CAMARÃO, Diego de Lucena. Propriedades difusivas de sistemas clássicos confinados. 2011. 79 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Programa de Pós-Graduação em Física, Departamento de Física, Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2011. / Submitted by Edvander Pires (edvanderpires@gmail.com) on 2015-04-28T21:29:36Z No. of bitstreams: 1 2011_dis_dlcamarao.pdf: 2441556 bytes, checksum: ff4cb229929b646cece7ef667144d79d (MD5) / Approved for entry into archive by Edvander Pires(edvanderpires@gmail.com) on 2015-04-29T17:54:40Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2011_dis_dlcamarao.pdf: 2441556 bytes, checksum: ff4cb229929b646cece7ef667144d79d (MD5) / Made available in DSpace on 2015-04-29T17:54:41Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2011_dis_dlcamarao.pdf: 2441556 bytes, checksum: ff4cb229929b646cece7ef667144d79d (MD5) Previous issue date: 2011 / Nesta dissertação, fizemos um estudo das propriedades difusivas de um sistema de partículas clássicas carregadas em canais quasi-unidimensionais. Mais especificamente, no Capítulo 2, apresentamos uma revisão do problema da difusão e do movimento browniano. Mostramos que as abordagens de Einstein e de Langevin para o movimento browniano são equivalentes no limite de tempos longos. Isto foi feito através do cálculo analítico do deslocamento quadrático médio (MSD) de um sistema unidimensional de N partículas não--interagentes através da solução da equação de difusão. No Capítulo 3, introduzimos o método de Dinâmica Molecular (DM), amplamente utilizado em simulações computacionais de sistemas de N partículas clássicas. Apresentamos dois métodos de integração numérica das equações de movimento: o algoritmo de Verlet e o algoritmo leapfrog. Abordamos brevemente o método de Dinâmica Molecular de Langevin (DML), que inclui um termo de flutuações térmicas (força estocástica), devido às colisões das moléculas do fluido com as partículas do sistema. Finalmente, apresentamos uma aproximação do método de DML chamada Dinâmica Browniana (DB). No Capítulo 4, estudamos as propriedades difusivas, através da análise do deslocamento quadrático médio, de um sistema de partículas clássicas carregadas sujeitas à ação de um potencial de confinamento unidimensional, analisando a transição do regime de difusão em linha (SFD) para o regime de difusão bidimensional (2D). Vimos como ocorre essa transição em função dos parâmetros que regulam o potencial de confinamento. Discutimos a validade dos resultados numéricos obtidos em relação a resultados analíticos teóricos encontrados na literatura. Finalmente, no Capítulo 5, apresentamos um resumo dos resultados obtidos, bem como discutimos perspectivas e sugestões para futuros trabalhos.

Apresentamos uma série de estudos, baseados em simulações de Dinâmica Molecular no vácuo e em solução, sobre o processo de complexação das supramoléculas tetraethylester p-tert-butyl calix[4]arene (CLE) e tetramethylketone p-tert-butyl calix[4]arene (CLC) com os íons Pb2+ e Cd2+ e espécies neutras. Os modelos para as moléculas de calixareno e do solvente foram baseados no campo de forças OPLS-AA. Os parâmetros para os íons foram desenvolvidos a partir de uma metodologia de ajuste de valores de modo a reproduzirem simultaneamente propriedades termodinâmicas e estruturais obtidas experimentalmente ou por cálculos de QM/MM. As simulações no estado líquido nos mostraram que o CLE aprisiona os íons de maneira mais eficiente que o CLC, formando complexos mais estáveis. A complexação do íon desencadeia um efeito alostérico em ambos os calixarenos estudados, permitindo a complexação de uma molécula de acetonitrila na cavidade hidrofóbica estabilizando o complexo. Nas simulações com o CLC observamos que a complexação da acetonitrila é necessária para manter o íon ligado à cavidade hidrofílica, evidenciando a dependência desses complexos com esse solvente em específico. Apesar de observarmos que o CLE apresenta maior afinidade com os íons Pb2+ e Cd2+ que o CLC, somente futuras simulações utilizando a água como solvente poderão confirmar a viabilidade do uso desta molécula em sistemas destinados à despoluição ambiental. / We report a series of Molecular Dynamics simulations, in vacuum and in acetonitrile solution, on the complexation process of the calixarens tetraethylester p-tert-butyl calix[4]arene (CLE) and tetramethylketone p-tert-butyl calix[4]arene (CLC) with Pb2+ and Cd2+ anions and neutral species. The solvent and calixarene molecules were modeled based on the OPLS-AA force field. The parameters for the ions were adjusted to simultaneously reproduce some structural and thermodynamic properties obtained either experimentally or from QM/MM calculations. The simulations in the liquid phase show CLE to be more efficient than CLC in trapping the studied metal ions, leading to more stable complexes. Ion complexation gives rise to an allosteric effect by which a solvent molecule is trapped in the hydrophobic cavity giving rise to further stabilization of the complex. Simulations on CLC show that formation of the calixarene-acetonitrile adduct is essential to the stabilization of the ionic complex, thus exhibiting the influence of this particular solvent in the very existence of the complex. In spite of the conclusion that CLE has higher affinity than CLC for Pb2+ and Cd2+ ions, only further studies in water solution will permit to evaluate the real potential of this molecule as an efficient scavenger of environmental heavy metal pollution.

