Orientador: Prof. Dr. Marcelo Bender Perotoni / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica, 2017. / Este trabalho consiste na exploração dos problemas e aplicações eletromagnéticas na área de conexão da eletrônica em altas taxas de velocidade de dados. Referências bibliográficas como as equações de Maxwell e suas derivações, técnicas de implementação de conectividades, simplificações como: linhas (striplines), microlinhas (microstrip), placas de circuito impresso empilhadas (stackup) serão abordadas. Também são encontradas bases teóricas como aterramento (grounding) e blindagem (shielding), para aplicações com cabos do tipo coaxial e pares de dados. Os efeitos estudados são reflexão e acoplamentos (crosstalk). Há uma comparação dos resultados em um sistema exemplo com cabo de rede ethernet e conectores para acoplamento e medição, entre simulações computacionais (CST ¿ Computer Simulation Technology , mais exatamente no módulo MWS ¿ Micro Wave Studio), e medições com um VNA (Vector Network Analyzer). / This study covers the electromagnetic evaluation and applications on electronic connections area at high speed data rates. References to Maxwell equations and its derivations concerning high frequency effects, connectivity implementation techniques and simplifications like: striplines, microstrip, stackup of PCBs layers are addressed. Theoretical bases are laid, to applications with coax cables and twisted pairs and their respective grounding and shielding. The effects studied are reflection and crosstalk. There are results for an example - a launcher and Ethernet cable with the connector. The results are shown in simulation (CST, module MWS ¿ Micro Wave Studio), and measurements using a VNA (Vector Network Analyzer).

Fundação de Amparo a Pesquisa no Estado do Rio Grande do Sul / This study aimed to investigate how innovative problem-solving learning activities (AD), based on computer simulations, contribute to the development of conceptual, procedural and attitudinal contents. Yet these AD, aimed to develop associated with numerical computing environment (ACN) skills. For this reason, we work with the development, implementation and evaluation of structured from the problem-solving strategy AD. This motion has occurred along class of freshmen undergraduate course in Meteorology, Federal University of Santa Maria (UFSM). Data collection involved the following data collection instruments: initial and final questionnaires, records obtained from the person meetings and even from the responses obtained in the solutions delivered by students of AD. The analysis of these data was done at the time of evaluation, and allowed us to conclude that these activities provide the development of conceptual, procedural and attitudinal contents concomitantly, and the development of skills associated with a mathematical software for general use. Finally, the assessment performed by the students indicated that these activities are more instructive and interesting than the strategy of problem resolutions pencil and paper. / O presente trabalho procurou investigar como atividades didáticas (AD) inovadoras de resolução de problemas, baseadas em simulações computacionais, contribuem para o desenvolvimento de conteúdos conceituais, procedimentais e atitudinais. Ainda estas AD objetivaram o desenvolvimento de competências associadas a um ambiente de computação numérica (ACN). Para isso, trabalhamos com a elaboração, implementação e avaliação das AD estruturadas a partir da estratégia de resolução de problemas. Este processo de implementação ocorreu junto à turma de ingressantes de um curso de graduação em Meteorologias da Universidade Federal de Santa Maria (UFSM). A obtenção dos dados envolveu os seguintes instrumentos de coleta: questionários inicial e final, registros obtidos a partir dos encontros presenciais realizados e ainda a partir das respostas obtidas nas soluções das AD entregues pelos estudantes. A análise destes dados deu-se no momento de avaliação, e possibilitou-nos concluir que estas atividades proporcionam o desenvolvimento dos conteúdos conceituais, procedimentais e atitudinais concomitantemente, e ainda o desenvolvimento de competências associadas a um software matemático de uso geral. Por fim, a avaliação realizada pelos estudantes indicou que estas atividades são mais instrutivas e interessantes do que a estratégia de resoluções de problema de lápis e papel.

