Modelamento do transporte eletrônico em dispositivos moleculares

No presente trabalho, simulamos as propriedades de transporte e espectro de absorção do composto orgânico Vermelho de Etila. Este é o primeiro estudo teórico de um indicador específico de pH utilizado como nanodispositivo, com base na teoria quântica e no modelo de transporte não-difuso. A distribuição de carga ao longo da molécula é determinada através da técnica, Ab initio, como uma função de um campo elétrico externo. Baseado em um modelo de multiníveis ressonantes também calculamos a corrente como função da tensão de polarização. O acúmulo de carga e a corrente apresentam comportamento semelhante, como a condução do tipo ressonante e curvas carga-tensão e corrente-tensão assimétricas. Os principais resultados sugerem que o sistema presente poderia funcionar como um transistor molecular bi-direcional. Estendemos esta metodologia de análise para outro dispositivo molecular, mas composto de três terminais. Para este sistema, nossa descoberta principal é a resistência diferencial negativa (RDN) na carga Q como uma função do campo elétrico externo. Para explicar este efeito RDN, aplicamos um modelo capacitivo fenomenológico, também baseado em um sistema de multiníveis localizados (que podem ser os LUMOs – Lowest Unoccupied Molecular Orbital – Orbitais moleculares desocupados mais baixos). A capacitância descreve, por efeito de carregamento, a causa do bloqueio de Coulomb (BC) no transporte. Mostramos que o efeito BC dá origem a uma RDN para um conjunto adequado de parâmetros fenomenológicos como: taxa de tunelamento e energia de carregamento. O perfil da RDN obtida nas duas metodologias, ab initio e fenomenológica, estão em comum acordo.

A influência dos elementos da primeira série de transição nas propriedades eletrônicas de aglomerados de paládio: um estudo baseado na Teoria do Funcional de Densidade (TFD)

Na área da catálise, interações de moléculas pequenas como H2,N2,O2, CO, NO etc, com aglomerados metálicos, têm nas suas adsorções químicas etapa fundamental nas atividades catalíticas. O paládio está entre os metais mais empregados em catalisadores usados em muitos processos catalíticos heterogêneos. Neste presente trabalho foi realizada uma série de cálculos baseado na Teoria do Funcional de Densidade (TFD ou DFT) empregando o método BP86/LANL2DZ/6-311+G(d,p) para estudar a adsorção da molécula NO que foi utilizada como protótipo molecular para interagir sobre aglomerados de paládio puros e dopados com metais de transição da primeira série de transição (Pd3M e Pd9M). Neste contexto, o escopo deste trabalho foi: (i) obter informações a respeito das possíveis alterações estruturais e eletrônicas ocorridas em aglomerados de paládio quando dopados com metais da primeira série de transição (MT), (ii) estudar as alterações no comportamento do átomo de paládio, nos seus respectivos aglomerados puros, frente aos aglomerados dopados com metais de transição da primeira série,(iii) buscar possíveis padrões de influência dos MT nas propriedades de aglomerados de paládio (ex: energias dos orbitais de fronteira, transferências eletrônicas de doação e retrodoação, densidades de spin, hibridizações dos orbitais responsáveis pelas ligações com moléculas adsorventes etc). Após a realização dos cálculos baseados na DFT, os resultados mostram que, para o estudo sobre os aglomerados contendo quatro átomos, foi obtida correlação direta entre a carga adquirida pelo metal M dentro do aglomerado metálico e os orbitais moleculares de fronteira LUMO calculados para Pd3M. Esta correlação direta não se mantém quando o tamanho do aglomerado de paládio é aumento de quatro para dez átomos. A energia de adsorção apresentada pela molécula de NO apresenta boa correlação com a energia do LUMO, independentemente do número de átomos e da geometria do aglomerado e da natureza do metal dopante. A molécula de NO adsorve mais favoravelmente no modo Bridge, independentemente de qual metal está dopando o aglomerado de Pd9M. Entretanto, para o aglomerado de Pd3M, o modo de adsorção dependerá da natureza do metal dopante. A mudança na geometria e no número de átomos de paládio existentes no aglomerado provoca mudanças no modo e na energia de adsorção da molécula de NO adsorvente. Uma investigação mais aprofundada deve encontrar outras possíveis correlações entre propriedades dos metais da primeira série e aglomerados de paládio dopados com os mesmos

