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Análise in silico do complexo YCBB-PBP5 mediador de resistência a β-Lactâmicos
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2021-12-02) Braga, Aline de Oliveira; Fulco, Umberto Laino; Melo, Maria Celeste Nunes de; 34195602300; http://lattes.cnpq.br/0580551464788795; http://lattes.cnpq.br/9579151361576173; http://lattes.cnpq.br/4527188234415347; Macedo Filho, Antônio de; http://lattes.cnpq.br/5432651695056904; Vianna, Jéssica de Fátima
O mecanismo de resistência mediado pela L,D transpeptidase YcbB complexada com PBP5 em Escherichia coli permite a continuação da síntese da parede celular mesmo na presença de antibióticos β-lactâmicos, possibilitando a sobrevivência da bactéria mesmo sob estresse celular. Devido ao aumento do número de casos de resistência bacteriana aos tratamentos disponíveis, torna-se evidente a necessidade em desenvolver uma melhor compreensão sobre os mecanismos de resistência e consequentemente elaborar soluções farmacológicas eficazes. O objetivo deste estudo é avaliar, por meio de técnicas de simulação computacional fundamentadas na Teoria do Funcional da Densidade (DFT) e utilizando como metodologia o Fracionamento Molecular com Capas Conjugadas (MFCC), as especificidades energéticas presentes na interação entre os complexos YcbB-Meropenem e PBP5-Meropenem, a partir da utilização das estruturas cristalinas destas proteínas e a aplicação das ferramentas inerentes ao campo da simulação computacional. Para o primeiro complexo, foram avaliados 38 aminoácidos enquanto que para o sistema PBP5-Meropenem 42 aminoácidos foram analizados. A maioria dos resíduos energeticamente mais relevantes fazem parte do bolsão de ligação e os aminoácidos com maior energia atrativa estão situados a uma distância de até 4 Å, em ambos os complexos. Os resultados obtidos indicam maior energia de interação entre o meropenem e PBP5 através da interação dos resíduos THR243, HIS245, SER116, LYS242, GLY114 e SER139 que foram os mais importantes. Enquanto que para o complexo YcbB e meropenem os aminoácidos mais relevantes são SER526, TYR507, LEU431, ILE506, THR430 ARG407, TRP425, PRO428. Os métodos utilizados na análise destes resultados são arrojados e eficientes, e os resultados analisados servem como base de fundamentação teórica no desenvolvimento de novos fármacos.
Avaliação por bioquímica quântica de interações entre o receptor beta secretase 1 (BACE1) e Ligantes
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2021-12-02) Clemente Júnior, Washington Sales; Fulco, Umberto Laino; http://lattes.cnpq.br/9579151361576173; http://lattes.cnpq.br/6613096511935122; Macedo Filho, Antônio de; http://lattes.cnpq.br/5432651695056904; Lima Neto, José Xavier de; http://lattes.cnpq.br/4087097955623085
A doença de Alzheimer (DA) é um transtorno neurodegenerativo multifatorial progressivo e a principal causa de demência na vida adulta tardia. A hipótese da cascata amiloide sugere uma deposição de beta amiloide (Aβ) no cérebro, como resultado disso, há um desequilíbrio entre a produção e a depuração do peptídeo Aβ que se depositam em placas difusas. Essa seria a causa da lesão na DA. Nos últimos anos, vem sendo desenvolvidos diversos fármacos para diminuição das concentrações de Aβ40 e Aβ42, entre eles o 4- Butoxi-3-clorobenzil imidotiocarbamato e o Verubecestat que apresentam um grande potencial para a minimizar a produção do peptídeo. Este trabalho, faz uma análise das principais interações que ocorrem entre uma Beta secretase 1 (BACE1) e o seus ligantes a partir do Método de Fragmentação Molecular com Capas Conjugadas (MFCC), utilizando a abordagem DFT (Teoria Funcional da Densidade), para identificação de quais resíduos de aminoácidos contribuem para a ligação entre os fármacos, citados a cima, e seu receptor. Os resultados mostraram os valores energéticos de cada resíduo de aminoácido constituinte do sítio de interação com os ligantes em análise. Essa avaliação se deu em um raio de até 10,0 Å de distância dos fármacos. Os resultados mostram que 4- Butoxi-3-clorobenzil imidotiocarbamato possui maior afinidade ao alvo molecular do que o Verubecestat. Os resíduos ASP93, ASP289, TYR132, SER96, THR293, GLY291, LEU91, ILE179, THR292, TRP176, GLY95, PHE169, GLN134 são importantes para a formação do sistema com os dois fármacos. Sendo desses, a ASP93 e ASP289 mostram-se peças chaves para estabilização da formação dos complexos. Os dados encontrados são fundamentais para criação de novas estratégias no desenvolvimento de fármacos que possam contribuir para a melhora na qualidade de vida dos pacientes portadores de DA.
