Modelagem molecular na caracterização eletrônica de oligopeptídeos e na descrição quântica da interação fármaco-receptor

In this dissertation, the theoretical principles governing the molecular modeling were applied for electronic characterization of oligopeptide α3 and its variants (5Q, 7Q)-α3, as well as in the quantum description of the interaction of the aminoglycoside hygromycin B and the 30S subunit of bacterial ribosome. In the first study, the linear and neutral dipeptides which make up the mentioned oligopeptides were modeled and then optimized for a structure of lower potential energy and appropriate dihedral angles. In this case, three subsequent geometric optimization processes, based on classical Newtonian theory, the semi-empirical and density functional theory (DFT), explore the energy landscape of each dipeptide during the search of ideal minimum energy structures. Finally, great conformers were described about its electrostatic potential, ionization energy (amino acids), and frontier molecular orbitals and hopping term. From the hopping terms described in this study, it was possible in subsequent studies to characterize the charge transport propertie of these peptides models. It envisioned a new biosensor technology capable of diagnosing amyloid diseases, related to an accumulation of misshapen proteins, based on the conductivity displayed by proteins of the patient. In a second step of this dissertation, a study carried out by quantum molecular modeling of the interaction energy of an antibiotic ribosomal aminoglicosídico on your receiver. It is known that the hygromycin B (hygB) is an aminoglycoside antibiotic that affects ribosomal translocation by direct interaction with the small subunit of the bacterial ribosome (30S), specifically with nucleotides in helix 44 of the 16S ribosomal RNA (16S rRNA). Due to strong electrostatic character of this connection, it was proposed an energetic investigation of the binding mechanism of this complex using different values of dielectric constants (ε = 0, 4, 10, 20 and 40), which have been widely used to study the electrostatic properties of biomolecules. For this, increasing radii centered on the hygB centroid were measured from the 30S-hygB crystal structure (1HNZ.pdb), and only the individual interaction energy of each enclosed nucleotide was determined for quantum calculations using molecular fractionation with conjugate caps (MFCC) strategy. It was noticed that the dielectric constants underestimated the energies of individual interactions, allowing the convergence state is achieved quickly. But only for ε = 40, the total binding energy of drug-receptor interaction is stabilized at r = 18A, which provided an appropriate binding pocket because it encompassed the main residues that interact more strongly with the hygB - C1403, C1404, G1405, A1493, G1494, U1495, U1498 and C1496. Thus, the dielectric constant ≈ 40 is ideal for the treatment of systems with many electrical charges. By comparing the individual binding energies of 16S rRNA nucleotides with the experimental tests that determine the minimum inhibitory concentration (MIC) of hygB, it is believed that those residues with high binding values generated bacterial resistance to the drug when mutated. With the same reasoning, since those with low interaction energy do not influence effectively the affinity of the hygB in its binding site, there is no loss of effectiveness if they were replaced.

Síntese de zeólitas utilizando cátions orgânicos a base de um anel imidazólio como agentes direcionadores de estruturas em meio fluorídrico

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES

Novos protocolos teóricos utilizados nos estudos das ligações hidrogênio-hidrogênio, na estabilidade do tetraedrano, seus derivados e das reações de diels-alder e na quantificação da afinidade de fármacos

This thesis was performed in four chapters, at the theoretical level, focused mainly on electronic density. In the first chapter, we have applied an undergraduate minicourse of Diels-Alder reaction in Federal University of Rio Grande do Norte. By using computational chemistry tools students could build the knowledge by themselves and they could associate important aspects of physical-chemistry with Organic Chemistry. In the second chapter, we studied a new type of chemical bond between a pair of identical or similar hydrogen atoms that are close to electrical neutrality, known as hydrogen-hydrogen (H-H) bond. In this study performed with complexed alkanes, provides new and important information about their stability involving this type of interaction. We show that the H-H bond playing a secondary role in the stability of branched alkanes in comparison with linear or less branched isomers. In the third chapter, we study the electronic structure and the stability of tetrahedrane, substituted tetrahedranes and silicon and germanium parents, it was evaluated the substituent effect on the carbon cage in the tetrahedrane derivatives and the results indicate that stronger electron withdrawing groups (EWG) makes the tetrahedrane cage slightly unstable while slight EWG causes a greater instability in the tetrahedrane cage. We showed that the sigma aromaticity EWG and electron donating groups (EDG) results in decrease and increase, respectively, of NICS and D3BIA aromaticity indices. In addition, another factor can be utilized to explain the stability of tetra-tert-butyltetrahedrane as well as HH bond. GVB and ADMP were also used to explain the stability effect of the substituents bonded to the carbon of the tetrahedrane cage. In the fourth chapter, we performed a theoretical investigation of the inhibitory effect of the drug abiraterone (ABE), used in the prostate cancer treatment as CYP17 inhibitor, comparing the interaction energies and electron density of the ABE with the natural substrate, pregnenolone (PREG). Molecular dynamics and docking were used to obtain the CYP1ABE and CYP17-PREG complexes. From molecular dynamics was obtained that the ABE has higher diffusion trend water CYP17 binding site compared to the PREG. With the ONIOM (B3LYP:AMBER) method, we find that the interaction electronic energy of ABE is 21.38 kcal mol-1 more stable than PREG. The results obtained by QTAIM indicate that such stability is due a higher electronic density of interactions between ABE and CYP17

