dieta augmenten progressivament al llarg de la infància i fins al final de la pubertat. A la pubertat comencen a fer-se patents diferències significatives entre sexes en les variables analitzades. Durant l'edat adulta s'observa una tendència significativa (p<0.001 als dos sexes) al descens de la ingesta energètica i de la densitat energètica de la dieta. El volum alimentari mostra un progressiu augment des del segon any de vida fins al final de la pubertat; però en l'edat adulta aquesta variable no mostra una tendència significativa a la disminució amb l'edat a les dones, i als homes el descens del volum alimentari es dóna a partir dels 45 anys i és molt menys marcat que el que s'observa a la densitat energètica. Al comparar la població infantil de Reus amb la mostra de nens mexicans s'observa que les diferències existents en la dieta d'ambdós països condicionen una densitat energètica diferent, que fa que els nens mexicans ingereixin un volum d'aliments major per tal d'obtenir la ingesta energètica necessària, a partir d'una dieta menys densa des del punt de vista energètic. El percentatge de l'energia total aportat per proteïnes i lípids és superior a les recomanacions en gairebé tots els grups d'edat, mentre que el percentatge aportat pels hidrats de carboni en molt pocs casos arriba al 50%.De l'anàlisi dels tres estudis es desprèn que, al llarg de les diferents etapes de la vida, la variació de la ingesta energètica en resposta a canvis fisiològics en les necessitats s'aconsegueix bàsicament mitjançant variacions en la densitat energètica de la dieta, tot i que en diferents moments en les quals les necessitats energètiques s'incrementen puntualment o bé la dieta presenta una baixa densitat, s'observa també un augment del volum d'aliments ingerit. En canvi, amb l'edat, quan les necessitats es van fent menors, no es constata una reducció del volum alimentari paral.lela a l'observada en la ingesta energètica i la densitat energètica. / OF THE THESIS ENTITLED: DYNAMICS OF THE COMPONENTS OF THE ENERGY INTAKE ALONG THE DIFFERENT STAGES OF LIFE. Francesca Capdevila Muñoz Objectives: To describe which are the changes in energy intake, energy density and food volume that take place in a healthy population, according to age and sex, and to determine the relative role of energy density and food volume in the achievement of the energy intake which is necessary in each stage of life. We also try to see whether the dynamics established between these two factors is comparable between two populations of different genetic, social and cultural characteristics, like the children from Reus (Spain) and the ones from Guadalajara (Mexico).Material and methods: Project that consists of three observational, cross-sectional and prospective studies. A) Study of the food and nutritional intake in a group of 120 children during the dietary diversification age (4 to 12 months old). B) Study of the food and nutritional intake in a sample of the Reus population, aged from 1 to 98 years old. C) Comparison of the food and nutritional intake of a sample of 1 to 4 year-old Mexican children with a sample of the Reus population of the same ages. In the three studies, from the data obtained by means of 24-hour recalls, the mean intakes of the different food groups were calculated and the values of daily energy intake (kcal/day) and macronutrients (g/day of proteins, lipids and carbohydrates) were quantified.We also calculated the food volume, the dietary energy density, the percentage of total energy provided by each macronutrient, the energy intake per kg of body weight and the food volume per kg of body weight. Results and conclusions: From infancy to the end of puberty there is a progressive increase of the energy intake, the food volume and the energy density of the diet. At the pubertal age significant differences between sexes are established in the variables analysed. During adulthood there is a significant tendency (p<0.001 in both sexes) towards a decrease in the energy intake and in the energy density of the diet. The food volume shows a progressive increase from the second year of life onwards; however, in adulthood this variable does not show a significant tendency towards a decrease in women and, in men, the descent of the food volume begins from the age of 45 and it is much less pronounced than that observed in the energy density.When we compare the children from Reus with the sample of Mexican children, we observe that the existing differences between the diets of both countries determine a different energy density, so the Mexican children eat a greater food volume in order to obtain the necessary energy intake from a less dense diet.The percentage of total energy intake that is provided by proteins and lipids exceeds the recommendations in nearly all the age groups, whereas the percentage provided by carbohydrates rarely achieves a 50%.From the analysis of these three studies we can see that, along the different life stages, the variation in the energy intake &#9472;due to physiological changes in the energy requirements&#9472; is achieved basically by means of variations in the energy density of the diet, although in certain moments, when the energy requirements increase momentarily or the diet has a low energy density, we also observe an increase in the volume of foods consumed. Whereas, with age, as the requirements tend to decrease, we don't find a decrease of the food volume parallel to the one observed both in the energy intake and in the energy density.

