919 resultados para WHAM, Molecular Dynamics, Umbrella Sampling, CUDA, GPU, C
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We study the phonon dispersion, cohesive and thermal properties of raxe gas solids Ne, Ar, Kr, and Xe, using a variety of potentials obtained from different approaches; such as, fitting to crystal properties, purely ab initio calculations for molecules and dimers or ab initio calculations for solid crystalline phase, a combination of ab initio calculations and fitting to either gas phase data or sohd state properties. We explore whether potentials derived with a certain approaxih have any obvious benefit over the others in reproducing the solid state properties. In particular, we study phonon dispersion, isothermal ajid adiabatic bulk moduli, thermal expansion, and elastic (shear) constants as a function of temperatiue. Anharmonic effects on thermal expansion, specific heat, and bulk moduli have been studied using A^ perturbation theory in the high temperature limit using the neaxest-neighbor central force (nncf) model as developed by Shukla and MacDonald [4]. In our study, we find that potentials based on fitting to the crystal properties have some advantage, particularly for Kr and Xe, in terms of reproducing the thermodynamic properties over an extended range of temperatiures, but agreement with the phonon frequencies with the measured values is not guaranteed. For the lighter element Ne, the LJ potential which is based on fitting to the gas phase data produces best results for the thermodynamic properties; however, the Eggenberger potential for Ne, where the potential is based on combining ab initio quantum chemical calculations and molecular dynamics simulations, produces results that have better agreement with the measured dispersion, and elastic (shear) values. For At, the Morse-type potential, which is based on M0ller-Plesset perturbation theory to fourth order (MP4) ab initio calculations, yields the best results for the thermodynamic properties, elastic (shear) constants, and the phonon dispersion curves.
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Les fructose-1,6-bisphosphate aldolases (FBPA) sont des enzymes glycolytiques (EC 4.1.2.13) qui catalysent la transformation rversible du fructose-1,6-bisphosphate (FBP) en deux trioses-phosphates, le glycraldhyde-3-phosphate (G3P) et le dihydroxyactone phosphate (DHAP). Il existe deux classes de FBPA qui diffrent au niveau de leur mcanisme catalytique. Les classes I passent par la formation dun intermdiaire covalent de type iminium alors que les classes II, mtallodpendantes, utilisent gnralement un zinc catalytique. Contrairement au mcanisme des classes I qui a t trs tudi, de nombreuses interrogations subsistent au sujet de celui des classes II. Nous avons donc entrepris une analyse dtaille de leur mcanisme ractionnel en nous basant principalement sur la rsolution de structures cristallographiques. De nombreux complexes haute rsolution furent obtenus et ont permis de dtailler le rle de plusieurs rsidus du site actif de lenzyme. Nous avons ainsi corrig lidentification du rsidu responsable de labstraction du proton de lO4 du FBP, une tape cruciale du mcanisme. Ce rle, faussement attribu lAsp82 (chez Helicobacter pylori), est en fait rempli par lHis180, un des rsidus coordonant le zinc. LAsp82 nen demeure pas moins essentiel car il oriente, active et stabilise les substrats. Enfin, notre tude met en vidence le caractre dynamique de notre enzyme dont la catalyse ncessite la relocalisation du zinc et de nombreux rsidus. La dynamique de la protine ne permet pas dtudier tous les aspects du mcanisme uniquement par lapproche cristallographique. En particulier, le rsidu effectuant le transfert strospcifique du proton pro(S) sur le carbone 3 (C3) du DHAP est situ sur une boucle qui nest visible dans aucune de nos structures. Nous avons donc dvelopp un protocole de dynamique molculaire afin dtudier sa dynamique. Valid par ltude dinhibiteurs de la classe I, lapplication de notre protocole aux FBPA de classe II a confirm lidentification du rsidu responsable de cette abstraction chez Escherichia coli (Glu182) mais pointe vers un rsidu diffrent chez H. pylori (Glu149 au lieu de Glu142). Nos validations exprimentales confirment ces observations et seront consolides dans le futur. Les FBPA de classe II sont absentes du protome humain mais sont retrouves chez de nombreux pathognes, pouvant mme s'y rvler essentielles. Elles apparaissent donc comme tant une cible idale pour le dveloppement de nouveaux agents anti-microbiens. Lobtention de nouveaux analogues des substrats pour ces enzymes a donc un double intrt, obtenir de nouveaux outils dtude du mcanisme mais aussi dvelopper des molcules vise pharmacologique. En collaboration avec un groupe de chimistes, nous avons optimis le seul inhibiteur connu des FBPA de classe II. Les composs obtenus, la fois plus spcifiques et plus puissants, permettent denvisager une utilisation pharmacologique. En somme, cest par lutilisation de techniques complmentaires que de nouveaux dtails molculaires de la catalyse des FBPA de classe II ont pu tre tudis. Ces techniques permettront dapprofondir la comprhension fine du mcanisme catalytique de lenzyme et offrent aussi de nouvelles perspectives thrapeutiques.
