No presente trabalho estudaram-se catalisadores de ferro e cobalto imobilizados em líquidos iônicos organo-aluminatos aplicados para a reação de oligomerização de eteno. Inicialmente avaliaram-se complexos catiônicos de ferro e cobalto estudando-se o desempenho dos mesmos em várias temperaturas e co-catalisadores: EADC, DEAC, TEA e MAO (comercial). Os resultados obtidos com estes catalisadores de ferro e cobalto tiveram como referência o desempenho do sistema análogo de níquel. Observou-se que o desempenho destes catalisadores é fortemente influenciado pela temperatura da reação de oligomerização, assim como o cocatalisador utilizado. Na maioria dos casos, o aumento da temperatura resultou no aumento de atividade acompanhada de uma diminuição na seletividade em dimerização e em α-olefinas Quando MAO foi utilizado como ativador, obteve-se a maior seletividade na obtenção de α- olefinas. Na segunda parte do presente trabalho, catalisadores bis(imino)piridina de ferro e cobalto foram imobilizados no líquido iônico tetracloroaluminato de 1-butil-3-metilimidazólio e foram avaliados para a oligomerização de eteno utilizando MAO (sintetizado) como ativador. Os complexos de cobalto mostram-se ativos, com atividades na faixa de 3000 a 17000 h-1. Estes catalisadores apresentaram elevada seletividade para a dimerização de eteno a butenos, sendo o buteno-1 formado majoritariamente. / In this work iron and cobalt catalysts immobilized in ionic liquid organo-aluminates were studied and applied for the reaction of oligomerization of ethylene. Cationic coordination compounds of iron and cobalt were evaluated. The influence of temperature and nature of cocatalysts (EADC, DEAC, TEA and MAO) on activity and selectivity of the oligomerization reaction was evaluated. The results obtained with these catalysts were compared to the performance of the analog nickel catalyst. It was observed that the performance of these catalysts is strongly influenced by the temperature of the oligomerization reaction, as well as the cocatalyst used. In most cases, the increase in temperature resulted in increased activity accompanied by a decrease in selectivity for dimerization and for α-olefins. When MAO was used as activator, the highest selectivity in obtaining α-olefins was achieved. In the second stage of this work, bis(imino)pyridine iron and cobalt catalysts were immobilized in the ionic liquid 1-butyl-3-methylimidazolium tetrachloroaluminate and were evaluated for the oligomerization of ethylene using MAO (synthesized) as activator. The complexes of cobalt were active, with activities ranging from 3000 to 17000 h-1. These catalysts showed high selectivity for the dimerization of ethylene to butenes and butene-1 was predominantly formed.

O presente trabalho descreve o estudo da reação de oligomerização de eteno catalisada pelo complexo de níquel-beta-diimina imobilizado na zeólita beta, [Si]- MCM-41 e [Si,Al]-MCM-41 modificadas com líquidos iônicos. As caracterizações por DRX e BET dos suportes modificados – LIZeo , LIMCM-41 e LIAl-MCM-41 – demonstraram que a organização do material foi mantida mesmo após a incorporação do líquido iônico. Através da análise de BET pode-se concluir que a imobilização do líquido iônico ocorreu dentro dos poros do suporte, pois as áreas superficiais diminuíram devido a incorporação de grandes quantidades de grupos orgânicos. Esses resultados sugerem que o líquido iônico pode ser confinado nos poros dos materiais utilizados como suporte. As propriedades catalíticas dos materiais sintetizados foram testadas em diferentes condições reacionais, sendo que os parâmetros variados foram: razão Al/Ni, temperatura, pressão e número de mols do catalisador. Os catalisadores homogêneos se mostraram mais ativos, porém pouco seletivos na reação de oligomerização de eteno quando comparados com os sistemas heterogêneos, fato que pode ser explicado devido ao efeito de confinamento sofrido pelos catalisadores no interior dos canais desses materiais utilizados como suporte. Os complexos de NiLIZeo mostraram-se ativos, com atividades superiores a 23 s-1 e seletividades maiores do que 80% de butenos, entre eles mais de 85% de 1-buteno, porém o sistema NiLIMCM-41 se mostrou menos ativo quando comparado com o anterior, com atividades superiores a 1 s-1, com 100% de seletividade em butenos chegando a 96% de seletividade em 1-butenos. Já o sistema NiLIAl-MCM-41 se mostrou mais ativo quando comparado com o NiLIMCM-41, obtendo-se atividade de 2,3 s-1 chegando a 90% de seletividade para 1-butenos. / This work describes the study of the ethylene oligomerization reaction catalyzed by nickel-beta-diimine complex immobilized on zeolite beta, [Si]-MCM-41 and [Si,Al]- MCM-41 modified with ionic liquids. The characterizations by XRD and BET modified brackets - LIZeo , LIMCM-41 and LiAl-MCM-41 - have shown that the organization of the material was retained even after incorporation of the ionic liquid. Through the BET analysis can conclude that the immobilization of ionic liquid occurred inside the pores of the support, because the surface area decreased due to the incorporation of large amounts of organic groups. These results suggest that ionic liquid can be confined in the pores of the materials used as supports. The catalytic properties of synthesized materials were tested in different reaction conditions, being that the parameters varied were: Al / Ni molar ratio, temperature, pressure and number of moles of the catalyst. The homogeneous catalysts were more active, but less selective in oligomerization of ethylene compared to the heterogeneous systems, which can be explained by the effect of confinement suffered by the catalyst within the channels of these materials used as supports. NiLIZeo complexes were active, with activities higher than 23 s-1 and selectivity higher than 80% of butenes, including more than 85% of 1-butene, but the system NiLIMCM-41 was less active when compared with the above, with activities above 1 s-1, with 100% selectivity in butenes reaching 96% selectivity in 1-butenes. Since the system NiLIAl-MCM-41 was more active when compared with the NiLIMCM-41, resulting in activity of 2.3 s-1 reaches 90% selectivity to 1-butenes.

