Estudos experimentais de sistemas mistos contendo os fluoretos PbF2 e CdF2 vêm revelando o importante potencial tecnológico desses materiais. No entanto, o comportamento tanto estrutural quanto dinâmico desses materiais ainda não é completamente compreendido. A proposta desta tese é a contribuição no entendimento amplo desses sistemas utilizando uma simulação atomística feita por Dinâmica Molecular. Com uso de um potencial efetivo de pares promissor foi possível descrever as propriedades estruturais, dinâmicas e térmicas destes sistemas avaliando-se também a dependência da composição nestas propriedades. As simulações foram realizadas no ensemble NPT (número de partículas, pressão e temperatura constantes) permitindo acompanhar as variações de energia e volume do sistema durante os processos de aquecimento e resfriamento. Foram observadas as descontinuidades nas transições sólido-líquido e líquido-sólido durante estes processos. Esse ensemble aproxima a simulação da realidade experimental uma vez que em geral experimentos são realizados a pressão atmosférica. Na primeira parte dos resultados foram criadas soluções sólidas ideais construídas a partir da rede perfeita do PbF2 onde são escolhidos alguns dos íons de Pb que são substituídos aleatoriamente por íons de Cd. Os resultados da caracterização estrutural destes sistemas foram comparados com medidas de EXAFS mostrando excelente acordo e validando o potencial proposto. Uma vez que o potencial mostrou-se coerente na descrição das interações destes três íons, foram analisados os efeitos da temperatura nestes sistemas. Tanto o PbF2 quanto o CdF2 são sólidos condutores superiônicos onde os íons de flúor apresentam alta mobilidade iônica. O sistema misto composto por estes dois fluoretos, CdxPb1xF2, também é um material superiônico. As propriedades superiônicas do sistema binário foram obtidas pelas simulações mostrando excelente acordo com os dados experimentais. A fusão desses sistemas considerando-se diferentes concentrações dos fluoretos, apresentou um diagrama de fase com menor temperatura de fusão para as composições em torno de 35% de CdF2 , o que está em perfeito acordo com o observado experimentalmente. Sistemas essencialmente diferentes quanto à organização estrutural e homogeneidade, foram obtidos a partir da fusão seguida de diferentes taxas de resfriamento. O resfriamento do líquido feito com taxas rápidas levou a formação de vidros homogênos. Taxas mais lentas de resfriamento Levam a formação de vidros que passam a exibir regiões mais ricas em PbF2 e outras em CdF2 . Taxas de resfriamento ainda mais lentas levam a cristalização dos líquidos, a qual ocorre com tendência de separação de fases e geração de defeitos. Os vidros homogêneos foram aquecidos novamente e apresentaram separação de fase seguida da devitrificação. Essencialmente devido aos defeitos gerados durante os processos de vitrificação, cristalização e devitrificação os vidros e os cristais apresentam maiores mobilidades dos íons fluoretos que os sistemas ideais primeiramente avaliados. Os cristais com separação de fases apresentam também composições que possuem menores valores de temperatura de transição iônica-superiônica. O comportamento de máxima mobilidade em função da temperatura é observado para as composições em torno de 30% de CdF2 em acordo com dados experimentais. A simulação clássica realizada permitiu o acesso microscópico do sistema sugerindo uma descrição para esses sistemas que é de grande valia e nem sempre possível experimentalmente / Experimental studies of binary systems of PbF2 and CdF2 display important technological potential of these materials. Besides that, its structural and dynamical behavior is not well understood. The aim of this theses is to bring a contribution for understand these materials through molecular dynamics simulations. With an adequate interatomic pair potential it was possible to describe the structural, dynamical and thermal properties of the pure systems as well as for solid solutions. All simulations were performed in NPT ensemble (constant number of particle, pressure, and temperature) which allows observing and analyses the energy and volume variation during process of heating and cooling. Solid-liquid and liquid-solid transitions discontinuity were observed during these process. This ensemble resembles experimental reality, once in general experiments are done at atmospheric pressure. Initially, ideal solid-solutions were obtained from perfect PbF2 lattice, where Pb ions were randomly replaced by Cd ions. The molecular dynamics structural characterizations were compared with EXAFS results in excellent agreement, which validates the proposed interatomic potential. Further, thermal effects were also analyzed. Both PbF2 and CdF2 are super ionic solid conductors, where the F ions shows high ionic mobility, The binary system, CdxPb1xF2, is also a super ionic conductor. The super ionic properties for the binary system