O uso de sistemas multiprocessados para a resolução de problemas que demandam um grande poder computacional tem se tornado cada vez mais comum. Porém a conversão de programas seqüenciais para programas concorrentes ainda não é uma tarefa trivial. Dentre os fatores que tornam esta tarefa difícil, destacamos a inexistência de um paradigma único e consolidado para a construção de sistemas computacionais paralelos e a existência de várias plataformas de programação para o desenvolvimento de programas concorrentes. Nos dias atuais ainda é impossível isentar o programador da especificação de como o problema será particionado entre os vários processadores. Para que o programa paralelo seja eficiente, o programador deve conhecer a fundo aspectos que norteiam a construção do hardware computacional paralelo, aspectos inerentes à arquitetura onde o software será executado e à plataforma de programação concorrente escolhida. Isto ainda não pode ser mudado. O ganho que podemos obter é na implementação do software paralelo. Esta tarefa pode ser trabalhosa e demandar muito tempo para a depuração, pois as plataformas de programação não possibilitam que o programador abstraia dos elementos de hardware. Tem havido um grande esforço na criação de ferramentas que otimizem esta tarefa, permitindo que o programador se expresse mais fácil e sucintamente quanto à para1elização do programa. O presente trabalho se baseia na avaliação dos aspectos ligados à implementação de software concorrente utilizando uma plataforma de portabilidade chamada High Performance Fortran, aplicado a um problema específico da física: o cálculo da estrutura de bandas de heteroestruturas semicondutoras. O resultado da utilização desta plataforma foi positivo. Obtivemos um ganho de performance superior ao esperado e verificamos que o compilador pode ser ainda mais eficiente do que o próprio programador na paralelização de um programa. O custo inicial de desenvolvimento não foi muito alto, e pode ser diluído entre os futuros projetos que venham a utilizar deste conhecimento pois após a fase de aprendizado, a paralelização de programas se torna rápida e prática. A plataforma de paralelização escolhida não permite a paralelização de todos os tipos de problemas, apenas daqueles que seguem o paradigma de paralelismo por dados, que representam uma parcela considerável dos problemas típicos da Física. / The employment of multiprocessor systems to solve problems that demand a great computational power have become more and more usual. Besides, the conversion of sequential programs to concurrent ones isn\'t trivial yet. Among the factors that makes this task difficult, we highlight the nonexistence of a unique and consolidated paradigm for the parallel computer systems building and the existence of various programming platforms for concurrent programs development. Nowadays it is still impossible to exempt the programmer of the specification about how the problem will be partitioned among the various processors. In order to have an efficient parallel program the programmer have to deeply know subjects that heads the parallel hardware systems building, the inherent architecture where the software will run and the chosen concurrent programming platform. This cannot be changed yet. The gain is supposed to be on the parallel software implementation. This task can be very hard and consume so much time on debugging it, because the programming platforms do not allow the programmer to abstract from the hardware elements. It has been a great effort in the development of tools that optimize this task, allowing the programmer to work easily and briefly express himself concerning the software parallelization. The present work is based on the evaluation of aspects linked to the concurrent software implementation using a portability platform called High Performance Fortran, applied to a physics specific problem: the calculus of semiconductor heterostructures? valence band structure. The result of the use of this platform use was positive. We obtained a performance gain superior than we expected and we could assert that the compiler is able to be more effective than the programmer on the paralelization of a program. The initial development cost wasn\'t so high and it can be diluted between the next projects that would use the acquired knowledge, because after the learning phase, the programs parallelization task becomes quick and practical. The chosen parallelization platform does not allow the parallelization of all kinds of problems, but just the ones that follow the data parallelism paradigm that represents a considerable parcel of tipical Physics problems.