Transporte eletrônico e propriedades termodinâmicas de nanobiomoléculas

We use a tight-binding formulation to investigate the transmissivity and the currentvoltage (I_V) characteristics of sequences of double-strand DNA molecules. In order to reveal the relevance of the underlying correlations in the nucleotides distribution, we compare theresults for the genomic DNA sequence with those of arti_cial sequences (the long-range correlated Fibonacci and RudinShapiro one) and a random sequence, which is a kind of prototype of a short-range correlated system. The random sequence is presented here with the same _rst neighbors pair correlations of the human DNA sequence. We found that the long-range character of the correlations is important to the transmissivity spectra, although the I_V curves seem to be mostly inuenced by the short-range correlations. We also analyze in this work the electronic and thermal properties along an _-helix sequence obtained from an _3 peptide which has the uni-dimensional sequence (Leu-Glu-Thr- Leu-Ala-Lys-Ala)3. An ab initio quantum chemical calculation procedure is used to obtain the highest occupied molecular orbital (HOMO) as well as their charge transfer integrals, when the _-helix sequence forms two di_erent variants with (the so-called 5Q variant) and without (the 7Q variant) _brous assemblies that can be observed by transmission electron microscopy. The di_erence between the two structures is that the 5Q (7Q) structure have Ala ! Gln substitution at the 5th (7th) position, respectively. We estimate theoretically the density of states as well as the electronic transmission spectra for the peptides using a tight-binding Hamiltonian model together with the Dyson's equation. Besides, we solve the time dependent Schrodinger equation to compute the spread of an initially localized wave-packet. We also compute the localization length in the _nite _-helix segment and the quantum especi_c heat. Keeping in mind that _brous protein can be associated with diseases, the important di_erences observed in the present vi electronic transport studies encourage us to suggest this method as a molecular diagnostic tool

Febrifugine derivative antimalarial activity: quantum mechanical predictors

O desenvolvimento de linhagens resistentes de Plasmodium falciparum tem encorajado a busca por novas drogas antimalariais. A febrifugina é uma substância natural com alta atividade contra o P. falciparum que apresenta propriedade emética e toxicidade para o fígado tal que não permitem o seu uso clínico. A busca por análogos que possam ter uma performance clínica melhor é um tema de pesquisa atual. Nosso objetivo é investigar a estrutura eletrônica teórica de uma família de derivados da febrifugina empregando cálculos semi-empíricos de orbitais moleculares, procurando por índices eletrônicos que possam ajudar a modelar novos derivados mais eficientes. Os resultados teóricos mostram que para as moléculas mais seletivas existe um agrupamento dos valores de determinados índices em intervalos bem definidos. O modelo proposto para se obter alta seletividade foi testado com sucesso.

Aplicação de métodos teóricos na investigação da transferência auto-consistente de elétrons em nano-retificador orgânico