Neste trabalho é apresentado um novo método para a preparação de nanopartículas de metais de transição em solução. O método consiste na redução por hidrogênio molecular de sais metálicos imobilizados em líquidos iônicos derivados do cátion 1,3-dialquilimidazólio. Nanopartículas de Rh(0) com tamanho entre (2,1+-0,1)nm foram obtidas pela redução de RhCl3 em líquidos iônicos derivados do cátion n-butilmetilimidazólio BMI.X (X=BF4, PF6, CF3SO3), e aplicados como catalizadores para as reações de hidrogenação de olefinas e aromáticos. Nanopartículas de Pd(0) com tamanho entre (4,9+-1,5)nm foram obtidas pela redução de Pd(acac)2 em BMI.PF6 e aplicadas como catalisadores para a reação de hidrogenação de 1,3-butadieno em regime heterogêneo e suportadas em BMI.X (X=BF4, PF6). Nanopartículas bimetálicas de Pd-Rh(0) com tamanho entre (9,1+-0,8)nm também foram obtidas pela redução concomitante de PdCl2 e RhCl3 em líquidos iônicos BMI.X (X=BF4, PF6) e aplicadas como catalisadores para a hidrogenação de 1,5-ciclo-octadieno. Os resultados obtidos sugerem que o líquido iônico deve ser o responsável pela estabilização das nanopartículas e está intimamente relacionado com a atividade catalítica das nanopartículas. A aglomeração e a sistemática perda de atividade catalítica das nanopartículas parecem ser devidas à presença de hidrogênio molecular no meio reacional. Além disso, os resultados obtidos na síntese de nanopartículas bimetálicas indicam que a sua composição pode ser regulada pelas condições da reação de síntese. As reações de hidrogenação foram utilizadas como sondas químicas para o estudo das propriedades catalíticas das nanopartículas. Os resultados obtidos sugerem um mecanismo de reação de superfície, típico de sistemas heterogêneos clássicos. / In this work we present a new method for the preparation of soluble transition-metal nanoparticles. The method consists in the reduction by molecular hydrogen of metallic salts immobilized in ionic liquids derived from the 1,3-dialkylimidazolium cation. Nanoparticles of Rh(0) with size of (2,1 ± 0,1) run were synthesized from the reduction of RhCl3 in ionic liquids derived from the n-butylmethylimidazolium cation BMI.X (X = BF 4, PF 6, CF3SO3), and applied as catalysts for the hydrogenation of olefins and aromatics. Nanoparticles of Pd(0) with size of (4,9 ± 1,5)nm were synthesized from Pd(acac)2 immobilized in BMI.PF6 and applied as catalyst for the hydrogenation of 1,3-butadiene in both heterogeneous system and supported by ionic liquids BMI.X (X= BF4, PF6). Bimetallic nanoparticles of Pd-Rh(O) with size of (9,1 ± 0,8) were also synthesized from the reduction of PdCl2 and RhCl3 in ionic liquids BMI.X (X = BF4, PF6) and applied as catalysts for the hydrogenation of 1,5-cyclooctadiene. The results suggest that the ionic liquid must be the responsible for the nanoparticles stabilization and is closely related with the catalytic activity and selectivity of the nanoparticles. The agglomeration and systematic loss of activity of the nanoparticles seems to be due to the presence of hydrogen in the reactional medium. Furthermore, the results obtained in the synthesis of bimetallic nanoparticles show that their composition can be regulated by the reaction conditions. The hydrogenation reactions were used as chemical probes in the study of the catalytic properties of the nanoparticles. The results suggest a surface-like kinetic mechanism, typical of classical heterogeneous catalysis.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Instituto de Ciências Biológicas, Departamento de Biologia Molecular, 2016. / Submitted by Albânia Cézar de Melo (albania@bce.unb.br) on 2016-06-15T13:26:00Z No. of bitstreams: 1 2016_JulianaMayumiHosoume.pdf: 49515490 bytes, checksum: 8ec5b49a63cce2ce425accf5a4c518b7 (MD5) / Approved for entry into archive by Marília Freitas(marilia@bce.unb.br) on 2016-07-30T11:23:06Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2016_JulianaMayumiHosoume.pdf: 49515490 bytes, checksum: 8ec5b49a63cce2ce425accf5a4c518b7 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-07-30T11:23:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2016_JulianaMayumiHosoume.pdf: 49515490 bytes, checksum: 8ec5b49a63cce2ce425accf5a4c518b7 (MD5) / Anestésicos gerais são diariamente utilizados em uma miríade de procedimentos cirúrgicos. Todavia o intricado mecanismo molecular de ação desses compostos ainda é desconhecido. A hipótese mais creditada sugere uma ação de anestésicos em diferentes canais iônicos de tecidos neurais por interação em múltiplos sítios de ligação nessas proteínas de membrana. Estudos in vitro recentes mostram alteração na condução dos canais de potássio dependentes de voltagem pela ligação de anestésicos halogenados em múltiplas cavidades com distintas afinidades em diferentes conformações. Entre esses canais está o canal iônico dependente de voltagem de mamífero Kv1.2. Foi demonstrado que uma mutação pontual G329T nesse canal iônico confere maior sensibilidade ao anestésico geral sevoflurano. Nesse contexto, a investigação da interação envolve não somente a descoberta de regiões putativas de ligação, como também de que forma essa interação poderia alterar o equilíbrio entre as diferentes conformações do canal iônico. Contudo, a ligação do anestésico pode ser uma condição necessária, mas não suficiente para ter efeito modulatório. Sabese que o sevoflurano, um anestésico inalável, potencializa o canal Kv1.2, deslocando a curva de condutância-voltagem para voltagens mais negativas e aumentando a condutância máxima. Para tanto, foram realizadas simulações de dinâmica molecular do canal Kv1.2 selvagem e do canal Kv1.2 G329T em bicamada lipídica com solvente explícito, a fim de amostrar