Esta dissertação está focada no estudo do espectro de absorção em fase gasosa de Porfirinas e Ftalocianinas. O estudo dessas moléculas é de grande interesse científico e tem sido tema em diversos trabalhos na literatura. São apresentados resultados para o espectro de absorção teórico das Porfirinas Base Livre (H2-Porfirina), complexada com Zinco, e complexada com Magnésio, e das Ftalocianinas Base Livre (H2-Ftalocianina) e complexada com Zinco. Espectros de absorção dos monômeros optimizados dessas moléculas são calculados com vários métodos e uma análise das transições eletrônicas é feita junto com uma discussão do modelo de Gouterman. São apresentados espectros para estruturas optimizadas de dímeros de H2-Porfirina e H2-Ftalocianina. A inclusão de efeitos térmicos no espectro dos monômeros de H2-Porfirina e H2-Ftalocianina é estudada usando dinâmicas moleculares. Após comparação entre resultados de dinâmicas clássica e ab initio, propomos novos parâmetros para o campo de força da H2-Porfirina que fornece resultados mais compatíveis, mas o mesmo não precisou ser feito para H2-Ftalocianina. Mostramos que para H2-Porfirina a inclusão de efeitos térmicos aumenta com a temperatura as forças de oscilador médias das bandas Q e gera um deslocamento das bandas para o vermelho, e para H2-Ftalocianina um aumento do desdobramento das bandas Q. Esses resultados fornecem uma explicação para observações experimentais e mostram que efeitos térmicos são importantes para uma descrição mais completa do espectro. / This work aims at studing the gas phase absorption spectrum of Porphyrins and Phthalocyanines. The study of these molecules is of immense cientific interest and has been topic for several works at the literature. Results are presented for the theoretical absorption spectrum of Free Base (H2-Porphyrin), Zinc and Magnesium Porphyrins and of Free Base (H2-Phythalocyanine) and Zinc Phthalocyanines. The absorption spectra of these molecules\' optimized monomers are calculated with several methods and eletronic transitions analysis is done together with a discussion of Gouterman model. Spectra are presented for optimized dimers of H2-Porphyrin and H2-Phythalocyanine. The inclusion of thermal effects on the H2-Porphyrin\'s and H2-Phythalocyanine\'s monomer spectra is studied through molecular dynamics. After comparing results of classical and ab initio molecular dynamics we proposed new force field parameters for H2-Porphyrin that provides more consistent results, but the same didn\'t need to be done for H2-Phythalocyanine. We showed that the inclusion of thermal effects increases with temperature the Q bands average oscillator strengths and implies in a red shift of the H2-Porphyrin bands, and increases the H2-Phythalocyanine\'s Q bands splitting. These results provide an explanation to the experimental observations and shows that thermal effects are important to a more complete description of the spectrum.

Made available in DSpace on 2016-08-17T14:53:01Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Fernando Henrique Costa Pinheiro.pdf: 2854886 bytes, checksum: a56fe59d5aabb7763901adeb614ad703 (MD5) Previous issue date: 2008-10-17 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / This work depicts transmission line modeling for lightning strike time domain simulation. It is studied and presented the main mechanisms associated to lightning formation and striking high-voltage transmission lines and wave propagation theory concerned to the hit point. Following, it is presented and analyzed transmission lines, shield wires and tower models available in the used ATPDraw computer program. Finally, a complete model is constructed taking into account a real utility transmission branch (ELETRONORTE-Ma), including transmission lines, respective towers and shield wires, through computational models available in the ATPDraw computer program. Computer simulations are carried out and the final model is tested for different scenarios: a standard lightning striking a transmission tower; a standard lightning striking a transmission tower with lower tower foot resistance; lightning striking transmission tower for different soil conditions (dry and humid); insulation strength analysis taking into account different hit points (middle of a shield wire and at the top of a transmission tower). The results show that the model behaved as expected. / Este trabalho aborda a modelagem de linhas de transmissão para análises e simulações no domínio do tempo de transitórios eletromagnéticos resultantes de descargas atmosféricas incidentes. É estudado e apresentado os principais mecanismos associados à formação das descargas atmosféricas, os aspectos relevantes à incidência de descargas em linhas de transmissão e os seus mecanismos de propagação em relação ao ponto de incidência. Em seguida é apresentado e analisado modelos de linhas de transmissão, cabos pára-raios e de torres disponíveis para uso no programa computacional ATPDraw. Por fim, é elaborado um modelo de um trecho real da ELETRONORTE MA incluindo linha de transmissão, suas torres e seus cabos pára-raios, através de modelos disponíveis na versão usada do programa ATPDraw. São realizadas simulações computacionais, onde o modelo é testado para vários cenários: surto atmosférico na forma de onda padrão incidindo sobre uma torre; surto atmosférico na forma de onda padrão incidindo sobre uma torre com resistência de dispersão reduzida; surtos atmosféricos incidentes sobre torres nos cenários de solos secos e úmidos; e impactos nos isolamentos no meio do vão e em uma torre de um surto atmosférico incidente nos cabos pára-raios. Para todos os testes realizados, a resposta do modelo esteve de acordo com o comportamento esperado.

