Protein Folding Simulations: Confinement, External Fields and Sequence Design

The present Thesis looks at the problem of protein folding using Monte Carlo and Langevin simulations, three topics in protein folding have been studied: 1) the effect of confining potential barriers, 2) the effect of a static external field and 3) the design of amino acid sequences which fold in a short time and which have a stable native state (global minimum). Regarding the first topic, we studied the confinement of a small protein of 16 amino acids known as 1NJ0 (PDB code) which has a beta-sheet structure as a native state. The confinement of proteins occurs frequently in the cell environment. Some molecules called Chaperones, present in the cytoplasm, capture the unfolded proteins in their interior and avoid the formation of aggregates and misfolded proteins. This mechanism of confinement mediated by Chaperones is not yet well understood. In the present work we considered two kinds of potential barriers which try to mimic the confinement induced by a Chaperon molecule. The first kind of potential was a purely repulsive barrier whose only effect is to create a cavity where the protein folds up correctly. The second kind of potential was a barrier which includes both attractive and repulsive effects. We performed Wang-Landau simulations to calculate the thermodynamical properties of 1NJ0. From the free energy landscape plot we found that 1NJ0 has two intermediate states in the bulk (without confinement) which are clearly separated from the native and the unfolded states. For the case of the purely repulsive barrier we found that the intermediate states get closer to each other in the free energy landscape plot and eventually they collapse into a single intermediate state. The unfolded state is more compact, compared to that in the bulk, as the size of the barrier decreases. For an attractive barrier modifications of the states (native, unfolded and intermediates) are observed depending on the degree of attraction between the protein and the walls of the barrier. The strength of the attraction is measured by the parameter $\epsilon$. A purely repulsive barrier is obtained for $\epsilon=0$ and a purely attractive barrier for $\epsilon=1$. The states are changed slightly for magnitudes of the attraction up to $\epsilon=0.4$. The disappearance of the intermediate states of 1NJ0 is already observed for $\epsilon =0.6$. A very high attractive barrier ($\epsilon \sim 1.0$) produces a completely denatured state. In the second topic of this Thesis we dealt with the interaction of a protein with an external electric field. We demonstrated by means of computer simulations, specifically by using the Wang-Landau algorithm, that the folded, unfolded, and intermediate states can be modified by means of a field. We have found that an external field can induce several modifications in the thermodynamics of these states: for relatively low magnitudes of the field ($<2.06 \times 10^8$ V/m) no major changes in the states are observed. However, for higher magnitudes than ($6.19 \times 10^8$ V/m) one observes the appearance of a new native state which exhibits a helix-like structure. In contrast, the original native state is a $\beta$-sheet structure. In the new native state all the dipoles in the backbone structure are aligned parallel to the field. The design of amino acid sequences constitutes the third topic of the present work. We have tested the Rate of Convergence criterion proposed by D. Gridnev and M. Garcia ({\it work unpublished}). We applied it to the study of off-lattice models. The Rate of Convergence criterion is used to decide if a certain sequence will fold up correctly within a relatively short time. Before the present work, the common way to decide if a certain sequence was a good/bad folder was by performing the whole dynamics until the sequence got its native state (if it existed), or by studying the curvature of the potential energy surface. There are some difficulties in the last two approaches. In the first approach, performing the complete dynamics for hundreds of sequences is a rather challenging task because of the CPU time needed. In the second approach, calculating the curvature of the potential energy surface is possible only for very smooth surfaces. The Rate of Convergence criterion seems to avoid the previous difficulties. With this criterion one does not need to perform the complete dynamics to find the good and bad sequences. Also, the criterion does not depend on the kind of force field used and therefore it can be used even for very rugged energy surfaces.

CD-Systems of Stateless Deterministic R(1)-Automata Governed by an External Pushdown Store

We study cooperating distributed systems (CD-systems) of stateless deterministic restarting automata with window size 1 that are governed by an external pushdown store. In this way we obtain an automata-theoretical characterization for the class of context-free trace languages.

Relative Contributions of Internal and External Features to Face Recognition

The central challenge in face recognition lies in understanding the role different facial features play in our judgments of identity. Notable in this regard are the relative contributions of the internal (eyes, nose and mouth) and external (hair and jaw-line) features. Past studies that have investigated this issue have typically used high-resolution images or good-quality line drawings as facial stimuli. The results obtained are therefore most relevant for understanding the identification of faces at close range. However, given that real-world viewing conditions are rarely optimal, it is also important to know how image degradations, such as loss of resolution caused by large viewing distances, influence our ability to use internal and external features. Here, we report experiments designed to address this issue. Our data characterize how the relative contributions of internal and external features change as a function of image resolution. While we replicated results of previous studies that have shown internal features of familiar faces to be more useful for recognition than external features at high resolution, we found that the two feature sets reverse in importance as resolution decreases. These results suggest that the visual system uses a highly non-linear cue-fusion strategy in combining internal and external features along the dimension of image resolution and that the configural cues that relate the two feature sets play an important role in judgments of facial identity.

