A fosfatase Cdc25B atua na progressão do ciclo celular através da ativação de complexos Cdk/Ciclina. Atualmente, nos modelos estruturais propostos do domínio catalítico da Cdc25B não estão incluídos os últimos 16 resíduos da região C-terminal. Este segmento tem importante papel no reconhecimento do substrato proteico e pode estar envolvido na complexação de pequenas moléculas com a Cdc25B. Assim, o principal objetivo desta tese foi avaliar a flexibilidade conformacional do domínio catalítico completo da Cdc25B em solução através de simulações computacionais e por medidas experimentais de ressonância magnética nuclear (RMN). A similaridade entre as estruturas cristalográficas e em solução foi confirmada pela previsão de ângulos diedrais φ/ψ da cadeia principal a partir dos deslocamentos químicos (CS) e pela concordância entre os acoplamentos dipolares residuais (RDC) medidos e calculados a partir da geometria cristalina. Medidas de parâmetros de relaxação de 15N e RDC evidenciaram a presença de desordem conformacional na região C-terminal, em acordo com a ausência de densidade eletrônica desse segmento no experimento de difração de raios-X. Através da comparação entre CS experimentais e previstos de simulações de dinâmica molecular (DM) longas (total de 6µs de duração) foram apontados artefatos de cristalização, possíveis erros nos campos de força usados nas simulações, falhas na composição do sistema simulado e estados conformacionais populados pela Cdc25B em solução distintos da geometria cristalográfica. De maneira geral, os CS previstos a partir das simulações para a flutuação estrutural dos resíduos da região C-terminal desordenada estão em acordo com os valores experimentais, sugerindo que os estados conformacionais deste segmento foram razoavelmente bem amostrados nas simulações. Em particular, verificou-se que o contato tipo cátion-π entre as cadeias laterais dos resíduos 550W do C-terminal desordenado e 482R do núcleo proteico, ausente na estrutura cristalográfica, pode ser importante em solução. A formação desse contato na simulação de DM também está de acordo com medidas experimentais de perturbação de deslocamentos químicos (CSP) entre construções completa e truncada do domínio catalítico da Cdc25B. Assim, através do uso conjunto de simulações computacionais e medidas experimentais foi possível obter uma representação mais completa e realista da flexibilidade conformacional do domínio catalítico da Cdc25B em solução, incluindo a determinação de possíveis contatos intramoleculares entre a região C-terminal desordenada e o núcleo proteico. Essas informações poderão ser usadas na construção de um ensemble conformacional da Cdc25B. / Cdc25B phosphatase acts on the progression of cell cycle through the activation of Cdk/Cyclin complexes. Currently, the proposed structural models of Cdc25B catalytic domain lack the last 16 residues from the C-terminal region. This segment is important for protein substrate recognition and might be involved in small molecule binding to Cdc25B. Thus, the main goal of this thesis was to evaluate the conformational flexibility of the complete catalytic domain from Cdc25B through computer simulations and experimental nuclear magnetic resonance (NMR) measurements. Similarity between crystal and in solution structures was confirmed by the prediction of backbone φ/ψ dihedral angles from chemical shifts (CS) and by the agreement between observed and back-calculated residual dipolar couplings (RDC). 15N relaxation and RDC measurements pointed to the conformational disorder of the C-terminal region, in agreement with the X-ray diffraction experiment where this segment showed no electronic density. Comparison between experimental and predicted CS from long molecular dynamics (MD) simulations (6µs total running time) pointed to the presence of crystallographic artifacts, possible deficiencies in simulation force fields, inaccurate composition of the simulated system and conformational states visited by Cdc25B in solution that were not observed in the crystallographic geometry. Generally, CS predicted from simulations for the structural fluctuation of the disordered C-terminal region were in agreement with experimental values, suggesting that the simulations sampled the conformational states populated by this segment reasonably well. In particular, a cation-π contact not observed in the crystal structure between side chains of residue 550W from the disordered C-terminal tail and residue 482R from the protein core might be important in solution. This contact is also in agreement with experimental chemical shift perturbations (CSP) measured between complete and truncated constructs of Cdc25B catalytic domain. Therefore, the joint use of computer simulations and experimental measurements allowed the achievement of a more complete and realistic representation of the conformational flexibility of the Cdc25B catalytic domain in solution, including intramolecular contacts between the disordered C-terminal region and the protein core. This information might be used to obtain a conformational ensemble of Cdc25B.