Os conceitos presentes na Física Moderna e Contemporânea (FMC), como aqueles relacionados à estrutura da matéria, rompem com ideias do cotidiano e envolvem fenômenos e entidades que são parte de uma realidade tecnicamente construída e não podem ser percebidos de forma direta pelos sentidos humanos. Seu ensino requer meios representativos, e as simulações computacionais atendem a esta necessidade. Nesta pesquisa, tendo como marco teórico ideias relacionadas ao estudo dos modelos mentais e conceituais, ideias provenientes da epistemologia da ciência de Bachelard, e considerando algumas ideias presentes na teoria das situações didáticas de Brousseau, buscamos identificar obstáculos de aprendizagem que atuam no ensino de conceitos do tópico Estrutura da Matéria em que são utilizadas simulações computacionais. Tendo como pano de fundo um processo iterativo de desenho, implementação e redesenho de um curso sobre a estrutura da matéria e aceleradores de partículas, analisamos a emersão de possíveis obstáculos epistemológicos, e verificamos como obstáculos didático-pedagógicos facilitavam esta emersão. Como resultados, identificamos obstáculos epistemológicos e didático-pedagógicos de diferentes naturezas, entre os quais, alguns relacionados à percepção ingênua de fenômenos do cotidiano, alguns relacionados ao uso de metáforas e imagens, e outros relacionados a um raciocínio limitado e incongruente. Acreditamos que as análises e conclusões desta pesquisa contribuem para uma reflexão sobre o ensino de tópicos de Física Moderna e Contemporânea, e sobre o uso de simulações computacionais como ferramentas pedagógicas. / The concepts of Modern and Contemporary Physics (MCP), such as those related to the structure of matter, break with the everyday ideas and involve phenomena and entities that are part of a reality technically built that cannot be directly perceived by human senses. Its teaching requires representative media, and the computer simulations meet this need. In this research, having as theoretical framework ideas related to the study of mental and conceptual models, ideas from the epistemology of science of Bachelard, and considering some of the ideas present in the theory of didactic situations of Brousseau, we seek to identify learning obstacles who work in teaching concepts of the topic Structure of Matter in which computer simulations are used. Against the backdrop of an iterative process of design, implementing and redesign of a course on the structure of matter and particle accelerators, we analyze the possible emergence of epistemological obstacles, and check how didactic-pedagogical obstacles facilitated this emersion. As a result, we identified epistemological obstacles and didactic-pedagogical obstacles of different nature, including some related to the naive perception of everyday phenomena, some related to the use of metaphors and images, and other related to a limited reasoning and incongruous. We believe that the analysis and conclusions of this research contribute to a reflection on the teaching of Modern and Contemporary Physics topics, and on the use of computer simulations as educational tools.