were simulated displaying excellent agréments with experimental available data. Melting temperature as a function of the CdF2 concentration shows a phase diagram in which the melting temperature has a minimum around 35% of CdF2 , in accord with experimental data. Using different cooling rates, cooling from the melt, result in systems with different structural organization and homogeneity. Cooling from the liquid, with fast cooling rates, results in homogeneous glass. Slow cooling rates produce glass in which there is regions rich in PbF2 and other rich in CdF2 . Slower cooling rates results in the crystallization of the liquid, which large tendency of phase separation and defects. Homogeneous glasses were re-heated resulting in a phase separated system followed by devitrification. Due to the presence of defects during the process of vitrification, crystallization and devitrification, glasses and crystals display greater mobility of F ions than the initial solid solution initially analyzed. The ionic-super ionic temperature occurs for smaller temperatures for some composition of the crystals with phase separation. Maximum mobility as a function of temperature was observed for composition around 30% CdF2 , in agreement with experiments. The classical simulation performed allows detailed microscopic description of the system in which, in general, are not possible experimentally

Orientador: João Ruggiero Neto / Banca: Margarete Teresa Gottardo de Almeida / Banca: Mara Corrêa Lelles Nogueira / Banca: Fátima Pereira de Souza / Banca: Fernando Alves de Melo / Resumo: Peptídeos antimicrobianos (PAMs) são componentes do sistema imune inato, que estão presentes na maioria dos organismos vivos cujo interesse é crescente devido à sua potente atividade antimicrobiana contra uma vasta gama de microrganismos, juntamente com a sua baixa toxicidade, em geral, para as células de mamíferos. Esse trabalho teve a finalidade de desenvolver um peptídeo antimicrobiano curto com as mesmas características estruturais do peptídeo Polybia-MP1 (IDWKKLLDAALQIL-NH2) extraído da vespa Polybia paulista que conferem ação antimicrobiana e seletividade, tais como: o posicionamento relativo dos resíduos de aminoácidos carregados, um resíduo ácido na posição N-terminal, a hidrofilicidade e a ampla face polar. Foi idealizado e sintetizado um peptídeo denominado L1A (IDGLKAIWKKVADLLKNT-NH2) e dois análogos com modificações na região do Nterminal; um acetilado (Ac-L1A) e outro com o ácido orto-aminobenzóico (Abz), uma sonda fluorescente extrínseca, ligado covalentemente ao N-terminal, esse peptídeo teve o triptofano substituído por um resíduo de valina (Abz-L1A-W8V). Analisou-se a fluorescência estática e dinâmica do triptofano e do Abz, que apresentaram significante deslocamento quando os peptídeos são adsorvidos em vesículas lipídicas; a supressão da fluorescência por acrilamida mostrou que os fluoróforos em vesículas aniônicas estão menos expostos ao solvente do que em vesículas zwitterionicas. A atividade lítica em vesículas a partir das curvas de doseresposta também reforça que os três peptídeos são mais eficientes em vesículas aniônicas, além disso, que os análogos foram mais eficientes. Estas observações foram compatíveis com o maior teor helicoidal (observado em dinâmica molecular e dicroísmo circular) seus fluoróforos se enterram mais profundamente em vesícula aniônica. Dados de MD e CD demonstraram uma relação entre a estabilidade da hélice e a ausência de carga ... / Abstract: Antimicrobial peptides (AMPs) are components of the innate immune system, which are present in the majority of the living organisms and whose interest is growing due to their potent antimicrobial activity against a broad range of microorganisms, coupled with their usually low toxicity to mammalian cells. In an effort to develop short antimicrobial peptides with the same structural characteristics that imparted selectivity to Polybia-MP1 (IDWKKLLDAALQIL-NH2): the relative positioning of acid and basic residues, an acid residue at the N-terminus, hydrophilicity and the broad polar face. MP1 is a potent antimicrobial, antitumoral and non-hemolytic peptide. We generated a peptide named L1A (IDGLKAIWKKVADLLKNT-NH2) and two analogs with N-terminus modifications; one acetylated (Ac-L1A) and other was extrinsic fluorescent labeled with ortho-aminobenzoic acid (Abz) in which the tryptophan was substituted by valine (Abz-L1A-W8V). We analyzed static and time-resolved fluorescence of tryptophan and ortho-aminobenzoic acid were used and showed significant blue shift when peptides are adsorbed in lipid vesicles and the fluorescence quenching by acrylamide showed that fluorophores in anionic vesicles, are less exposed to the solvent than in neutral vesicles. The lytic activity in vesicles showed from dose-response curves that the three peptides were more efficient in anionic vesicles moreover that the analogs were more efficient. These observations were compatible with the higher helical content (observed in Molecular Dynamics and Circular Dichroism) and deeper burying of the fluorophores in anionic vesicle. MD and CD data demonstrated a relationship between the stability of the helix and the absence of load on the N-terminal. L1A and Ac-L1A presented potent antimicrobial selective against Gram negative bacteria without being hemolyitic while Abz -L1A -W8V was mildly hemolytic / Doutor