In this work we studied electron dynamics in two 1-D distinct systems: (1) anharmonic lattice with electron-phonon interaction under the effect of a static parallel electric field and (2) harmonic alloy with uncorrelated diagonal disorder, electron-phonon interaction and under the effect of surface acoustic wave (SAW). In both cases we used quantum mechanics formalism for the electron and a classical Hamiltonian for chain vibrations. Moreover, electron-phonon coupling was described by a transfer energy function which depends on relative distance of nearest neighbor ions. We developed numerical calculation employing Taylor truncated expansion method for Schrödinger's equation time evolution operator and other two for lattice deformation (Euler and finite difference). Results (1) point out to the existence of a competition among electron-lattice coupling and electric field. The former promotes a electron-soliton pair formation, which moves along the chain and the latter traps electron around initial position generating Bloch-like oscillations. On system (2), association between SAW and eletron-phonon interaction promotes the breakdown of Anderson localization and charge transport even in a high disorder level. We had acceptable numerical tolerance and our calculations are in agreement to the theory. / Neste trabalho foi estudado o problema dinâmica de um elétron em dois sistemas unidimensionais distintos: (1) rede não harmônica com interação elétron-fônon e sob a ação de um campo elétrico estático aplicado paralelamente a ela e (2) rede harmônica com desordem diagonal não correlacionada, com interação elétron-fônon e sob a influência de ondas acústicas de superfície (SAW). Nos dois casos, foram utilizados formalismo quântico para o estudo do elétron e uma hamiltoniana clássica para as vibrações da cadeia. Além disso, o acoplamento do ente quântico com a rede foi descrito a partir da energia de transferência entre íons vizinhos, com aquela sendo dependente da distncia efetiva destes. Foi aplicado o método numérico de expansão truncada de Taylor para a evolução temporal da equação de Schrödinger dependente do tempo em ambos os casos, enquanto para a dinâmica das deformações foram empregados métodos distintos (Euler e diferenças finitas). Os resultados de (1) apontaram para a ocorrência de uma competição entre o acoplamento elétron-fônon e o campo elétrico. O primeiro promove um par elétron-soliton que se move ao longo da cadeia e o segundo aprisiona o elétron em torno de sua posição inicial criando oscilações semelhantes às de Bloch. No sistema (2), a associação entre SAW e a interação elétron-rede destroem o fenômeno da localização de Anderson permitindo o transporte de carga, mesmo em níveis altos de desordem. Os níiveis de precisão numérica são aceitáveis e os cálculos estão em consonância com os preceitos teóricos.

Submitted by Joyce de Figueiró Santos (joycefigueiro@gmail.com) on 2014-07-21T14:48:02Z No. of bitstreams: 1 mestrado(1).pdf: 12859151 bytes, checksum: cce9beb4e56c9706618a1d6361e58fd9 (MD5) / Approved for entry into archive by Janete de Oliveira Feitosa (janete.feitosa@fgv.br) on 2014-07-22T21:09:53Z (GMT) No. of bitstreams: 1 mestrado(1).pdf: 12859151 bytes, checksum: cce9beb4e56c9706618a1d6361e58fd9 (MD5) / Approved for entry into archive by Marcia Bacha (marcia.bacha@fgv.br) on 2014-07-24T17:35:11Z (GMT) No. of bitstreams: 1 mestrado(1).pdf: 12859151 bytes, checksum: cce9beb4e56c9706618a1d6361e58fd9 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-07-24T17:35:59Z (GMT). No. of bitstreams: 1 mestrado(1).pdf: 12859151 bytes, checksum: cce9beb4e56c9706618a1d6361e58fd9 (MD5) Previous issue date: 2014-06-06 / The ectoparasitic mite Varroa destructor that parasitize honey bees has become a global problem. Although this mite is unlikely to, by itself, cause the mortality of hives, it plays an important role as a vector for many viral diseases. These diseases are identified as some of the most important reasons for the Colony Collapse Disorder. The effects of V.destructor infestation are disparate in different parts of the world. Greater morbidity - in the form of colony losses - has been reported in colonies of European honey bees (EHB) in countries of Europe, Asia and North America. However, this mite has been in Brasil for many years and there are no