As metaloproteinases de matriz (MMP) são enzimas superexpressas em quase todos os tumores humanos, sendo que os subtipos MMP-2 e MMP-9 têm sido associados ao potencial metastático e prognóstico desfavorável em neoplasias malignas como, por exemplo, melanoma metastático e glioma. Compostos capazes de inibir a atividade destas enzimas podem representar potenciais agentes terapêuticos. O composto 4-nerolidilcatecol (4-NC), isolado de plantas do gênero Pothomorphe, apresentou resultados promissores para o tratamento do melanoma e glioma e foi capaz de atuar em várias etapas bioquímicas importantes envolvidas na progressão dessas patologias, inclusive inibindo MMP-2 e MMP-9. No entanto, o mecanismo de ação do 4-NC não está completamente elucidado. O presente estudo envolveu a aplicação de métodos de modelagem molecular e de formalismos do planejamento de novas moléculas auxiliado por computador, CAMD (Computer-Aided Molecular Design) a fim de explorar a interação entre esta molécula e as enzimas MMP-2 e MMP-9, além de planejar novos inibidores para estes alvos. Análise exploratória de dados, que compreende a análise de agrupamentos hierárquicos e de componentes principais. foi desenvolvida para um conjunto de hidroxamatos (N=64) descritos como inibidores de MMP-2 e MMP-9, a fim de identificar as propriedades moleculares que mais influenciavam o processo de discriminação dos compostos. As propriedades termodinâmicas, eletrônicas e estéricas foram importantes para descrever os compostos mais ativos no conjunto de dados da MMP-2. Para a MMP-9, o coeficiente de distribuição (ClogD) em pH 1,5 foi relevante no processo de discriminação do conjunto. A presença de substituintes volumosos na porção R3 parece ser crucial para o conjunto de inibidores investigados. Esta região está envolvida em interações moleculares com a cavidade S1 de ambas as enzimas, mas há um limite de volume a ser considerado para estes substituintes. O formalismo QSAR-4D independente do receptor (IR) foi aplicado ao mesmo conjunto de dados e permitiu estabelecer o mapeamento do farmacóforo, além de explorar diferentes alinhamentos para a obtenção da hipótese de conformação bioativa prevista pelo melhor modelo de QSAR. OS modelos QSAR apresentaram boa capacidade de previsão, auxiliaram na proposição de novos inibidores e estimaram a atividade do 4-NC. Com o melhor modelo QSAR para MMP-9 (N=64), a atividade prevista para o 4-NC foi classificada na faixa dos inibidores com atividade moderada. Entretanto, o melhor modelo QSAR obtido para MMP-2 (N=38) não foi capaz de prever, de forma adequada, a atividade de compostos com arcabouço químico diferente daqueles utilizados na construção dos modelos. Estudos de ancoramento molecular foram desenvolvidos para investigar a orientação do 4-NC no sitio catalítico das duas enzimas e as interações que poderiam ser estabelecidas nestes complexos. Duas conformações favoráveis foram encontradas. Simulações computacionais de dinâmica molecular foram desenvolvidas com os complexos mais promissores selecionados nos estudos de ancoramento, a fim de obter informações mais detalhadas e de maior confiabilidade. sobre suas interações intermoleculares. O 4-NC tende a se orientar no sítio de forma a acomodar sua cadeia lateral no bolso S1 adjacente ao sítio catalítico em ambas as enzimas. Ensaios de zimografia também foram realizados com o objetivo de elucidar possíveis contribuições da cadeia lateral e do núcleo catecólico do 4-NC na atividade inibitória frente às enzimas em estudo. O núcleo catecólico parece ser o responsável por sua atividade, pois o composto 1,2dimetoxibenzeno, que possui as hidroxilas bloqueadas por grupos metil, não foi capaz de exercer atividade inibitória significante frente à MMP-2 e MMP-9. Estudos