Den kopparbindande egenskapen hos prionproteiner är sannolikt kopplad till proteinets funtion. Det mänskliga prionproteinet innehåller ett kopparbindande oktapeptidområde, där PHGGGWGQ-sekvensen upprepas fyra gånger i följd. Syftet med detta arbete är att undersöka strukturen och dynamiken i oktapeptidområdet genom att använda teoretiska metoder. Med kvantkemisk strukturoptimering genomfördes en detaljerad jämförelse av växelverkan mellan flera katjoner och det kopparbindande området. Enligt dessa beräkningar är rodium(III) en möjlig ersättare för koppar(II) i NMR-specktroskopiska koordinationsstudier. Alternativa solvatiseringsmodeller i molekyldynamiksimuleringar har också jämförts. Periodiska randvillkor är mest lämpade för användning i de system som undersöks i detta arbete. Molekyldynamiksimuleringar användes för att jämföra oktapeptidområdets struktur och dynamik med och utan kopparjoner. Växelverkan mellan aminosyrornas ringar påverkar starkt strukturen i detta område i frånvaro av kopparjoner. Fyra olika icke-bindande och bindande modeller har studerats, vilka skiljer i sin beskrivning av växelverkan mellan koppar och proteinet. Teoretiska EXAFS spektra beräknades från dem simulerade strukturerna. Spektra som genererats för den bindande modellen är nästan identiska med experimentiella resultat, vilket stöder användandet av den bindande modellen. Detta arbete visar att kopparjoner interagerar med histidin imidazolringens Nδ, deprotonerade amidkväven hos de därpå följande glycinerna samt karbonylsyret hos den andra glycinen. Simuleringarna kunde visa att kopparjonen inte stabilt binder några axiella vattenmolekyler i lösning, till skillnad från en kristallstruktur av koordinationsstrukturen. Indolringen hos tryptofan interagerar direkt med kopparjonen genom stabiliserande katjon-π växelverkan utan direkt medverkan av någon vattenmolekyl. Växelverkan mellan indolringen och kopparjonen var väldefinierad och observerades kunna ske på båda sidor av koordinationsplanet. Molekyldynamiksimuleringarna med kopparjoner och oktapeptidområdet visade hur närvaron av kopparjoner ledde till ett mer strukturerat oktapeptidområde. / The copper-binding ability of the prion protein is thought to be closely related to its function. The human prion protein contains a copper-binding octapeptide region, where the octapeptide PHGGGWGQ is repeated four times consecutively. This work focuses on investigation of the structure and the dynamics of the octapeptide region by means of theoretical methods. Quantum chemical structural optimization allowed a detailed comparison of the interaction of several cations at the copper coordination site. These calculations identified rhodium(III) as a potent substitute for copper(II) that could be used to study the coordination site with NMR-spectroscopic methods. Solvation models that could be used in molecular dynamics simulations as an alternative to periodic boundary conditions were evaluated. Periodic boundary conditions are the best method for modeling the aqueous bulk in the kind of systems that are studied in this work. Molecular dynamics simulations were used to compare the behavior of the octapeptide region in the absence and presence of copper ions. Interaction between nonpolar rings strongly influences the structure of the region in the absence of copper ions. Four different non-bonded and bonded models for describing the interaction between copper and the protein were evaluated. Theoretical EXAFS spectra were calculated from the simulated structures. The results obtained for the bonded model are nearly identical with experimental data, which validates the use of the bonded model. This work thus shows strong evidence for copper(II) ions interacting with the octapeptide region through the histidine imidazole Nδ, the deprotonated nitrogen atoms of the following two glycine residues and the carbonyl oxygen atom of the second glycine residue. Notably, the simulations show that the axial sites of the copper ion do not stably coordinate water molecules in solution, as opposed to the crystal structure reported for the coordination site. Instead, the tryptophan indole ring interacted directly with the copper ion through stabilizing cation-π interaction without water mediation. The interaction of the indole ring with the copper ion was well-defined and was observed to occur on both sides of the coordination plane. The investigations of the interaction between copper ions and the octapeptide region with molecular dynamics simulations show how the presence of copper ions results in a more structured octapeptide region. / QC 20100816