as flutuações estruturais das conformações aberta e fechada desta proteína. Uma ligeira diminuição da flutuação da cadeia do canal mutante foi conferida por análise de RMSD (Root Mean Square Deviation) e RMSF (Root Mean Square Fluctuation) ao longo das trajetórias. Dessas simulações, foram escolhidos ao acaso 120 frames de cada simulação para a realização de docking molecular por meio do AutoDock Vina, assim obtidos aproximadamente 2400 modos de interação. Após o agrupamento e análise das soluções, foram eleitos os centros das nuvens de soluções de quatro potenciais sítios distintos para estruturar o complexo anestésico-canal e, então, avaliar a afinidade do ligante sítio-específica por cálculos de energia livre baseados em simulações de dinâmica molecular. Pela utilização do método LIE (Linear Interaction Energy), percebeu-se grande afinidade pelo sítio próximo ao filtro de seletividade, de tal forma que este pode estar favorecendo a estabilização da conformação condutiva, logo aumentando a condutância do canal. Pela mutação estar associada com um aumento da constante de equilíbrio para um estado pré-aberto, é proposto que um conjunto de sítios podem estar desestabilizando esse estado. Como resposta ao resultado obtido e pelo desafio em conciliar os resultados microscópicos com o efeito na relação condutância voltagem por anestésico, é apresentado um esquema teórico para avaliar múltiplos estados de ligação. Aqui, é exposta uma perspectiva inicial para uso do modelo teórico apresentado. Ao considerar, por indisponibilidade da definição precisa das outras conformações, apenas as conformações aberta e fechada do canal, além das afinidades obtidas para múltiplos sítios, foi possível calcular as densidades de probabilidades para os estados ligados e, dessa forma, encontrar um deslocamento da curva condutância-voltagem com a mesma tendência ao experimental. Os presentes dados revelam importantes regiões de interação anestésico/proteína e permite a proposição de formas de análise do intricado mecanismo de modulação por ligantes, favorecendo assim futuros estudos experimentais dos mecanismos de ação na anestesia. _____________________________________________________________________________________________________________ ABSTRACT / General anesthetics are daily used in a myriad of surgical procedures worldwide. Nevertheless their molecular mechanism of action remains elusive. An accredited hypothesis suggests that anesthetics modulate distinct ion channels in neural tissue by interacting in multiple binding sites in these membrane proteins. New in vitro studies show that halogenated anesthetics modifies the conductance/voltage relation of voltage gated potassium channels by binding to multiple cavities with different affinities in a conformationdependent fashion. Within this context, the present investigation is focused not only on searching the putative binding sites, but also on discovering the manner by which the binding could modify the conformation energy landscape, since the binding of the anesthetic can be a necessary but not sufficient condition to have a modulatory effect. The mammal Kv1.2 channel stands as a potential target of inhalation anesthetics. Sevoflurane, a halogenated anesthetic, potentiates this channel, shifting the conductance/voltage relation leftward and increasing the maximum conductance. Recently, the G329 point mutation in this channel has been associated with an augmentation of the sensitivity to the general anesthetic sevoflurane. To explore this issue, molecular dynamics simulations of the Kv1.2 wild type and Kv1.2 G329T inserted in a phospholipidic membrane with explicit water treatment were performed. The sampling was performed to both open and closed conformations. A slightly reduction of fluctuation near the linker S4-S5 was noticed on the mutant by analysis of RMSF through the simulated trajectory. From these simulations, 120 frames were selected from each construction for running docking calculation. These approach was used in order to account for molecular flexibility of the protein. From the molecular docking applying AutoDock Vina, nearly 2400 binding modes were obtained. After clustering and analysis of solutions, four putative independent binding cavities were selected to construct the anesthetic/channel complex and then ligand site-specific affinities were estimated by free energy calculations based on molecular dynamics simulations. By employing the LIE (Linear Interaction Energy) method, a relative strong affinity by the site near the selectivity filter was noted. The interaction with this site could favor the stabilization of the conductive state, hence increasing the conductance of the channel. Since the G329T mutation is associated with an increased equilibrium constant of the pre-open state, it is proposed that a group of sites could destabilize this state. As an answer to the issue of conciliating the obtained binding affinities with the anesthetic effect on the conductance/voltage relation, it is presented here a theoretic model to evaluate multiple binding states. In an initial attempt to analyze the accuracy of the prediction by the model, considering only the conductive open and closed conformations, since the unavailability of a detailed structure of the other relevant states, besides the calculated binding affinities, it was possible to compute probability densities for the bound states, thus estimating a leftward shift on the conductance-voltage curve. The present data reveals putative anesthetic binding regions and potential binding free energies and allows proposition of a approach to rationalize the complex mechanism of modulation by multiple binding sites with multiple occupancies.