de voltametria reforçaram a hipótese de que o 4-NC tem a capacidade de quelar os íons zinco presentes no tampão de incubação. / Matrix metalloproteinases (MMP) enzymes are overexpressed in almost all human tumors, and MMP-2 and MMP-9 subtypes have been associated with metastatic potential and poor prognosis in malignant tumors, such as metastatic melanoma and glioma. Compounds capable of inhibiting the activity of theses enzymes would be considered as potential therapeutic agents. The 4-nerolidylcatechol compound (4-NC), isolated from plants of genus Pothomorphe, has showed promising results in the treatment of melanoma and glioma, and was able to act in several important biochemical steps involved in the progression of these diseases, as well as inhibiting MMP-2 and MMP-9. However, the 4-NC mechanism of action is not completely understood. This study has involved the application of molecular modeling methods and formalisms of computer-aided molecular design (CAMD) in order to explore the interaction between 4-NC and MMP-2/MMP-9, and to design new inhibitors for these targets. Exploratory data analysis, which comprises hierarchical cluster analysis and principal components analysis, was performed to a set of hydroxamates (N=64). previously reported as MMP-2 and MMP-9 inhibitors, in order lo identify the molecular properties that is most critical for the discrimination process regarding the investigated compounds. The thermodynamic, electronic, and steric properties were: quite important to describe the highly active compounds in the data set of MMP-2, whereas the apparent partition coefficient (ClogD) at pH 1.5 was the property more relevant for MMP-9 data set. The presence of bulky substituents on the R3 moiety seems to be crucial for this set of inhibitors due to the molecular interaction with the S1 subsite of both enzymes. However, there is a limit regarding the substituents volume in this region. Receptor independent (RI) 4D-QSAR analysis was applied lo the same data set and it was possible to establish the pharmacophore mapping, besides to explore different alignments in order to generate the hypothesized bioactive conformation through the best QSAR model. The QSAR models have presented good predictability, assisted in proposing new inhibitors, and estimated the activity of 4-NC. Regarding the best QSAR model for MMP-9 (N=64), the 4-NC predicted activity was classified in the range of the moderate active inhibitors. The best QSAR model obtained for MMP-2 (N=38), however was not able to properly predict the activity for compounds with different chemical scaffold from those used to build up the QSAR model. Molecular docking studies have been developed to investigate the 4-NC binding mode into the catalytic site of the two enzymes and the interactions that could be established in those complexes. The results have shown two favorable conformers regarding the MMP inhibition. Molecular dynamics computational simulation were combined to molecular docking studies in order to obtain more detailed and reliable information regarding the intermolecular interactions of each complex. The 4-NC molecule tends to accommodate the side chain in the S1 pocket adjacent to the catalytic site in both enzymes. Experimental zymography assays were also performed to elucidate the possible contribution of the side chain and the catechol core in the 4-NC inhibitory activity against the MMP-2 and MMP-9 enzymes. The catechol core seems to be responsible for its activity, since the 1,2 dimethoxybenzene compound, which has the hydroxyl blocked by a methyl group, was not able to exert any significant inhibition on enzymes. Voltametric assays confirmed the hypothesis that 4-NC chelates zinc ions present in the incubation buffer.