A First approximation to the realism/idealism debate about the external world

El text intenta fer una primera aproximació al debat contemporani entre realistes i anti-realistes sobre el món empíric, centrant-se en les posicions de Putnam i Nagel. El seu objectiu principal és el d'entendre les motivacions de les posicions i l'estructura actual del debat, i el d'establir les característiques que hauria de tenir qualsevol posició satisfactòria

Transfer of knowledge of the structural components of the model Q400 and Global Express: the case of Aerospace Bombardier, Querétaro

The aim of this paper is to analyze the knowledge transfer in the production of structural components of two aircraft:Q400 and Global Express of Bombardier Aerospace Company, Querétaro. Bombardier Aerospace is a pioneer company in the aviation sector in Mexico, and the third largest civil aircraft manufacturer. In 2005, Bombardier decided to invest in Mexico, creating Bombardier Aerospace de Mexico S. A. C. V. and transferring production lines from Japan and Toronto to Queretaro. The relocation strategy of both plants aims to reduce modular and general production costs facing other competitors. The relocation has been supported by the State Government funds, through a trust and the creation of Queretaro aerospace cluster. Among various benefits, the State of Queretaro donated seventy-eight acres of land where the Queretaro International Airport (QIA) and a training centre will be built to promote the development of this sector. The interest in this research is to analyze and describe the transfer of knowledge to the production of structural components of both aircraft models, thanks to the results of productivity and internal and external factors which have contributed along with this transfer

El Campus Virtual de la Universitat Oberta de Catalunya : un campus en cont??nua evoluci??

El nacimiento de la Universitat Oberta de Catalu??a aporta al Sistema educativo actual una forma diferente de entender tanto el proceso de ense??anza-aprendizaje universitarios, como una nueva manera de entender la misma universidad. La Universitat Oberta de Catalu??a es un campus virtual, un campus al que se puede acceder en cualquier momento y desde cualquier lugar. Un campus siempre abierto, que ha de posibilitar una nueva manera de moverse y de estudiar en la universidad.

Lo que me contó la tele.

Simulación de una entrevista a la televisión. Se exponen las opiniones que ésta respecto a su uso en el seno de las familias: consumo televisivo desmesurado, violencia, manipulación televisiva, influencia de la televisión en las relaciones familiares.

Los equipos de orientación del sector : funciones y modelos de intervención = External guidance services : functions and intervention models.

Resumen basado en el del autor

O perfil dos alunos de administra????o matriculados nas disciplinas da ??rea cont??bil : o caso do Centro de Educa????o a Dist??ncia do Estado do Rio de Janeiro (CEDERJ)

Resumen basado en el de la publicaci??n

Desafios da forma????o cont??nua a dist??ncia para professores de ciencias

Resumen basado en el de la publicaci??n

El virus de l'hepatitis C i la ribonucleasa Phumana: aspectes biològics i terapèutics