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Departamento de Biologia Celular, Programa de Pós-Graduação em Biologia Molecular, 2018. / Submitted by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-07-17T18:50:27Z No. of bitstreams: 1 2018_LeonardoCirqueiraPimentel.pdf: 22698391 bytes, checksum: a84e79cda85f13261ade4ac2ccb02f4a (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-07-20T21:09:49Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2018_LeonardoCirqueiraPimentel.pdf: 22698391 bytes, checksum: a84e79cda85f13261ade4ac2ccb02f4a (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-20T21:09:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2018_LeonardoCirqueiraPimentel.pdf: 22698391 bytes, checksum: a84e79cda85f13261ade4ac2ccb02f4a (MD5) Previous issue date: 2018-08-17 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES), Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) e Fundação de Apoio a Pesquisa do Distrito Federal (FAPDF). / O uso de anestésicos gerais na medicina é datado em mais de 100 anos. Apesar da evolução da anestesiologia e do uso consolidado dessa classe de fármacos, o mecanismo molecular da anestesia geral ainda é desconhecido. Diversos estudos vêm mostrando que os canais iônicos são os principais alvos dos anestésicos, com um grande número de interações entre ligantes e receptores já caracterizados. Porém, está sendo mostrado que a interação é bastante complexa: existe a presença de múltiplos sítios de ligação, que sofrem influência tanto da concentração de anestésicos quanto da conformação do canal. O principal objetivo deste trabalho foi estudar a interação do anestésico geral sevoflurano com o canal iônico de potássio dependente de voltagem de mamíferos Kv1.2. Esse par é de muito interesse da medicina atual, pois o sevoflurano é um anestésico bastante utilizado e o Kv1.2 é expresso em neurônios do sistema nervoso central e em células cardíacas, com papel chave em diversos distúrbios. Experimentos de eletrofisiologia mostram que o sevoflurano leva à uma ativação mais precoce dos canais Kv1.2 e causa um aumento na corrente máxima. Muitos trabalhos vêm tentando clarificar quais são os sítios de ligação do Kv1.2, e estudos envolvendo ferramentas computacionais vêm sugerindo uma ligação do sevoflurano ao poro de condução da proteína. Esse sítio precisa ter sua existência validada, afinal a presença do anestésico nesse local pode atrapalhar a função do Kv1.2. Para investigar se a ligação é possível, em um primeiro estudo neste trabalho, foram caracterizadas diversos parâmetros físico-químicos de um segmento de membrana, e na sequência as propriedades da migração do sevoflurano da água para a bicamada lipídica. A energia livre de partição mostrou que o anestésico tem maior afinidade pela região anfifílica do interior da membrana, tornando possível o acesso do sevoflurano aos diversos sítios transmembrânicos sugeridos e reduzindo a probabilidade de acesso aos sítios mais hidratados. Descrições termodinâmicas juntamente com ferramentas computacionais de modelagem molecular permitiram o desenvolvimento de um experimento de competição em condições fisiológicas, que indicaram que a ligação do sevoflurano sob fluxo iônico é pouco provável. Além disso, simulações com voltagem mostraram que mesmo quando ligado ao poro central, o sevoflurano não atrapalha a condução iônica. Esses resultados são de grande importância ao mostrar que a ligação do sevoflurano ao sítio do poro central é uma ligação de pouca probabilidade, e que caso ocorra, o funcionamento do canal não é alterado. / The use of general anesthetics in medicine is dated to more than a hundred years. Despite the anesthesiology evolution and the well-established usage of this drug class, the molecular mechanism of general anesthesia is still unknown. Several studies have been showing that the ion channels are the main targets of anesthetics, with a huge and still growing number of characterized receptor-ligand interactions. However, these interactions are complex: there are multiple binding sites, which are influenced by the anesthetic concentration and the channel conformation. This work main goal was to study the interaction between sevoflurane and the mammal voltage dependant potassium channel Kv1.2. Nowadays medicine is very interested in this interaction pair because sevoflurane is widely used and Kv1.2 is expressed in central nervous system and in heart cells, with a key role in neuronal and cardiac disturbance. Eletrophysiology experiments show that sevoflurane induces an easier channel opening and an increase in Kv1.2 maximum currents. Some studies are trying to clarify what are the binding sites, and a site located in the main pore of the channel is being suggested. This site has to be validated, because the presence of sevoflurane at the main pore of the channel can alter Kv1.2 functioning. To check if binding is possible, in the first part of this work, there was a physico-chemical characterization of a membrane patch, and later a sevoflurane water-membrane migration free-energy description. The partition free-energy variation shows that the anesthetic has more affinity to the inner membrane amphiphilic region, making it possible for sevoflurane to acess several suggested transmembrane sites and reducing binding probabilites to hidrated sites. Thermodinamic descriptions joined with computational tools of molecular modeling allowed to develop a competition experiment under physiological conditions, which showed that sevoflurane binding to the central cavity is less probable. Furthermore, simulations in the presence of voltage showed that sevoflurane bound at the central cavity did not hinder ionic conduction across the channel. These results are very important, because they show that sevoflurane binding to the central pore is a low probability event, and when it occurs, the channel functioning is not altered.

