A capacidade de prever a estrutura nativa de uma proteína é um problema ainda sem solução. A predição da estrutura final ou nativa de uma proteína -, ou seja, partir da estrutura primária (sequência de aminoácidos linear) de um polipeptídeo tentar prever qual será a estrutura terciária (arranjo de hélices alfa, folhas beta e grampos) - tem sido um desafio para diversos pesquisadores desde o século passado. Atualmente existem diversos modelos que se propõem a executar essa tarefa, mas poucos que de fato partem de princípios físicos básicos para realizá-la. A grande maioria baseia-se em estruturas já conhecidas de proteínas com sequenciamento ou função similares para prever a estrutura terciária. Neste trabalho, no entanto, propõe-se o desenvolvimento de um campo de forças coarse-grained para aplicação em simulações de dinâmica molecular a fim de prever a estrutura de proteínas sem que seja necessária a comparação com estruturas já conhecidas. O fator de forma é um importante indicativo da estrutura de uma molécula em solução. Apesar de se tratar de uma grandeza que fornece informações de baixa resolução, ou seja, não fornece pormenores a respeito da posição dos átomos na estrutura da molécula, é uma estimativa inicial do espaço ocupado pela molécula e também da maneira com a qual ela interage com outras moléculas em solução. Isso é decorrente das operações matemáticas necessárias para que o fator de forma seja acessado a partir de dados de experimentos de espalhamento de raios X. Os resultados mostram que o método consegue prever uma estrutura condizente com os dados de espalhamento de raios X das estruturas cristalográficas e com os dados experimentais utilizados. / The prediction of the final structure of a protein (also called native structure) has been addressed by many research groups since the last century. This problem can be understood as how to predict the tertiary structure that a protein molecule assumes after the folding process from just the primary structure (the sequence of amino acids). Nowadays there are several models aiming at solving this problem, but very few of them are based on physical principles. Most of these models are template-based ones that search for similar amino acids sequences or analogous biological functions to predict the native structure. In the present work, however, we propose the development of a force field predict the form factor of proteins that does not entail the knowledge of any other model or template to do so. The form factor is an important aspect of the structure of a molecule in solution. Despite being a low-resolution method of analysis, in the sense that it does not provide details about the exact positions of the atoms inside the molecular structure (because of the mathematical operations needed to retrieve informations from the scattering data), it is an initial estimative of the volume occupied by this molecule and also a good initial path for uncovering how these molecules interact to each other in solution. The results show that the method presented here can predict a structure that agrees with the scattering data of the crystallographic structure and with available experimental data of x-ray scattering of proteins in solution.

O sistema peroxioxalato possui diversas aplicações analíticas, principalmente devido aos altos rendimentos de emissão obtidos e relativa simplicidade. Aqui se estudou a alta eficiência desse sistema em diversas frentes, comparando-o a sistemas semelhantes, relacionando-o com um sistema intramolecular eficiente, procurando a estrutura do seu intermediário de alta energia e investigando as etapas de produção desse, tentando-se obter informações experimentais e teóricas sobre essa reação. A cinética do sistema peroxioxalato foi estudada utilizando-se como ativador o naftaleno, um composto aromático relativamente simples, que permite a aplicação de cálculos teóricos precisos ao sistema. Esses estudos teóricos dos complexos de transferência de carga entre naftaleno e o 1,2-dioxetano, a 1,2-dioxetanona e a 1,2-dioxetanodiona mostraram que a acessibilidade dos estados excitados está diretamente relacionada às propriedades eletrônicas do peróxido envolvido. Estudando-se os ânions radicais desses peróxidos se observou que o aumento no número de carbonilas do peróxido faz dele um melhor aceptor de elétron e que, especificamente para a 1,2-dioxetanona, a transferência de elétron é capaz de promover um caminho de decomposição sem barreiras energéticas. Estudos cinéticos da reação peroxioxalato utilizando DBU como catalisador básico forte não nucleofílico indicaram a viabilidade da reação nessas condições, embora com velocidades altas. Entretanto, não foi possível obter resultados cinéticos usando fenolatos como ativadores. Experimentos de adição retardada de ativador também foram efetuados usando um solvente que poderia facilitar a detecção do intermediário de alta energia, observando-se um acúmulo desse intermediário nas cinéticas de emissão. Porém, não foi possível detectar esse intermediário por espectrometria de massas. Por último, verificou-se que as etapas iniciais do sistema são exotérmicas, exceto a formação do anel de quatro membros. Estudando-se esse passo detalhadamente obteve-se para uma das etapas um valor de ρ de Hammett semelhante ao observado experimentalmente, indicativo de que essa deve ser a etapa determinante de velocidade e de que o intermediário de alta energia deve ser a 1,2-dioxetanodiona. / The peroxyoxalate system has several analytical applications, mainly due to its high emission yields and relative simplicity. Here this system high efficiency was studied in several fronts, comparing it with similar systems, connecting it with an intramolecular efficient system, searching for the structure of its high-energy intermediate and investigating the steps in its production, trying to obtain experimental and theoretical information about this reaction. The peroxyoxalate system kinetics was studied using naphthalene as activator, an aromatic compound relatively simple, that allows the application of accurate theoretical calculations to this system. These theoretical study of charge transfer complexes between naphthalene and 1,2-dioxetane, 1,2-dioxetanone, and 1,2- dioxetanedione have shown that the availability of excited states is directly related to the electronic properties of the involved peroxide. Studying the radical anion of these peroxides it was observed that an increase in the number of peroxide carbonyls makes it a better electron acceptor and that, specifically for 1,2-dioxetanone, the electron transfer can provide a barrierless decomposition path. Kinetic studies of the peroxyoxalate system using DBU as a nonnucleophilic strong base catalyst indicated the reaction feasibility in these conditions, despite its high rate. However, it was not possible to obtain kinetic results using phenolates as activators. Experiments of delayed addition of activator were made as well using a solvent that could facilitate the detection of the high-energy intermediate, observing accumulation of this intermediate in emission kinetics. Yet, it was not possible to detect this intermediate by mass spectroscopy. At last, it was verified that the initial steps of the system are exothermic, with exception of the four-membered ring formation. Studying this step in more detail, it was obtained for a step a Hammett ρ value similar to the one observed experimentally, indicating that this step should be the rate limiting step and that the high-energy intermediate should be the 1,2-dioxetanedione.