La tesis tracta diferents aspectes relacionats amb el càlcul de la semblança quàntica, així com la seva aplicació en la racionalització i predicció de l'activitat de fàrmacs. Es poden destacar dos progressos importants en el desenvolupament de noves metodologies que faciliten el càlcul de les mesures de semblança quàntica. En primer lloc, la descripció de les molècules mitjançant les funciones densitat aproximades PASA (Promolecular Atomic Shell Approximation) ha permès descriure amb suficient precisió la densitat electrònica dels sistemes moleculars analitzats, reduint substancialment el temps de càlcul de les mesures de semblança. En segon lloc, el desenvolupament de tècniques de superposició molecular específiques de les mesures de semblança quàntica ha permès resoldre el problema de l'alineament en l'espai dels compostos comparats. El perfeccionament d'aquests nous procediments i algoritmes matemàtics associats a les mesures de semblança molecular quàntica, ha estat essencial per poder progressar en diferents disciplines de la química computacional, sobretot les relacionades amb les anàlisis quantitatives entre les estructures moleculars i les seves activitats biològiques, conegudes amb les sigles angleses QSAR (Quantitative Structure-Activity Relationships). Precisament en l'àrea de les relacions estructura-activitat s'han presentat dues aproximacions fonamentades en la semblança molecular quàntica que s'originen a partir de dues representacions diferents de les molècules. La primera descripció considera la densitat electrònica global de les molècules i és important, entre altres, la disposició dels objectes comparats en l'espai i la seva conformació tridimensional. El resultat és una matriu de semblança amb les mesures de semblança de tots els parells de compostos que formen el conjunt estudiat. La segona descripció es fonamenta en la partició de la densitat global de les molècules en fragments. S'utilitzen mesures d'autosemblança per analitzar els requeriments bàsics d'una determinada activitat des del punt de vista de la semblança quàntica. El procés permet la detecció de les regions moleculars que són responsables d'una alta resposta biològica. Això permet obtenir un patró amb les regions actives que és d'evident interès per als propòsits del disseny de fàrmacs. En definitiva, s'ha comprovat que mitjançant la simulació i manipulació informàtica de les molècules en tres dimensions es pot obtenir una informació essencial en l'estudi de la interacció entre els fàrmacs i els seus receptors macromoleculars. / There is probably no other concept that contributed to the development of chemistry so remarkably as the ill-defined, qualitative concept of similarity. From the intuitively understood meaning of similarity arises also one of the most powerful chemical principles - the principle of analogy - which in early days of chemistry served as the basis for the classification and systematization of molecules and reactions. The same principle underlies also the widely used idea that similar structures have similar properties which, in turn, is the basis for the existence of various empirical relations between the structure and activity known as QSAR relationships. Because of the fundamental role which similarity plays in so many different situations it is not surprising that its systematic investigation has become the focus of intense scientific interest. Main attention in this respect was devoted to the design of new quantitative measures of molecular similarity. The philosophy underlying the development of quantitative, similarity measures based on quantum theory, arises from the idea that properties of molecules, whether chemical, physical or biological are predetermined by the molecular structure. The rationalization of empirical structure-activity relationships is to considerable extent connected with the recent efforts in the design of new molecular descriptors based on quantum theory. The simplest of such quantities is the electron density function and most of the theoretical molecular descriptors are derived just from this quantity. Among them, a privileged place belongs to the so-called Molecular Quantum Similarity Measures (MQSM). These measures are generally based on the pairwise comparison of electron density functions of the corresponding molecules.This contribution pretends to present an up-to-date revision of Quantum Similarity concepts and their application to QSAR. The general form of MQSM is introduced, and the concrete definitions for practical implementations are specified. Two important topics related to the application of MQSM are discussed: first the Promolecular Atomic Shell Approximation (PASA), a method for fitting first-order molecular density functions for a fast and efficient calculation of the MQSM. Afterwards, a possible solution to the problem of molecular alignment, a determinant procedure in all 3D QSAR methodologies. Finally, the application of Quantum Similarity to QSAR is discussed in detail. Two kind of descriptors derived from molecular quantum similarity theory were used to construct QSAR models: molecular quantum similarity matrices and fragment quantum self-similarity measures. The practical implementation of those ideas has led to the publication of several papers, and finally, to the present work.

Cotxes, camions, tractors, avions... tots necessiten els neumàtics com a component imprescindible per al seu funcionament. Malauradament, degut al desgast per ús, els neumàtics tenen una vida útil limitada que obliga a renovar-los cada cert temps passant a ser Neumàtics Fora d'Ús (NFU). Paradògicament, els neumàtics són formulats per a suportar condicions extremes d'ús i, entre d'altres matèries primeres contenen cautxú vulcanitzat, una elevada quantitat d'estabilitzants i d'altres additius que fan dels neumàtics un material no biodegradable. Fins al 2006, era possible desar els NFU en abocadors però aquesta pràctica va ser prohibida per la Comunitat Europea (directiva 1993/31/EC). Aquesta directiva conjuntament amb la creixent consciència mediambiental ha potenciat la investigació per a trobar noves aplicacions per les 3.4milions de tones de NFU que es generen a l'any a Europa. Els NFU són emprats com a font d'energia o en aplicacions civils, però cada vegada més, són emprats en autopistes o per usos decoratius després de patir un procés de separació i trituració (NFU triturat). Les propietats físico-químiques dels NFU en fan un material molt interessant per la comunitat científica internacional que es centra en buscar noves vies de reciclatge mitjançant aplicacions d'alt valor afegit.Una opció per reciclar grans volums de NFU és utilitzar-los granulats com a càrrega en matrius termoplàstiques, encara que aquesta és una tasca difícil degut a la baixa compatibilitat entre aquests dos materials. Les seves característiques superficials són les responsables d'aquesta baixa compatibilitat. Cal afegir també que el tamany de les partícules de NFU obtingudes a partir de processos industrials és entre 400 and 600&#956;m, sent aquest un tamany massa gran per poder ser fàcilment embolcallades per qualsevol matriu. D'altra banda, el cautxú dels neumàtics és troba altament vulcanitzat i, per tant, aquest reaccionarà químicament amb dificultats amb d'altres materials. Totes aquestes propietats fan dels NFU un material difícil de treballar-hi. La present tesis estudia diferents mètodes de compatibilització d'un Polietilè D'alta Densitat (PEAD) de grau d'injecció i NFU triturat obtingut a partir de processos estàndards de molturació. La resina de PEAD va ser escollit com a matriu degut al seu ampli rang d'aplicacions d'injecció. L'objectiu principal és explorar diferents mètodes de compatibilització d'aquests dos materials per obtenir òptimes propietats mecàniques, tèrmiques i morfològiques en aplicacions d'injecció. Els composites són optimitzats per a que continguin la màxima quantitat de NFU, una adequada transformació i el mínim cost. Després d'un estudi preliminar de composites basats en NFU i PEAD s'han estudiat tres mètodes diferents per millorar l'adhesió entre aquests dos materials. El primer mètode consisteix en oxidar la superfície de les partícules de NFU granulat amb tractament basats en