Efeitos de alta densidade em processos Drell-Yan de altas energias

Um dos problemas teóricos mais importantes da Física de Partículas de Altas Energias é a investigação de efeitos de alta densidade na Cromodinâmica Quântica (QCD), que é a teoria que descreve as interações fortes. Tais efeitos são importantes pois determinam os observáveis em colisõesde altas energias. Em processos hadrônicos de energia suficientemente alta, espera-se a formação de sistemas densos o suficiente para que efeitos não lineares de QCD passem a ser significativos na descrição e na unitarização da seção de choque. Na descrição de processos de espalhamento de altas energias, evidências experimentais indicam que os hádrons são constituídos por partículas puntuais, as quais chamamos de pártons. Os pártons carregam uma fração x do momentum total do hádron, e são de dois tipos, quarks e glúons. Na interação entre as partículas ocorre a troca de momentum, definida como Q2. A descrição perturbativa padrão para a evolução dinâmica das distribuições de quarks q(x, Q2) e glúons g(x, Q2), pode ser dada pelas equações de evolução DGLAP, e tem obtido sucesso na descrição dos resultados experimentais para as presentes energias. Na evolução DGLAP, são considerados apenas processos de emissão, como a emissão de um glúon por um quark, o decaimento de um glúon em um par de quarks ou em um par de glúons Estes processos de emissão tendem a aumentar a densidade de pártons na região de pequeno momentum, levando a um crescimento ilimitado das distribuições partônicas para x -+ O. Assim, é esperado que o crescimento da densidade de pártons leve a interação e recombinação destas partículas, dando origem a termos não lineares nas equações de evolução. O resultado seria um processo de saturação das distribuições de pártons na região de alta energia e pequena fração de momentum. Os efeitos que dão origem à redução do crescimento das distribuições de quarks e glúons em relação a evolução linear são chamados genericamente de efeitos de sombreamento. Um dos aspectos fenomenológicosinteressantes a ser investigado no regime cinemático abordado acima é o processo Drell-Yan de alta energia, o qual consiste em processos de espalhamento pp, pA e AA com a produção de pares de léptons. Com o advento dos novos aceleradores, novos resultados experimentais estarão disponíveis na literatura relacionados com este processo. Em nosso trabalho investigamos os efeitos das correções de unitariedade em processos pp, bem como os efeitos devido a presença do meio nuclear em colisõespA e AA, nas distribuições de quarks e glúons, para a descrição da seção de choque diferencial para o processo Drell-Yan em colisõespp, pA e AA, para energias existentes nos novos aceleradores RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider) e LHC (Large Ion Collider). Os efeitos de alta densidade são baseados no formalismo de Glauber-Mueller. Os resultados aqui apresentados mostram que os efeitos de alta densidade nas distribuições partônicas são importantes para altas energias, pois a descrição da seção de choque para o processo Drell-Yan, quando os efeitos de alta densidade são considerados, apresenta significativas diferenças da descrição onde não considera-se tais efeitos.