O sistema peroxioxalato possui diversas aplicações analíticas, principalmente devido aos altos rendimentos de emissão obtidos e relativa simplicidade. Aqui se estudou a alta eficiência desse sistema em diversas frentes, comparando-o a sistemas semelhantes, relacionando-o com um sistema intramolecular eficiente, procurando a estrutura do seu intermediário de alta energia e investigando as etapas de produção desse, tentando-se obter informações experimentais e teóricas sobre essa reação. A cinética do sistema peroxioxalato foi estudada utilizando-se como ativador o naftaleno, um composto aromático relativamente simples, que permite a aplicação de cálculos teóricos precisos ao sistema. Esses estudos teóricos dos complexos de transferência de carga entre naftaleno e o 1,2-dioxetano, a 1,2-dioxetanona e a 1,2-dioxetanodiona mostraram que a acessibilidade dos estados excitados está diretamente relacionada às propriedades eletrônicas do peróxido envolvido. Estudando-se os ânions radicais desses peróxidos se observou que o aumento no número de carbonilas do peróxido faz dele um melhor aceptor de elétron e que, especificamente para a 1,2-dioxetanona, a transferência de elétron é capaz de promover um caminho de decomposição sem barreiras energéticas. Estudos cinéticos da reação peroxioxalato utilizando DBU como catalisador básico forte não nucleofílico indicaram a viabilidade da reação nessas condições, embora com velocidades altas. Entretanto, não foi possível obter resultados cinéticos usando fenolatos como ativadores. Experimentos de adição retardada de ativador também foram efetuados usando um solvente que poderia facilitar a detecção do intermediário de alta energia, observando-se um acúmulo desse intermediário nas cinéticas de emissão. Porém, não foi possível detectar esse intermediário por espectrometria de massas. Por último, verificou-se que as etapas iniciais do sistema são exotérmicas, exceto a formação do anel de quatro membros. Estudando-se esse passo detalhadamente obteve-se para uma das etapas um valor de ρ de Hammett semelhante ao observado experimentalmente, indicativo de que essa deve ser a etapa determinante de velocidade e de que o intermediário de alta energia deve ser a 1,2-dioxetanodiona. / The peroxyoxalate system has several analytical applications, mainly due to its high emission yields and relative simplicity. Here this system high efficiency was studied in several fronts, comparing it with similar systems, connecting it with an intramolecular efficient system, searching for the structure of its high-energy intermediate and investigating the steps in its production, trying to obtain experimental and theoretical information about this reaction. The peroxyoxalate system kinetics was studied using naphthalene as activator, an aromatic compound relatively simple, that allows the application of accurate theoretical calculations to this system. These theoretical study of charge transfer complexes between naphthalene and 1,2-dioxetane, 1,2-dioxetanone, and 1,2- dioxetanedione have shown that the availability of excited states is directly related to the electronic properties of the involved peroxide. Studying the radical anion of these peroxides it was observed that an increase in the number of peroxide carbonyls makes it a better electron acceptor and that, specifically for 1,2-dioxetanone, the electron transfer can provide a barrierless decomposition path. Kinetic studies of the peroxyoxalate system using DBU as a nonnucleophilic strong base catalyst indicated the reaction feasibility in these conditions, despite its high rate. However, it was not possible to obtain kinetic results using phenolates as activators. Experiments of delayed addition of activator were made as well using a solvent that could facilitate the detection of the high-energy intermediate, observing accumulation of this intermediate in emission kinetics. Yet, it was not possible to detect this intermediate by mass spectroscopy. At last, it was verified that the initial steps of the system are exothermic, with exception of the four-membered ring formation. Studying this step in more detail, it was obtained for a step a Hammett ρ value similar to the one observed experimentally, indicating that this step should be the rate limiting step and that the high-energy intermediate should be the 1,2-dioxetanedione.