Orientador: Antonio Manoel Mansanares / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-08-07T05:32:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tedesco_JulioCesarGuimaraes_M.pdf: 2257382 bytes, checksum: 5ce80fd32f944476c7b03fe5dfa792e1 (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: O crescente estudo em materiais com largas bandas e absorção óptica e luminescência é devido à possibilidade de usá-los como fonte e radiação sintonizável. Os monocristais Cs2NaAlF6:Cr 3+e Cs2NaGaF6:Fe 3+ apresentam tais propriedades e, naturalmente, algumas propriedades físicas, tais como a estrutura cristalina, são aspectos decisivos para a atividade óptica nestes sistemas e devem ser melhor conhecidas. Este trabalho apresenta a caracterização dos monocristais Cs2NaAlF6 (dopado com 1% e Cr 3+) e Cs2NaGaF6 ( dopado em 1% e 10% e Fe3+) por meio de ressonância paramagnética eletrônica (Electron Paramagnetic Resonace - EPR). Nestes compostos, o íon Cr 3+(Fe3+) substitui o íon Al3+(Ga 3+) em dois sítios não-equivalentes com simetria axial com respeito ao eixo cristalográfico c. Os resultados obtidos permitem o estudo dos principais aspectos dos sítios de ocupação dos dopantes, tais como geometria e intensidade do campo cristalino, suas transições magnéticas mais prováveis. Os dados experimentais foram obtidos com um espectrômetro comercial de EPR operando em banda X à temperatura ambiente. Os espectros foram obtidos em diferentes orientações (direções) da amostra com respeito ao campo magnético aplicado em uma larga faixa angular. Os parâmetros espectrais (campo e ressonância, amplitude e largura de linha e ressonância) foram determinados pelo método dos mínimos quadrados ajustados com derivadas e lorentzianas, onde o número e linhas foi escolhido por inspeção visual. Com os campos e ressonância extraídos os espectros e a hamiltoniana do sistema, foi possível encontrar os parâmetros e campo zero ( D , a e F ) e as componentes o tensor g que melhor reproduzem o comportamento experimental. Devido ao elevado desvio no ajuste de alguns parâmetros espectrais (amplitude e largura de linha de ressonância) e à elevada dependência da intensidade das transições com o alinhamento a amostra na cavidade, foi possível determinar somente o módulo dos valores dos parâmetros de campo zero D, a e F. Além isto, os dados experimentais permitiram calcular, em alguns casos, somente valores limites os parâmetros e campo zero a e F. Consideramos serem necessárias medidas sob baixas temperaturas e a utilização e outra técnica, como ENDOR, para uma determinação mais precisa (além dos sinais) dos parâmetros citados, assim como a quantidade de dopante em cada sítio de ocupação / Abstract: The interest in materials with large bands of absorption and luminescence is due to the possibility of their applications as tunable solid state lasers. The crystals Cs2NaAlF6:Cr3+ and Cs2NaGaF6:Fe3+ present these properties and , naturally, some of their physical characteristics, such as the crystal field , are decisive for their optical activity and should be better investigated. This work presents a characterization of Cs2NaAlF6:Cr 3+single crystal (doped with 1%) an Cs2NaGaF6:Fe 3+single crystals ( doped with 1% an 10%) using electron paramagnetic resonance (EPR). In these compounds, the Cr3+(Fe3+) ions substitute Al3+ (Ga 3+) ions in two non-equivalent sites with axial symmetry with respect to the c crystallographic axis. The obtained results allow the study of the main aspects of the sites occupied by Cr3+(Fe 3+) ions, such as their geometry and intensity of crystal fiel. A commercial EPR spectrometer operating at X-ban frequencies and room temperature has been employed. Spectra at different orientations of the sample with respect to the applied magnetic field have been obtained for a large range of angles. The spectral parameters (resonance field , amplitude an linewidth) were determined from least square fits of the derivative of the Lorentzian lines. The number of lines in each spectrum was chosen by visual inspection. Using the resonance fields an the Hamiltonian of system, it was possible to find the zero fiel parameters that better reproduce the experimental behavior. Due to the large inaccuracy in the fitting an the large epen ence of transitions intensity on the sample alignment, it was not possible to determine the sign of the zero field parameters, only their magnitude. The experimental data permitted to calculate, in some cases, only the upper limit of the magnitude of a an F . We consider that studies at low temperature an the use of others techniques, like ENDOR, are necessary to increase the accuracy in the determination of the parameters (include their signs), as well as the determination of the amount of oping in each site / Mestrado / Ressonancia Magnetica e Relaxamento na Materia Condensada ; Efeitos Mosbauer ; Corr. Ang. Pertubada / Mestre em Física