Física de Pomeron a altas energias

Neste trabalho investigamos a física de Pomeron, tanto em sua formulação perturbativa dada pela Cromodinâmica Quântica como o aspecto não-perturbativo dado pela teoria de Regge. Estes formalismos teóricos levam em consideração o fato que o Pomeron porta os números quânticos do vácuo e deve dominar o espalhamento entre partículas em altas energias. Partindo do formalismo de dipolos de cor, estudamos a interação perturbativa usual corrigida por efeitos de unitariedade em altas energias para os processos DIS e Drell- Yan, determinando a importância destas correções para ambos processos. Referente ao Pomeron não-perturbativo, investigamos os aspectos do modelo de múltiplos espalhamentos, o qual também contribui também para a unitariedade no setor suave. Dado os resultados similares entre modelos QCD e de Regge na descrição de DIS difrativo, propomos um novo observável, o coeficiente angular difrativo da função de estrutura difrativa, que permitirá discriminar dinâmicas subjacentes ao processo. Finalmente estudamos a fenomenologia associada à truncagem da série assintótica advinda do formalismo BFKL, e a utilizamos para descrever os principais observáveis em colisões hadrônicas e elétron-próton.

Quebra da simetria de sabor na interação de mésons charmosos com o núcleon

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Estudo teórico da contribuição à dose de partículas secundárias geradas por prótons de energias entre 100 e 200 MeV num Phantom de substituto de tecido MS20

The goal of this project is the reproduction, through the simulation code based on the MCNPX (Monte Carlo N-Particle eXtended) v2.50 method, of the proton beam interaction with the material, since, in proton therapy, only the particle ionization and excitation are analyzed and the occurence of nuclear interactive inelastic process are not considered. This work will help the development of studies concerning the contribution to the total dosis of secondary particles generated by nuclear interaction in proton therapy. They are: alpha particles ( ), deuterium(2H), tritium (3H), neutron (n) and helium (3He). A MS20 tissue substitute phantom was used as the target and the energy of the proton beams was within an interest range of 100 to 200MeV. With the results obtained, it was possible to generate graphics which allows the analysis of the dosis deposition relation with and without nuclear interaction, the percentage of secondary particles deposited dosis, the radial dispersion of neutrons in the material, the secondary particles multiplicity, as well as the relation between the secondary particles spectrum with the próton generated spectrum

Estudo teórico da contribuição a dose de partículas secundárias geradas por prótons de energias entre 100-200 MeV num phantom de músculo estriado

In the treatment plans in conventional Proton therapy are considered only the elastic interactions of protons with electrons and/or nuclei, it means, mainly ionization and coulomb excitation processes. As the energy needed to reach the deep tumors should be of several hundred of MeVs, certainly the nuclear inelastic channels are open. Only some previous studies of the contribution of these processes in the full dose have been made towards targets composed of water. In this study will be presented the results of the simulation of the processes of interaction of beams of protons in the range of 100-200 MeV of energy with a cylindrical phantom composed by striated muscle (ICRU), emphasizing in the contribution to total dose due to the deposition of energy by secondary particles alpha (α), deuterium (2H), tritium (3H), neutron (n) and hélio3 (3He), originated by nuclear inelastic processes. The simulations were performed by using the method of Monte Carlo, via the computer code MCNPX v2.50 (Monte Carlo N-Particle eXtended). The results will be shown demonstrated through the graphics of the deposited dose with or without nuclear interaction, the percentual of dose deposited by secondary particles, the radial dispersion of neutrons, as well as the multiplicity of secondary particles

Estudo teórico da contribuição à dose de partículas secundárias geradas por Prótons de energias entre 100 e 200 MeV num Phantom de osso cortical

In proton therapy, the deposition of secondary particles energy originated by nuclear inelastic process (n, 2H, 3H, 3He and α) has a contribution in the total dose that deserves to be discussed. In calculations of plans implemented for routine treatment, the paid dose is calculated whereas the proton loses energy by ionization and or coulomb excitement. The contribution of inelastic processes associated with nuclear reactions is not considered. There are only estimates for pure materials or simple composition (water, for example), because of the difficulty of processing targets consisting of different materials. For this project, we use the Monte Carlo method employing the code MCNPX v2.50 (Monte Carlo N-Particle eXtended) to present results of the contribution to the total dose of secondary particles. In this work, it was implemented a cylindrical phantom composed by cortical bone, for proton beams between 100 and 200 MeV. With the results obtained, it was possible to generate graphics to analyze: the dose deposition relation with and without nuclear interaction, the multiplicity and percentage of deposited dose for each secondary particle and a radial dispersion of neutrons in the material