Tese (doutorado)—Universidade de Brasília, Departamento de Biologia Celular, Instituto de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Biologia Molecular, 2018. / Submitted by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-07-17T19:50:58Z No. of bitstreams: 1 2018_LetíciaStockVieira.pdf: 37362496 bytes, checksum: 68c3a25c71170b7b1b388d4fd0cc1795 (MD5) / Approved for entry into archive by Raquel Viana (raquelviana@bce.unb.br) on 2018-07-20T21:34:05Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2018_LetíciaStockVieira.pdf: 37362496 bytes, checksum: 68c3a25c71170b7b1b388d4fd0cc1795 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-07-20T21:34:05Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2018_LetíciaStockVieira.pdf: 37362496 bytes, checksum: 68c3a25c71170b7b1b388d4fd0cc1795 (MD5) Previous issue date: 2018-07-17 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq); Fundação de Apoio à Pesquisa do Distrito Federal (FAPDF) e Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes). / Anestesia geral é um recurso fundamental na medicina moderna. Em contraste com o uso de anestésicos há mais de 100 anos, seus alvos e mecanismo de ação moleculares ainda são largamente desconhecidos. Porquanto não se descarte a hipótese de que essas moléculas exerçam seus efeitos por meio de alterações de propriedades físico-químicas de membranas celulares, um conjunto crescente de evidências sugere um cenário alternativo. Neste, o estado de anestesia seria induzido pela modulação direta de múltiplos receptores proteicos. Entre os potenciais receptores, estudos de eletrofisiologia e em modelos animais demonstram que o canal iônico neuronal dependente de voltagem de mamíferos Kv1.2 é modulado diretamente pelo anestésico geral sevoflurano. Esses estudos sugerem que sevoflurano se liga a múltiplos sítios em Kv1.2, resultando em um aumento na probabilidade de abertura do canal, e em um aumento da sua condutância máxima. Nesse contexto, o presente trabalho se propõe a identificar sítios de ligação de sevoflurano nas conformações aberta e fechada de Kv1.2 e investigar quanto da modulação da proteína pode ser explicada pela ligação direta do anestésico, no contexto de um modelo de dois estados. Preambular a essa investigação, no entanto, está o desenvolvimento do arcabouço teórico necessário ao tratamento concentração-dependente da interação de pequenas moléculas a múltiplos sítios de ligação saturáveis, para que se possa quantificar o impacto do modulador no equilíbrio entre conformações da proteína. Da forma como foram descritas, as equações são gerais e facilmente transponíveis a diferentes sistemas de interação proteína-ligante. O estudo mostra, sob uma perspectiva atomística molecular, que sevoflurano se liga com dependência conformacional a Kv1.2. A estabilização do estado aberto promovida pela ligação da molécula anestésica é capaz de recapitular o aumento da probabilidade de abertura do canal verificado experimentalmente. Ademais, os sítios de ligação de sevoflurano a Kv1.2 sugeridos pela estratégia aqui desenvolvida se encontram próximos a resíduos de aminoácido identificados como relevantes à modulação por meio de estudos de mutagênese e marcação com ligantes fotoativos. Em conjunto, os resultados apresentados corroboram a hipótese da modulação direta e contribuem uma perspectiva microscópica para se compreender os efeitos causados por sevoflurano. / Anesthetics are routinely used in medical procedures for almost two centuries. Despite its ubiquity, the molecular mechanism leading to the endpoint of anesthesia remains unknown. While anesthetics might also act by altering cellular membranes’ physicochemical properties, recent studies favor direct allosteric modulation of multiple proteins targets. One such target, evidenced by electrophysiology and in vivo experiments, is the voltage-gated channel Kv1.2. Investigations on sevoflurane, a major general anesthetic, suggest the molecule potentiates Kv1.2 by binding to multiple independent sites, causing a left-shift to the open probability curve (increasing open probability), while also increasing its maximum conductance. Here, we set out to identify Kv1.2 sevoflurane binding sites and quantify the impact of direct modulation in Kv1.2 potentiation. For that, we have developed an original theoretical framework to investigate concentration-dependent interaction of small ligands to multiple saturable protein binding sites which allow for