Distribuição dos tamanhos de DNA humano codificante via teoria da informação
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2021-02-12) Correia, Jonathan Pessoa; Silva Júnior, Raimundo; http://lattes.cnpq.br/2680905746363331; http://lattes.cnpq.br/8759510435086814; Anselmo, Dory Helio Aires de Lima; http://lattes.cnpq.br/0554474279738500; Macedo Filho, Antônio de; http://lattes.cnpq.br/5432651695056904
Analisamos as sequências codificantes do DNA do Homo Sapiens por meio de um modelo que naturalmente envolve correlações entre as bases nas sequências de DNA dos organismos vivos. O modelo é baseado na otimização da entropia de Shannon, que é o centro de todos os argumentos estatísticos. No presente trabalho, propomos a função de distribuição de dupla exponencial dos comprimentos do DNA medido em pares de bases (pb). Os resultados mostram que as Correlações de Curto Alcance (CCA), sempre presentes nas sequências de DNA codificantes, são apropriadamente capturadas por meio da distribuição dupla exponencial e descreve adequadamente a distribuição de comprimentos cumulativos das bases de DNA. Com base neste modelo, usamos uma função de distribuição cumulativa empírica e o banco de dados de proteínas compilado pelo Projeto Ensembl para mostrar consistência com os dados.
Estudo das propriedades óptico-eletrônicas de neurotransmissores
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2022-02-18) Araújo, Roniel de Lima; Fulco, Umberto Laino; Barboza, Carlos Antônio; http://lattes.cnpq.br/6129886378495626; https://orcid.org/0000-0002-4528-9878; http://lattes.cnpq.br/9579151361576173; https://orcid.org/0000-0002-3021-9439; http://lattes.cnpq.br/2036449171182051; Macedo Filho, Antônio de; Anselmo, Dory Helio Aires de Lima; https://orcid.org/0000-0003-0180-9189; http://lattes.cnpq.br/0554474279738500; Albuquerque, Eudenilson Lins de; https://orcid.org/0000-0002-1022-1048; http://lattes.cnpq.br/3594651355252245; Silva, Luciano Rodrigues da; https://orcid.org/0000-0002-6875-1965; http://lattes.cnpq.br/5182830756789229; Lyra, Marcelo Leite
Neste trabalho, apresentaremos um estudo das propriedades estruturais, eletrˆonicas, ´opticas, vibracionais e termodinˆamicas dos cristais de dopamina, l-dopa, noradrenalina e adrenalina, atrav´es de simula¸c˜oes computacionais no formalismo DFT (Density Functional Theory), onde foi usado a aproxima¸c˜ao do gradiente generalizado (GGA-PBE) e o funcional h´ıbrido HSE06. A partir dos dados experimentais das quatro estruturas cristalinas foram realizados a otimiza¸c˜ao da geometria cristalina, c´alculo da densidade de estados e estrutura de bandas, absor¸c˜ao ´optica, fun¸c˜ao diel´etrica, ´ındice de refra¸c˜ao, condutividade ´optica, refletividade, fun¸c˜ao perda, espectro infravermelho e Raman e tamb´em temperatura de Debye, entalpia, energia livre, T*entropia e capacidade t´ermica. Os novos parˆametros de rede encontrados apresentaram uma boa concordˆancia com os valores experimentais. Atrav´es