Neste trabalho apresentamos um estudo teórico da estrutura eletrônica de uma molécula do tipo Doador-dinitrobenzene e um grupo Aceitador-dihydrophenazine (D-A) com pontes poliênicas variando de π = 0 à π = 10. Trata-se de um sistema promissor para o desenvolvimento de retificadores moleculares, que sob dopagem química podem vir a adquirir propriedades elétricas de material condutor. E ainda, sob ação de campo elétrico externo apresenta comportamento equivalente ao de dispositivos usuais, mas com inúmeras vantagens como, por exemplo, tamanho extremamente reduzido e intensa resposta ótica em regime não-linear. Para estudar esse sistema, fizemos otimizações de geometria sistematicamente, levando em conta cálculos de ZINDO/S-CIS (Zerner´s Intermediate Neglect of Differential Orbital/Spectroscopic – Configuration Interaction Single) que utilizam 220 configurações em média. Observamos uma transferência eletrônica calculada por métodos derivados de Hartree-Fock. Nossos resultados mostram uma delocalização bem definida dos Orbitais Moleculares de Fronteira (OMFs) HOMO[LUMO] nos grupos D[A] para molécula com ponte poliênica relativamente grande. Para estruturas com ponte poliênica relativamente pequena o contrário é observado, e uma uniformidade dos OMFs nos terminais DA é verificada. O que indicaria que somente as estruturas com ponte poliênica relativamente grande seriam promissoras pra criação de dispositivos, tendo LUMO como canal de condução. Um estudo detalhado do rearranjo de carga molecular para a mesma estrutura, sob a ação de um campo elétrico externo mostrou que o transporte de carga no grupo D[A] independe do tamanho da ponte poliênica. A voltagem aplicada é intensa o bastante para criar um potencial de saturação para este sistema com grupos DA muito próximos (evidenciando uma região de saturação e uma região de operação para sistemas com pontes pequenas), normalmente presente e sistemas com ponte molecular relativamente grande e nos dispositivos semicondutores macroscópicos. Acreditamos que o OMF LUMO desempenha um papel importante no que diz respeito ao transporte de carga em estruturas relativamente grandes, seguido de falhas em estruturas moleculares onde o grupo D está muito próximo do A. Nossos resultados mostram que temos um retificador molecular que pode trabalhar corretamente como um retificador macroscópico.

Funções de Wannier generalizadas para aplicações em Ciência dos Materiais

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Potenciais periódicos: aplicação à espectroscopia do benzeno

Pós-graduação em Física - FEG

Confinamento das moléculas H2 e O2 como modelo para o estudo da ligação ligante-sítio ativo em macromoléculas biológicas

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Caracterización molecular de 105 accesiones de cacao(Theobroma Cacao L.) utilizando 10 marcadores moleculares tipo SSR en INTA-CNIAB, Nicaragua, 2011

Se realizó la caracterización molecular de 105 accesiones de Cacao que contemplan 79 colectas nacionales, 21 híbridos de referencia y 5 materiales criollo referencia , congregados en 8 grupos de acuerdo a su ubicación geográfica al momento de la colecta; utilizando 10 marcadores moleculares tipo SSR con el fin de conocer la divers idad genética de Cacao colectado en finca de productores nicaragüenses . Se utilizó el método de extracción de ADN C TAB - Buffer, Amplificación de fragmentos de ADN mediante la técnica PCR , visualización de fragmentos de ADN en cámara electroforesis. Se identificaron 183 alelos en las 105 ac cesiones con una media de 18.3, los rangos de Heterosigocidad observada y esperada resultaron mayores para MTcCIR12 con 0.437 y 0.81 respectivamente ; el CIP y el Índice de Shannon proporcionaron los mayores valores para MTcCIR12 con 0.96 y 1.94 respectivamente . La media general del CIP e Índice de Shannon para todos los locus es de 0.87 y 1.37 respectivamente; e l análisis molecular de varianza reveló que las diferencias genéticas dentro de los grupos (85%) es mayor que las diferencias entre grupos (15%) ; se realizó el dendograma basado en las distancia de Nei’s donde revela diferencias m ínimas entre los grupos , la mayor relación genética son entre los grupos RSJ y Carazo ; en cambio para el grupo Carazo e Hibrido referencia se encontraron las mayores diferencias. E n el PCA se encontró materiales colectados que resultaron genéticamente pare cidos a los criollo s referencias, es el caso de RSJ 0211, RSJ 0 311, RSJ 0511, Bomat0510, Ji0210 ; los materiales Ji - Cuá 0104 y RSJ0411 están estrechamente relacionado . Se demostró que existe una alta diversidad genética y que existen materiales promisorios para posteriores estudios de mejora genética

Respuesta bacteriana al estrés. Identificación de los factores celulares y moleculares que controlan la respuesta al estrés ambiental en bacterias autóctonas y alóctonas en los sistemas acuáticos

Poster presentado a la Rodríguez 1ª Jornadas de Investigación de la Facultad de Ciencia y Tecnología celebrada en Leioa del 21 a 23 de mayo de 2008.