O aumento da concentração de gases de efeito estufa (GEE) de fontes antropogênicas tem sido visto como uma das principais contribuições para o aquecimento global, ameaçando a vida no planeta. O dióxido de carbono (CO2) é um dos principais GEE e suas fontes geradoras estão relacionadas a processos essenciais à sociedade, como a produção de energia, produtos diversos e transporte. A conversão do CO2 parece ser uma alternativa promissora para reduzir a emissão deste gás na atmosfera. De particular interesse para este estudo, a fotorredução do CO2 a metanol pode contribuir para mitigar o problema dos GEE, gerando um importante insumo da indústria química. Assim, este estudo tem por objetivo utilizar cálculos quanto-mecânicos, como a Teoria do Funcional Densidade, para investigar um caminho para a reação de redução do CO2. A reação de redução do CO2 à ácido fórmico, formaldeído e metanol foi estudada sem a interação com o catalisador e na presença de dióxido de titânio como catalisador. Foi realizada uma comparação de cálculos em diferentes níveis teóricos e diferentes bases, com dados experimentais. Para os cálculos envolvendo o TiO2, foi utilizado o nível B3LYP/6-31G(d,p). Frequências vibracionais também foram calculadas para cada etapa, permitindo a identificação de possíveis estados de transição e estimativa de barreiras de reação (energia potencial). Cálculos de coordenada intrínseca de reação (IRC) foram empregados para confirmar que os estados de transição encontrados, estão relacionados a cada etapa estudada. A comparação da redução do dióxido de carbono a ácido fórmico, com e sem catalisador, mostrou que a presença do dióxido de titânio reduziu em mais de 25,0% a barreira reacional desta etapa

Orientadora: Paula Homem de Melo / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia/Química, 2011.

A capacidade de prever a estrutura nativa de uma proteína é um problema ainda sem solução. A predição da estrutura final ou nativa de uma proteína -, ou seja, partir da estrutura primária (sequência de aminoácidos linear) de um polipeptídeo tentar prever qual será a estrutura terciária (arranjo de hélices alfa, folhas beta e grampos) - tem sido um desafio para diversos pesquisadores desde o século passado. Atualmente existem diversos modelos que se propõem a executar essa tarefa, mas poucos que de fato partem de princípios físicos básicos para realizá-la. A grande maioria baseia-se em estruturas já conhecidas de proteínas com sequenciamento ou função similares para prever a estrutura terciária. Neste trabalho, no entanto, propõe-se o desenvolvimento de um campo de forças coarse-grained para aplicação em simulações de dinâmica molecular a fim de prever a estrutura de proteínas sem que seja necessária a comparação com estruturas já conhecidas. O fator de forma é um importante indicativo da estrutura de uma molécula em solução. Apesar de se tratar de uma grandeza que fornece informações de baixa resolução, ou seja, não fornece pormenores a respeito da posição dos átomos na estrutura da molécula, é uma estimativa inicial do espaço ocupado pela molécula e também da maneira com a qual ela interage com outras moléculas em solução. Isso é decorrente das operações matemáticas necessárias para que o fator de forma seja acessado a partir de dados de experimentos de espalhamento de raios X. Os resultados mostram que o método consegue prever uma estrutura condizente com os dados de espalhamento de raios X das estruturas cristalográficas e com os dados experimentais utilizados. / The prediction of the final structure of a protein (also called native structure) has been addressed by many research groups since the last century. This problem can be understood as how to predict the tertiary structure that a protein molecule assumes after the folding process from just the primary structure (the sequence of amino acids). Nowadays there are several models aiming at solving this problem, but very few of them are based on physical principles. Most of these models are template-based ones that search for similar amino acids sequences or analogous biological functions to predict the native structure. In the present work, however, we propose the development of a force field predict the form factor of proteins that does not entail the knowledge of any other model or template to do so. The form factor is an important aspect of the structure of a molecule in solution. Despite being a low-resolution method of analysis, in the sense that it does not provide details about the exact positions of the atoms inside the molecular structure (because of the mathematical operations needed to retrieve informations from the scattering data), it is an initial estimative of the volume occupied by this molecule and also a good initial path for uncovering how these molecules interact to each other in solution. The results show that the method presented here can predict a structure that agrees with the scattering data of the crystallographic structure and with available experimental data of x-ray scattering of proteins in solution.