Estudo teórico da contribuição do espalhamento nuclear não elástico na trajetória de prótons de energias entre 50 e 250 MeV em materiais de interesse em radiologia: aplicação em tomografia com prótons

The goal of this work is to study the process of interaction of protons with matter through Monte Carlo simulation. For this purpose, it was employed the SRIM program (Stopping and Range of Ions in Matter ) and MCNPX (Monte Carlo N-Particle eXtended) v2.50. This work is going to support the development of a tomography system with protons. It was studied the interaction of proton with the follow materials: Polimethyl Mehacralate (PMMA), MS20 Tissue Substitute and water. This work employed energies in range of 50 MeV and 250 MeV, that is the range of clinical interest. The energy loss of proton after cross a material layer, the decreasing of its intensity, the angular and lateral de ection of incident beam, including and excluding nuclear interactions. This work is related with Medical Physics and Material Physics, like interaction of radiation with matter, particle transport phenomena, and the experimental methods in Nuclear Physics like simulation and computational by Monte Carlo method

Energias renováveis : riqueza sustentável ao alcance da sociedade

O décimo volume dos Cadernos de Altos Estudos apresenta estudo realizado com o objetivo de propor aprimoramentos na legislação brasileira, visando a superação de barreiras e a criação de mecanismos de incentivo que contribuam para a utilização das fontes renováveis de energia de maneira diversificada e sustentável, valorizando as potencialidades regionais, o desenvolvimento tecnológico e a geração de empregos. Para tanto, procurou-se examinar as tecnologias disponíveis, as políticas adotadas internacionalmente e os resultados obtidos, bem como a situação dessas fontes no Brasil e as normas jurídicas que disciplinam seu aproveitamento. Para subsidiar os trabalhos, o Conselho de Altos Estudos e Avaliação Tecnológica realizou palestras com especialistas do setor energético e promoveu um seminário internacional. Além disso, apoiou o Fórum sobre Energias Renováveis e Consumo Responsável (IV Sustentar 2011), em Chapecó, Santa Catarina.

Democracia participativa na Câmara dos Deputados : análise da efetividade da Comissão de Legislação Participativa como ferramenta de interação entre a sociedade e o parlamento

Discute a efetividade da mudança de paradigma de democracia adotado pela Câmara dos Deputados, representada pela criação da Comissão de Legislação Participativa - CLP, em 2001. O ponto de vista considerado para a abordagem é o da própria Comissão, externado pela análise do discurso de suas publicações periódicas, realizada segundo a teoria desenvolvida por Oswald Ducrot. No decorrer do trabalho, identifica-se o modelo democrático construído para o País na Constituição Federal de 1988, frente às possibilidades da democracia direta, representativa e participativa e situa-se, doutrinariamente, a CLP como ferramenta de democracia participativa. Em seguida, revelam-se os objetivos e as competências da CLP, assim como os procedimentos para elas adotados no âmbito do processo legislativo, para possibilitar a análise da atuação do órgão.

Escritório de projetos na Câmara dos Deputados : estudo de caso - interação entre os escritórios setoriais e o Escritório Corporativo na Câmara dos Deputados

Este trabalho visa estudar o modelo de escritórios de projeto da Câmara dos Deputados, objetivando compreender como é a atual interação entre os escritórios e sugerir melhorias nesta interação. O referencial teórico adotado discute conceitos relacionados a gestão de projetos e a escritórios de projeto, identificando possíveis atribuições e tipos existentes. Para a análise deste estudo de caso, foi feita uma contextualização do surgimento da Gestão Estratégica de Câmara dos Deputados, bem como a apresentação do atual modelo de escritórios de projeto da Casa. A pesquisa realizada em todos os escritórios da Casa foi a qualitativa. Os resultados apresentam as dificuldades encontradas atualmente, em especial no uso da metodologia adotada pela Câmara, e apresenta sugestões feitas pelos próprios entrevistados. Conclui-se que há um desalinhamento entre os escritórios, porém um grande interesse em encontrar um equilíbrio entre o uso da metodologia e nos resultados obtidos pelo seu uso.

Regulação Participativa : Interação do Parlamento e da sociedade civil no processo decisório e normativo das agências reguladoras brasileiras

Trata do relacionamento institucional das agências reguladoras brasileiras com o Congresso Nacional e a sociedade civil em geral, analisando a situação atual desta interação e buscando apontar caminhos para aprimorá-la.