reports of losses of Africanized honey bees (AHB) colonies. Studies carried out in Mexico showed that some resistance behaviors to the Varroa mite - especially grooming and hygienic behavior - appear to be different in each subspecies. Could those mechanisms explain why the AHB are less susceptible to Colony Collapse Disorder? In order to answer this question, we propose a mathematical model based on differential equations, to analyze the role of these resistance mechanisms in the overall health of the colony, and it’s ability to face environmental challenges. / Os ácaros ectoparasitas Varroa destructor, que parasitam as abelhas tornaram-se um problema global. Embora seja pouco provável que estes ácaros, por si só, provoquem a mortalidade das colmeias, eles desempenham um importante papel como vetor de muitas doenças virais. E estas doenças são identificados como algumas das mais importantes razões para a Desordem do Colapso das Colônias. Os efeitos da infestação do V.destructor são distintas em diferentes partes do mundo. Maiores mortalidades de colônias têm sido relatadas em colônias de abelhas européias (AE) em países da Europa, Ásia e América do Norte. No entanto, este ácaro está presente no Brasil já por muitos anos e não existem relatos de perdas em colônias das abelhas africanizadas (AA). Estudos realizados no México mostraram que alguns comportamentos de resistência ao ácaro Varroa - especialmente o grooming e o comportamento higiênico - são diferentes em cada uma das subespécie. Poderiam então esses mecanismos explicar por que as abelhas africanizadas são menos suscetíveis à Desordem do Colapso das Colônias? A fim de responder a esta pergunta, propomos um modelo matemático baseado em equações diferenciais, com o objetivo de analisar o papel desses mecanismos de resistência na saúde geral da colônia e na capacidade da colônia para enfrentar desafios ambientais.

A fosfatase Cdc25B atua na progressão do ciclo celular através da ativação de complexos Cdk/Ciclina. Atualmente, nos modelos estruturais propostos do domínio catalítico da Cdc25B não estão incluídos os últimos 16 resíduos da região C-terminal. Este segmento tem importante papel no reconhecimento do substrato proteico e pode estar envolvido na complexação de pequenas moléculas com a Cdc25B. Assim, o principal objetivo desta tese foi avaliar a flexibilidade conformacional do domínio catalítico completo da Cdc25B em solução através de simulações computacionais e por medidas experimentais de ressonância magnética nuclear (RMN). A similaridade entre as estruturas cristalográficas e em solução foi confirmada pela previsão de ângulos diedrais φ/ψ da cadeia principal a partir dos deslocamentos químicos (CS) e pela concordância entre os acoplamentos dipolares residuais (RDC) medidos e calculados a partir da geometria cristalina. Medidas de parâmetros de relaxação de 15N e RDC evidenciaram a presença de desordem conformacional na região C-terminal, em acordo com a ausência de densidade eletrônica desse segmento no experimento de difração de raios-X. Através da comparação entre CS experimentais e previstos de simulações de dinâmica molecular (DM) longas (total de 6µs de duração) foram apontados artefatos de cristalização, possíveis erros nos campos de força usados nas simulações, falhas na composição do sistema simulado e estados conformacionais populados pela Cdc25B em solução distintos da geometria cristalográfica. De maneira geral, os CS previstos a partir das simulações para a flutuação estrutural dos resíduos da região C-terminal desordenada estão em acordo com os valores experimentais, sugerindo que os estados conformacionais deste segmento foram razoavelmente bem amostrados nas simulações. Em particular, verificou-se que o contato tipo cátion-π entre as cadeias laterais dos resíduos 550W do C-terminal desordenado e 482R do núcleo proteico, ausente na estrutura cristalográfica, pode ser importante em solução. A formação desse contato na simulação de DM também está de acordo com medidas experimentais de perturbação de deslocamentos químicos (CSP) entre construções completa e truncada do domínio catalítico da Cdc25B. Assim, através do uso conjunto de simulações computacionais e medidas experimentais foi possível obter uma representação mais completa e realista da flexibilidade conformacional do domínio