As moléculas Prodan (6-propionil-2-dimetilamino-naftaleno) e Laurdan (6- dodecanoil-2-dimetilamina-naftaleno) são muito usadas como sondas fluorescentes em bicamadas lipídicas e, mais raramente, em membranas celulares. Esta tese de doutorado teve por objetivo realizar um estudo dessas sondas em diferentes ambientes, para ampliar o entendimento de suas estruturas e características espectroscópicas em diferentes solventes e em bicamadas lipídicas. Este estudo foi feito utilizando duas abordagens, uma experimental e outra teórica. Com resultados teóricos e experimentais, mostramos que o cromóforo é o mesmo para as duas moléculas. Experimentalmente, foram medidos e comparados os espectros de absorção eletrônica em solventes de diferentes polaridades e em bicamadas lipídicas. Foi construído um modelo teórico para o estado fundamental do Prodan em diferentes solventes, onde verificamos que a geometria molecular é planar e a molécula sofre uma grande polarização em solventes de maior polaridade. Teoricamente, reproduzimos os espectros de absorção em todos os solventes, mostrando que eles são compostos por três transições eletrônicas. Verificamos, experimental e teoricamente, que o Prodan forma agregados quando colocado em solução aquosa, em todas as concentrações estudadas (0.9 a 20.0 uM). Adicionalmente, foram medidos e comparados os espectros de emissão fluorescente, e mostramos que eles apresentam duas bandas de emissão em todos os solventes estudados e em bicamada lipídicas. Essas bandas estão relacionadas com dois tempos de vida, evidenciando a presença de dois estados excitados para essas sondas. Porém, a natureza dos estados excitados em solventes homogêneos e em bicamadas lipídicas parece ser diferente. Uma metodologia de análise dos espectros de emissão fluorescente foi proposta. A comparação dos espectros de emissão do Prodan e do Laurdan em bicamadas lipídicas mostrou que as sondas monitoram micro-ambientes ligeiramente diferentes. Nossos resultados indicam que os dois fluoróforos posicionam-se próximos à superfície da bicamada lipídica, porém o Prodan parece estar mais exposto à água. Além disso, o Prodan apresenta uma pequena partição em água, quando a bicamada está na fase gel. / Prodan (6-propionyl-2-dimethylamino-naphthalene) and Laurdan (6-dodecanoyl-2- dimethylamino-naphthalene) molecules are frequently used as fluorescent probes in lipid bilayers and, more rarely, in cell membranes. The objective of this PhD thesis was to study these probes in several environments, to increase the understanding about its structures and spectroscopic characteristics in several solvents and lipid bilayers. This study was carried out using two approaches: experimental and theoretical. With experimental and theoretical results, we demonstrated that the two molecules have the same chromophore. Experimentally, electronic absorption spectra were measured and compared in solvents of several polarities and lipid bilayers, for both molecules. A theoretical model was constructed for Prodans fundamental state in several solvents, in which we found that its molecular geometry is planar and that the molecule undergoes a great deal of polarization in solvents of higher polarity. Theoretically, we emulated the absorption spectra in all solvents studied, showing that they are well described by three electronic transitions. We verified, experimental and theoretically, that Prodan aggregates in aqueous solution at all concentration ranges (0.9 a 20.0 uM). Additionally, the fluorescent emission spectra were measured and compared, and we demonstrated that they are composed by two emission bands in all solvents and lipid bilayers. These bands were related to two fluorescent lifetimes, evidencing the presence of two excitation states for these probes. However, the nature of the excited states in homogeneous solvents and in lipid bilayers seems to be different. A methodology to analyze the emission spectra was proposed. The comparison of Prodans and Laurdans emission spectra in lipid bilayers showed that the probes monitor a slightly different micro-environment. Our results indicated that both fluorophores are located near the bilayers surface, although Prodan seems to be more exposed to water molecules. Besides that, Prodan partitions in water, when the bilayer is in the gel phase.

A dissertação apresenta os resultados obtidos com o desenvolvimento de um programa de computação abrangente em interface gráfica para ambiente Windows visando a estimativa de parâmetros de interesse genético-populacional (freqüências alélicas, respectivos erros-padrão e intervalos de confiança a 95%) e o teste de hipóteses genéticas (equilíbrio de Hardy-Weinberg e análise de estruturação hierárquica populacional), por meio de métodos tradicionais e por meio de testes exatos obtidos com procedimentos de simulação (bootstrap e jackknife). / The dissertation presents the results obtained with the development of a comprehensive computation program (software), running on the Windows (MS) graphic interface, with the aim of: (a) estimating parameters of population genetic interest (such as allelic frequencies and their corresponding standard errors and 95% confidence intervals); and (b) performing the testing of genetic hypotheses (Hardy-Weinberg population ratios and analysis of population hierarchical structure) by means of traditional methods as well as through exact tests obtained with computer simulation procedures (bootstrap and jackknife methods).