àcids, amb l'objectiu de proporcionar rugositat per a un anclatge mecànic. En el segon mètode s'han emprat additius humectants i ceres, ja que aquestes substàncies redueixen la tensió interfacial entre les partícules de NFU i la matriu de PEAD. En l'últim mètode, es va estudiar la influència de l'Etilè Propilè Diè Monòmer (EPDM). Amb aquest mètode, les partícules de NFU són embolcallades per l'EPDM, aquest efecte pot ser millorat amb l'ús de peròxids. Les propietats dels "composites" són bastant diferents en funció del mètode emprat.Després d'una comparació dels "composites" obtinguts pels tres mètodes, s'ha trobat que el que conté 30% d'EPDM i dos peròxids, corresponent a la formulació:: 30% NFU + 40% PEAD + 30% EPDM + 0.5% Trigonox 311 + 0.1% Peròxid de Dicumilcompleix els objectius fixats en la tesis: bona adhesió entre les partícules de NFU i el PEAD on l'elevat valor d'elongació n'és una conseqüència directa, la seva obtenció mitjançant un procés de compatibilització de cost reduït, un nou material amb una elevada quantitat de NFU (30%), la seva facilitat de transformació,, i el més important, una nova via de reciclatge dels NFU per a una aplicació d'alt valor afegit. / Cars, trucks, tractors, airplanes. all need tyres as essential component to work. Unfortunately, due to its continuous use, tyres suffer from wear and have a limited lifetime; therefore, they must be changed every certain time becoming end of life tyres (EOL tyres). Paradoxically tyres are formulated to withstand difficult conditions and among other raw materials, they contain vulcanizated rubbers, high amount of stabilizers and other additives that turn tyres into non biodegradable material. Until 2006, disposal of EOL tyres in landfills was a common practice but it was banned by the European Community (directive 1993/31/EC). This European legislation together with an increasing environmental consciousness has instigated researchers to find applications for 3.4million tonnes of used tyres generated per year in Europe. Some extended uses for EOL tyres are energy recover and civil applications but the use of tyres after separation and grinding processes (material know as Ground Tyre Rubber - GTR), has increased during the last decade. Physical and chemical properties of EOL tyres make them an interesting material for the international research community focused today on finding new ways to recycle tyres for value added applications. A good option to recycle big volumes of discarded tyres is using GTR particles as filler in thermoplastic matrixes, although this is a difficult task due to the low compatibility between the two materials. The surface characteristics of the GTR particles are responsible of this low compatibility. Despite these facts, the particle size obtained from standard industrial grinding processes is between 400 and 600&#956;m. These particles are too large to be entrapped easily in polymeric matrixes. These characteristics in conjunction with the fact that GTR is made of highly crosslinked rubber with difficulties to react chemically to other materials, make GTR a material very difficult to work with.The present thesis deals with the study of different compatibilization methods for an injection moulding grade of High Density Polyethylene (HDPE) and GTR obtained from standard industrial grinding process. The HDPE resin was chosen due to its wide range of injection moulding applications. The aim is to explore different methods to mix these two materials and obtain optimum mechanical, thermal and morphological properties for injection moulding applications. The composites are optimized to obtain the highest GTR amount, adequate processability and minimum cost. After a preliminary study of the composites based on GTR and HDPE, three different methods to improve the adhesion between these two materials are studied. The first method consists in an oxidizing treatment on GTR particles surface in order to promote mechanical anchoring. In the second method the influence of wetting additives and waxes is studied. These substances reduce interfacial tension between GTR particles and HDPE matrix. The third and last method, study the influence of Ethylene Propylene Diene Monomer (EPDM) addition with and without peroxides. In this method, GTR particles are encapsulated by EPDM and this effect can be boosted by the use of peroxides. The composites properties are quite different depending on the used method.After a comparison of the composites obtained by the three different compatibilization methods, it is found that the one with 30% of EPDM plus two peroxides, corresponding to30% GTR + 40% HDPE + 30% EPDM + 0.5% Trigonox 311 + 0.1% Dicumyl Peroxidefulfil the objectives of the thesis. This composite has good adhesion between GTR and HDPE that results in high elongation, it is obtained by a cheap compatibilization process and contains a high amount of recycled tyres (30%), it is easy to process, and the most important thing, it represents a new route to recycle scrap tyres for a value added application.

La tesi proposa una sèrie d'algoritmes destinats a obtenir informació del contingut d'electrons lliures presents a la ionosfera. El tipus de dades que s'utilitzaran seran bàsicament les corresponents a receptors de dades del sistema de posicionament global GPS. En aquest context, la tesi proposa dos aproximacions al problema:1. L'ús de dades de receptors de terra GPS combinades amb dades de ionosondes (que permeten obtenir perfils verticals del contingut d'electrons lliures de la ionosfera). Els receptors GPS donen una mesura del contingut total d'electrons en la línia de visió (i.e. integral de la densitat electrònica a través de la línia de visió o Contingut Total Electrònic Oblicu). Ara bé, el problema de les dades GPS de receptors de terra radica en el fet que són observacions bàsicament verticals i això provoca correlacions entre cel·les situades a la mateixa vertical, per tant no es possible descomposar aquesta integral de la densitat electrònica en les distintes parts que la formen. Per tant és necessari introduir un tipus de data addicional que pugui ajudar a desfer aquestes correlacions. Diversos autors proposen l'ús de models físics o dades complementaries a les dades de receptors GPS de terra, per exemple amb dades de receptors GPS embarcats en satèl·lits d'òrbita baixa (Low Earth Orbiters o LEO), associades a línies de visió horitzontal. En aquest treball es proposa l'ús de perfils verticals de densitat electrònica obtinguts a partir de dades de ionosonda. Els resultats obtinguts en aquest treball mostren que és possible expandir en longitud/latitud la resolució vertical que ofereixen els perfils verticals obtinguts a partir de ionosondes, amb discrepàncies similars a altres tècniques de sondeig ionosfèric.2. Nova implementació de l'algoritme d'inversió d'Abel. La inversió d'Abel és una eina que permet obtenir perfils verticals de densitat electrònica a partir de dades GPS de receptors embarcats en LEOs. Per que sigui aplicable, aquesta tècnica pressuposa dues hipòtesis. La primera és que la densitat electrònica depèn només de l'altura (hipòtesis de simetria esfèrica), el qual implica una clara limitació, especialment en zones on la variabilitat horitzontal de la densitat electrònica és alta (per exemple en zones properes a l'anomalia equatorial o durant tempestes ionosfèriques). La segona és assumir que el contingut electrònic per sobre del LEO és negligible, el qual és menys cert a mesura que el LEO té una òrbita més baixa (com és el cas del satèl·lit CHAMP, el qual té una òrbita propera al màxim d'electrons lliures de la ionosfera). L'algoritme proposat en aquesta tesi proposa un apropament que permet la superació de la hipòtesi de simetria esfèrica mitjançant l'ús de dades ionosfèriques que descriuen la variabilitat horitzontal de la densitat electrònica. Per tal de tenir en compte el contingut electrònic per sobre del LEO, s'introdueix una variable extra a l'algoritme, permetent així la seva estimació. Per validar la tècnica, s'han processat distints conjunts de dades corresponents a distints LEOs i èpoques. Les comparacions amb ionosondes confirmen una millora superior al 30% respecte a la clàssica aproximació que assumeix simetria esfèrica.