do funcional GGA-PBE (HSE06), encontramos que: a dopamina apresenta um band gap indireto E = 3, 8 eV (4,70 eV), para noradrenalina obtivemos um band gap indireto E = 3, 48 eV (4,40 eV), para adrenalina foi encontrado um band gap indireto E = 3, 53 eV (4,60 eV) e um band gap direto E = 3, 09 eV (3,60 eV) foi obtido para o cristal da l-dopa. A an´alise das densidades de estados eletrˆonicos permitiu identificar as contribui¸c˜oes por ´atomo para os estados das bandas de valˆencia e de condu¸c˜ao. Nas propriedades ´opticas ´e poss´ıvel observar uma absor¸c˜ao da luz na regi˜ao ultravioleta, e uma maior sensibilidade na absor¸c˜ao da radia¸c˜ao polarizada na dire¸c˜ao 100, para a dopamina, noradrenalina e l-dopa, enquanto que a adrenalina apresenta uma maior absor¸c˜ao da luz polarizada com a dire¸c˜ao de polariza¸c˜ao 001. Os espectros IR e Raman foram calculados e os modos de vibra¸c˜ao analisados. A capacidade t´ermica em temperatura ambiente encontrada foi: 210.01 cal/cell.K, 121 cal/cell.K, 182 cal/cell.K e 103 cal/cell.K, para dopamina, l-dopa, noradrenalina e adrenalina, respectivamente.
Experimentos portáteis para aula sobre o vácuo
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2023-01-20) Candreva, Rodrigo dos Santos; Feitosa, Carlos Chesman de Araújo; Lima, Alexsandro Pereira; http://lattes.cnpq.br/2452557056611320; http://lattes.cnpq.br/1150673024968512; http://lattes.cnpq.br/6076003747222204; Costa, Jefferson Soares da; https://orcid.org/0000-0002-9830-0495; http://lattes.cnpq.br/9175100603360900; Macedo Filho, Antônio de
Este estudo visa à construção de um aparato experimental portátil e uma sequência didática como produto educacional para os professores a fim de suprir a ausência de estrutura das escolas, especificamente as públicas, que não possuem laboratório para realização da prática experimental voltada para o tema vácuo. A sequência didática tem fundamento na teoria da aprendizagem ativa ISLE. O professor da disciplina de Física, e autor desta pesquisa, aplicou a sequência didática. O estudo busca trazer contribuições para o ensino sobre o tema e sua relação com alguns fenômenos. A aplicação do produto (o aparato experimental e a sequência didática) ocorreu com alunos da 2ª série do Ensino Médio em Tempo Integral da Escola Estadual Augusto Xavier de Góis, localizada em Muriú, pertencente ao Município de Ceará-Mirim-RN, na disciplina de Física. A atividade teve uma duração de 6 aulas, considerando que cada aula possui 50 minutos. Os alunos receberam, tanto no pré quanto no pós-teste, explicações sobre os instrumentos a ser utilizados nas aulas, com base em experimentos qualitativos e quantitativos sobre vácuo, mostrando a sua aplicação tecnológica e, consequentemente, sua importância para nossas vidas. O produto didático alcançou a proposta em si da pesquisa, com eficiência, mostrando, assim, que houve uma aprendizagem significativa e participativa por parte dos discentes envolvidos.