In this work we applied to a series of oxyhalides crystals, namely, GdOBr, LaOI, GdOCl, LaOCl, YOCl and LaOBr, all doped ion Eu3 +, the point charge electrostatic model (PCEM), the simple overlap model (SOM) and method of equivalent nearest neighbors (MENN), with the objective of discussing the magnitude of the charges of the ions in this halogens series. Using the local structure of luminescent site, calculations were made of the crystal field parameters and splitting of the 7F1 level. The point charge electrostatic model, as expected, led to satisfactory predictions only from the qualitative point of view. The simple overlap model and the method gave satisfactory predictions to all quantities uce the experimental splitting energy level 7F1. It is shown that the effect of O2- ions is dominant in the calculation of crystal field parameters and charge factors of the halogens has been always smaller than those of O2- ions, although in some cases the NN charge factors was greater than the their valence, when the SOM is applied. This is not completely understood up to now. / Neste trabalho foram aplicados a uma serie de cristais oxihaletos, a saber, GdOBr, LaOI, GdOCl, LaOCl, YOCl e LaOBr, todos dopados com o ion Eu3+, o Modelo Eletrostatico de Cargas Pontuais, o Modelo de Recobrimento Simples e o Metodo dos Vizinhos Equivalentes, com o objetivo de discutir a magnitude das cargas dos ions halogenios nesta serie. Usando a estrutura local do sitio luminescente, foram feitos calculos de parametros do campo cristalino (Bkq) e do desdobramento do nivel 7F1 ( ´E). O modelo eletrostatico de cargas pontuais, como esperado, levou a resultados satisfatorios apenas do ponto de vista qualitativo. Ja com o modelo de recobrimento simples e com o metodo foi possivel reproduzir ´E. As previsoes mostram que o efeito dos ions O2- e dominante nas previsoes dos Bkq e ´E e os fatores de carga dos halogenios sao muito menores que os dos ions O2-, embora em alguns casos a carga dos primeiros vizinhos tenha sido maior que a valencia respectiva, quando o modelo de recobrimento simples e aplicado, o que ainda nao e completamente entendido.

In this work the Point Charge Electrostatic Model (PCEM), the Simple Overlap Model (SOM) and the Method of Equivalents Nearest Neighbors (MENN) were applied to a well known series of oxides, namely, Gd2O3, Y2O3, Lu2O3, In2O3 and Sc2O3, all doped ion Eu3+ with the purpose of discussing the charge of interaction and some aspects of the crystal field effect. To this end, calculations were made of the crystal field and crystal field strength parameters and splitting of the 7F1 level of the luminescent ion. By using the luminescent site local structure, the PCEM, as expected, led to satisfactory results only from the qualitative point of view. With the SOM and the MENN it was possible to reproduce the experimental splitting of the 7F1 energy level and its sublevels, with physically acceptable charge factors. Only in some cases the NN charge has been greater than its valence. A discussion on the position of the charge of interaction also has been made. / Neste trabalho o Modelo Eletrostático de Cargas Pontuais, o Modelo de Recobrimento Simples e o Método dos Vizinhos Equivalentes foram aplicados a uma série bem conhecida de óxidos, a saber, Gd2O3, Y2O3, Lu2O3, In2O3 e Sc2O3, todos dopados com o íon Eu3+, com o objetivo de discutir a carga de interação e aspectos do efeito do campo cristalino. Para isso, foram feitos cálculos de parâmetros do campo cristalino, de parâmetro de força do campo cristalino, dos subníveis e desdobramento do nível 7F1 do íon luminescente. Usando a estrutura local do sitio luminescente, o modelo eletrostático, como esperado, levou a resultados satisfatórios apenas do ponto de vista qualitativo. Já com o modelo de recobrimento simples e com o método dos vizinhos equivalentes foi possível reproduzir o desdobramento experimental do nível de energia 7F1 e os seus subníveis, com fatores de carga fisicamente plausíveis. Em apenas alguns poucos casos a carga dos primeiros vizinhos foi maior que a valência respectiva. Também está feita uma discussão sobre a possível posição desta carga de interação.