Els hidrats de carboni presenten una elevada variabilitat estereoquímica i els organismes s'aprofiten d'aquesta elevada variabilitat utilitzant oligosacàrids i polisacàrids per a una multitud de diferents funcions biològiques. A part de les típiques funcions estructurals i d'emmagatzematge energètic, tenen important rellevància en altres funcions molt més específiques, com per exemple en senyalització cel·lular. Aquesta funcionalitat desperta l'interès de multitud d'aplicacions biotecnològiques, que són el fruit d'un nombre creixent d'estudis en glicobiologia.L'enllaç glicosidic, en especial entre dues unitats de glucosa, és un dels enllaços més estables que es troben en biopolímers naturals. El temps de vida mitja de la hidròlisi espontània d'aquest enllaç en cel·lulosa i en midó és de l'ordre dels 5 milions d'anys. Les glicosil hidrolases son els enzims responsables de la hidròlisi enzimàtica d'aquests biopolímers. Aquests enzims aconsegueixen portar a terme la hidròlisi en escales de temps de l'ordre de 1000 cicles per segon. Donada aquesta elevada activitat, les glicosil hidrolases són considerades un dels catalitzadors biològics més eficients.La present tesi centra el seu principal interès en l'estudi de la formació del complex de Michaelis entre una glicosil hidrolasa de la família 16 (la 1,3-1,4-&#946;-glucanasa) i el seu corresponent substrat. Entendre el procés en el que el substrat s'uneix a l'enzim és un punt clau de cara a raonar les següents etapes de qualsevol mecanisme enzimàtic. Sovint aquest procés ja porta associats canvis conformacionals tant a nivell d'enzim com de substrat que contribueixen a la catàlisi, fent variar les diferències energètiques en el pas de reactius a productes. Per a les &#946;-glicosil hidrolases, existeixen diferents evidències experimentals que recolzen aquest fet. Així, s'observen estructures distorsionades a nivell de substrat respecte les que correspondrien a les estructures més estables en solució. De totes maneres, es desconeixen els factors que determinen que el substrat prefereixi unir-se a l'enzim en una conformació o una altra, i les implicacions mecanístiques que això té. La present tesi tracta de donar resposta a algunes d'aquestes qüestions emprant diferents tècniques de dinàmica molecular (clàssica i de primers principis) en combinació amb mètodes que permeten l'acceleració d'esdeveniments al llarg d'una simulació.La present tesi està estructurada en tres grans blocs: un bloc introductori (capítols I i II) on s'introdueix la família d'enzims a la qual pertany la 1,3-1,4-&#946;-glucanasa i s'estableixen els objectius generals del present estudi; al capítol II es resumeixen els fonaments de la metodologia computacional emprada. En un segon bloc (capítols III a VII) es descriuen les simulacions portades a terme per tal de donar resposta a les preguntes obertes plantejades al bloc introductori. Els resultats són analitzats i discutits en cinc capítols diferents: al capítol III s'analitza l'estructura del complex de Michaelis de la 1,3-1,4-&#946;-glucanasa amb un substrat tipus metilumbeliferil-tetrasacàrid; al capítol IV s'avalua i es descriu el mapa d'energia lliure conformacional de l'anell de &#946;-D-glucopiranosa, i s'analitzen les propietats estructurals i electròniques de cada conformació per tal de trobar una correlació amb les distorsions presents en diferents glucosidases; al capítol V s'avalua i es descriu el mapa d'energia lliure conformacional del substrat un cop unit a la 1,3-1,4-&#946;-glucanasa, i s'analitza l'efecte de diferents mutacions puntuals del substrat; al capítol VI es porta a terme una simulació del primer pas de la reacció enzimàtica de la 1,3-1,4-&#946;-glucanasa i s'analitza l'itinerari conformacional seguit pel substrat; al capítol VII es porta a terme una simulació del procés d'entrada del substrat a la cavitat enzimàtica i s'analitzen les reorganitzacions a nivell de substrat i de proteïna que tenen lloc al llarg del procés. Cada capítol conté una breu introducció específica de cada cas concret, informació sobre els detalls computacionals emprats, i la descripció i discussió dels resultats obtinguts. Finalment al darrer bloc (capítol VIII) es resumeixen els resultats més rellevants obtinguts en la present tesi i s'enumeren les principals conclusions. Addicionalment, s'han adjuntat tres annexes que complementen la informació dels diferents capítols. / Carbohydrates exhibit a high stereo chemical diversity. Living organisms take benefit of it by using oligosaccharides and polysaccharides for a large number of biological functions. In addition to the typical structural and energetic functions, carbohydrates play an important role in other more specific functions such as cellular signalling. This functionality is of special interest in different biotechnological applications as a result of an increasing number of studies in glycobiology.The glycosidic bond, specially the one between two glucose units, is one of the most stable bonds found in natural biopolymers. The half life time for the spontaneous hydrolysis of this bond in cellulose and starch is of the order of 5 million years. Glycosil hydrolases (GHs) are the enzymes responsible for the enzymatic hydrolysis of these biopolymers. GHs are able to hydrolyze the glycosidic bond in a time scale of the order of 1000 cycles per second. Due to this extremely high activity, GHs are considered some of the most efficient biological catalysts. This thesis is focused on the formation of the Michaelis complex in 1,3-1,4-&#946;-glucanase, a family 16 glycosil hydrolase. Understanding the substrate binding process is a key point to rationalize the subsequent steps of any enzymatic process. Usually, this process involves conformational changes of both the enzyme and the substrate. These changes contribute to the catalysis by changing the relative energies of reactants and products. Recent experiments on &#946;-glycosil hydrolases give evidence of a distorted structure of the substrate with respect to its structure in solution. However, the factors that dictate the preference of the substrate to be bound to the enzyme in one or another conformation remain unknown, as well as their mechanistic implications. This thesis tries to answer some of these questions using different techniques based on molecular dynamics (both classical and first principles) in combination with methods aimed to accelerate the simulation of rare events.