Orientador: Nailton Monteiro do Nascimento Júnior / Banca: Claudio Viegas Júnior / Banca: Adriano Defini Andricopulo / Resumo: Visando a obtenção de compostos inéditos com atividade agonista em receptores nicotínicos de acetilcolina do subtipo α7 (nAChRs α7) para o tratamento da doença de Alzheimer, este trabalho foi iniciado a partir da estrutura cristalográfica do receptor α7 co-cristalizado com a lobelina, seguido de posterior validação do modelo in silico por redocagem e com ligantes da literatura com atividades in vitro conhecidas. Os ligantes foram construídos considerando o estado de protonação em pH fisiológico utilizando o programa Discovery Studio Visualizer e otimizados através do método semiempírico PM7 com o programa MOPAC 2016. A validação por redocagem do modelo do nAChR α7 foi baseada na análise de diferentes funções de pontuação (ChemPLP, ChemScore, GoldScore e ASP) para avaliar a orientação espacial dos ligantes (RMSD) e as interações ligante-receptor relevantes. Discovery Studio foi utilizado para analisar as interações previstas, as quais foram obtidas no programa GOLD e visualizadas no programa PyMol. De todas as funções de pontuação analisadas, a ASP forneceu os melhores resultados, apresentando pequenas variações de pontuação entre a pose com menor RMSD e a pose com melhor pontuação. Além disso, o modelo in silico foi capaz de prever corretamente as interações-chave entre os resíduos de aminoácidos com os quais a lobelina interage e das moléculas da literatura. Dessa forma, essa metodologia foi utilizada na triagem virtual dos 28 compostos planejados como ligantes do nAChR α7, ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Aiming to achieve novel compounds with agonist activity at 7 nicotinic acetylcholine receptors (7 nAChRs) for the treatment of Alzheimer's disease, this work has started by using the crystallographic structure of 7 receptor co-crystallized with lobeline followed by validation of the in silico model with ligands from the literature with known in vitro activities. The ligands were constructed considering the protonation state at physiological pH using the Discovery Studio software and using the PM7 semiempiric method with MOPAC 2016. The validation for the nAChRα7 model was based on the analysis of several scoring functions (ChemPLP, ChemScore,GoldScore and ASP) for a spatial orientation of ligands (RMSD) and as relevant ligand-receptor interactions. Discovery Studio was used to analyze the expected interactions, performed in the GOLD software and viewed in the PyMol software. Of all the analyzed scoring functions, the ASP provided the best results, presenting small variations between the pose with lower RMSD and the pose with the best score. In addition, the in silico model was able to correctly predict the interactions between the amino acid residues with which lobelin interacts and the molecules of the literature. Thus, this methodology was applied in the virtual screening of the 28 nAChRα7 ligands, in combination with the molecular docking results of the bioactive compounds in the literature. In parallel, molecular dynamics studies were applied in order to optimize the ... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:54Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2007-08-16Bitstream added on 2014-06-13T20:01:02Z : No. of bitstreams: 1 gaspar_rt_dr_sjrp.pdf: 649983 bytes, checksum: 1fcf82fd9f75312b80b50e055388690d (MD5) / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / O Poli(etileno glicol) (PEG) é um polímero sintético cujas características tem despertado grande interesse em diversas áreas. Suas aplicações podem ser vistas nas mais variadas áreas, desde biotecnologia e medicina até aplicações industriais e cosméticos. Alguns aspectos físicos como a estrutura adotada por esse polímero em diferentes solventes e detalhes sobre a interação entre essas moléculas ainda necessitam de maiores esclarecimentos, o que o torna objeto de intensa investigação. Essa tese visa desenvolver um modelo para moléculas de PEG, que possa ser utilizado em experimentos de dinâmica molecular. Resultados de simulações com esse modelo foram comparados a dados experimentais presentes na literatura, de forma a verificar o comportamento do modelo em diferentes condições, avaliando assim sua adequação. Os valores de densidade, obtidos dos sistemas simulados, apresentaram erro máximo de 1,14% para concentrações de até 50% de PEG400. A densidade do sistema em função da temperatura concorda com os dados da