Apresentamos uma série de estudos, baseados em simulações de Dinâmica Molecular no vácuo e em solução, sobre o processo de complexação das supramoléculas tetraethylester p-tert-butyl calix[4]arene (CLE) e tetramethylketone p-tert-butyl calix[4]arene (CLC) com os íons Pb2+ e Cd2+ e espécies neutras. Os modelos para as moléculas de calixareno e do solvente foram baseados no campo de forças OPLS-AA. Os parâmetros para os íons foram desenvolvidos a partir de uma metodologia de ajuste de valores de modo a reproduzirem simultaneamente propriedades termodinâmicas e estruturais obtidas experimentalmente ou por cálculos de QM/MM. As simulações no estado líquido nos mostraram que o CLE aprisiona os íons de maneira mais eficiente que o CLC, formando complexos mais estáveis. A complexação do íon desencadeia um efeito alostérico em ambos os calixarenos estudados, permitindo a complexação de uma molécula de acetonitrila na cavidade hidrofóbica estabilizando o complexo. Nas simulações com o CLC observamos que a complexação da acetonitrila é necessária para manter o íon ligado à cavidade hidrofílica, evidenciando a dependência desses complexos com esse solvente em específico. Apesar de observarmos que o CLE apresenta maior afinidade com os íons Pb2+ e Cd2+ que o CLC, somente futuras simulações utilizando a água como solvente poderão confirmar a viabilidade do uso desta molécula em sistemas destinados à despoluição ambiental. / We report a series of Molecular Dynamics simulations, in vacuum and in acetonitrile solution, on the complexation process of the calixarens tetraethylester p-tert-butyl calix[4]arene (CLE) and tetramethylketone p-tert-butyl calix[4]arene (CLC) with Pb2+ and Cd2+ anions and neutral species. The solvent and calixarene molecules were modeled based on the OPLS-AA force field. The parameters for the ions were adjusted to simultaneously reproduce some structural and thermodynamic properties obtained either experimentally or from QM/MM calculations. The simulations in the liquid phase show CLE to be more efficient than CLC in trapping the studied metal ions, leading to more stable complexes. Ion complexation gives rise to an allosteric effect by which a solvent molecule is trapped in the hydrophobic cavity giving rise to further stabilization of the complex. Simulations on CLC show that formation of the calixarene-acetonitrile adduct is essential to the stabilization of the ionic complex, thus exhibiting the influence of this particular solvent in the very existence of the complex. In spite of the conclusion that CLE has higher affinity than CLC for Pb2+ and Cd2+ ions, only further studies in water solution will permit to evaluate the real potential of this molecule as an efficient scavenger of environmental heavy metal pollution.