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Les toxines de lanthrax font partie de la famille des toxines A-B dans laquelle la moiti B se fixe la membrane de la cellule permettant par la suite la translocation de la moiti A. Dans le cas de lanthrax, la moiti B est reprsente par le Protective Antigen (PA) et la moiti A par les deux protines Edema Factor (EF) et Lethal Factor (LF). Aprs le recrutement par les rcepteurs cellulaires (CMG2 et TEM8), PA sorganise en heptamre. Il peut fixer jusqu' 3 ligands (EF et LF) avant d'tre endocyt. Les modles actuels de PA suggrent que la baisse de pH lintrieur des endosomes permet un changement de conformation de la forme pr-pore vers la forme pore et que les ligands EF et LF passeraient au travers le pore pour entrer dans le cytoplasme. Cependant, le diamtre du pore est environ dix fois infrieur celui des ligands (10 contre 100 ). Un processus de folding/unfolding a t propos mais demeure controvers. Afin d'identifier le processus de passage des facteurs EF et LF dans le cytoplasme, nous avons dtermin par cryo-microscopie lectronique combine avec lanalyse dimage les structures tridimensionnelles des complexes forms par PA et LF aux tapes prpore et pore. Par la suite, une tude complmentaire par dynamique molculaire nous a permis de modliser haute rsolution les diffrentes interactions qui ont lieu au sein du complexe. La structure 3D du complexe prpore combin 3 LF a t dtermine une rsolution de 14 . Nous avons aussi calcul une structure prliminaire du complexe pore galement combin 3 LF Celles-ci nont jamais t rsolues auparavant et leur connaissance permet denvisager ltude en profondeur du mcanisme infectieux de lAnthrax in vivo.
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Lablation de cibles dAl nanocristallines (taille moyenne des cristallites d = 3,1 et 6,2 nm) par impulsions laser ultrabrves (200 fs) a t tudie par lentremise de si- mulations combinant la dynamique molculaire et le modle deux tempratures (two- temperature model, TTM) pour des fluences absorbes allant de 100 1300 J/m2. Nos simulations emploient un potentiel dinteraction de type EAM et les proprits lectro- niques des cibles en lien avec le TTM sont reprsentes par un modle raliste possdant une forme distincte dans le solide monocristallin, le solide nanocristallin et le liquide. Nous avons considr leffet de la taille moyenne des cristallites de mme que celui de la porosit et nous avons procd une comparaison directe avec des cibles mono- cristallines. Nous avons pu montrer que le seuil dablation des mtaux nanocristallins est significativement plus bas, se situant 400 J/m2 plutt qu 600 J/m2 dans le cas des cibles monocristallines, lcart tant principalement d londe mcanique plus im- portante prsente lors de lablation. Leur seuil de spallation de la face arrire est aussi significativement plus bas de par la rsistance la tension plus faible (5,40 GPa contre 7,24 GPa) des cibles nanocristallines. Il est aussi apparu que les contraintes rsiduelles accompagnant gnralement lablation laser sont absentes lors de lablation de cibles daluminium nanocristallines puisque la croissance cristalline leur permet dabaisser leur volume spcifique. Nos rsultats indiquent aussi que le seuil de fusion des cibles nano- cristallines est rduit de faon marque dans ces cibles ce qui sexplique par la plus faible nergie de cohsion inhrente ces matriaux. Nos simulations permettent de montrer que les proprits structurelles et lectroniques propres aux mtaux nanocristallins ont toutes deux un impact important sur lablation.