literatura, mantendo um erro fixo de 0,35%, que está relacionado com a concentração de 50% utilizada nessa simulação. A estrutura helicoidal, apresentada pelas moléculas de PEG ao final do processo de preparação dos modelos, é perdida rapidamente em todas as diferentes condições em que o sistema foi simulado, indicando que tal estrutura é energeticamente desfavorável em água. Com o aumento da concentração de PEG, as seguintes estruturas foram encontradas: moléculas de PEG livres em solução em concentrações inferiores a 5%, aglomerados de PEG entre 5 e 50%, com uma transição gradual entre uma estrutura e outra. Os resultados obtidos para concentrações acima de 50% não são conclusivos. Seguindo o procedimento aplicado ao modelo inicial, de PEG400, foi desenvolvido... / Poly(ethylene glycol) (PEG) is a synthetic polymer whose characteristics have attracted great interest in different fields. It has been applied in very different areas, from biotechnology and medicine to industry and cosmetics. Physical aspects like the structure PEG assumes in different solvent and details on the interaction between these polymers still lack clarity, make PEG an object of intense investigation. This Thesis aims do develop a model for PEG molecules that can be used in molecular dynamic simulations. Results of simulations using this model were compared to published experimental data, in order to investigate the behavior of the model under different conditions to evaluate its validity. The density values obtained from the simulations exhibit a maximum error of 1.14% for PEG400 concentrations up to 50%. The system density as a function of temperature agrees with experimental data from the literature within an error of 0.35% for the 50% PEG in the simulation. The helicoidal structure assumed by the PEG molecules at the end of the procedure of the model preparation is quickly lost under every simulation condition, thus indicating that the helicoidal structure is not energetically favorable for PEG in water. As PEG concentration is increased, the following structures were found: free PEG molecules below ca 5%, PEG clusters from ca 5-50%, with a gradual transition from one structure to another. The results for concentrations higher than 50% are not conclusive. Following the procedure applied to the initial PEG400 model, a second model was developed, almost four times larger, and used to investigate possible molecular effects capable to induce phase thermoseparation. The transition from different system states took place on average temperatures between 423.3 K and 424.1 K at the average pressure of 8.98 Bar.

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:30:54Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2006-07-13Bitstream added on 2014-06-13T20:01:03Z : No. of bitstreams: 1 broggiocosta_st_dr_sjrp.pdf: 4201433 bytes, checksum: 2214bf546b6f30fd6a4412a471fab1f8 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Os Mastoparanos são peptídeos curtos e catiônicos extraídos do veneno de vespas. Estes peptídeos dependem de sua seqüência primária, composição, hidrofobicidade, ângulo polar, anfipaticidade e amidação do C-terminal para apresentar diferentes atividades biológicas. A conformação em hélice anfipática parece ser fundamental para interação destes peptídeos com a bicamada membranar. Neste trabalho buscamos as correlações destas características com as atividades antimicrobianas e hemolíticas apresentadas por três mastoparanos conhecidos, usando simulações por dinâmica molecular em misturas de TFE-água. Misturas de TFE-água apresentam um caráter hidrofóbico e hidrofílico assim como o ambiente membranar. Um dos peptídeos estudados é o Eumenine Mastoparano-AF (EMP-AF), no qual constatamos que a desamidação do C-terminal acarretou na desestruturação da conformação helicoidal e na perda da anfipaticidade nesta região, devido à atração eletrostática entre a carga negativa do grupo carboxila e os grupos catiônicos das cadeias laterais de alguns resíduos. Por esse fato a atividade hemolítica é perdida. Outro peptídeo investigado é o Paulista-MPI, para o qual propomos como estrutura estável uma hélice-.. anfipática. Para este caso, também exploramos as razões da existência de atividade antimicrobiana e ausência da atividade hemolítica. O outro peptídeo estudado foi o Anoplin com e sem o grupo amida do C-terminal. O Anoplin natural, Anoplin-NH2 é um peptídeo antimicrobiano. Novamente esta atividade pode ser associada com sua estrutura helicoidal anfipática que se apresenta estável por fatores como o equilíbrio eletrostático entre os grupos carregados das cadeias laterais; pela predominância dos grupos apolares das moléculas de TFE na região dos átomos eletronegativos da cadeia principal; e pela solvatação da cadeia lateral... / Mastoparans is a class of peptides extracted from wasp venom, named after their first recognized biological action, the degranulation of mast cells. They are short and cationic peptides