A dengue é uma doença viral infecciosa predominante de regiões tropicais e subtropicais que atinge cerca de 400 milhões de pessoas anualmente. Possui quatro sorotipos diferentes do vírus (DEN.I-IV), de modo que a reinfecção por um novo sorotipo pode causar um quadro mais grave da doença: a dengue hemorrágica e a síndrome do choque da dengue. Durante o processo de infecção o vírus passa por duas etapas importantes: a primeira é a entrada dentro da célula hospedeira; a segunda etapa, é a fusão da bicamada lipídica viral com a membrana do endossomo. Ambas as etapas são mediadas pela Glicoproteína E, e é nessa proteína que se encontra o peptídeo putativo de fusão. O peptídeo possui elevado grau de homologia entre todos os membros de Flaviviridae. Neste trabalho, avaliamos a interação entre o peptídeo de fusão da dengue II, modificado, e membranas modelo através da combinação de técnicas experimentais (Fluorescência, SAXS, DSC e Cryo-TEM) e simulações por Dinâmica Molecular. Avaliamos a capacidade do peptídeo DEN.II 88-123 em induzir a fusão de vesículas de DMPC, DMPC:DMPG (4:1), bem como de alterar as propriedades das bicamadas lipídicas. Buscamos ainda compreender como sua estrutura secundária é afetada pela interação com as bicamadas lipídicas e qual o posicionamento dele em relação à membrana. Conseguimos mostrar que o peptídeo é capaz de alterar a cooperatividade lipídica das membranas conforme a composição lipídica e isso pode ser relacionado a capacidade de induzir fusão entre vesículas. Entretanto, os resultados de dinâmica molecular revelaram que o peptídeo não foi capaz de induzir mudanças em parâmetros estruturais tais como: área por lipídio, espessura e parâmetro de ordem da bicamada. Durante a interação o peptídeo ficou preferencialmente na superfície da bicamada, com inserção do resíduo hidrofóbico triptofano entre as cadeias alifáticas. O peptídeo não apresentou uma conformação estrutural preferencial, embora tenha apresentado pequenas proporções de formação de folha- e -hélice. Em conjunto, esses resultados podem auxiliar na compreensão do modo de ação dos peptídeos de fusão. / Dengue fever is viral infectious disease widespread in tropical and subtropical areas that infects nearly 400 million people annually. There are four different virus serotypes (DEN.I-IV) so that a reinfection by a different serotype may lead to a more severe case of the disease: dengue hemorrhagic fever and the dengue shock syndrome. During the infection cycle, the virus has two important steps: the first one is the entry in the host cell; the second one, is the fusion between the viral lipid bilayer and the endosomal membrane. Both steps are mediated by the E Glycoprotein, that is the host of the putative fusion peptide. The fusion peptide has a high degree of homology among the members of the Flaviviridae. In this work, we evaluated the interaction between modified dengue fusion peptide and model membranes through the combination of experiments (fluorescence, SAXS, DSC and Cryo-TEM), and Molecular Dynamics simulations. We evaluated the capacity of the DEN.II 88-123 peptide to promote fusion between vesicles composed by DMPC, DMPC:DMPG (4:1), as well as the ability to perturb the lipid bilayer properties. Moreover, we seek to understand how the secondary structure is affected by interaction with the model membranes and the peptide position in the membrane. We showed that the peptide is able to change the membrane lipid cooperativity depending on the lipid composition and it may be related to the capacity of fusion induction between vesicles. However, the results revealed that the peptide does not induce changes in the structural parameters such as area per lipid, thickness and bilayer order parameter. The peptide binds to the surface of the lipid bilayer with the insertion of the tryptophan residue into the region of aliphatic chains. The peptide did not have a preferential secondary structure, although it presented a low percentage of -sheet and -helice conformation. Together, these results may help to understand the mode of action of fusion peptides.