thorough calculation of the functional impact of such binding to equilibrium between well-known conformational states, i.e. open and closed Kv1.2 structures. Anesthetic’s local distribution and binding affinities are evaluated by a combination of docking and free-energy-perturbation calculations. The results suggest sevoflurane binds Kv1.2 in conformationdepend manner. Also, the calculated ligand-effected open-conformation stabilization agrees with experimental measurements, successfully recovering open-probability leftward shift from microscopic data alone. Key binding sites identified by the docking-FEP strategy are also found to be in close proximity to residues identified as relevant by recent photolabeling and mutagenesis experiments. Altogether, results support the direct modulation hypothesis and contributes to understanding sevoflurane effects from a molecular standpoint. Moreover, the theory developed in this work is general and could be applied to various ligand-receptor systems.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:54:02Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000425607-Texto+Completo-0.pdf: 2100266 bytes, checksum: 47abd16f31901fc2e17fb2ec6ffc9b6b (MD5) Previous issue date: 2010 / The current mitigation cenario of the CO2 emissions is based on the most efficient energy use, the substitution of fossil fuels by renewable sources, and also the exploration of technologies for carbon separation and storage. This includes carbon capture through ionic liquids in industrial processes of CO2 separation from gas flows. The ionic liquids (ILs) are composed by organic or inorganic cations and anions, usually liquid at room temperature. They are a class of materiais with excellent perspective for carbon dioxide capture application, and an alternative to mitigate the increasing concentration of CO2 in the atmosphere. This study aimed to synthesize and characterize ILs and evaluate the CO2 solubility in these materiais. The ionic liquids synthesis, formed by butilmetilimidazol [bmim]+ cation and different anions: [BF4]- [PF6]- and [CF3C02]- presented reaction yields above 75%. The products characterization, by techniques such as IR, 1H-NMR and DSC revealed the chemical structure and thermal stability. The CO2 solubility measurements were determined by two methods: using a thermogravimetric microbalance and with an equilibrium cell with sapphire windows. These tests at 25°C and 25 bar, obtained for the [bmim][BF 4] in equilibrium cell xC02 = 0,28 and in PTGA xC02 = 0,25 and the Henry's constant values of 50,37 bar e 29,52 bar, respectively, demonstrating to be compatible with the literature and applied in CO2 absorption processes, so the ILs can be considered as candidates to carbon capture solvents. / A visão atual de mitigação do aumento da concentração de CO2 baseia-se no uso mais eficiente da energia ou na substituição de combustíveis fósseis por fontes renováveis e, ainda, na exploração de tecnologias para a separação e o armazenamento de carbono. Esta inclui a captura de carbono através do uso de líquidos iônicos em processos industriais de separação de CO2 de correntes gasosas. Os líquidos iônicos (LIs) são formados por cátions e ânions orgânicos ou inorgânicos, comumente líquidos à temperatura ambiente. Constituem uma classe de materiais com excelentes perspectivas de aplicação para captura de dióxido de carbono, sendo uma alternativa à mitigação do aumento da concentração de CO2 na atmosfera. Este trabalho teve como objetivos sintetizar e caracterizar LIs e verificar a solubilidade de CO2 nestes materiais. As sínteses dos LIs, formados pelo cátion butilmetilimidazol [bmim]+ e os diferentes ânions: [BF4]-, [PF6]- e [CF3CO2]-, apresentaram rendimentos reacionais acima de 75 %. A caracterização destes produtos, por técnicas de IV, RMN-1H e DSC, revelou a estrutura química e a estabilidade térmica. As medidas de solubilidade de CO2 foram determinadas por dois métodos: um empregando uma microbalança termogravimétrica e outro uma célula de equilíbrio com janelas de safira. Nestes ensaios a 25 °C e 25 bar, obtevese para o [bmim][BF4] na célula de equilíbrio xCO2 = 0,28 e na PTGA xCO2 = 0,25 e os valores da constante de Henry de, 50,37 bar e 29,52 bar, respectivamente, demonstrando estarem compatíveis com a literatura e aplicados para processos de absorção de CO2, assim, os líquidos iônicos podem ser considerados como candidatos a serem solventes para captura de carbono.