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Ce travail est consacr ltude de la coalescence de gouttelettes liquides lchelle du nanomtre. Nous nous sommes intresss principalement lvolution du changement topologique des gouttelettes partir de la rupture des surfaces au moment du contact initial jusqu la coalescence complte. Nous utilisons la dynamique molculaire afin de simuler plusieurs types de gouttelettes soit en utilisant le potentiel empirique de type Stillinger-Weber pour des gouttelettes de silicium (l-Si) en 3 dimensions et le modle Embedded Atom Method pour des gouttelettes de cuivre liquide (l-Cu) en 2d, quasi-2d (disques) et 3 dimensions. Qualitativement, toutes les simulations dmontrent une coalescence similaire indpendamment de la dimension de calcul (2d 3d), de la taille et de la temprature initiale des gouttelettes. La coalescence volue par une dformation rapide des surfaces sans mixage important entre les atomes des deux gouttelettes initiales. De plus, nous tudions lvolution du col de coalescence form lors du contact initial entre les gouttelettes et, pour les systmes en 3d, nous observons une transition claire dun rgime visqueux vers un rgime inertiel du rayon de ce col, tel que suggr par des modles thoriques. Pour les gouttelettes de cuivre nous observons exactement le comportement des prdictions analytiques et confirmons que le premier rgime suit un comportement visqueux sans aplatissement local des gouttelettes. La situation est diffrente pour les gouttelettes de l-Si o nous observons un effet plus grand, par rapport aux prdictions analytiques, du rayon et de la temprature initiale des gouttelettes sur lvolution du col de coalescence. Nous suggrons que les paramtres dcrivant lvolution de la coalescence dpendent des proprits des matriaux utiliss contrairement la thorie universelle couramment utilise.
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Mmoire numris par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Universit de Montral
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Les protines amylodes sont impliques dans les maladies neurodgnratives comme Alzheimer, Parkinson et les maladies prions et forment des structures complexes, les fibres amylodes. Le mcanisme de formation de ces fibres est un processus complexe qui implique plusieurs espces dagrgats intermdiaires. Parmi ces espces, des petits agrgats, les oligomres, sont reconnus comme tant lespce amylode toxique, mais leur mcanisme de toxicit et dagrgation sont mal compris. Cette thse prsente les rsultats dune tude numrique des premires tapes doligomrisation dun peptide modle GNNQQNY, issu dune protine prion, pour des systmes allant du trimre au 50-mre, par le biais de simulations de dynamique molculaire couple au potentiel gros-grain OPEP. Nous trouvons que le mcanisme dagrgation du peptide GNNQQNY suit un processus complexe de nuclation, tel quobserv exprimentalement pour plusieurs protines amylodes. Nous observons aussi que plusieurs chemins de formation sont accessibles lchelle du 20-mre et du 50-mre, ce qui confre aux structures un certain degr de polymorphisme et nous sommes capable de reproduire, dans nos simulations, des oligomres protofibrillaires qui prsentent des caractristiques structurelles observes exprimentalement chez les fibres amylodes.