L'osteoporosi, una malaltia complexa determinada tant per factors genètics com ambientals, està caracteritzada per una reduïda densitat mineral òssia (DMO), un deteriorament de la microarquitectura òssia i un augment del risc de patir fractures osteoporòtiques. En el present treball ens vam plantejar estudiar les causes genètiques que determinen l'aparició de l'osteoporosi mitjançant la realització d'estudis d'associació i estudis funcionals. Els gens candidats clàssics per a l'osteoporosi que hem analitzat han estat el gen COL1A1, el gen ESR1, el gen VDR i el gen TGFB1. Els estudis d'associació s'han dut a terme en la cohort BARCOS formada per dones postmenopàusiques de l'àrea de Barcelona. Els resultats obtinguts en la cohort BARCOS han estat incorporats en el projecte GENOMOS (metaanàlisi prospectiva amb 20.000 mostres). En la cohort BARCOS vam observar que polimorfismes de canvi puntual de nucleòtid (SNP) del gen COL1A1 així com també determinats haplotips i la interacció entre ells o bé amb SNPs del gen VDR es trobaven associats a la DMO. Pel que fa al gen ESR1, vam trobar que l'haplotip LPX es trobava associat a la DMO femoral. Els resultats del projecte GENOMOS, van mostrar que només el polimorfisme Sp1 del gen COL1A1 es trobava associat a la DMO. En el projecte GENOMOS, els polimorfismes XbaI (ERSR1), Cdx2 (VDR) i Sp1 (COL1A1) es van trobar associats al risc de patir fractures.En la cohort BARCOS també vam analitzar l'efecte de SNPs situats en gens candidats no clàssics (RUNX2 i IL6R). Pel que fa a RUNX2 vam trobar que un SNP del promotor 2, però no un SNP del promotor 1 es trobava associat a la DMO femoral. Aquesta ha estat la primera vegada que SNPs del gen IL6R s'han analitzat en relació a fenotips osteoporòtics. Vam observar que SNPs i haplotips en aquest gen es trobaven associats a la DMO femoral i a l'índex de massa corporal (IMC). Com a segon objectiu ens vam plantejar completar l'estudi funcional dels SNPs del promotor del gen COL1A1 (-1997 G/T i -1663 indelT) en relació a les proteïnes CIZ/NMP4 i BMP2. Prèviament s'havia descrit que la proteïna CIZ/NMP4, un factor de transcripció arquitectònic que inhibeix la via osteoblastogènica de la BMP2, s'unia a la regió nucleotídica on es troba el SNP -1663 indelT. En les cèl·lules Saos-2 vam observar que el patró de transcripció de diferents construccions del promotor del gen COL1A1 fusionat al gen de la luciferasa era similar tant si aquestes eren tranfectades de manera estable o bé de forma transitòria. En estudiar l'efecte de la BMP2 sobre l'activitat transcripcional del gen COL1A1, vam observar que mentre el promotor basal disminuïa la seva activitat en presència de BMP2, les altres construccions analitzades l'augmentaven. Les construccions que eren estimulades en major grau presentaven la regió del promotor on es troben els polimorfismes. Tot i això, analitzant els diferents haplotips, vam observar que aquests no participaven en l'estimulació induïda per BMP2. In silico la regió estimulada per BMP2, presenta dues possibles caixes d'unió de factors de transcripció de la via de la BMP2. En mutagenitzar-les per separat, però, aquestes no van semblar participar en l'estimulació induïda per la BMP2. Seguidament vam analizar el patró d'expressió de CIZ/NMP4 en diversos teixits humans i vam observar que diverses isoformes s'expressaven simultàniament en tots ells i també en les cèl·lules d'osteosarcoma humanes Saos-2 i MG-63. Es van identificar les isoformes 11H, CIZ6.1, 21H i 21H-I1. Aquestes dues últimes van ser clonades i sobrexpressades de manera estable en les cèl·lules Saos-2, les quals es van transfectar transitòriament amb el promotor del gen COL1A1 i es van tractar amb BMP2. Els resultats van indicar que CIZ/NMP4 augmentava lleugerament la transcripció del gen COL1A1 en absència de BMP2. En presència de BMP2, i contràriament al què s'esperava, vam observar que la sobrexpressió de CIZ/NMP4 no tenia cap efecte. / "ASSOCIATION AND FUNCTIONAL STUDIES WITH CANDIDATE GENES FOR OSTEOPOROSIS" TEXT:Osteoporosis, a complex disease determined by genetic and environmental factors, is characterized by a reduced bone mineral density (BMD) and an increased risk of fracture. In this thesis we studied the genetic component of osteoporosis through association and functional studies. The classical candidate genes for osteoporosis we analyzed were COL1A1, ESR1, VDR and TGFB1. The association studies were performed with the BARCOS cohort, a group of postmenopausal women from Barcelona. The results obtained in this cohort were included in a prospective metaanalysis called GENOMOS (20,000 samples). In the BARCOS cohort we observed that SNPs in the COL1A1 gene, their haplotypes and interactions, and interactions with SNPs in the VDR gene were associated with BMD. The haplotype LPX (ESR1) was also associated with BMD. In GENOMOS, although several SNPs were found to be associated with fracture risk, the Sp1 polymorphism (COL1A1) was the only one associated with BMD. In the BARCOS cohort we also found that one SNP situated in promoter 2 of RUNX2 gene, but not one situated in promoter 1, was associated with BMD. Finally, this was the first time that SNPs in IL6R gene were analyzed in relation to osteoporosis and we found that they were associated with BMD and also with body mass index (BMI). The second aim of this thesis was the functional study of two SNPs situated in the promoter of COL1A1 gene in relation to CIZ/NMP4 and BMP2 proteins. It was known that CIZ/NMP4, an architectural transcription factor that inhibits the BMP2 osteoblastogenic pathway, binded to the COL1A1 promoter. We observed that the transcription pattern of differnt constructs of COL1A1 promoter was similar between transient and stable transfections. BMP2 stimulated all these constructs, except for the basal promoter. The constructs that were stimulated more, contained the region where the SNPs lie, but when the haplotypes were analyzed no differences were observed between them. In this region there are two putative transcription factor sites for the BMP2 pathway, but they seemed not to participate in the BMP2 stimulation. Several isoforms of CIZ/NMP4 were simultaneously expressed in different tissues. We identified 11H, CIZ6.1, 21H and 21H-I1 isoforms. These two last were stably overexpressed in Saos-2 cells, which were then transiently tranfected with COL1A1 promoter and treated with BMP2. In absence of BMP2, overexpression of CIZ/NMP4 isoforms slightly increased COL1A1 transcription.