Estudio de la distribución ambiental de los hongos del género Scedosporium en el País Vasco. Identificación de especies por técnicas moleculares.

El complejo de especies Scedosporium/Pseudallescheria está compuesto por diferentes especies de hongos filamentosos. De las cinco más habituales y utilizadas en este estudio existen tres especies de patógenos oportunistas clínicamente importantes, S. apiospermum, S prolificans y S. aurantiacum, que generan scedosporiosis especialmente en individuos inmuncocomprometidos. El aumento del número de este tipo de pacientes en los últimos años está elevando la incidencia de los casos de scedoporiosis. Scedosporium spp. se encuentran frecuentemente en hábitats humanizados y con presencia de contaminación. En este trabajo, se ha realizado un estudio para determinar su presencia en algunos hábitats de la Comunidad Autónoma del País Vasco (CAPV) y conocer su distribución, empleando técnicas microbiológicas y moleculares. No se aisló ninguna cepa del género en las playas de la CAPV, mientras que si que se encontraron en parques urbanos, aislándose la mayor cantidad de cepas y variedad de especies del género en las muestras de Araba. Por otro lado, se identificaron las especies del género mediante PCR, encontrándose cepas de S. prolificans, S. aurantiacum, S. dehoogii y P. minutispora. Además, se comprobó que los primers disponibles S. apiospermum no permitían discriminarlo del resto de especies.

Estudio del receptor 5HT2A y de la vía Akt/GSK3 como mecanismos moleculares de la psicosis inducida por el consumo crónico de cannabis

La esquizofrenia es una enfermedad mental de carácter crónico que afecta aproximadamente al 1% de la población , principalmente con edades comprendidas entre los 15 y 4 5 años . Se trata de una enfermedad de inicio en la adolescencia o comienzo de la madurez y cuyo potencial discapacitante persiste y se agrava a lo largo de la vida. La etiología de la esquizofrenia es multifactorial con evidencias de factores genéticos y ambientales. El carácter hereditario de la esquizofr e nia se ha estimado en un 73 - 90% y los factores genéticos que predisponen a la enfermedad son múltiples y heterogéneos. Los estudios epidemiológicos parecen sugerir que el mayor riesgo de desarrollar esquizofrenia es prod ucto de interacciones genético/ ambi entales (predisposición genética a agresiones ambientales) y del fenómeno de epistasis (fenotipo dependiente de la interacción entre diversos genes). Las manifestaciones clínicas de la esquizofrenia se dividen en síntomas positivos, síntomas negativos y dé ficits cognitivos. A causa de los déficits asociados y de su carácter crónico, la esquizofrenia se encuentra entre las diez causas principales de discapacidad por enfermedad del mundo y según la World Health Organization (2001), se estima que es la quinta enfermedad más costosa para la s ociedad en términos de atención requ erida y pérdida de productividad, con un coste anual en la Unión Europea que supera los 35 mil millones de €, según Andlin - Sobocki y Rössler (2005) . A nivel nacional, en el año 2009 los an tipsicóticos atípicos más empleados (risperidona y olanzapina) se encontraron entre los 8 primeros fármacos que más gasto generaron, con un coste económico superior a 350 millones de euros (Sistema Nacional de Salud (2010)) . Además, según el estudio de Pal mer et al. (2005), el riesgo de muerte prematura en la población esquizofrénica es aproximadamente dos veces mayor en la población general, siendo el suicidio la principal causa de este exceso de mortalidad, con una prevalencia estimada entre 5 - 10%. En est e sentido, se ha estimado que entre el 25% y 50% de los pacientes con esquizofrenia cometen por lo menos un intento de suicidio en su vida , según el estudio llevado a cabo por Meltzer (2002) . Dada su prevalencia, la tendencia a la cronicidad y el riesgo su icida de pacientes con esquizofrenia así como los elevados costes socio - sanitarios, la investigación de esta enfermedad es un objetivo prioritario de los sistemas de salud mundiales