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Les interactions entre les squelettes sucre-phosphate de nuclotides jouent un rle important dans la stabilisation des structures tertiaires de larges molcules dARN. Elles sont rgies par des rgles particulires qui gouverne leur formation mais qui jusque l demeure quasiment inconnues. Un lment structural dARN pour lequel les interactions sucre-phosphate sont importantes est le motif dempaquetage de deux doubles hlices dARN le long du sillon mineur. Ce motif se trouve divers endroits dans la structure du ribosome. Il consiste en deux doubles hlices interagissant de manire ce que le squelette sucre-phosphate de lune se niche dans le sillon mineur de lautre et vice versa. La surface de contact entre les deux hlices est majoritairement forme par les riboses et implique au total douze nuclotides. La prsente thse a pour but danalyser la structure interne de ce motif et sa dpendance de stabilit rsultant de lassociation optimale ou non des hlices, selon leurs squences nuclotidiques. Il est dmontr dans cette thse quun positionnement appropri des riboses leur permet de former des contacts inter-hlices, par lentremise dun choix particulier de lidentit des pairs de bases impliques. Pour diffrentes pairs de bases participant ce contact inter-hlices, lidentit optimale peut tre du type Watson-Crick, GC/CG, or certaines pairs de bases non Watson-Crick. Le choix adquat de paires de bases fournit une interaction inter-hlice stable. Dans quelques cas du motif, lidentit de certaines paires de bases ne correspond pas la structure la plus stable, ce qui pourrait reflter le fait que ces motifs devraient avoir une libert de formation et de dformation lors du fonctionnement du ribosome.
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Les protines amylodes sont retrouves sous forme de fibres dans de nombreuses maladies neurodgnratives. En tentant dlucider le mcanisme de fibrillation, les chercheurs ont dcouvert que cette raction se fait par un phnomne de nuclation passant par des oligomres. Il semblerait que ces espces soient la principale cause de la toxicit observe dans les cellules des patients atteints damylodose. Cest pourquoi un intrt particulier est donc port aux premires tapes doligomrisation. Dans ce mmoire, nous nous intressons une squence dacide amin fortement hydrophobe de l-synucline appele composante non -amylode (Non-Amyloid Component ou NAC). Cette dernire est retrouve sous forme de fibres dans les corps et les neurites de Lewy des patients atteints de la maladie de Parkinson. De plus, elle constitue une composante minoritaire des fibres impliques dans la maladie dAlzheimer. Nous avons observ les changements structuraux qui ont lieu pour le monomre, le dimre et le trimre de la squence NAC de l-synucline. Nous nous sommes aussi intresss aux consquences structurelles observes dans des oligomres htrognes qui impliqueraient, A140. Pour cela nous utilisons des dynamiques molculaires, dchange de rpliques couples au potentiel gros-grain, OPEP. Nous constatons une disparition des hlices au profit des feuillets , ainsi que le polymorphisme caractristique des fibres amylodes. Certaines rgions se sont dmarques par leurs capacits former des feuillets . La disparition de ces rgions lorsque NAC est combine A laisse entrevoir limportance de lemplacement des rsidus hydrophobes dans des structures susceptibles de former des fibres amylodes.
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Malgr une vaste littrature concernant les proprits structurelles, lectroniques et ther- modynamiques du silicium amorphe (a-Si), la structure microscopique de ce semi-cond- ucteur covalent chappe jusqu ce jour une description exacte. Plusieurs questions demeurent en suspens, concernant par exemple la faon dont le dsordre est distribu travers la matrice amorphe : uniformment ou au sein de petites rgions hautement dformes ? Dautre part, comment ce matriau relaxe-t-il : par des changements homo- gnes augmentant lordre moyenne porte, par lannihilation de dfauts ponctuels ou par une combinaison de ces phnomnes ? Le premier article prsent dans ce mmoire propose une caractrisation des dfauts de coordination, en terme de leur arrangement spatial et de leurs nergies de formation. De plus, les corrlations spatiales entre les dfauts structurels sont examines en se ba- sant sur un paramtre qui quantifie la probabilit que deux sites dfectueux partagent un lien. Les gomtries typiques associes aux atomes sous et sur-coordonns sont extraites du modle et dcrites en utilisant les distributions partielles dangles ttradriques. Lin- fluence de la relaxation induite par le recuit sur les dfauts structurels est galement analyse. Le second article porte un regard sur la relation entre lordre moyenne porte et la relaxation thermique. De rcentes mesures exprimentales montrent que le silicium amorphe prpar par bombardement ionique, lorsque soumis un recuit, subit des chan- gements structuraux qui laissent une signature dans la fonction de distribution radiale, et cela jusqu des distances correspondant la troisime couche de voisins.[1, 2] Il nest pas clair si ces changements sont une rpercussion dune augmentation de lordre courte porte, ou sils sont rellement la manifestation dun ordonnement parmi les angles didres, et cette section sappuie sur des simulations numriques dimplantation ionique et de recuit, afin de rpondre cette question. Dautre part, les corrlations entre les angles ttradriques et didres sont analyses partir du modle de a-Si.
