QSAR e dinâmica molecular no estudo de sistemas biomoleculares: predição da atividade biológica de antagonistas do receptor sigma-1 e simulações de bicamadas lipídicas

Diferentes abordagens teóricas têm sido utilizadas em estudos de sistemas biomoleculares com o objetivo de contribuir com o tratamento de diversas doenças. Para a dor neuropática, por exemplo, o estudo de compostos que interagem com o receptor sigma-1 (Sig-1R) pode elucidar os principais fatores associados à atividade biológica dos mesmos. Nesse propósito, estudos de Relações Quantitativas Estrutura-Atividade (QSAR) utilizando os métodos de regressão por Mínimos Quadrados Parciais (PLS) e Rede Neural Artificial (ANN) foram aplicados a 64 antagonistas do Sig-1R pertencentes à classe de 1-arilpirazóis. Modelos PLS e ANN foram utilizados com o objetivo de descrever comportamentos lineares e não lineares, respectivamente, entre um conjunto de descritores e a atividade biológica dos compostos selecionados. O modelo PLS foi obtido com 51 compostos no conjunto treinamento e 13 compostos no conjunto teste (r² = 0,768, q² = 0,684 e r²teste = 0,785). Testes de leave-N-out, randomização da atividade biológica e detecção de outliers confirmaram a robustez e estabilidade dos modelos e mostraram que os mesmos não foram obtidos por correlações ao acaso. Modelos também foram gerados a partir da Rede Neural Artificial Perceptron de Multicamadas (MLP-ANN), sendo que a arquitetura 6-12-1, treinada com as funções de transferência tansig-tansig, apresentou a melhor resposta para a predição da atividade biológica dos compostos (r²treinamento = 0,891, r²validação = 0,852 e r²teste = 0,793). Outra abordagem foi utilizada para simular o ambiente de membranas sinápticas utilizando bicamadas lipídicas compostas por POPC, DOPE, POPS e colesterol. Os estudos de dinâmica molecular desenvolvidos mostraram que altas concentrações de colesterol induzem redução da área por lipídeo e difusão lateral e aumento na espessura da membrana e nos valores de parâmetro de ordem causados pelo ordenamento das cadeias acil dos fosfolipídeos. As bicamadas lipídicas obtidas podem ser usadas para simular interações entre lipídeos e pequenas moléculas ou proteínas contribuindo para as pesquisas associadas a doenças como Alzheimer e Parkinson. As abordagens usadas nessa tese são essenciais para o desenvolvimento de novas pesquisas em Química Medicinal Computacional.

Proteção de linhas de transmissão de sistemas VSC-HVDC utilizando limitadores de corrente de falta

Tecnologias HVDC que utilizam conversores do tipo fonte de tensão, o VSC-HVDC, ainda não são completamente difundidas e aplicadas no Brasil, em contraste com outros países que começaram a estudar e empregar este tipo de transmissão. Comparado com o HVDC tradicional, o VSC-HVDC é uma tecnologia de transmissão mais eficiente e pode superar deficiências encontradas na transmissão em corrente contínua convencional. O VSC-HVDC pode ser utilizado de maneira mais eficiente nas novas redes de energia, para alimentar ilhas, integração de geração eólica, renovação das linhas em centros urbanos, aplicações multiterminais e conexão com sistemas fracos. Por se tratar de uma tecnologia recente, o VSC-HVDC ainda não é amplamente adotado e uma das principais limitações da utilização destes sistemas é a sua fragilidade diante faltas na linha de corrente contínua. Neste contexto, limitadores de corrente de falta (LCF) podem ser utilizados para minimizar o impacto das faltas. A ação dos limitadores é benéfica ao sistema durante condições de falta, contudo, ainda assim é necessária a atuação do sistema de proteção para extinguir a condição faltosa. Portanto, este trabalho visa propor e avaliar um novo esquema de proteção que opere de maneira seletiva e confiável para sistemas VSC-HVDC na presença de LCF baseados em materiais supercondutores ou LCF indutivos. Para tanto, foram implementadas quatro funções de proteção tradicionais das linhas em CC, a saber: direcional de corrente, diferencial, sobrecorrente com restrição de tensão e ondas viajantes, e ainda, foi proposta uma nova função de proteção, a de condutância, a qual apresentou o menor tempo de identificação de falta, considerando as faltas mais severas. Adicionalmente, foi avaliado o comportamento destas funções quando o sistema apresenta os LCF em série com a linha. Foi demonstrado que é possível extrair os benefícios dos LCF sem deteriorar a qualidade dos resultados das funções de proteção, o que aumenta a segurança e confiabilidade dos sistemas VSC-HVDC, uma vez que os impactos das faltas são minimizados e as mesmas são identificadas em um curto intervalo de tempo.

Ajuste e ensaio de sistemas de proteção de geradores síncronos.