that depending on their primary sequence, degree of charge and amidation of Cterminal present different biological activities. Fundamental for their interactions with biological membranes seems to be an amphipatic helix conformation. In this work we search for correlations among these characteristics and the antimicrobial and hemolytic activities of three known mastoparans, using molecular dynamics simulation in TFEwater mixtures. TFE-water media shows both hydrophobic and hydrophilic character and in this way mimics a membrane-like environment. The peptides studied are the Eumenine Mastoparan (EMP-AF), for which the desamidation of the C-terminal leads to the lost of the helix conformation and amphipaticity at this region, due to the electrostatic attraction among the negative charge of carboxylate group and the cationic groups of the lateral chain of some residues. Consequently the hemolytic activity is lost. Another peptide studied is Paulista-MPI, for which an amphipatic ..-helix is proposed as a stable structure. We rationalize also the reasons for its antimicrobial activities and the absence of hemolytic activity. The last peptide studied is Anoplin, the C-terminal amidated wild type and its carboxylated analog. The former type, Anoplin-NH2, is an antimicrobial and nonhemolytic peptide. Again this can be associated to the amphipatic helical structure, that we show is maintained by factors as the electrostatic equilibrium between charged groups, predominance of apolar groups of TFE molecules around the electronegative atoms of the main chain and solvation of lateral side chains. Deamidation of C-terminal, rendering Anoplin-OH, abolishes its antimicrobial activity due to the unfolding of the helix terminal... (Complete abstract, click electronic address below

Made available in DSpace on 2014-06-11T19:35:46Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2010-10-26Bitstream added on 2014-06-13T19:06:04Z : No. of bitstreams: 1 silva_don_dr_sjrp.pdf: 2133670 bytes, checksum: e51cb3e5c1fe2afdfa147495a2e68dd2 (MD5) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / O Polybia-MPI é um peptídeo catiônico curto que tem toxicidade seletiva para as células cancerosas, mas nenhuma atividade hemolítica. Apresenta ação antimicrobiana potente tanto contra bactérias Gram-positivas quanto Gram-negativas. O peptídeo oferece ainda eficácia citotóxica e antiproliferativa pela formação de poros. Pode inibir seletivamente a proliferação de células de câncer de próstata e bexiga, mas tem menor citotoxicidade para fibroblastos murinos normais. Simulações foram realizadas fazendo uso do pacote computacional GROMACS 4.0 a partir do arquivo de coordenadas espaciais do peptídeo construído com base na estrutura primária, depositada no banco de dados ExPASy/SwissProt sob o código P0C1Q4. A dinâmica teve como estrutura inicial o peptídeo estendido imerso em 1831 moléculas de água e 250 moléculas de TriFluorEtanol (TFE), proporção volumétrica de 65% de água e 35% de TFE. Foi utilizado o Método de Troca de Réplicas (Replica Exchange Method) no intuito de evitar que o sistema ficasse preso em mínimos locais de energia, o que possibilitou uma visitação aleatória à possibilidades energéticas diferentes. A combinação dos histogramas provenientes da Análise de Componente Principal (PCA) de cada arquivo de trajetória permitiu o estudo estatístico da simulação. Os resultados e suas respectivas análises indicam a estabilidade da conformação com trechos em hélice α, o que acarreta na possibilidade de inferir que seja esta a estrutura do peptídeo Polybia-MPI. / The Polybia-MPI is a short cationic peptide that has selective toxicity to cancer cells, but no hemolytic activity. It displays a potent antimicrobial action against Gram-positive and Gram-negative bacteria. The peptide also offers cytotoxic and antiproliferative efficiency for the formation of pores. It can selectively inhibit cell proliferation of prostate and bladder cancer, but shows less cytotoxicity to normal murine fibroblasts. Simulations were performed using the computational package GROMACS 4.0 with the spatial coordinates of the peptide constructed based on the primary structure, deposited in the ExPASy/SwissProt database under the code P0C1Q4. The molecular dynamic simulations had as initial structure the extended peptide immersed in 1831 water molecules and 250 TriFluoroEthanol (TFE) molecules, volumetric ratio of 65% water and 35% TFE. The Replica Exchange Method was used in order to prevent the system of getting stuck in energy local minima, which allowed random visits to different energy possibilities. The combination of the histograms from the Principal Component Analysis (PCA) of each trajectory file allowed the statistical study of the simulation. The results and their respective evaluations indicate stability of the α-helical conformation, resulting in the possibility of inferring that this is the structure of the peptide Polybia-MPI.