Reactivación de agregados proteicos por chaperonas moleculares

ClpB es una chaperona hexamérica que solubiliza y reactiva agregados proteicos con la colaboración del sistema Hsp70/Dnak. Cada monómero de la proteína contiene dos dominios de unión a nucleótido, NBDs, que unen e hidrolizan ATP. La inserción de subunidades mutantes inactivas, es decir, incapaces de hidrolizar ATP, en el hexámero de ClpB inhibe la actividad replegadora de esta chaperona porque bloquean la comunicación alostérica que se establece entre los NBDs de los protómeros. Con el fin de conocer qué dominios de la proteína se encuentran implicados en dicha comunicación intermonomérica, se preparan híbridos de ClpB que contienen subunidades inactivas sin dominio N-terminal o dominio M. Asimismo, se estudia el efecto de DnaK en la actividad ATPasa de ClpB.

O papel da proteína supressora de tumor p53 na indução de ciclooxigenase-2 em Carcinoma de Pulmão de Células Não Pequenas: aspectos moleculares e clínicos

O Carcinoma de Pulmão de Células Não Pequenas (NSCLC) é uma doença freqüentemente letal e altamente resistente à terapia oncológica convencional, como por exemplo, o tratamento quimioterápico com cisplatina e paclitaxel. A superexpressão de Ciclooxigenase-2 (COX-2) é constantemente observada em pacientes com NSCLC, estando associada ao prognóstico ruim destes pacientes. Acredita-se que a alta expressão de COX-2 produz efeitos anti-apoptóticos, porém pouco é conhecido sobre os mecanismos de regulação desta enzima. Muitos sinais capazes de ativar COX-2 também induzem a proteína supressora de tumor p53, conhecida pelo seu papel fundamental no controle da proliferação celular e apoptose. Dados recentes indicam que a proteína p53 é um importante regulador da expressão de COX-2. O objetivo desta dissertação foi avaliar os efeitos da quimioterapia na expressão da enzima COX-2 em linhagens celulares com diferente status do gene TP53, e ainda, correlacionar a expressão de COX-2 e o status mutacional de TP53, com as características clínico-patológicas de pacientes com NSCLC. Como ferramentas experimentais foram usadas técnicas de biologia celular e molecular como interferência de RNA, PCR em tempo real, análise mutacional e imuno-histoquímica. Com os resultados obtidos, observamos que as linhagens celulares de câncer de pulmão que apresentam p53 na sua forma selvagem, quando expostas ao tratamento com cisplatina, apresentaram indução da expressão de COX-2 (RNAm e proteína), em adição ao aumento da síntese de Prostaglandina E2 (PGE2). Em contrapartida, a expressão de COX-2 não foi alterada após o tratamento com cisplatina nas linhagens celulares que apresentavam mutação no gene TP53. Ao avaliar o tratamento com paclitaxel, foi observado um aumento da expressão de COX-2 nas linhagens A549 e H460 (linhagens celulares do tipo selvagem para p53), entretanto não foi observada alteração nos níveis de PGE2. Em adição, o tratamento com paclitaxel induziu um aumento da expressão de COX-2 na linhagem com deleção em TP53, ACC LC-319. Em seguida, após silenciamento de p53 na linhagem celular A549, por interferência de RNA, a cisplatina passou a não ser mais capaz de induzir o aumento da expressão de COX-2. No tratamento com paclitaxel, o silenciamento de TP53 não mudou a expressão de COX-2, indicando assim um efeito independente de p53. Dessa maneira, sugerimos que a indução de COX-2, por cisplatina, em linhagens celulares NSCLC é dependente de p53. Na análise dos pacientes NSCLC, os resultados demonstram que 54% dos pacientes apresentam expressão positiva de COX-2. Mutações em TP53 foram observadas em 57% dos pacientes, incluindo 56% de fumantes correntes e 37% de ex-fumantes. Uma associação entre a expressão de COX-2 e o status selvagem de TP53 foi observada, entre os pacientes que apresentaram expressão positiva de COX-2, 80% apresentaram TP53 selvagem. Um número maior de pacientes é necessário para aumentar o poder estatístico e confirmar as tendências observadas nesse estudo