A dengue é uma doença viral infecciosa predominante de regiões tropicais e subtropicais que atinge cerca de 400 milhões de pessoas anualmente. Possui quatro sorotipos diferentes do vírus (DEN.I-IV), de modo que a reinfecção por um novo sorotipo pode causar um quadro mais grave da doença: a dengue hemorrágica e a síndrome do choque da dengue. Durante o processo de infecção o vírus passa por duas etapas importantes: a primeira é a entrada dentro da célula hospedeira; a segunda etapa, é a fusão da bicamada lipídica viral com a membrana do endossomo. Ambas as etapas são mediadas pela Glicoproteína E, e é nessa proteína que se encontra o peptídeo putativo de fusão. O peptídeo possui elevado grau de homologia entre todos os membros de Flaviviridae. Neste trabalho, avaliamos a interação entre o peptídeo de fusão da dengue II, modificado, e membranas modelo através da combinação de técnicas experimentais (Fluorescência, SAXS, DSC e Cryo-TEM) e simulações por Dinâmica Molecular. Avaliamos a capacidade do peptídeo DEN.II 88-123 em induzir a fusão de vesículas de DMPC, DMPC:DMPG (4:1), bem como de alterar as propriedades das bicamadas lipídicas. Buscamos ainda compreender como sua estrutura secundária é afetada pela interação com as bicamadas lipídicas e qual o posicionamento dele em relação à membrana. Conseguimos mostrar que o peptídeo é capaz de alterar a cooperatividade lipídica das membranas conforme a composição lipídica e isso pode ser relacionado a capacidade de induzir fusão entre vesículas. Entretanto, os resultados de dinâmica molecular revelaram que o peptídeo não foi capaz de induzir mudanças em parâmetros estruturais tais como: área por lipídio, espessura e parâmetro de ordem da bicamada. Durante a interação o peptídeo ficou preferencialmente na superfície da bicamada, com inserção do resíduo hidrofóbico triptofano entre as cadeias alifáticas. O peptídeo não apresentou uma conformação estrutural preferencial, embora tenha apresentado pequenas proporções de formação de folha- e -hélice. Em conjunto, esses resultados podem auxiliar na compreensão do modo de ação dos peptídeos de fusão. / Dengue fever is viral infectious disease widespread in tropical and subtropical areas that infects nearly 400 million people annually. There are four different virus serotypes (DEN.I-IV) so that a reinfection by a different serotype may lead to a more severe case of the disease: dengue hemorrhagic fever and the dengue shock syndrome. During the infection cycle, the virus has two important steps: the first one is the entry in the host cell; the second one, is the fusion between the viral lipid bilayer and the endosomal membrane. Both steps are mediated by the E Glycoprotein, that is the host of the putative fusion peptide. The fusion peptide has a high degree of homology among the members of the Flaviviridae. In this work, we evaluated the interaction between modified dengue fusion peptide and model membranes through the combination of experiments (fluorescence, SAXS, DSC and Cryo-TEM), and Molecular Dynamics simulations. We evaluated the capacity of the DEN.II 88-123 peptide to promote fusion between vesicles composed by DMPC, DMPC:DMPG (4:1), as well as the ability to perturb the lipid bilayer properties. Moreover, we seek to understand how the secondary structure is affected by interaction with the model membranes and the peptide position in the membrane. We showed that the peptide is able to change the membrane lipid cooperativity depending on the lipid composition and it may be related to the capacity of fusion induction between vesicles. However, the results revealed that the peptide does not induce changes in the structural parameters such as area per lipid, thickness and bilayer order parameter. The peptide binds to the surface of the lipid bilayer with the insertion of the tryptophan residue into the region of aliphatic chains. The peptide did not have a preferential secondary structure, although it presented a low percentage of -sheet and -helice conformation. Together, these results may help to understand the mode of action of fusion peptides.