Made available in DSpace on 2013-08-07T18:54:55Z (GMT). No. of bitstreams: 1 000445009-Texto+Parcial-0.pdf: 223720 bytes, checksum: d3c1269b971aa018e0749ec69ef77b3e (MD5) Previous issue date: 2012 / Commercial processes to capture CO2, are mostly, are based on chemical absorption by amine solutions, though this technique promotes the efficient CO2 separation this has disadvantages such as loss of volatile amines and their degradation. Alternatives have been studied for carbon capture and ionic liquids (RTILs) and poly (ionic liquids) - p(IL)s, are indicated in the literature as materials with a capacity to solubilize gases. In these studies CO2 shows has a high solubility in comparison to other gases, proving to be an alternative to carbon capture techniques already used industrially, in order to mitigate environmental impacts. This work aims to synthesize and characterize new poly(ionic liquid)s, and verify the CO2 solubility in these products, compared with modified RTILs and p(IL)s already presented in the literature. The p(IL)s synthesis were based on polyurethanes, because they present structures highly nitrogenous. The synthesized materials were characterized according to its structure, composition, thermal stability, and morphology by techniques such as FTIR, 1H-NMR, TGA, DSC, GPC and SEM. The CO2 solubility measurements were determined using a thermogravimetric microbalance high pressure (PTGA) at 25 ° C, as well as in a equilibrium cell for verifying the integrity of samples during the tests of solubility. In This study was observed better absorption capacity of the p(LI)s compared to the RTILs, demonstrating to be compatible with the literature, and the PUA-02a presented the best results, promising ones for use in CO2 capture. / Os processos para captura de CO2, na sua maioria, baseiam-se na absorção química por soluções de aminas, apesar desta técnica promover a separação eficiente do CO2, esta possui desvantagens como a perda de aminas voláteis e a sua degradação. São estudadas alternativas para a captura de carbono e os líquidos iônicos (LIs) e poli(líquidos iônicos) - p(LI)s são apontados na literatura como materiais com capacidade de solubilizar gases. Nestes estudos o CO2 apresenta alta solubilidade em comparação com outros gases, demonstrando ser uma alternativa para as técnicas de captura de carbono já utilizadas industrialmente, visando a mitigação dos impactos ambientais. Este trabalho tem por objetivo sintetizar e caracterizar novos poli(líquidos iônicos), e verificar a solubilidade do CO2 nestes produtos, comparando com LIs modificados e p(LI)s já apresentados na literatura. As sínteses dos p(LI)s foram baseadas em poliuretânos, por estes apresentarem estruturas altamente nitrogenadas. Os materiais sintetizados foram caracterizados quanto a sua estrutura, composição, estabilidade térmica e morfologia por técnicas de IV, RMN-1H, TGA, DSC, GPC e MEV. As medidas de solubilidade de CO2 foram determinadas empregando uma microbalança termogravimétrica de alta pressão (PTGA), na temperatura de 25 °C, bem como em uma cé lula de equilíbrio para verificação da integridade das amostras durante os testes de solubilidade. Neste estudo foi observado melhores capacidades de absorção dos p(LI)s em relação aos LIs, demonstrando estarem compatíveis com a literatura, sendo o PUA-02a o que apresentou melhores resultados, promissores para uso em captura de CO2.

O progresso da sociedade está sendo marcado pelo aumento do consumo de energia. Energia esta proveniente, em grande parte, dos combustíveis fósseis. A fim de minimizar os efeitos causados pelo consumo exagerado, o desenvolvimento de tecnologias limpas, utilizando fontes renováveis, tem tomado espaço nas sociedades. Entre estas novas tecnologias destacam-se as células a combustível que podem ser consideradas alternativas limpas e eficientes para a obtenção de energia, pois estes sistemas emitem reduzidas quantidades de gases de efeito estufa ou utilizam combustíveis provenientes de fontes renováveis. As células a combustível podem ser utilizadas em sistemas portáteis, como telefones celulares, computadores, e sistemas estacionários, tais como casas, hospitais ou escolas. Estes dispositivos podem utilizar diferentes tipos de combustíveis, como o gás hidrogênio ou álcoois. No entanto, esses dispositivos, para se tornarem economicamente viáveis e produzir energia em grande escala, ainda necessitam de melhorias. Assim, as pesquisas estão fortemente ligadas ao desenvolvimento de novos materiais com propriedades específicas para serem usados em células de combustível. A célula a combustível de membrana polimérica condutora de prótons (PEMFC) utiliza como eletrólito em seu sistema uma membrana polimérica, por exemplo a Nafion da Dupont. A Nafion tem sido utilizada por sua excelente estabilidade química, mecânica e térmica e elevada condutividade protônica. Entretanto, a Nafion oferece elevada permeabilidade ao etanol, causando consumo elevado deste combustível e diminuição no rendimento da célula A fim de melhorar a resistência à permeabilidade ao etanol, polímeros alternativos têm sido estudados, bem como modificações na Nafion. De acordo com muitos pesquisadores, a adição de cargas inorgânicas hidrofílicas à matriz polimérica, Nafion, pode melhorar o desempenho da célula a combustível. Estudos mostram que cargas inorgânicas como as zeólitas adicionadas à Nafion melhoram sua resistência à permeabilidade, mas podem causar diminuição na sua condutividade protônica. Visando melhorar a condutividade das membranas poliméricas, têm sido realizados estudos sobre a incorporação de líquidos iônicos à matriz polimérica. Este trabalho apresenta um estudo das propriedades de transporte de prótons em membranas Nafion preparadas e modificadas pela adição da zeólita HZSM-5 e do líquido iônico (LI) trifluorometanossulfonato de 1-hexadecil-3-metilimidazólio (C16MI.CF3SO3) e que utiliza hidrogênio ou etanol como combustível em uma célula. As membranas de compósitos produzidas com 3 %, em massa, de zeólita HZSM-5 e diferentes quantidades de LI foram testadas em célula de combustível de etanol direto (DEFC) e em célula de combustível de membrana polimérica condutora de prótons (PEMFC), com hidrogênio. Na PEMFC a presença da zeólita HZSM-5 e do LI C16MI.CF3SO3 