Orientador: Gustavo Troiano Feliciano / Banca: Eduardo Maffud Cilli / Banca: Maurício Domingues Coutinho Neto / Resumo: A pilina é um peptídeo produzido pela bactéria redutora de metais Geobacter sulfurreducens. Este peptídeo compõe um sistema biológico que tem atraído a atenção de pesquisadores, devido às suas propriedades condutoras interessantes. Estudos indicam que a pilina é a subunidade de uma estrutura filamentosa denominada pilus e que o conjunto desses filamentos formam uma proteína monolateral, a pili. Investigações revelaram processos de transferência eletrônica na faixa de micrômetros de comprimento, o que sugere, mais provavelmente, um regime de transporte por hopping. Além disso, correntes associadas à topografia referente ao filamento indicaram um comportamento ohmico, característica associada à metais. A ausência de cofatores e citocromo tornam essas propriedades ainda mais interessantes, indicando um transporte eletrônico ao longo da própria estrutura da proteína. Este trabalho apresenta a investigação de fatores que possam contribuir para um transporte de carga tão eficiente sem a presença de citocromo. Para isso, análises foram realizadas em aglomerados aromáticos dentro da estrutura de modelos que mimetizam a pilina e de modelos propostos para o pilus. O estudo é feito utilizando, primeiramente, métodos teóricos clássicos com os pacotes de simulação AMBER e GROMACS, e em seguida cálculos híbridos QM/MM, com tratamento quântico baseado na Teoria do Funcional da Densidade, implementada no código computacional CPMD, para a obtenção da estrutura eletrônica dos grupos aromáticos... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Pilin is a peptide produced by the metal reducing bacteria Geobacter sulfurreducens. This peptide is present in a biosystem that has been attracting attention due to its interesting conductive properties. Studies indicate that pilin is a subunit of a filamentous structure called pilus and the arrangement of these filaments form a unilateral protein called pili. Investigations revealed electronic transfer processes in the length range of micrometers, what suggests a hopping transport mechanism. Besides, currents associated with topography indicated an ohmic behavior along the filament, which is a metallic characteristic. The absence of cofactors and cytochrome is even more interesting because it indicates an electronic transport through the protein structure. This dissertation presents an investigation of factors that may contribute to a highly efficient charge transport without a cytochrome. Therefore, it was made an analysis in aromatic agglomerates within the structure of models that mimic pilin and within proposed models for pilus. Initially, it was used methods based on classical mechanics with the simulation packages AMBER and GROMACS, then hybrid calculations QM/MM were performed with a quantum approach based on the Density Functional Theory implemented in CPMD computer code. The mimetic peptides present a considerably high energetic gap for HOMO-LUMO in water. Nevertheless it was reduced in vacuum, mainly for groups of tyrosine where metal-like characteristics were ind... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Físicas e Matemáticas, Programa de Pós-Graduação em Física, Florianópolis, 2011 / Made available in DSpace on 2012-10-26T06:08:57Z (GMT). No. of bitstreams: 1 295362.pdf: 3020430 bytes, checksum: 285ef19fb9a1893587d0bb0a78fe60f6 (MD5) / Um método computacional que combina mecânica molecular e mecânica quântica dependente do tempo é usado para descrever a cinética dos estados excitados (MLCT) em complexos de metais de transição solvatados. O formalismo semiempírico desenvolvido é capaz de descrever a polarização induzida em acetonitrila líquida e água, em comparação com os momentos de dipolo das moléculas CH3CN e H2O em vácuo. A investigação dos processos de transferência eletrônica inter-ligantes (ILET) no estado MLCT revela que um regime aleatório de transferência de carga inter-ligantes é estabelecido em escala temporal de subpicosegundos, para ambos os solventes, em menos de 350 fs na acetonitrila e menos que 700 fs na solução aquosa. Os resultados das simulações dão suporte à observação experimental do decaimento da anisotropia de polarização óptica em subpicosegundos e que o elétron perde