Submitted by Rosivalda Pereira (mrs.pereira@ufma.br) on 2017-06-14T16:54:49Z No. of bitstreams: 1 AlbertoLopes.pdf: 7651509 bytes, checksum: 542872f26d9cc8bf6b0b65d8a7151d16 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-14T16:54:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 AlbertoLopes.pdf: 7651509 bytes, checksum: 542872f26d9cc8bf6b0b65d8a7151d16 (MD5) Previous issue date: 2015-07-07 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPQ) / Fundação de Amparo à Pesquisa e ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico do Maranhão (FAPEMA) / The tick Rhipicephalus microplus is the major cattle ectoparasite of the world accounting for losses of billions of dollars that directly affect the return of such livestock. Its control is difficult due to the resistance of ticks to all chemical bases commercially available miticides. Acaricidal activity of terpenes has been evaluated in several studies that show satisfactory results, indicating these compounds are potential sources of new acaricidal products. The aim of this work was to select terpenes with potential activity against enzyme acetylcholinesterase (AChE) from R. microplus. Properties of the molecular volume, geometric parameters and vibrational terpenes were obtained from quantum chemical calculations the density functional theory level. Bioinformatic methodologies were applied to study the interaction of terpenes identified in essential oils of Citrus spp. and Lippia spp. with three AChE R. microplus. Since there are no available experimental structures, models of the three AChE were generated by homology modeling and then refined by molecular dynamics simulations. Soon after, were studies of molecular docking to detect best energy conformation of interaction and molecular dynamics simulations of this complex were carried out to study the behavior of this interaction. Our results suggest that the known acaricide activity of carvacrol is associated with its interaction with AChEs, while the acaricide activity of thymol is not associated with inhibition of that enzyme. Also, as expected, showed an excellent interaction coumafos acaricide and reports the first record of interaction of AChE from R. microplus with gammamuuruleno and elemol terpenes, molecules with few studies and that now configure themselves as candidates potential new acaricidal products. / O carrapato Rhipicephalus microplus é o principal ectoparasita da bovinocultura mundial sendo responsável por perdas de bilhões de dólares que afetam diretamente o retorno de tal produção animal. Seu controle é difícil devido à resistência dos carrapatos a todas as bases químicas de acaricidas comercialmente disponíveis. A atividade acaricida de terpenos tem sido avaliada em vários estudos que mostram resultados satisfatórios, indicando que estes compostos são fontes potenciais de novos produtos acaricidas. O objetivo desse trabalho foi selecionar terpenos com potencial atividade sobre a enzima acetilcolinesterase (AChE) de R. microplus. As propriedades do volume molecular, os parâmetros geométricos e vibracionais de terpenos foram obtidos a partir de cálculos de química quântica no nível da teoria do funcional de densidade. Metodologias de bioinformática foram aplicadas para estudar a interação de terpenos identificados em óleos essenciais de Citrus spp. e Lippia spp. com as três AChE de R. microplus. Como não existem estruturas experimentais disponíveis, modelos das três AChE foram gerados por modelagem por homologia e em seguida refinadas por simulações de dinâmica molecular. Logo após, foram realizados estudos de docagem molecular para detectar a melhor conformação energética de interação e simulações de dinâmica molecular desse complexo foram realizadas para estudarmos o comportamento dessa interação. Os resultados sugerem que a conhecida atividade carrapaticida do carvacrol está associada com a sua interação com a AChE, enquanto que a atividade carrapaticida do timol não está associado com a inibição dessa mesma enzima. Além disso, como esperado, mostrou uma excelente interação do carrapaticida cumafós e relata o primeiro registro da interação da AChE de R. microplus com os terpenos gama-muuruleno e elemol, moléculas com poucos estudos e que a partir de agora configuram-se como candidatos potenciais para novos produtos acaricidas.