catalítico da Cdc25B em solução, incluindo a determinação de possíveis contatos intramoleculares entre a região C-terminal desordenada e o núcleo proteico. Essas informações poderão ser usadas na construção de um ensemble conformacional da Cdc25B. / Cdc25B phosphatase acts on the progression of cell cycle through the activation of Cdk/Cyclin complexes. Currently, the proposed structural models of Cdc25B catalytic domain lack the last 16 residues from the C-terminal region. This segment is important for protein substrate recognition and might be involved in small molecule binding to Cdc25B. Thus, the main goal of this thesis was to evaluate the conformational flexibility of the complete catalytic domain from Cdc25B through computer simulations and experimental nuclear magnetic resonance (NMR) measurements. Similarity between crystal and in solution structures was confirmed by the prediction of backbone φ/ψ dihedral angles from chemical shifts (CS) and by the agreement between observed and back-calculated residual dipolar couplings (RDC). 15N relaxation and RDC measurements pointed to the conformational disorder of the C-terminal region, in agreement with the X-ray diffraction experiment where this segment showed no electronic density. Comparison between experimental and predicted CS from long molecular dynamics (MD) simulations (6µs total running time) pointed to the presence of crystallographic artifacts, possible deficiencies in simulation force fields, inaccurate composition of the simulated system and conformational states visited by Cdc25B in solution that were not observed in the crystallographic geometry. Generally, CS predicted from simulations for the structural fluctuation of the disordered C-terminal region were in agreement with experimental values, suggesting that the simulations sampled the conformational states populated by this segment reasonably well. In particular, a cation-π contact not observed in the crystal structure between side chains of residue 550W from the disordered C-terminal tail and residue 482R from the protein core might be important in solution. This contact is also in agreement with experimental chemical shift perturbations (CSP) measured between complete and truncated constructs of Cdc25B catalytic domain. Therefore, the joint use of computer simulations and experimental measurements allowed the achievement of a more complete and realistic representation of the conformational flexibility of the Cdc25B catalytic domain in solution, including intramolecular contacts between the disordered C-terminal region and the protein core. This information might be used to obtain a conformational ensemble of Cdc25B.

Made available in DSpace on 2014-07-29T15:22:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Karlla Dias.pdf: 846498 bytes, checksum: b1d8bf8cb4afb64356d5ba064c943192 (MD5) Previous issue date: 2009-04-22 / Diagnosis of disorders affecting the temporomandibular joint (TMJ) is a difficult task for many reasons. These include the structural and functional complexity of this joint, the multifactorial origin of these disorders and limited knowledge of their natural course, the presence of common symptoms among its various subclasses and other craniofacial conditions. If the premise for effective treatment is a correct diagnosis, it is clear that the treatment of these disorders is not any less complex than their diagnosis. The aim of this study was to do a systematic analysis of the literature in relation to proof of the therapeutic efficacy of computed tomography (CT) and magnetic resonance imaging (MRI) in the treatment planning of TMJDs (disc displacement, inflammatory disorders without systemic involvement or osteoarthosis). This systematic review was comprised of three steps: (1) Specifying the problem and the inclusion/exclusion criteria used in the publications; (2) Formulation and detailing of a plan to conduct the literature search; (3) Interpretation and integration of the evidence in the studies and formulation of recommendations based on the quality of the evidence. The bibliographical search was undertaken in PubMed and Cochrane Library databases from January 1966 to July 2009, using specific indexed terms, selected according to the objectives. The titles and abstracts found were analyzed by three examiners and the publications