Investigação de propriedades de transporte eletrônico e caracterização multifractal de bandas de energias de sequências GA no DNA humano
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2022-03-22) Lima, Allyson Irineu Araújo; Vasconcelos, Manoel Silva de; https://orcid.org/0000-0002-5118-364X; http://lattes.cnpq.br/6345339220512423; Macedo Filho, Antônio de; Bezerra, Claudionor Gomes; https://orcid.org/0000-0001-9660-2142; http://lattes.cnpq.br/5085046065890176; Azevedo, David Lima; Anselmo, Dory Helio Aires de Lima; Fulco, Umberto Laino; https://orcid.org/0000-0002-4528-9878; http://lattes.cnpq.br/9579151361576173
Neste trabalho, analisamos a localização e as propriedades fractais do espectro de energia em um sistema genômico, formado por sete tipos de sequências poli(GA) (G-Guanina e A-Adenina) encontradas no cromossomo 7 humano. Utilizamos dois métodos para encontrar as soluções do hamiltoniano na aproximação tight-binding: matriz de transferência e método de autovalores negativos desenvolvido por Dean. Através do método de matriz de transferência obtivemos: diagrama de energia, espectro de transmitância eletrônica e o coeficiente de Lyapunov. Já por meio do método de autovalores negativos, determinamos: diagrama de energias e densidade eletrônica de estados. A investigação do comportamento multifractal de bandas de energia obitidas pelo método de matriz de transferência, deu-se por meio do espectro de singularidade f(α), que foi calculado usando um algoritmo baseado nos teoremas de Shannon, Eggelston e Billingsley, além disso, determinamos à lei de potência associada a distribuição de bandas de energias de cada sequência estudada. Em nossos resultados, o diagrama de energia revelou um comportamento fractal semelhante ao conjunto aleatório de Cantor. Comparando todas as sequências aqui estudadas, os resultados da análise multifractal das distribuições de bandas de energia apresentaram comportamento típico de sistemas multifractais.
Investigando as moléculas do DNA usando ferramentas de física estatística
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2024-04-30) Correia, Jonathan Pessoa; Silva Júnior, Raimundo; https://orcid.org/0000-0001-8318-7824; http://lattes.cnpq.br/2680905746363331; http://lattes.cnpq.br/8759510435086814; Corso, Gilberto; https://orcid.org/0000-0003-1748-4040; http://lattes.cnpq.br/0274040885278760; Fulco, Umberto Laino; Matias, Fernanda Selingardi; Macedo Filho, Antônio de
Exploramos uma série de ferramentas estatísticas na análise de sequências de DNA, com foco especial em quatro espécies de interesse: seres humanos, coronavírus, milho e soja. A escolha dessas espécies se deve a importância que elas desempenham no contexto médico, biológico, econômico, tratamento de doenças e agricultura. Utilizando métodos como o Chaos Game Representation, Multifractal Detrended Fluctuation Analysis, e o plano complexidade-entropia, investigamos a estrutura e a dinâmica das sequências de DNA dessas espécies. Além disso, buscamos caracterizar a distribuição dos comprimentos dos pares de base da parte do codificante do DNA humano utilizando modelos fundamentados na estatística de Tsallis e recorrendo à estatística bayesiana para identificar o modelo mais preciso para estas distribuições. Os resultados revelaram correlação do tipo lei de potência nas sequências genéticas estudadas, destacando a presença de características multifractais e a natureza persistente em sua composição. Essas descobertas sublinham a complexidade e a dificuldade de prever a composição genética, além de enfatizar o potencial dessas ferramentas estatísticas para aprofundar nossa compreensão das sequências de DNA e suas implicações para a saúde, agricultura e tecnologia. As descobertas abrem caminho para pesquisas futuras, sugerindo a aplicação dessas metodologias a uma gama mais ampla de organismos, com o intuito de explorar a vasta complexidade genética existente.