O objetivo da pnmeIra parte do presente projeto é a síntese total da Isocicutoxina (esquema 1) e de alguns feromânios sexuais de insetos (esquema 2), utilizando algumas das reações já estudadas sistematicamente no nosso laboratório. (Ver PDF) As etapas chaves para síntese da Isocicutoxina foram uma reação de acoplamento entre um diino e um telureto vinílico, seguida por urna reação de Wittig. As etapas chaves para a síntese dos feromânios sexuais foram urna reação de acoplamento cruzado de um telureto vinílico com um organocrupato, seguida por urna reação tipo SN2 com um reagente de Grignard. O objetivo da segunda parte do presente projeto é a revisão bibliográfica e a sistematização de dados de RMN de 1H, 13C e 125Te d.e compostos contendo átomos de telúrio. Os ligantes contendo telúrio tiveram seus valores de RMN sistematizados e seus valores de coeficientes de blindagem efetivos analisados (esquema 3). (Ver PDF) Através de um software especializado, um banco de dados foi criado e possibilitou a simulação de espectros de RMN de 13C e 125Te. / The main goal of the first part of this project is the total synthesis of isocicutoxin (scheme 1) and some insects\' sexual pheromones by means of some reactions already studied by our group (scheme 2). (See PDF) The key steps for the synthesis of isocicutoxin were a coupling reaction between a diyne and a vinylic telluride, followed by a Wittig reaction. The key steps for the synthesis ofthe sexual pheromones were a cross coupling reaction between a vinylic telluride and an organocuprate, followed by a SN2 reaction with a Grignard reagent. The mam goal of the second part of the project lS the bibliographic reVleW and the systematization of 1H, 13C and 125Te data of tellurium compounds. The ligands containing tellurium had their NMR and their effective shielding values analyzed (Scheme 3). Using specialized software, a database was developed, which allowed the prediction of NMR 13C and 125Te spectra.

Aminoacetona (AA) é um catabólito de Thr e Gly que se acumula nas síndromes cri-du-chat e treoninemia. Atualmente, a oxidação de AA é considerada uma das fontes alternativas de metilglioxal (MG), agente citotóxico e genotóxico, em diabetes mellitus. Em estados de deficiência metabólica, tal como o diabetes, há acúmulo de AA que, por sua vez, sofre oxidação na presença de amino oxidases sensíveis à semicarbazida (SSAO) com a produção de MG, H2O2 e NH4+. As SSAO são enzimas Cu-dependentes, cujo mecanismo de atuação ainda é pouco conhecido e possui como substrato, além de AA, metilamina (endógena) e a benzilamina (xenobiótico). AA possui um grupo amino vicinal à uma carbonila, o que sugere que ela possa sofrer enolização e oxidação catalisada por metal, produzindo espécies reativas de oxigênio (EROs), inclusive radicais HO•. A presente tese tem por objetivo esclarecer o mecanismo pelo qual AA sofre oxidação aeróbica, direta e catalisada por metal, com concomitante produção de EROs. Foi dada ênfase à catalise por ferro por sua implicação em desordens associadas com diabetes. Serão apresentados resultados que implicam AA como promotora de danos a membrana de mitocôndrias isoladas, bem como a estrutura proteica de ferritina e ceruloplasmina (CP). Como ferritina e CP estão envolvidas na homeostase de ferro, os danos causados a estas proteínas por AA possivelmente afetam o estado redox de plasma de diabéticos, contribuindo significantemente para o aumento do estresse oxidativo no diabetes. / Aminoacetone (AA) is a threonine and glycine catabolite long known to accumulate in cri-du-chat and threoninemia syndromes and, more recent1y, implicated as a contributing source of methylglyoxal (MG) in diabetes mellitus. AcetylCoA overproduction in diabetes also leads to AA accumulation. AA as well as many other endogenous (e.g., methylamine) and xenobiotic amines (e.g., benzylamine) are oxidized by dioxygen in the presence of SSAO, a group of poorly understood plasma circulating and membrane bound Cu-dependent enzymes, yielding an aldehyde, H2O2 and NH4+ ions. With AA, SSAO activity paradoxally produces the cytotoxic and genotoxic MG. AA bears an amino group vicinal to the carbonyl function and therefore is expected to undergo phosphate-catalyzed enolization and iron-catalyzed oxidation to yield reactive oxygen species (ROS), including HO• radicals. The present work aims to clarify the mechanisms by which AA undergoes direct and metal-catalyzed aerobic oxidation to yield deleterious ROS, with emphasis on the catalytic role of iron given its well-known implications in diabetes. In the present work we show that ROS generated through the aerobic oxidation of AA are able to induce damage in isolated rat liver mitochondria as well as in horse spleen ferritin (HoSF) and human ceruloplasmin (CP). The current findings of changes in HoSF and CP may contribute to explain intracellular iron-induced oxidative stress during AA accumulation in diabetes mellitus patients.