fulfilling the inclusion criteria were selected. The same three examiners read the full texts of these selected publications, and extracted data with the help of a previously drawn up protocol. A publication was considered relevant and included in the review when its results expressed any type of impact of the information obtained with CT and MRI on the treatment of disc displacement, local inflammatory disorders or osteoarthosis therapeutic efficacy. Publications considered relevant were interpreted with the aid of the Quality Assessment of Diagnostic Accuracy Studies (QUADAS) tool and publications that critically evaluate systematic reviews. Results: The literature search yielded 584 titles and abstracts, of which 257 were selected and read in full text. One study was judged relevant. This study evaluated evidence of the efficacy of magnetic resonance imaging (MRI) in the diagnosis of disc position and configuration, disc perforation, joint effusion, and osseous and bone marrow changes in the temporomandibular joint, but no publication reported diagnostic thinking efficacy or therapeutic efficacy. The absence of studies on the therapeutic efficacy of CT and MRI on TMJD reinforces the need for investment in decision-making studies; meanwhile, sectional imaging tests should be prescribed with caution, especially when health budgets are limited. / O diagnóstico das desordens que afetam a articulação temporomandibular (ATM) tem sido uma tarefa difícil por inúmeras razões que incluem: a complexidade estrutural e funcional desta articulação, a origem multifatorial dessas desordens e o conhecimento limitado sobre a evolução natural das mesmas, presença de sintomas comuns entre as suas várias subclasses e em outros comprometimentos craniofaciais. Se a premissa do tratamento efetivo é o diagnóstico correto, fica claro que o tratamento dessas desordens não é menos complexo que o diagnóstico das mesmas. O objetivo deste estudo foi analisar sistematicamente a literatura sobre a evidência da eficácia terapêutica da tomografia computadorizada (TC) e ressonância magnética (RM) no plano de tratamento das desordens da ATM (DATM) (deslocamento do disco, desordens inflamatórias sem envolvimento sistêmico e osteoartrose). A realização desta revisão sistemática constituiu-se de 3 etapas: (1) especificação do problema e dos critérios de inclusão e exclusão das publicações; (2) formulação e detalhamento do plano de busca na literatura; (3) interpretação e integração das evidências dos estudos e formulação das recomendações baseada na qualidade das evidências. A busca bibliográfica foi realizada nas bases de dados PubMed e Biblioteca Cochrane no período de janeiro de 1966 a julho de 2009, utilizando-se de termos específicos indexados, selecionados de acordo com os objetivos. Os títulos e resumos assim encontrados foram analisados por três examinadores e as publicações que preencheram os critérios de inclusão foram selecionadas. Os mesmos três examinadores fizeram a leitura integral das publicações selecionadas e dados foram extraídos com o auxílio de um protocolo previamente elaborado. A publicação foi considerada relevante e incluída na revisão, quando seus resultados expressavam algum tipo de impacto das informações obtidas com TC e RM no tratamento do deslocamento do disco, desordens inflamatórias locais e osteoartrose eficácia terapêutica. Essas publicações relevantes foram interpretadas utilizando-se de um instrumento de análise da qualidade da publicação, desenvolvido especificamente para estudos que investigam métodos de diagnóstico QUADAS Quality Assessment of Diagnostic Accuracy Studies. A busca na literatura resultou em 584 títulos e resumos, dos quais 257 foram selecionados e lidos na íntegra. Somente 1 estudo foi considerado relevante. Este estudo avaliou a eficácia da RM no diagnóstico da posição, configuração e perfuração do disco, na efusão articular e nas alterações ósseas e medulares da ATM, mas nenhuma publicação reportou sobre eficácia dos achados de diagnóstico ou eficácia terapêutica. A ausência de estudos sobre a eficácia terapêutica da RM e TC nas DATM reforça a necessidade de investimentos em estudos sobre tomada de decisões, entretanto, exames de imagem seccionais devem ser prescritos com precaução, especialmente quando os orçamentos em saúde são limitados.