La present tesi està centrada en l'ús de la Teoria de Semblança Quàntica per a calcular descriptors moleculars. Aquests descriptors s'utilitzen com a paràmetres estructurals per a derivar correlacions entre l'estructura i la funció o activitat experimental per a un conjunt de compostos. Els estudis de Relacions Quantitatives Estructura-Activitat són d'especial interès per al disseny racional de molècules assistit per ordinador i, en particular, per al disseny de fàrmacs. Aquesta memòria consta de quatre parts diferenciades. En els dos primers blocs es revisen els fonaments de la teoria de semblança quàntica, així com l'aproximació topològica basada en la teoria de grafs. Ambdues teories es fan servir per a calcular els descriptors moleculars. En el segon bloc, s'ha de remarcar la programació i implementació de programari per a calcular els anomenats índexs topològics de semblança quàntica. La tercera secció detalla les bases de les Relacions Quantitatives Estructura-Activitat i, finalment, el darrer apartat recull els resultats d'aplicació obtinguts per a diferents sistemes biològics. / The present thesis is centred in the use of the Quantum Similarity Theory to calculate molecular descriptors. These molecular descriptors are used as structural parameters to derive correlations between the structure and the function or experimental activity for a set of compounds. Quantitative Structure-Activity Relationship studies are of special interest for the rational Computer-Aided Molecular Design and, in particular, for Computer-Aided Drug Design. The memory has been structured in four differenced parts. The two first blocks revise the foundations of quantum similarity theory, as well as the topological approximation, based in classical graph theory. These theories are used to calculate the molecular descriptors. In the second block, the programming and implementation of Topological Quantum Similarity Indices must be remarked. The third section details the basis for Quantitative Structure-Activity Relationships and, finally, the last section gathers the application results obtained for different biological systems.

La transformada de Abel es una técnica de inversión usada frecuentemente en radio ocultaciones (RO) que, en el contexto ionosférico, permite deducir densidades electrónicas a partir de datos de STEC (Slant Total Electron Content) derivados a partir de observaciones de la fase portadora. Esta técnica está basada en medidas precisas en doble frecuencia de fase portadora ( banda L) de un receptor GPS a bordo de un satélite de órbita baja (Low Earth Orbit -LEO-) rastreando un satélite GPS detrás del limbo de la tierra. Al combinar tales medidas con la información de posiciones y velocidades de los satélites GPS y LEO, es posible deducir el cambio en el camino de la señal debido a la presencia de la atmósfera y, consecuentemene, convertirlo en ángulos de curvatura (bending angles). A partir de ellos, información sobre el índice de refracción vertical puede ser obtenida a través de técnicas de inversión, y transformarlo en perfiles verticales de densidad electrónica y/o perfiles de atmósfera neutra. Una de las hipótesis básicas de la inversión clásica es suponer que el campo de densidades electrónicas tiene simetría esférica en la vecindad de una ocultación. Sin embargo, a la práctica, la huella de una ocultación generalmente cubre regiones de miles de km que puede presentar variabilidad ionosférica importante; por lo cuál, la hipótesis de simetría esférica no puede ser garantizada. De hecho, las inhomogeneidades de la densidad electrónica en la dirección veritcal para una ocultación dada son una de las principales causas de error cuando se usa la inversión de Abel inversion. Para corregir el error debido a la hipótesis de simetría esférica, se introduce el concepto de separabilidad. Ello implica que la densidad electrónica puede ser expresada como una combinación de datos de Vertical Total Electron Content (VTEC) derivados externamente, los cuales asumen la dependencia horizontal de la densidad, y una función de forma, que a su vez asume la dependencia en altura que es común a todas las observaciones para una ocultación dada. Nótese que el espesor de capa permanece constante cerca de la región de la ocultación debido a la hipótesis de separabilidad en vez de la densidad, como ocurriría en el caso de usar simetría esférica. Esta técnica fue aplicada exitosamente a la combinación lineal de fases de GPS L1 y L2, , LI= L1-2, la cuál proporcionar un observable libre de geometría que depende sólo del retraso ionosférico, la ambigüedad de fase, biases instrumentales y wind-up. Los resultados presentaban una mejora del 40% en RMS al comparar frecuencias del pico de la capa F2 con datos de ionosonda respecto la inversión clásica de Abel. Sin embargo, la potencial influencia de la diferencia de caminos ópticos entre L1 y L2 fue despreciada. Esta tesis doctoral muestra que ello no es un problema para la inversión a alturas ionosféricas. Una alternativa para la inversión de perfiles que evita esta desventaja es usar la curvatura de la señal como dato principal. La implementación de la separabilidad para ángulos de curvatura no es inmediata y ha sido uno de los objetivos de esta tesis. En este sentido, el principio de la separabilidad ha sido aplicado a los ángulos de curvatura de L1 en vez de la la combinación LI como en trabajos anteriores. Además, trabajando con ángulos de curvatura, la separabilidad puede ser también trasladada a la obtención de perfiles troposféricos. Varias aproximaciones para obtener la contribución de las partes altas de la ionosfera han sido también estudiadas, aparte del hecho de simplemente prescindir de esta contribución. Se ha usado un modelo climatológico, una extrapolación exponencial y el hecho de considerar las implicaciones de usar separabilidad. También se ha propuesto una manera para obtener funciones de mapeo (mapping functions) deducidas a partir de perfiles RO. Sin embargo, trabajando sólo con datos derivados únicamente de RO, se está sistematicamente despreciando la contribución de la protonosfera al TEC. Con la propuesta inicial de función de mapeo sólo la contribución ionosférica es tenida en cuenta. La solución ideal para aplicaciones de datos de tierra GNSS sería usar un modelo de dos capas, una para modelar la ionosfera y otra para la protonosfera, o alternativamente, si se quisiera alta resolución tomográfica, combinar observaciones RO y con elevación positiva de LEOs con datos de tierra. Se ha probado que modelando con dos capas, los resultados que se habían obtenido con el análisis de datos RO han podido ser validados. La conclusión más importante es que la proporción entre la contribución ionosférica y protonosférica es el parámetro