O objetivo da pnmeIra parte do presente projeto é a síntese total da Isocicutoxina (esquema 1) e de alguns feromânios sexuais de insetos (esquema 2), utilizando algumas das reações já estudadas sistematicamente no nosso laboratório. (Ver PDF) As etapas chaves para síntese da Isocicutoxina foram uma reação de acoplamento entre um diino e um telureto vinílico, seguida por urna reação de Wittig. As etapas chaves para a síntese dos feromânios sexuais foram urna reação de acoplamento cruzado de um telureto vinílico com um organocrupato, seguida por urna reação tipo SN2 com um reagente de Grignard. O objetivo da segunda parte do presente projeto é a revisão bibliográfica e a sistematização de dados de RMN de 1H, 13C e 125Te d.e compostos contendo átomos de telúrio. Os ligantes contendo telúrio tiveram seus valores de RMN sistematizados e seus valores de coeficientes de blindagem efetivos analisados (esquema 3). (Ver PDF) Através de um software especializado, um banco de dados foi criado e possibilitou a simulação de espectros de RMN de 13C e 125Te. / The main goal of the first part of this project is the total synthesis of isocicutoxin (scheme 1) and some insects\' sexual pheromones by means of some reactions already studied by our group (scheme 2). (See PDF) The key steps for the synthesis of isocicutoxin were a coupling reaction between a diyne and a vinylic telluride, followed by a Wittig reaction. The key steps for the synthesis ofthe sexual pheromones were a cross coupling reaction between a vinylic telluride and an organocuprate, followed by a SN2 reaction with a Grignard reagent. The mam goal of the second part of the project lS the bibliographic reVleW and the systematization of 1H, 13C and 125Te data of tellurium compounds. The ligands containing tellurium had their NMR and their effective shielding values analyzed (Scheme 3). Using specialized software, a database was developed, which allowed the prediction of NMR 13C and 125Te spectra.

O aumento da concentração de gases de efeito estufa (GEE) de fontes antropogênicas tem sido visto como uma das principais contribuições para o aquecimento global, ameaçando a vida no planeta. O dióxido de carbono (CO2) é um dos principais GEE e suas fontes geradoras estão relacionadas a processos essenciais à sociedade, como a produção de energia, produtos diversos e transporte. A conversão do CO2 parece ser uma alternativa promissora para reduzir a emissão deste gás na atmosfera. De particular interesse para este estudo, a fotorredução do CO2 a metanol pode contribuir para mitigar o problema dos GEE, gerando um importante insumo da indústria química. Assim, este estudo tem por objetivo utilizar cálculos quanto-mecânicos, como a Teoria do Funcional Densidade, para investigar um caminho para a reação de redução do CO2. A reação de redução do CO2 à ácido fórmico, formaldeído e metanol foi estudada sem a interação com o catalisador e na presença de dióxido de titânio como catalisador. Foi realizada uma comparação de cálculos em diferentes níveis teóricos e diferentes bases, com dados experimentais. Para os cálculos envolvendo o TiO2, foi utilizado o nível B3LYP/6-31G(d,p). Frequências vibracionais também foram calculadas para cada etapa, permitindo a identificação de possíveis estados de transição e estimativa de barreiras de reação (energia potencial). Cálculos de coordenada intrínseca de reação (IRC) foram empregados para confirmar que os estados de transição encontrados, estão relacionados a cada etapa estudada. A comparação da redução do dióxido de carbono a ácido fórmico, com e sem catalisador, mostrou que a presença do dióxido de titânio reduziu em mais de 25,0% a barreira reacional desta etapa