Esta tese compõe-se de contribuições à física das propriedades eletrônicas das heteroestruturas semicondutoras. São investigadas propriedades eletrônicas das duas hetero­estruturas básicas: o poço quântico e a super-rede. Considera-se o poço quântico dopado com impurezas rasas e estudam-se as suas propriedades eletrônicas nos regimes de poço fraca e altamente dopado. No caso de baixa densidade de impurezas é feita uma simulação Monte Carlo. É utilizado um modelo semi-clássico de band de impureza. A interação elétron-elétron é incluída de forma exata e são calculadas as seguintes propriedades do estado fundamental à temperatura zero: densidade de estados de uma partícula, distribuição de carga, energia de Fermi e distribuição do campo elétrico sobre os doadores neutros, todas em função do grau de compensação, da densidade de impurezas e da largura do poço. É observada uma. grande dependência com a compensação. Os resultados são explicados à luz da competição entre os efeitos de desordem e confinamento. É observada a ocorrência de Coulomb Gap característico de sistemas bidimensionais. Mostra-se que a. distribuição de carga possui largura e constante de decaimento determinados independentemente pela compensação e pela concentração de impurezas, respectivamente. Tais resultados são importantes para a caracterização de poços quânticos puros. No limite altamente dopado parte-se de um modelo light-binding desordenado e calcula­se a densidade de estados de uma partícula formada devido ao overlapping entre os estados localizados; utiliza-se o método de Matsubara e Toyosawa. para a obtenção da média sobre configurações. Discutem-se os efeitos da desordem diagonal introduzida pelo potencial de confinamento os quais são comparados com os da. desordem não-diagonal. São apresentados resultados para a densidade de estados em função do grau de confinamento e concentração de impurezas para poços e fios quânticos. Sâo estudadas as propriedades eletrônicas das super-redes sob campo magnético transversal à direção de crescimento. Mostra-se que esta configuração é ideal para o estudo das características básicas das super-redes: a estrutura de mini bandas e o tunelamento. Calculam-se as sub-bandas de condução utilizando a teoria de massa efetiva de muitas bandas. Introduz-se a idéia de massa efetiva renormalizada para barreiras semicondutoras. Comparam-se os resultados com dados experimentais de ressonância ciclotrônica. A ótima concordância obtida demonstra a grande importância e a utilidade do conceito de massa efetiva renormalizada para barreiras semicondutoras, que é uma maneira nova e simples de lidar com as soluções evanescentes. / This thesis is composed of contributions to the theory of electronic properties of semicon­ ductor heterostructures. Electronic properties of the basic two heterostructures (quantum well and superlattice) are investigated. A quantum well doped with shallow impurities is considered and its electronic properties are studied in both limits: lightly and heavily doped. In the first case a Monte Carlo simula­ tion technique is used. A semiclassical impurity band model is used . The electron-electron interaction is included exactly and properties of the ground state such as the density of single particle states, the charge distribution, the Fermi energy and the electric field di tribution on the neutra/ donors are calculated, all of them as a function of the degree of compensation, the impurity concentration and the width of the well. A great dependency with the compensation is observed. The results are explained by the competition between the effects of disorder and confinement. The existence of a Coulomb Gap is verified . The charge distribution is shown to have a width and decay rate given by the degree of compensation and impurity concentration, in this order. Such results are important to characterize pure quantum wells. On the heavily doped limit, a disordered tight-binding model is used and the density of states that is formed by the overlapping of localized states is calculated by using the method of Matsubara and Toyosawa for the configuration average. The diagonal disord er effect introduced by the confinement potential is considered and compared to that of the non­ diagonal disorder. Results of the density of states as a function of the degree of confinement and impurity concentration for quantum wells and wires are presented. The electronic propertie s of a superlattice under a magnetic field which is transversal to the growth direction are studied. Jt is shown that this configuration is id eal for the study of the basic characteristics of the superlattices: the subband structure and the tunneling. The conduction subbands are calculated by using the theory of many bands effective mass. The idea of renormalized effective mass for barriers is introduced. The obtained level spacings are compared with cyclotron resonance experimental data (infrared absorption). The good agreement obtained demonstrates the importance and usefulness of the renormalized effective mass, which is a new and simple way to handle evanescent waves.