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The present thesis is a contribution to the study of laser-solid interaction. Despite the numerous applications resulting from the recent use of laser technology, there is still a lack of satisfactory answers to theoretical questions regarding the mechanism leading to the structural changes induced by femtosecond lasers in materials. We provide here theoretical approaches for the description of the structural response of different solids (cerium, samarium sulfide, bismuth and germanium) to femtosecond laser excitation. Particular interest is given to the description of the effects of the laser pulse on the electronic systems and changes of the potential energy surface for the ions. Although the general approach of laser-excited solids remains the same, the potential energy surface which drives the structural changes is calculated with different theoretical models for each material. This is due to the difference of the electronic properties of the studied systems. We use the Falicov model combined with an hydrodynamic method to study photoinduced phase changes in cerium. The local density approximation (LDA) together with the Hubbard-type Hamiltonian (LDA+U) in the framework of density functional theory (DFT) is used to describe the structural properties of samarium sulfide. We parametrize the time-dependent potential energy surface (calculated using DFT+ LDA) of bismuth on which we perform quantum dynamical simulations to study the experimentally observed amplitude collapse and revival of coherent $A_{1g}$ phonons. On the basis of a time-dependent potential energy surface calculated from a non-orthogonal tight binding Hamiltonian, we perform molecular dynamics simulation to analyze the time evolution (coherent phonons, ultrafast nonthermal melting) of germanium under laser excitation. The thermodynamic equilibrium properties of germanium are also reported. With the obtained results we are able to give many clarifications and interpretations of experimental results and also make predictions.
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A femtosecond-laser pulse can induce ultrafast nonthermal melting of various materials along pathways that are inaccessible under thermodynamic conditions, but it is not known whether there is any structural modification at fluences just below the melting threshold. Here, we show for silicon that in this regime the room-temperature phonons become thermally squeezed, which is a process that has not been reported before in this material. We find that the origin of this effect is the sudden femtosecond-laser-induced softening of interatomic bonds, which can also be described in terms of a modification of the potential energy surface. We further find in ab initio molecular-dynamics simulations on laser-excited potential energy surfaces that the atoms move in the same directions during the first stages of nonthermal melting and thermal phonon squeezing. Our results demonstrate how femtosecond-laser-induced coherent fluctuations precurse complete atomic disordering as a function of fluence. The common underlying bond-softening mechanism indicates that this relation between thermal squeezing and nonthermal melting is not material specific.