Submitted by Rosivalda Pereira (mrs.pereira@ufma.br) on 2017-06-14T17:55:12Z No. of bitstreams: 1 RosaHelenaSilva.pdf: 2716670 bytes, checksum: 07dee1e77d704e91281c33c31e8c4938 (MD5) / Made available in DSpace on 2017-06-14T17:55:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 RosaHelenaSilva.pdf: 2716670 bytes, checksum: 07dee1e77d704e91281c33c31e8c4938 (MD5) Previous issue date: 2016-10-19 / Borreria verticillata (L.) G. Mey species known as broom vassourinha has antibacterial, antimalarial, hepatoprotective, antioxidative, analgesic and antiinflammatory activities; however, its antinociceptive action still demands more thorough investigation. The present study was to assess the antinociceptive activity of B. verticillata crude hydroalcoholic extract (EHBv) and the ethyl acetate fraction (FAc) by means of in vivo and in silico studies. In vivo assessment included the paw edema test, the writhing test, the formalin test and the tail flick test. Wistar rats and Swiss mice were divided into 6 groups and given the following treatments oral: 0.9% NaCl control group (CTL), 10 mg/kg memantine (MEM), 10 mg/kg indomethacin (INDO), 500 mg/kg EHBv (EHBv 500), 25 mg/kg FAC (FAc 25), 50 mg/kg and FAc (FAC 50). EHBv, FAc 25 and 50 treatments exhibited anti-edematous and peripheral antinociceptive effects. For in silico assessment, compounds found in FAc were subjected to molecular docking, and the leading compound was selected for molecular dynamics (MD) simulations. Ursolic acid exhibited better affinity parameters with the enzyme COX-2 and the NMDA receptor subunits GluN1a and GluN2B on molecular docking. In MD simulations, AU exhibited highly frequent interactions with residues Arg120 and Glu524 in the COX-2 active site and NMDA, whereby it might prevent COX-2 and NMDA receptor activation. Treatment with ursolic acid 10mg / Kg (AU) showed peripheral and central antinoceceptivo effect. The antinociceptive effect of B. verticillata might be predominantly attributed to peripheral actions, including the participation of anti-inflammatory components. Ursolic acid is the main active component and seems to be a promising source of COX-2 inhibitors and NMDA receptor antagonists / Borreria verticillata (L.) G. Mey espécie conhecida como vassourinha apresenta atividade antibacteriana, antimalárica, hepatoprotetora, antioxidante, analgésica e anti-inflamatória, entretanto sua atividade antinociceptiva é pouco estudada. O objetivo deste trabalho foi avaliar atividade antinociceptiva do extrato hidroalcoólico bruto (EHBv) e fração acetato de etila (FAc) de B. verticillata realizando estudos in vivo e in silico. Para avaliação in vivo, foram utilizados os testes do edema de pata, contorções abdominais, formalina e tail flick. Ratos Wistar e camundongos Swiss foram tratados via oral e divididos em 6 grupos: controle-NaCl 0.9%(CTL), memantina 10 mg/Kg (MEM), indometacina 10 mg/Kg (INDO), EHBv 500 mg/kg (EHBv 500), FAc 25 mg/Kg (FAc 25), FAc 50 mg/Kg (FAc 50). O tratamento com EHBv 500, FAc 25 e 50 apresentou efeito antiedematogênico e antinociceptivo periférico. Para avaliação in silico os compostos identificados na FAc foram submetidos a docagem molecular, o melhor composto foi selecionado para simulações de dinâmica e testado in vivo molecular. O ácido ursólico apresentou melhores parâmetros de afinidade com COX-2, GluN1a e GluN2B durante a docagem molecular. Nas simulações por dinâmica molecular, o ácido ursólico apresentou alta frequência de contatos com Arg120 e Glu524 do local ativo da COX- 2 e com o domínio LBD da Glun1a e GluN2B podendo com isso, impedir a ativação da COX-2 e do receptor NMDA. O tratamento com ácido ursólico 10mg/Kg (AU) apresentou efeito antinoceceptivo periférico e central. Sugere-se que o efeito antinociceptivo periférico de B. verticillata pode ser atribuído predominantemente à ação de compostos com ação anti-inflamatória. O ácido ursólico é o principal composto ativo, sendo um composto promissor para o desenvolvimento de fármacos inibidores da COX-2 e antagonistas dos receptores NMDA.