Orientador: Alex Antonelli / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-14T11:09:53Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Michelon_MateusFontana_D.pdf: 2538667 bytes, checksum: 7cf68d701030ed6e318c7312b4f25a03 (MD5) Previous issue date: 2009 / Resumo: Um dos objetivos da simulação atomística na ciência dos materiais é calcular as propriedades de um material virtual e propor rotas para sua fabricação em laboratório. Uma das principais propriedades que o material deve apresentar antes de ser sintetizado é a estabilidade termodinâmica. Como a estabilidade é determinada pela energia livre, o cálculo preciso desta quantidade é de fundamental importância na construção de um laboratório virtual. Neste contexto, desenvolvemos uma metodologia alternativa para a determinação da energia livre de ligas substitucionais, que leva em conta os graus de liberdade vibracionais e configuracionais com precisão controlada. A metodologia utiliza o método de Monte Carlo para simular a dinâmica de trocas e vibrações atômicas e determina a energia livre através dos métodos de ligação adiabática e escalamento reversível. Além disso, a metodologia é capaz de avaliar a influência de mecanismos associados à entropia vibracional, através da relaxação sucessiva de vínculos na dinâmica. Especificamente, permite quantificar os mecanismos de a) proporção de ligações entre átomos distintos, b) discrepância entre volumes atômicos e c) relaxação volumétrica, e identificar a origem da diferença de entropia vibracional na transição ordem-desordem. Testamos e aplicamos a metodologia para estudar um modelo semiempírico da liga Ni3Al. Observamos um aumento da entropia vibracional na transição ordem-desordem comparável com o aumento da entropia configuracional e explicado pelo aumento de volume na transição. Outra característica de um laboratório virtual é possuir modelos que descrevam satisfatoriamente os sistemas de interesse. Investigamos um potencial do tipo tight-binding e descobrimos que não é transferível para descrever fenômenos de ordem-desordem em diversas ligas. Além de investigar o fenômeno ordem-desordem em ligas, estudamos transições de fase líquido-líquido em substâncias puras. Apresentamos uma evidência teórica de transição líquido-líquido de primeira ordem em um modelo semiempírico do gálio, fornecendo suporte a uma recente evidência experimental de transição líquido-líquido no regime super-resfriado deste elemento. Além disso, as simulações atomísticas sugerem um mecanismo microscópico para esta transição. Outras características de um laboratório virtual são a possibilidade de estudar sistemas em condições experimentais inacessíveis e a capacidade de propor novos experimentos. Neste contexto, apresentamos uma evidência teórica de transição líquido-líquido em um modelo ab initio para o dióxido de carbono. A transição ocorre entre um líquido molecular e um líquido polimérico em uma região do diagrama de fases atualmente inacessível experimentalmente. Em um futuro próximo, esperamos que seja possível testar esta previsão teórica e sintetizar fases poliméricas por meios físicos. / Abstract: One of the goals of atomistic simulation in materials science is to calculate properties of a virtual material and suggest routes for its fabrication in laboratory. One of the main properties that the material must have before being synthesized is the thermodynamical stability. As the thermodynamical stability is determined by the free energy, its accurate calculation is of fundamental importance for the construction of a virtual laboratory. In this context, we developed an alternative methodology to determine the free energy of substitutional alloys, which takes into account both the vibrational and configurational degrees of freedom with controlled accuracy. The methodology uses the Monte Carlo method to simulate both the vibrational and exchange dynamics and uses the adiabatic switching and reversible scaling methods to calculate the free energy efficiently. In addition, the methodology is able to evaluate the effect of three mechanisms in the vibrational entropy, through successive relaxations of constraints associated with the dynamics. Specifically, it allows to quantify the mechanisms of a) bond proportion, b) atomic size mismatch and c) bulk volume, and thus identify the origin of the vibrational entropy difference at the order-disorder transition. We tested and applied the methodology to study a semiempirical model of the Ni3Al alloy. We observed an increasing of the vibrational entropy at the order-disorder transition comparable to the configurational entropy increasing and explained by an increasing of the bulk volume. Another expected feature of a virtual laboratory is to offer models that describe satisfactorily the systems of interest. We investigated a tight-binding potential and found out that it is not transferable to describe the order-disorder phenomena in several alloys. In addition to the study of the order-disorder phenomena in alloys, we investigated phase transitions between two liquids of a pure substance. We present a theoretical evidence of a first-order liquid-liquid phase transition in a semiempirical model of gallium, which lend support to the recent experimental evidence of a first-order liquid-liquid transition in the supercooled regime of this element. Moreover, the atomistic simulations suggest a microscopic mechanism for this phase transition. Another expected features of a virtual laboratory are the possibility to investigate systems in unreachable experimental conditions and the capacity to suggest new experiments. In this context, we present an ab initio theoretical evidence of a liquid-liquid phase transition in carbon dioxide. We predict a transition between a molecular liquid and a polymeric liquid at a temperature and pressure which are presently unreachable experimentally. We hope that in the near future it will be possible to test this theoretical prediction and synthesize polymeric phases through physical means. / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Ciências