El virus de l'hepatitis C (VHC) provoca una hepatitis crònica que afecta a més de 170 milions de persones d'arreu del món. És un virus petit que es classifica dins de la família Flaviviridae i és un virus d'RNA de cadena positiva amb un genoma d'aproximadament 9.600 nucleòtids. A l'extrem 5' del genoma viral s'hi troba una regió no codificant (5'NCR) que comprèn els primers 341 nucleòtids i la seva funció està relaciona amb la traducció. Immediatament després hi ha una pauta de lectura oberta ORF que acaba en un únic codó d'aturada i codifica una poliproteïna de 3.010 aminoàcids. A continuació l'extrem 3' no codificant (3'NCR), que malgrat es desconeixen les seves funcions exactes, s'ha demostrat que és essencial per a la replicació vírica. La única poliproteïna generada és processada co- i postraduccionalment mitjançant proteases de l'hoste i víriques, donant lloc a les proteïnes estructurals (Core, E1 i E2-p7) i no estructurals (NS2-NS5B). Igual que la majoria de virus RNA, el VHC es caracteritza per tenir una taxa de mutació elevada. De fet, el genoma del virus no es pot definir com una única seqüència sinó per una població de variants molt relacionades entre sí. A aquesta manera d'organitzar la informació genètica se l'anomena quasiespècie viral i una de les seves implicacions principals és la facilitat amb què sorgeixen resistents al tractament. Els tractaments disponibles són llargs, cars, provoquen efectes secundaris considerables i només es resolen completament el 40% dels casos. Per aquesta raó es busquen altres solucions terapèutiques per combatre el virus entre les quals s'hi inclouen diferents estratègies. Una de les més innovadores i prometedores és la utilització de ribozims dirigits directament contra el genoma del virus. Aquest treball es centra en l'estudi de les noves estratègies terapèutiques basades en ribozims, concretament la ribonucleasa P. La ribonucleasa P és un ribozim que està present en tots els organismes ja que és l'enzim responsable de la maduració dels precursors d'RNA de transferència. El més interessant a nivell terapèutic és que s'ha demostrat que es pot dirigir la seva activitat cap a qualsevol RNA utilitzant una seqüència guia d'RNA que quan hibrida amb l'RNA diana, l'híbrid imita l'estructura secundària del substrat natural. En el cas del VHC, s'han estudiat ribozims dependents de seqüència (ribozims derivats d'RNAs satèl·lits i de viroides de plantes), sempre dirigits contra la regió més conservada del virus per evitar una disminució de l'eficiència del ribozim deguda a la variació de la diana. La ribonucleasa P és una endonucleasa d'activitat molt específica i es diferencia dels altres ribozims naturals en el sistema de reconeixement del substrat, reconeix elements estructurals i no de seqüència. L'objectiu final del treball és tallar in vitro l'RNA del VHC aprofitant la propietat que presenta aquest ribozim de reconèixer elements estructurals i no de seqüència ja que per a un mateix nombre de seqüències, el nombre d'estructures viables que pot adoptar l'RNA genòmic és molt més petit i per tant la variabilitat de la diana disminueix. S'han estudiat dos models d'RNasa P, la RNasa P humana guiada per seqüència guia externa (EGS) i l'RNA M1 de l'RNasa P d'E.coli unit a la seqüència guia per l'extrem 3' (ribozim M1GS). Abans però de dirigir el ribozim, s'han estudiat l'estructura i la variabilitat d'una regió del genoma del virus ja que s'ha descrit que són factors que poden limitar l'eficiència de qualsevol ribozim. Derivat d'aquests estudis s'aporten dades sobre accessibilitat i variabilitat d'una regió interna del genoma del virus de l'hepatitis C, la zona d'unió de la regió E2/NS2 (regió 2658-2869). L'estudi d'accessibilitat revela que la regió 2658-2869 del genoma del virus conté dominis oberts i tancats i que la transició entre uns i altres no és brusca si es compara amb altres regions d'estructura coneguda (regió 5' no codificant). Els resultats dels assajos in vitro amb els dos models de RNasa P mostren que s'ha aconseguit dirigir tant la ribonucleasa P humana com el ribozim M1GS cap a una zona, predeterminada segons l'estudi d'accessibilitat, com a poc estructurada i tallar l'RNA del virus. De l'anàlisi de mutacions, però, es dedueix que la regió estudiada és variable. Tot i dirigir el ribozim cap a la zona més accessible, la variació de la diana podria afectar la interacció amb la seqüència guia i per tant disminuir l'eficiència de tall. Si es proposés una estratègia terapèutica consistiria en un atac simultani de vàries dianes.D'altra banda i derivat d'un resultat inesperat on s'ha observat en els experiments control que l'extracte de RNasa P humana tallava l'RNA viral en absència de seqüències guia externes, s'ha caracteritzat una nova interacció entre l'RNA del VHC i la RNasa P humana. Per a la identificació de l'enzim responsable dels talls s'han aplicat diferents tècniques que es poden dividir en mètodes directes (RNA fingerprinting) i indirectes (immunoprecipitació i inhibicions competitives). Els resultats demostren que la ribonucleasa P humana, i no un altre enzim contaminant de l'extracte purificat, és la responsable dels dos talls específics observats i que es localitzen, un a l'entrada interna al ribosoma (IRES) i molt a prop del codó AUG d'inici de la traducció i l'altre entre la regió codificant estructural i no estructural. La ribonucleasa P és un dels enzims del metabolisme del tRNA que s'utilitza per identificar estructures similars al tRNA en substrats diferents del substrat natural. Així doncs, el fet que la ribonucleasa P reconegui i talli el genoma del VHC en dues posicions determinades suggereix que, a les zones de tall, el virus conté estructures semblants al substrat natural, és a dir estructures tipus tRNA. A més, tot i que el VHC és molt variable, els resultats indiquen que aquestes estructures poden ser importants per el virus, ja que es mantenen en totes les variants naturals analitzades. Creiem que la seva presència podria permetre al genoma interaccionar amb factors cel·lulars que intervenen en la biologia del tRNA,particularment en el cas de l'estructura tipus tRNA que es localitza a l'element IRES. Independentment però de la seva funció, es converteixen en unes noves dianes terapèutiques per a la RNasa P. S'ha de replantejar però l'estratègia inicial ja que la similitud amb el tRNA les fa susceptibles a l'atac de la ribonucleasa P, directament, en absència de seqüències guia externes.

Evaluating the performance of external fault ridethrough solutions used in wind farms with fixed speed induction generators when facing unbalanced faults

Na sequência da integração da energia eólica em larga escala foram estabelecidos códigos de rede pelos vários operadores de sistema, exigindo que os parques eólicos permaneçam em serviço durante e após a ocorrência de defeitos na rede a montante. Nos parques eólicos equipados com sistemas de velocidade constante este requisito pode ser assegurado pela instalação, no ponto de interligação à rede, de equipamento de compensação dinâmica de potência reactiva, controlado como fonte de tensão, sendo as funções de controlo baseadas em medidas efectuadas no ponto de interligação relativamente às componentes directas da tensão e da corrente. Como a adopção deste tipo de soluções externas é adequada ao funcionamento do sistema em regime equilibrado, este artigo foca a avaliação do desempenho da solução no caso da ocorrência de defeitos assimétricos. Os resultados obtidos através das simulações dinâmicas evidenciam o aparecimento de sobre tensões nas fases não afectadas pelo defeito que poderão colocar o parque eólico fora de serviço.