Orientador: Prof. Dr. Rodrigo Maghdissian Cordeiro / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Ciência & Tecnologia - Química, 2015. / Os componentes lipídicos das membranas celulares são substratos comuns de ataque oxidativo. Durante uma oxidação não-enzimática, tanto os fosfolipídios quanto o colesterol podem reagir com moléculas de 1O2 geradas fotodinamicamente via adição ene, produzindo hidroperóxidos de fosfolipídios e colesterol, respectivamente. Os efeitos citotóxicos e apoptóticos desses hidroperóxidos estão relacionados com a sua influência sobre as propriedades biofísicas das membranas fosfolipídicas, assim como na sua habilidade em disseminar o stress oxidativo. Estas habilidades relacionam-se fortemente com a estrutura química destes hidroperóxidos. Contudo, os mecanismos moleculares subjacentes ainda não estão bem compreendidos. Aqui, foram realizadas simulações de dinâmica molecular de diferentes produtos da oxidação dos fosfolipídios e hidroperóxidos de colesterol em bicamadas de fosfatidilcolina monoinsaturadas. O efeito combinado da peroxidação do colesterol e fosfolipídio também foi investigado. Depois da oxidação, tanto o núcleo rígido de esterol quanto as cadeias acila sn-2 dos fosfolipídios reorientam-se e os grupos hidrofílicos inseridos formam ligações de hidrogênio com os grupos carboniléster dos fosfolipídios. Para o colesterol, esta reorientação provocou a perda das propriedades de condensação e ordenação, com possíveis implicações à formação de domínios laterais na membrana. No caso dos radicais peroxila de colesterol, pequenas mudanças na orientação foram observadas dependendo da posição dos grupos -OO no núcleo de esterol. As possíveis implicações para as habilidades do radical propagar a reação em cadeia foram discutidas. / Lipid components of cell membranes are common substrates for oxidative attack. During a non-enzymatic oxidation, both phospholipids as well as cholesterol molecules can react with photodynamically generated 1O2 via ene addition, producing phospholipids and cholesterol hydroperoxides, respectively. The cytotoxic and apoptotic effects of these hydroperoxides are related to their influence on the biophysical properties of phospholipid membranes, as well as their ability to disseminate oxidative stress. These abilities relate strongly to the chemical structure of these hydroperoxides. However, the underlying molecular mechanisms are not well understood. Here, molecular dynamics simulations of different oxidation products of phospholipids and cholesterol hydroperoxides in monounsaturated phosphatidylcholine bilayers have been performed. The combined effect of phospholipid and cholesterol peroxidation was also investigated. After oxidation, both the rigid ring sterol and the sn-2 acyl chains of the phospholipids tilt themselves and the inserted hydrophilic groups form h-bonds with carbonylester groups of phospholipids. For cholesterol, this tilting caused the loss of condensation and ordering properties, with possible implications for the formation of lateral domains in the membrane. In the case of cholesterol peroxyl radicals, small changes in orientation were observed depending on the position of -OO groups in the sterol ring. The possible implications for the radical skill to propagate the chain reaction were discussed.

Submitted by ERNANE DE FREITAS MARTINS (ernanefmg@hotmail.com) on 2018-06-21T18:31:22Z No. of bitstreams: 1 Tese_Ernane_FINAL.pdf: 73762259 bytes, checksum: 783c569159077630257fc1df333452da (MD5) / Approved for entry into archive by Hellen Sayuri Sato null (hellen@ift.unesp.br) on 2018-06-22T17:57:30Z (GMT) No. of bitstreams: 1 martins_ef_dr_ift.pdf: 73762259 bytes, checksum: 783c569159077630257fc1df333452da (MD5) / Made available in DSpace on 2018-06-22T17:57:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 martins_ef_dr_ift.pdf: 73762259 bytes, checksum: 783c569159077630257fc1df333452da (MD5) Previous issue date: 2018-06-04 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) / Nanotechnology is an important and very active area of research contributing to many different fields. The development of new devices applied to personalized medicine is one of its applications. When we desire to develop new devices many effort are done, including experimental and theoretical investigations. The theoretical/computational physics can enormously contribute to this area, since the simulations can reveal the working mechanism in these systems being possible to understand and propose new devices with improved performance. We present an extensive theoretical investigation of the electronic transport properties of graphene-based devices for DNA sensing. We have used a hybrid methodology which combines quantum mechanics and molecular mechanics, the so called QM/MM method, coupled to electronic transport calculations using non-equilibrium Green’s functions. First, we studied graphene in solution in order to understand the effects of polarization on the electronic and transport properties under different salt concentrations. We also stud- ied graphene with Stone-Wales defect in pure water. For these systems we tested a simple polarization model based on rigid rods. Our analysis were also done over different QM/MM partitions including explicit water molecules in the quantum part. Our results showed that the inclusion of the solvent in the electronic transport