que explica la localización de las alturas efectivas. / La transformada d’Abel és una tècnica emprada freqüentment en radio ocultacions (RO) que, en el context ionosfèric, permet deduir densitats electròniques a partir de dades de STEC (Slant Total Electron Content) derivats a partir d’observacions de la fase portadora. Aquesta tècnica està basada en mesures precises en doble freqüència de fase portadora (banda L) d’un receptor GPS a bord d’un satèl·lit d’òrbita baixa (Low Earth Orbit-LEO-) rastrejant un satèl·lit GPS darrere del limb de la terra. En combinar les dites mesures amb la informació de posicions i velocitats dels satèl·lits GPS i LEO, és possible deduir el canvi en el camí del senyal degut a la presència de l’atmosfera i, conseqüentment, convertir-lo en angles de curvatura (bending angles). A partir d’ells, informació sobre l’índex de refracció vertical pot ser obtinguda mitjançant tècniques d’inversió i transformar-lo en perfils verticals de densitat electrònica i/o perfils d’atmosfera neutra. Una de les hipòtesis bàsiques de la inversió clàssica és suposar que el camp de densitats electròniques té simetria esfèrica en el veïnatge d’una ocultació. Tanmateix, a la pràctica, la petjada d’una ocultació generalment cobreix regions de milers de quilòmetres que pot presentar variabilitat ionosfèrica important; per la qual cosa, la hipòtesi de simetria esfèrica no pot ser garantida. De fet, les inhomogeneitats de la densitat electrònica en la direcció vertical per a una ocultació donada són una de les principals causes d’error quan es fa servir la inversió d’Abel. Per a corregir l’error a causa de la hipòtesi de simetria esfèrica, s’introdueix el concepte de separabilitat. Això implica que la densitat electrònica pot ser expressada com una combinació de dades de Vertical Total Electron Content (VTEC) derivats externament, els quals assumeixen la dependència horitzontal de la densitat, i una funció de forma, la qual alhora assumeix la dependència en altura que és comuna a totes les observacions per a una ocultació donada. Cal notar que l’espessor de capa roman constant a prop de la regió de l’ocultació a causa de la hipòtesi de separabilitat en comptes de la densitat, tal i com succeiria en el cas de fer servir simetria esfèrica. Aquesta tècnica fou aplicada amb èxit a la combinació lineal de fases de GPS L1 i L2, LI=L1-2, la qual proporciona un observable lliure de geometria que depèn només del retard ionosfèric, l’ambigüitat de fase, biases instrumentals i wind-up. Els resultats presenten una millora del 40% en RMS en comparar freqüències del pic de la capa F2 amb dades de ionosonda respecte la inversió clàssica d’Abel. No obstant, la potencial influència de la diferència de camins òptics entre L1 i L2 fou menyspreada. Aquesta tesi doctoral mostra que això no és pas un problema per a la inversió a altures ionosfèriques. Una alternativa per a la inversió de perfils que evita aquesta desavantatge és emprar la curvatura del senyal com a dada principal. La implementació de la separabilitat per a angles de curvatura no és immediata i ha estat un dels objectius d’aquesta tesi. En aquest sentit, el principi de la separabilitat ha esta aplicat als angles de curvatura de L1 en comptes de la combinació LI com en treballs anterior. A més, treballant amb angles de curvatura, la separabilitat pot ser també traslladada a l’obtenció de perfils troposfèrics. Varies aproximacions per a obtenir la contribució de les parts altes de la ionosfera han estat també estudiades, apart del fet de prescindir simplement d’aquesta contribució. S’ha fet servir un model climatològic, una extrapolació exponencial i el fet de considera les implicacions d’usar separabilitat. També s’ha proposat una manera pera obtenir funcions de mapeo (mapping functions) deduïdes a partir de perfils RO. Tanmateix, treballant només amb dades derivades únicament de RO, s’està menyspreant sistemàticament la contribució de la protonosfera al TEC. Amb la proposta inicial de funció de mapeo només tenim en compte la contribució ionosfèrica. La solució ideal per a aplicacions de dades de terra GNSS seria fer servir un model de dues capes, una per a modelar la ionosfera i una altra per la protonosfera, o alternativament, si es volgués alta resolució tomogràfica, combinar observacions RO i amb elevació positiva de LEOs amb dades de terra. S’ha provat que modelant amb dues capes, els resultats obtinguts amb l’anàlisi de dades RO han pogut estar validats. La conclusió més important és que la proporció entre la contribució ionosfèrica i protonosfèrica és el paràmetre que explica la localització de les altures efectives. / The Abel transform is a frequently used radio occultation (RO) inversion technique which, in the ionospheric context, allows retrieving electron densities as a function of height from STEC (Slant Total Electron Content) measurements derived from carrier phase observations. The GPS RO technique is based on precise carrier dual-frequency phase measurements (L-band) of a GPS receiver onboard a Low Earth Orbit satellite (LEO) tracking a rising or setting GPS satellite behind the limb of the earth. When combining such measurements with the information from the positions and velocities of GPS and LEO satellites, it is possible to derive the phase path change due to the atmosphere during an occultation event which subsequently can be converted into bending angles. From these, information about the vertical refraction index can be obtained by means of inversion techniques, which can then be converted into ionospheric vertical electron density profiles and/or neutral atmospheric profiles. One of the basic assumptions in the classical approach is to assume the spherical symmetry of the electron density field in the vicinity of an occultation. However, in practice, the footprint of an occultation generally covers wide regions of thousands of kilometres in length that may show significant ionospheric variability; therefore this hypothesis cannot be guaranteed. Indeed, inhomogeneous electron density in the horizontal direction for a given occultation is believed to be one of the main sources of error when using the Abel inversion. In order to correct the error due to the spherical symmetry assumption, the separability concept is introduced and applied. This implies that the electron density can be expressed by a combination of externally derived Vertical Total Electron Content (VTEC) data, which assumes the horizontal dependency, and a shape function, which in turn assumes the height dependency that is common to all the observations for a given occultation. Note that the slab thickness remains constant near the occultation due to the separability hypothesis instead of the density as is the case of the spherical