As moléculas Prodan (6-propionil-2-dimetilamino-naftaleno) e Laurdan (6- dodecanoil-2-dimetilamina-naftaleno) são muito usadas como sondas fluorescentes em bicamadas lipídicas e, mais raramente, em membranas celulares. Esta tese de doutorado teve por objetivo realizar um estudo dessas sondas em diferentes ambientes, para ampliar o entendimento de suas estruturas e características espectroscópicas em diferentes solventes e em bicamadas lipídicas. Este estudo foi feito utilizando duas abordagens, uma experimental e outra teórica. Com resultados teóricos e experimentais, mostramos que o cromóforo é o mesmo para as duas moléculas. Experimentalmente, foram medidos e comparados os espectros de absorção eletrônica em solventes de diferentes polaridades e em bicamadas lipídicas. Foi construído um modelo teórico para o estado fundamental do Prodan em diferentes solventes, onde verificamos que a geometria molecular é planar e a molécula sofre uma grande polarização em solventes de maior polaridade. Teoricamente, reproduzimos os espectros de absorção em todos os solventes, mostrando que eles são compostos por três transições eletrônicas. Verificamos, experimental e teoricamente, que o Prodan forma agregados quando colocado em solução aquosa, em todas as concentrações estudadas (0.9 a 20.0 uM). Adicionalmente, foram medidos e comparados os espectros de emissão fluorescente, e mostramos que eles apresentam duas bandas de emissão em todos os solventes estudados e em bicamada lipídicas. Essas bandas estão relacionadas com dois tempos de vida, evidenciando a presença de dois estados excitados para essas sondas. Porém, a natureza dos estados excitados em solventes homogêneos e em bicamadas lipídicas parece ser diferente. Uma metodologia de análise dos espectros de emissão fluorescente foi proposta. A comparação dos espectros de emissão do Prodan e do Laurdan em bicamadas lipídicas mostrou que as sondas monitoram micro-ambientes ligeiramente diferentes. Nossos resultados indicam que os dois fluoróforos posicionam-se próximos à superfície da bicamada lipídica, porém o Prodan parece estar mais exposto à água. Além disso, o Prodan apresenta uma pequena partição em água, quando a bicamada está na fase gel. / Prodan (6-propionyl-2-dimethylamino-naphthalene) and Laurdan (6-dodecanoyl-2- dimethylamino-naphthalene) molecules are frequently used as fluorescent probes in lipid bilayers and, more rarely, in cell membranes. The objective of this PhD thesis was to study these probes in several environments, to increase the understanding about its structures and spectroscopic characteristics in several solvents and lipid bilayers. This study was carried out using two approaches: experimental and theoretical. With experimental and theoretical results, we demonstrated that the two molecules have the same chromophore. Experimentally, electronic absorption spectra were measured and compared in solvents of several polarities and lipid bilayers, for both molecules. A theoretical model was constructed for Prodans fundamental state in several solvents, in which we found that its molecular geometry is planar and that the molecule undergoes a great deal of polarization in solvents of higher polarity. Theoretically, we emulated the absorption spectra in all solvents studied, showing that they are well described by three electronic transitions. We verified, experimental and theoretically, that Prodan aggregates in aqueous solution at all concentration ranges (0.9 a 20.0 uM). Additionally, the fluorescent emission spectra were measured and compared, and we demonstrated that they are composed by two emission bands in all solvents and lipid bilayers. These bands were related to two fluorescent lifetimes, evidencing the presence of two excitation states for these probes. However, the nature of the excited states in homogeneous solvents and in lipid bilayers seems to be different. A methodology to analyze the emission spectra was proposed. The comparison of Prodans and Laurdans emission spectra in lipid bilayers showed that the probes monitor a slightly different micro-environment. Our results indicated that both fluorophores are located near the bilayers surface, although Prodan seems to be more exposed to water molecules. Besides that, Prodan partitions in water, when the bilayer is in the gel phase.