memória do ligante fotoexcitado em menos de um picosegundo. Dois tipos de cinética ILET foram observadas: um simétrico, no qual todos os ligantes são igualmente acoplados em pares, e um assimétrico, onde um par de ligantes é fortemente acoplado enquanto que outro é fracamente acoplado. Nós atribuímos o acoplamento assimétrico à fixação de moléculas do solvente nos ligantes bipiridina. Em ambos os casos, o íon Ru (II) tem pouca influência na dinâmica de transferência eletrônica inter-ligantes. Os efeitos das dinâmicas de solvatação aqui investigados e sua influência na cinética MLCT são causados 1) pela flutuação térmica do potencial dipolar coletivo de longo alcance de todas as moléculas polares do solvente e 2) pelo potencial de polarização eletrônica induzido, cujo efeito é observado dentro de dezenas de femtosegundos após o início da dinâmica quântica do estado excitado MLCT. Verificou-se também que é importante incluir a flutuação geométrica interna de moléculas grandes do solvente, como a CH3CN, para uma dinâmica eletrônica adequada. Finalmente, notou-se que os modos internos de vibração e torção da estrutura de coordenação do complexo são as principais forças motrizes para a dinâmica de transferência eletrônica inter-ligantes observada em nossas simulações para o [Ru(bpy)3]2+ em acetonitrila e água. Tais resultados são relevantes para a compreensão da dinâmica de processos de transferência eletrônica interfacial em semicondutores sensibilizados por corantes.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-02-05T20:09:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 328352.pdf: 2593943 bytes, checksum: 3a18b328aeaa5db490a8f153efc33dd3 (MD5) Previous issue date: 2014 / Configurações espaciais de partículas que representam um sistema de moléculas de imidazol imobilizadas foram formadas através do método de Monte Carlo Reverso, usando como informação estrutural as funções de distribuição radial (FDR) obtidas através de simulação de dinâmica molecular clássica. A caixa do Monte Carlo reverso contém um sistema simplificado de partículas criadas considerando a FDR de todos os átomos do sistema da dinâmica molecular, cada partícula representa um grupo de imidazol covalentemente ligado a uma cadeia carbônica. As configurações criadas através da simulação de Monte Carlo reverso mantém as informações espaciais de todos os átomos de imidazóis imobilizados da dinâmica molecular. Para uma modelagem mais adequada do Monte Carlo reverso algumas restrições foram impostas ao sistema. Este trabalho apresenta configurações espaciais geradas através de uma abordagem de Monte Carlo reverso que representam através da FDR as informações espaciais do sistema molecular da simulação de dinâmica molecular.<br> / Abstract : Simple particle configurations of immobilized imidazole systems have been formed through a Reverse Monte Carlo (RMC) approach using as input the radial distribution functions (RDF) from classical Molecular Dynamics simulations (MD). The RMC box contains a simplified system of particles created considering the RDF of all atoms system from the MD simulations, each particle represents one imidazole group covalent bonded to a Carbon atoms chain. The RMC particles configuration created carry the spatial information from the all atoms MD of the immobilized imidazole system. For the adequate RMC modeling the proper constraints are chosen. We present the RDFs and configuration boxes formed via the RMC approach in good agreement with the input structural data from the MD simulations.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais, Florianópolis, 2014 / Made available in DSpace on 2015-02-05T20:19:35Z (GMT). No. of bitstreams: 1 331910.pdf: 9255216 bytes, checksum: c096660b6a5ea99355187178c0a800b1 (MD5) Previous issue date: 2014 / Esta tese apresenta uma série de investigações e resultados na interface entre ciência dos materiais, ciência da computação e biologia, em que, primeiramente, interações nanopartícula-célula foram estudadas utilizando simulações de dinâmica molecular, buscando compreender aspectos fisico-químicos da interface existente entre nanomateriais e células. A partir destes estudos, logo ficou evidente que novos métodos para estudar estas interações, assim como interações biomaterial-célula, seriam necessários. Neste sentido, uma abordagem