Os sistemas de proteção dos elementos da rede elétrica desempenham um papel de fundamental importância na segurança e confiabilidade dos sistemas de potência. A não atuação ou a atuação incorreta dos relés de proteção durante uma falta localizada em um componente da rede pode transformar-se em um evento sistêmico de grandes proporções (blecaute). Esses eventos trazem riscos e elevados prejuízos econômicos à sociedade. A proteção dos geradores síncronos, apesar do alto custo e complexidade deste tipo de equipamento, não recebe a mesma atenção na literatura que a dedicada à proteção de outros elementos da rede, como, por exemplo, a das linhas de transmissão. Isso decorre do menor número de geradores existentes na rede e também da ideia que as faltas neste tipo de equipamento são menos frequentes. Este trabalho aborda os principais aspectos envolvidos com o projeto de um sistema de proteção para geradores síncronos de grande porte. Incialmente, discutese os principais conceitos associados com os geradores, de interesse para a tarefa de proteção. Particular atenção é dedicada às formas de aterramento e aos critérios adotados para projeto do resistor de aterramento utilizado nesse equipamento. Em seguida, apresentam-se as principais funções de proteção aplicáveis aos geradores, particularmente aquelas voltadas para a detecção de faltas nos enrolamentos do estator. Discute-se também os critérios de ajustes dos parâmetros dessas funções. Descreve-se o uso de uma plataforma laboratorial, baseada em simulador de tempo real (RTDS), para ensaio e análise do sistema de proteção visando validar seu correto desempenho frente às possíveis condições operativas que podem ser encontradas em campo. Finalmente, utilizando os conceitos desenvolvidos ao longo do trabalho, desenvolve-se um estudo de caso, onde é realizado o projeto e implementação do sistema de proteção dos geradores de uma usina hidrelétrica hipotética. Para avaliar e analisar o desempenho do sistema de proteção dessa rede exemplo, parametrizou-se o IED G60 (GE) e realizou-se inúmeras simulações na plataforma de testes proposta.

Manutenção de sistemas produtivos: um estudo sobre a gestão da disponibilidade de equipamentos.

Este trabalho traduz um estudo de casos, que procura pesquisar e sistematizar o conhecimento sobre a gestão do estado dos equipamentos para atender às suas funções produtivas, isto é, uma gestão orientada para resultados. A função manutenção tem sido considerada como aquela que agrega conhecimentos e atividades para assegurar a disponibilidade operacional dos sistemas produtivos, dentro de padrões de desempenho antecipadamente especificados, ao menor custo possível e atendendo a requisitos pertinentes de segurança. Nesse contexto, pretende-se caracterizar de que modo abordagens ou políticas, adotadas por empresas selecionadas, que requerem o exercício da função manutenção, se vinculam a indicadores de disponibilidade. Ao longo do trabalho, a disponibilidade é tratada como um \"indicador de resultado\" das atividades de manutenção. Transparece da literatura que a análise da tendência desse indicador deve orientar as tomadas de decisão referentes às ações sobre o equipamento. Desse modo, compete verificar se, e como, é feito o vínculo entre esse indicador e decisões relativas à manutenção, sem perder de vista a produtividade da empresa. Assim, descreve-se o contexto em que se inserem a manutenção e a disponibilidade e são identificados elementos que, interferindo na disponibilidade, permitem desdobrá-la e associá-la a uma estrutura analítica que auxilie o levantamento e encaminhamento de análises sobre os dados obtidos no campo, para melhor percepção do tratamento dado à disponibilidade. Para possibilitar o encaminhamento do estudo de casos e a definição das proposições de pesquisa, a função manutenção é associada a um processo, em que se usa o indicador de disponibilidade como feedback, para a otimização do próprio processo de operação da função manutenção, bem como da especificação dos recursos de entrada desse processo. Três proposições são estruturadas e verificadas em quatro empresas que tipificam dois grupos distintos de operações, focalizando o tratamento dado à disponibilidade, e, no seu âmbito, o tratamento de compromissos de gestão e do estudo do ciclo de vida do equipamento. Para possibilitar uma avaliação objetiva das variáveis das proposições da pesquisa, que são de natureza essencialmente qualitativa, encontrou-se, no Capability Maturity Model (CMM), um modelo conceitual que, por suas características evolutivas, forneceu inspiração para estruturar o necessário instrumento de avaliação. A conclusão da pesquisa revela que as proposições de estudo não se confirmaram de forma plena, apontando sensível diferença de seu atendimento quando se faz a comparação entre os dois grupos de empresas, deixando, assim, um espaço em aberto para novas pesquisas.

Identificação de sistemas para o estudo de controle motor.