Maximum entropy principle for Kaniadakis statistics and networks
(Elsevier, 2013-05-03) Moreira, Darlan Araújo; Macedo Filho, Antônio de; Silva Junior, Raimundo; Silva, Luciano Rodrigues da
In this Letter we investigate a connection between Kaniadakis power-law statistics and networks. By following the maximum entropy principle, we maximize the Kaniadakis entropy and derive the optimal degree distribution of complex networks. We show that the degree distribution follows P(k) =P0 expκ (−k/ηκ ) with expκ (x) = (√1 + κ2x2 + κx)1/κ , and |κ| < 1. In order to check our approach we study a preferential attachment growth model introduced by Soares et al. [Europhys. Lett. 70 (2005) 70] and a growing random network (GRN) model investigated by Krapivsky et al. [Phys. Rev. Lett. 85 (2000) 4629]. Our results are compared with the ones calculated through the Tsallis statistics
Modelagem em superestatística da distribuição de tamanho de sequências de DNA codificantes para Genoma Eucarionte
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2024-09-24) Costa, Marcone Oliveira da; Silva Júnior, Raimundo; https://orcid.org/0000-0001-8318-7824; http://lattes.cnpq.br/2680905746363331; https://orcid.org/0000-0002-3958-6577; http://lattes.cnpq.br/9640604659863372; Macedo Filho, Antônio de; Silva, Luciano Rodrigues da; Vasconcelos, Manoel Silva de; Silva, Sérgio Luiz Eduardo Ferreira da
Este trabalho explora os princípios fundamentais do formalismo superestatístico e aplica esses conceitos à análise de dados gnômicos de organismos eucariontes. Um modelo generalizado de Heston foi utilizado no contexto da superestatística para capturar as correlações de curto alcance nas distribuições dos tamanhos da região codificante, éxons, do genoma de Homo sapiens. Para o estudo dos vegetais, adotou-se uma abordagem de análise de séries temporais, visando descrever as correlações de curto alcance na família Cucurbitaceae. Os modelos resultantes, as distribuições q-Gama e q-Gama Inversa, mostraram-se eficazes na descrição dos dados genômicos. Além disso, a aplicação da an´alise Bayesiana permitiu avaliar a incerteza associada aos parâmetros do modelo e selecionar o modelo mais adequado para a descrição dos dados. Os resultados indicam que a abordagem superestatística e o uso de distribuições generalizadas são ferramentas valiosas na análise de dados genômicos, proporcionando uma compreensão mais profunda das correlações de curto alcance na distribuição dos tamanhos dos éxons.
Processo epidêmico mediado por vetores e processo epidêmico no modelo SIS em rede complexa: um estudo das propriedades críticas
(Universidade Federal do Rio Grande do Norte, 2020-08-19) Santos, Frederico Lemos dos; Fulco, Umberto Laino; ; ; Lima, João Paulo Matos Santos; ; Macedo Filho, Antônio de; ; Almeida, Mauricio Lopes de; ; Barbosa, Paulo Henrique Ribeiro;
Desde 1990 que as propagações epidêmicas têm sido alvo de muitos estudos baseados nos métodos da Física Estatística. As dinâmicas desses processos epidêmicos, tipicamente de não equilíbrio, consistem na competição pelo estado de saúde ativo (hospedeiros infectados) e inativo (hospedeiros não infectados). A transição entre estes estados ativo (epidêmico) e inativo (não epidêmico) permite a análise do ponto e dos expoentes críticos do sistema (classe de universalidade). Nesta tese investiga-se as propriedades críticas de dois sistemas epidêmicos: O primeiro composto de duas espécies de população que são a humana com hospedeiros não infectados (H) e hospedeiros infectados (Hi) e a dos vetores composta de vetores não infectados (V ) e vetores infectados (Vi), que se difundem independentemente numa rede unidimensional, com a taxa D, seguindo uma regra dinâmica de probabilidade, onde as taxas de cura dos vetores e dos indivíduos são respectivamente φ e λ. Um segundo sistema epidêmico, conhecido como suscetível infectado suscetível (SIS), em uma rede complexa com alto fator de agregação e com taxa de contaminação λ. Os dois modelos foram simulados usando-se o método de Monte Carlo para a obtenção dos dados e uma análise de escala de tamanho finito permitiu que se estimasse as propriedades críticas. Para o primeiro modelo obteve-se o ponto crítico para quinze combinações entre as taxas de cura dos vetores e hospedeiros e se enquadrou na classe de universalidade dos processos epidêmicos difusivos, expoentes z = ν = 2 e β/ν = 0, 11(2). Para o segundo modelo, o ponto crítico foi λc = 0, 068(9) e os expoentes foram: β/ν = 0, 88(4), 1/ν = 0, 25(4) e γ/ν = 0, 51. Estas informações podem contribuir com as metodologias empregadas pela epidemiologia no combate as doenças infecciosas.

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