calculations for graphene decreases the total transmission, showing the important role played by the water. Our results also showed that the electronic transport properties of graphene do not suffer significant changes as we increase the salt concentration in the solution. The inclusion of polarization effects in graphene, despite changing the structuring of water molecules that make up the first solvation shell of graphene, do not significantly affect the electronic transport through graphene. We then studied DNA sequencing devices. First we focused on sequencing using a nanopore between topological line defects in graphene. Our results showed that sequencing DNA with high selectivity and sensitivity using these devices appears possible. We also address nanogap in graphene. For this we looked at the effects of water on electronic transport by using different setups for the QM/MM partition. We showed that the inclusion of water molecules in the quantum part increases the electronic transmission in several orders of magnitude, also showing the fundamental role played by water in tunneling devices. The electronic transport simulations showed that the proposed device has the potential to be used in DNA sequencing, presenting high selectivity and sensitivity. We propose an graphene-based biochip for sequence-specific detection of DNA strands. The main idea of this sort of device is to detect hybridization of single-stranded DNA, forming double-stranded DNA. We showed that the vertical DNA adsorption, either through an anchor molecule (pyrene) or using the nucleotide itself as anchor, do not present good results for detection, since the signals for the single and double strands are quite similar. For the case of horizontal DNA adsorption on graphene our results indicated that the two signals can be distinguishable, showing promising potential for sensitivity and selectivity. / Nanotecnologia é uma importante e muito ativa área de pesquisa contribuindo para muitos campos diferentes. O desenvolvimento de novos dispositivos aplicados à medicina personalizada é uma de suas aplicações. Quando desejamos desenvolver novos dispositivos muitos esforços são feitos, incluindo investigações experimentais e teóricas. A Física teórica/computacional pode contribuir enormemente com esta área, já que simulações podem revelar o mecanismo de funcionamento nesses sistemas tornando possível entender e propor novos dispositivos com desempenho melhorado. Nós apresentamos uma extensa investigação teórica das propriedades de transporte eletrônico de dispositivos baseados em grafeno para sensoriamento de DNA. Utilizamos uma metodologia híbrida que combina mecânica quântica e mecânica molecular, o chamado método QM/MM, acoplado a cálculos de transporte eletrônico utilizando funções de Green fora do equilíbrio. Primeiramente nós estudamos grafeno em solução de modo a entender os efeitos de polarização nas propriedades eletrônica e de transporte em diferentes concentrações de sal. Também estudamos grafeno com defeito Stone-Wales em água pura. Para esses sistemas, testamos um modelo de polarização simples baseado em bastões rígidos. Nossas análises também foram feitas em diferentes partições QM/MM incluindo moléculas de água explícitas na parte quântica. Nossos resultados mostraram que a inclusão do solvente nos cálculos de transporte eletrônico para o grafeno diminui a transmissão total, mostrando o papel fundamento desempenhado pelo água. Nossos resultados também mostraram que as propriedades de transporte eletrônico do grafeno não sofrem mudanças significativas na medida em que aumentamos a concentração de sal na solução. A inclusão de efeitos de polarização em grafeno, apesar de mudar a estruturação das moléculas de água que compõem a primeira camada de solvatação do grafeno, não afeta significativamente o transporte eletrônico através do grafeno. Nós, então, estudamos dispositivos para sequenciamento de DNA. Focamos primeira- mente no sequenciamento usando nanoporo entre defeitos de linha topológicos no grafeno. Nossos resultados mostraram que o sequenciamento de DNA com alta seletividade e sensitividade usando esses dispositivos se mostra possível. Nós também abordamos nanogap em grafeno. Para tal, avaliamos os efeitos da água no transporte eletrônico utilizando diferentes configurações para a partição QM/MM. Mostramos que a inclusão de moléculas de água na parte quântica aumenta a transmissão eletrônica em várias ordens de grandeza, também mostrando o papel fundamental desempenhado pela água em dispositivos de tunelamento. As simulações de transporte eletrônico mostraram que o dispositivo proposto tem o potencial de ser usado em sequenciamento de DNA, apresentando alta seletividade e sensitividade. Propusemos um biochip baseado em grafeno para detecção de sequências específicas de fitas de DNA. A ideia principal desta classe de dispositivos é detectar a hibridização da fita simples de DNA, formando a fita dupla de DNA. Mostramos que a adsorção vertical de DNA, seja utilizando uma molécula âncora (pireno) ou utilizando o próprio nucleotídio como âncora, não apresenta bons resultados para detecção, já que os sinais para as fitas simples e dupla são bem próximos. Para o caso da adsorção horizontal de DNA em grafeno nossos resultados indicaram que os dois sinais podem ser distinguíveis, mostrando potencial promissor para sensitividade e seletividade.