Qualquer tarefa motora ativa se dá pela ativação de uma população de unidades motoras. Porém, devido a diversas dificuldades, tanto técnicas quanto éticas, não é possível medir a entrada sináptica dos motoneurônios em humanos. Por essas razões, o uso de modelos computacionais realistas de um núcleo de motoneurônios e as suas respectivas fibras musculares tem um importante papel no estudo do controle humano dos músculos. Entretanto, tais modelos são complexos e uma análise matemática é difícil. Neste texto é apresentada uma abordagem baseada em identificação de sistemas de um modelo realista de um núcleo de unidades motoras, com o objetivo de obter um modelo mais simples capaz de representar a transdução das entradas do núcleo de unidades motoras na força do músculo associado ao núcleo. A identificação de sistemas foi baseada em um algoritmo de mínimos quadrados ortogonal para achar um modelo NARMAX, sendo que a entrada considerada foi a condutância sináptica excitatória dendrítica total dos motoneurônios e a saída foi a força dos músculos produzida pelo núcleo de unidades motoras. O modelo identificado reproduziu o comportamento médio da saída do modelo computacional realista, mesmo para pares de sinal de entrada-saída não usados durante o processo de identificação do modelo, como sinais de força muscular modulados senoidalmente. Funções de resposta em frequência generalizada do núcleo de motoneurônios foram obtidas do modelo NARMAX, e levaram a que se inferisse que oscilações corticais na banda-beta (20 Hz) podem influenciar no controle da geração de força pela medula espinhal, comportamento do núcleo de motoneurônios até então desconhecido.

Estrutura da vegetação e sua relação com a diversidade, abundância e similaridade de coleópteros bioindicadores em diferentes sistemas vegetacionais, Piracicaba, SP

A Mata Atlântica é considerada um dos biomas mais importantes do mundo devido à sua alta biodiversidade e funções ecossistêmicas. Entretanto, encontra-se fragmentada em porções de pequenas dimensões esparsas em uma matriz predominantemente agrícola, composta principalmente por extensas pastagens e monoculturas. Desse modo, os sistemas agroflorestais por apresentarem uma estrutura diferenciada dos monocultivos e similar às condições naturais, podem ser utilizados como uma alternativa para o manejo e a conservação da biodiversidade nos remanescentes florestais. A fragmentação provoca modificações no ambiente que irão refletir na perda e no deslocamento da biodiversidade, estando os insetos entre os grupos mais afetados. Uma das formas de se avaliar o estado de conservação dos fragmentos e o impacto antrópico nos sistemas vegetacionais, é estudar a presença e distribuição de organismos bioindicadores. Dentre esses, os insetos ocupam posição de destaque. Os insetos da família Scarabaeidae e da subfamília Scolytinae são bons indicadores de distúrbios, pois são muito sensíveis ás mudanças ambientais. Neste trabalho hipotetisou-se que a presença desses insetos está relacionada com a estrutura da vegetação e as condições de vida proporcionadas pelas diferentes formas de uso-da-terra. O objetivo desta pesquisa foi avaliar a diversidade de espécies, o padrão de abundância e a similaridade entre as populações de coleópteros (Scarabaeidae e Scolytinae) em diferentes sistemas vegetacionais de diferentes estruturas: i) Fragmento de floresta estacional semidecidual dividido em três áreas: beira do rio, centro e borda; ii) Sistema Agroflorestal (SAF) (interface entre o fragmento e o pasto); iii) Pasto composto de Brachiaria decumbens (L.); iv) Monocultivo de café (Coffea arábica L.); v) Monocultivo de seringueira (Hevea brasiliensis Müell. Arg.); vi) SAF de café e seringueira - todos situados numa região de domínio anterior de floresta estacional semidecidual em Piracicaba-SP. Os sistemas foram caracterizados quanto à sua estrutura e condições micrometeorológicas. Os insetos foram coletados mensalmente entre agosto/2013 e julho/2014 utilizando-se dois tipos de armadilhas: Pitfall e etanol modelo ESALQ-84. Foram coletados 1.047 espécimes distribuídos em 21 espécies da família Scarabaeidae e 1.833 indivíduos de 38 espécies da subfamília Scolytinae. A maior quantidade de espécies de Scarabaeidae foi encontrada na borda do fragmento florestal, enquanto que a maior abundância ocorreu no fragmento florestal perto do rio. A subfamília Scolytinae apresentou a maior riqueza de espécies no sistema agroflorestal misto (borda) e a maior abundância no sistema agroflorestal café-seringueira. A abundância e riqueza de espécies da família Scarabaeidae foram correlacionadas positivamente com a temperatura do ar, temperatura e umidade do solo e a precipitação. Por outro lado, a abundância e a riqueza de espécies da subfamília Scolytinae apresentaram correlação negativa com a temperatura do ar e a temperatura e umidade do solo. Ambos os grupos de insetos apresentaram a maior abundância e riqueza de espécies nas áreas com estrutura vegetacional mais complexa, sendo influenciadas pelas condições microclimáticas dentro de cada local.