contribuíram positivamente na obtenção de densidade de corrente máxima e densidade de corrente na potência máxima, alcançando valores de 242 mAcm-2 e 162 mAcm-2, respectivamente. Em DEFC, a presença de zeólita HZSM-5 contribuiu positivamente para a obtenção de valores de densidades de corrente máxima, alcançando valores de 8,5 mAcm-2 mas a presença do LI C16MI.CF3SO3 não parece influenciar. / The society development has being marked by energy consumption increasing and essentially based on fossil fuels. In order to minimize the environment impact, new technologies involving renewable sources are object of researches. Fuel cells are considered a clean and efficient alternative device to produce energy with reduced emissions of greenhouse gases, which makes this technology very attractive nowadays. Fuel cells may be used in portable systems such as mobile phones, computers, and also in stationary systems such as houses, hospitals or schools. These devices may use different fuel types such as hydrogen gas or alcohols. However, fuel cell technology still need improvement to become economically viable and to produce energy at high scale. Thus, researches are strongly linked to develop new materials with specific properties to be used in fuel cells. The commercial proton-exchange Nafion membrane is a fluorinated ionic polymer which shows excellent behavior as electrolyte in fuel cells. However, at temperatures higher than 80 oC, its conductivity decreases, and the membrane presents high permeability to ethanol. To eliminate or diminish these undesirable behaviors the membrane can be modified by addition of compounds. Introduction of zeolite to the Nafion membrane can diminish the permeability of ethanol, and the addition of ionic liquid can improve the conductivity of the polymeric material. The aim of this work is to evaluate the proton transport properties of composite membranes containing Nafion/zeolite HZSM-5/ionic liquid C16MI.CF3SO3. The produced membranes were tested in a direct ethanol fuel cell (DEFC) and in a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC) In the PEMFC, the presence of zeolite and ionic liquid contributed positively to obtain maximum current density and current density at maximum power. In DEFC the presence of zeolite positively contributed to obtain maximum current densities, but the presence of the ionic liquid does not show improvement of properties of the material.

Canais iônicos são nanoporos aquosos formados por proteínas imersas na membrana celular. Sua função biológica básica é permitir o transporte de íons no sentido de seu gradiente eletroquímico. Dada a enorme quantidade de processos biológicos relacionados ao movimento iônico, a importância dos canais iônicos em biologia e medicina dificilmente pode ser exagerada. Neste trabalho, apresentamos uma introdução à vasta área do conhecimento de canais iônicos, discutimos suas perspectivas em pesquisa básica e aplicada e, em especial, a importância do estudo computacional da permeação iônica por canais. Seguimos analisando o estado da arte em relação a modelos computacionais de canais iônicos e discutindo criticamente as vantagens e desvantagens das abordagens existentes, fazendo considerações sobre suas perspectivas. Concluindo que a técnica de Dinâmica Browniana apresenta potencial para o estudo de propriedades básicas da condução iônica por nanoporos, propomos um modelo simples de canal iônico unidimensional através desta técnica para uma geometria que permite solução analítica da equação de Poisson, a qual é apresentada. A simplicidade do modelo proposto lhe confere grande eficiência computacional, a qual é ampliada com a proposta de um critério de “tempo de injeção” dos íons no canal, cuja expressão é demonstrada e que poupa o simulador de considerar explicitamente dois reservatórios eletrolíticos junto ao canal. O simulador desenvolvido baseado neste modelo é estudado e comparado com a literatura, mostrando bons resultados em sua região esperada de validade. Dado o estágio atual do estudo computacional de canais iônicos, é importante dispormos de modelos conceitualmente simples e computacionalmente eficientes. A sua existência possibilita, por exemplo, estudos de Dinâmica Molecular muito eficientes considerando a água explicitamente, algo importante para a análise de novos modelos da água adequados a nanoporos. / Ion channels are nanopores formed through the cell membrane by proteins. Their basic biological function is allowing ionic transport down the electrochemical gradient. Given the huge amount of biological processes that are related to ionic fluxes, the biological and medical importance of ion channels hardly can be overstated. In this work we present a brief introduction to the vast field of ion channels and discuss its perspectives in basic and applied research, emphasizing the importance of computational approaches to study ion permeation through channels. Next, we analyze the state of the art regarding computational models of ion channels, critically discussing the advantages and disadvantages of the current approaches and considering the perspectives of each. We conclude that the Brownian Dynamics approach has potential to be used to study ionic conductance through nanopores and we propose a simple Brownian Dynamics unidimensional channel model for a geometry that allows analytical solution of the Poisson equation, which is presented. The simplicity of the proposed model grants it great computational efficiency, which is further amplified with the proposal of an “injection time” criterion to allow ions to enter the channel. The formula for the “injection time” is demonstrated and its implementation lifts the requirement to simulate two reservoirs next to the channel. The simulator developed based on this model is studied and its results are compared with the literature, showing good agreement in its expected region of validity. Given the current state of computational study of ion channels, it is important to have simple and efficient models, such as ours, available. For instance, their existence allows the realization of very fast Molecular Dynamics studies that consider water explicitly, something very important for the analysis of new explicitly polarizable water models that are required for nanopores.