baseada em biologia de sistemas (CellNet) foi utilizada para elucidar mudanças globais em programas de expressão de genes em células interagindo com nanopartículas ou cultivadas em culturas de células organóides. Estes métodos foram primeiramente desenvolvidos e validados para área de células-tronco, especificamente para experimentos de engenharia de identidade celular, tais como reprogramação de células somáticas para um estado de pluripotência induzida, diferenciação dirigida de células-tronco pluripotentes para tipos de células específicos (cardiomiócitos) e conversão direta entre células somáticas (fibroblastos para cardiomiócitos). Aplicação de CellNet para interações nanopartícula-célula indicou que mudanças transcricionais significativas podem ocorrer, tal como quantificado pelo estabelecimento de redes reguladoras de genes (GRN) em células do sistema imune incubadas com nanopartículas de ouro, funcionalizadas com oligonucleotídeos. Além disso, respostas inflamatórias podem estar associadas a estas interações, uma vez que genes regulando vias de sinalização mediadas por interferon são super expressos. Análise de queratinócitos humanos em plataformas de cultura celular organóides mostrou o estabelecimento completo da GRN da pele e que existem diferenças significativas no transcriptoma de células cultivadas em plataformas bidimensionais e tridimensionais. Nanopartículas ativáveis por processos de remodelagem da matriz extracelular foram desenvolvidas e caracterizadas, onde se verificou que a ativação por proteases específicas tais como MMP9/2 e uPA é possível, juntamente com a aparente inibição da atividade da enzima catepsina B, sugerindo uma abordagem terapêutica plausível para tumores apresentando padrões de super expressão de MMP9/2 e catepsina B. Os resultados deste trabalho contribuem para o entendimento de interações nanomaterial/biomaterial-célula e o projeto de nanopartículas terapêuticas, assim como melhor entendimento sobre os três principais paradigmas de engenharia celular atualmente amplamente utilizados.<br> / Abstract: This thesis presents investigations and results at the interface between materials science, computer science and biology where nanoparticle-cell interactions were studied using molecular dynamics simulations, aiming at understanding physical-chemical aspects of the interface existing between nanomaterials and cells. From these studies was evident that new methods to study such interactions as well as biomaterial-cell interactions would be required. Thus, an approach based on systems biology (CellNet) was used to elucidate global changes in gene expression programs in cells interacting with nanoparticles or cultured in organoid cell cultures. Firstly, these methods were developed and validated for stem cells, especifically to the engineering of cell identity such as reprogramming of somatic cells to pluripotency, directed differentiation of stem cells to specific lineages (such cardiomyocytes) and direct conversion between somatic cells (fibroblastos to cardiomyocytes). CellNet application to nanoparticle-cell interactions showed that significant transcriptional changes may occur as quantified by the establishment of Gene Regulatory Networks (GRNs) in immune system cells incubated with gold nanoparticles functionalized with oligonucleotides. In addition, inflammatory responses might be associated as suggested by the upregulation of genes regulating interferon-mediated signaling pathways. Analysis of human keratinocytes in organoid cell culture indicated the full establishment of the skin GRN and that there are major differences between cells cultured in bidimensional and tridimensional platforms at the transcriptome level. Nanoparticles activated by extracellular matrix remodelling processes were developed and characterized, where it was demonstrated that activation by specific proteases such as MMP9 and MMP2 is possible as well as an unclear effect on the inhibitionof Cathepsin B by nanoparticles, suggesting a therapeutic strategy for cancers showing upregulation of MMP9, MMP2 and cathepsin B. The results presented contribute to a better understanding of nanoparticle/biomaterialcell interactions, the design of therapeutic nanomaterials as well as a better understanding regarding the three major cell engineering paradigms widely used.