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In this work, we present an atomistic-continuum model for simulations of ultrafast laser-induced melting processes in semiconductors on the example of silicon. The kinetics of transient non-equilibrium phase transition mechanisms is addressed with MD method on the atomic level, whereas the laser light absorption, strong generated electron-phonon nonequilibrium, fast heat conduction, and photo-excited free carrier diffusion are accounted for with a continuum TTM-like model (called nTTM). First, we independently consider the applications of nTTM and MD for the description of silicon, and then construct the combined MD-nTTM model. Its development and thorough testing is followed by a comprehensive computational study of fast nonequilibrium processes induced in silicon by an ultrashort laser irradiation. The new model allowed to investigate the effect of laser-induced pressure and temperature of the lattice on the melting kinetics. Two competing melting mechanisms, heterogeneous and homogeneous, were identified in our big-scale simulations. Apart from the classical heterogeneous melting mechanism, the nucleation of the liquid phase homogeneously inside the material significantly contributes to the melting process. The simulations showed, that due to the open diamond structure of the crystal, the laser-generated internal compressive stresses reduce the crystal stability against the homogeneous melting. Consequently, the latter can take a massive character within several picoseconds upon the laser heating. Due to the large negative volume of melting of silicon, the material contracts upon the phase transition, relaxes the compressive stresses, and the subsequent melting proceeds heterogeneously until the excess of thermal energy is consumed. A series of simulations for a range of absorbed fluences allowed us to find the threshold fluence value at which homogeneous liquid nucleation starts contributing to the classical heterogeneous propagation of the solid-liquid interface. A series of simulations for a range of the material thicknesses showed that the sample width we chosen in our simulations (800 nm) corresponds to a thick sample. Additionally, in order to support the main conclusions, the results were verified for a different interatomic potential. Possible improvements of the model to account for nonthermal effects are discussed and certain restrictions on the suitable interatomic potentials are found. As a first step towards the inclusion of these effects into MD-nTTM, we performed nanometer-scale MD simulations with a new interatomic potential, designed to reproduce ab initio calculations at the laser-induced electronic temperature of 18946 K. The simulations demonstrated that, similarly to thermal melting, nonthermal phase transition occurs through nucleation. A series of simulations showed that higher (lower) initial pressure reinforces (hinders) the creation and the growth of nonthermal liquid nuclei. For the example of Si, the laser melting kinetics of semiconductors was found to be noticeably different from that of metals with a face-centered cubic crystal structure. The results of this study, therefore, have important implications for interpretation of experimental data on the kinetics of melting process of semiconductors.
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El presente Trabajo de Grado busca caracterizar la cultura organizacional de una empresa del sector Financiero en Colombia y realizar orientaciones de acciones para el cambio organizacional de acuerdo con la estrategia de perdurabilidad establecida por la Alta Direccin de dicha empresa. Para este fin, se realiza una cuidadosa revisin y actualizacin del estado del arte de los conceptos clave Cultura Organizacional y Cambio Organizacional. Es de resaltar que para el primero de ellos, se toma como punto de partida el estado del arte sobre Cultura Organizacional realizado por el profesor Carlos Eduardo Mndez lvarez y cuyo marco temporal abarca desde los orgenes del concepto en el siglo XIX hasta el ao 2006. Asimismo, luego de una cuidadosa revisin de los Modelos de Cambio Organizacional existentes y de la realidad de la empresa objeto de estudio, se adopta el Modelo ADKAR que consta de cinco fases: Conciencia del Cambio, Deseo, Conocimiento, Capacidad Habilidad y Refuerzo. Asimismo, a partir de la construccin de un fundamento terico slido y a travs de la aplicacin de la metodologa para describir la Cultura Organizacional en Colombia MEDECO se busca una aproximacin a la Cultura Organizacional de la empresa objeto de estudio con el fin de describir e identificar los rasgos predominantes de su cultura organizacional y entregar una propuesta final con los rasgos necesarios que alientan la consecucin exitosa de los procesos de cambio.
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Bimodal dispersal probability distributions with characteristic distances differing by several orders of magnitude have been derived and favorably compared to observations by Nathan [Nature (London) 418, 409 (2002)]. For such bimodal kernels, we show that two-dimensional molecular dynamics computer simulations are unable to yield accurate front speeds. Analytically, the usual continuous-space random walks (CSRWs) are applied to two dimensions. We also introduce discrete-space random walks and use them to check the CSRW results (because of the inefficiency of the numerical simulations). The physical results reported are shown to predict front speeds high enough to possibly explain Reid's paradox of rapid tree migration. We also show that, for a time-ordered evolution equation, fronts are always slower in two dimensions than in one dimension and that this difference is important both for unimodal and for bimodal kernels