symmetry. This technique was successfully applied to the linear combination of the GPS carrier phases L1 and L2, , LI= L1-2 which is a geometric free observable that depends only on the ionospheric delay, phase ambiguity, instrumental bias and wind-up. The result was an improvement of about 40% in RMS when comparing frequencies of the F2 layer peak with ionosonde data and the classical Abel inversion. The main advantage of such developed technique is its simple computation. Nevertheless, the potential influence of the different signal paths between L1 and L2 was neglected. Regarding this aspect, this Ph.D. dissertation shows that is not a problem for inversion at ionospheric heights. An alternative to inverting the profile, which overcomes this disadvantage, is to use the bending angle of the signal as the main input data. The implementation of separability when using the bending angle is not immediate and was, actually, one of the goals of this thesis. In this sense, the separability approach has been applied to measured L1 bending angle, instead of LI combination as reported in previous work. Additionally, this approach could also be translated to tropospheric profile retrievals. Several approaches to account for the upper ionospheric contribution have been also tackled, apart from the fact of neglecting such contribution: a climatological model, an exponential extrapolation and condisering the nature of the separability concept. it has been proposed a way to obtain mapping functions derived from RO profiles. Such mapping functions can be easily derived from usual ionospheric parameters. For the contribution of this part of the ionosphere, it has been shown that it is capable to account for the total electron content (TEC). However, by working solely with RO derived data, we are systematically neglecting the contribution of the protonosphere to the total electron content. With the initial proposed mapping function based on the analysis of effective heights derived from RO, only the ionospheric contribution is accounted for. The ideal solution for ground-based GNSS data applications would be to use a two-layer model, one to model the ionosphere and another one for the protonosphere, or alternatively, if we are looking for high tomographic resolution, to combine RO and topside LEO observations with ground data. It has been shown that by modelling in such way, the results that were obtained with RO data analysis can be validated. The most important conclusion is that the ratio between ionospheric and protonospheric contribution is the driver for the location of the effective heights.

Aquest treball teòric estudia l'acoblament magnètic en complexos bi- i trinuclears heterometàl·lics amb lligands pont oxamido, oxamato, ditiooxalato i anàlegs. Per calcular la seva estructura electrònica s'han usat mètodes multireferencials, en particular diferents variants del mètode DDCI, desenvolupat en el grup, i el mètode CASPT2. Per diferents sistemes binuclears coneguts de Cu(II) i Mn(II), l'acoblament magnètic i els mapes de densitat de spin calculats reprodueixen acuradament les dades experimentals. L'acoblament antiferromagnètic en aquests depèn de la transferència de càrrega del lligand al metall, lligada a l'electronegativitat dels àtoms coordinats. En els sistemes hipotètics de tipus Cu(II)-M(II)-Cu(II), on M=Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu i Zn, la magnitud de l'acoblament estimada depèn de l'electronegativitat del metall central, anant de feblement ferromagnètic pel Sc a moderadament antiferromagnètic pel Cu. Aquest treball aporta la interpretació microscòpica de l'acoblament en aquests sistemes, així com la validació i/o les limitacions dels mètodes de càlcul emprats. / This theoretical work examines the magnetic coupling in bi- and trinuclear heterometallic transition metal complexes with bridging ligands such as oxamido, oxamato, ditiooxalato and analogues. To calculate their electronic structure multireference methods have been used, including different variants of DDCI method, developed in our group, and CASPT2 method. For different Cu(II)-Mn(II) binuclear known systems, the magnetic couplings and spin density maps calculated accurately reproduce the experimental data. The antiferromagnetic coupling in these compounds depends on the charge transfer from ligand to metal, linked to the electronegativity of coordinated atoms. In the hypothetical systems of type Cu(II)-M(II)-Cu(II), where M = Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu and Zn, the magnitude of the estimated coupling depends on the electronegativity of the metal core, going from the weakly ferromagnetic for Sc to moderately antiferromagnetic for Cu. This work provides the microscopic interpretation of the coupling in these systems, as well as the validation and/or limitations of the computational methods used.

En la literatura sobre mecànica quàntica és freqüent trobar descriptors basats en la densitat de parells o la densitat electrònica, amb un èxit divers segons les aplicacions que atenyin. Per tal de que tingui sentit químic un descriptor ha de donar la definició d'un àtom en una molècula, o ésser capaç d'identificar regions de l'espai molecular associades amb algun concepte químic (com pot ser un parell solitari o zona d'enllaç, entre d'altres). En aquesta línia, s'han proposat diversos esquemes de partició: la teoria d'àtoms en molècules (AIM), la funció de localització electrònica (ELF), les cel·les de Voroni, els àtoms de Hirshfeld, els àtoms difusos, etc.L'objectiu d'aquesta tesi és explorar descriptors de la densitat basats en particions de l'espai molecular del tipus AIM, ELF o àtoms difusos, analitzar els descriptors existents amb diferents nivells de teoria, proposar nous descriptors d'aromaticitat, així com estudiar l'habilitat de totes aquestes eines per discernir entre diferents mecanismes de reacció. / In the literature, several electronic descriptors based in the pair density or the density have been proposed with more or less success in their pratical applications. In order to be chemically meaningful the descriptor must give a definition of an "atom" in a molecule, or instead be able to identify some chemical interesting regions (such as lone pair, bonding region, among others). In this line, several molecular partition schemes have been put forward: atoms in molecules (AIM), electron localization function (ELF), Voronoi cells, Hirshfeld atoms, fuzzy atoms, etc. The goal of this thesis is to explore the density descriptors based on the molecular partitions of AIM, ELF and fuzzy atom, analyze the existing decriptors at several levels of theory, propose new aromaticity descriptors, and study its ability to discern between different mechanisms of reaction.