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Item Studies of the molecular and electronic structures of small molecules for pharmacological and environmental applications(2016-11-04) Castellano, Eduardo ErnestoObjectives the aim of the present proposal is the determination of molecular structures at atomic resolution in order to gain in the understanding of systems of physicochemical, pharmacological and biological interest. In these studies, the scale of the problem is defined by so called small molecules in contrast to macromolecules, the most typical example of which are proteins. We shall be mainly interested in the study of three types of compounds, all of which require the same methodology for structure determination: 1)complexes of organic ligands with metals ions; 2)structure of molecules that are potential inhibitors of target enzymes in drug design; 3)molecular structure of natural products relevance we have chosen the three main lines of research above mentioned because they share several common features relevant to the present proposal. We have been working for several years in the determination of small-molecule structures, particularly in compounds which, like completes of chelating ligands with heavy metal atoms, are of extreme biological interest. Moreover, in the last few years, we have consolidated a research line in macromolecular crystallography which has by now produced several new protein structures, many of which are enzymes. The next step in the research procedure is to design and test small molecules which may behave as selective inhibitors of some of these enzymes. Also, our laboratory has considerable experience in the study of the molecular structure of natural compounds, particularly those of known biological activity. The analysis of these problems requires a three-dimensional characterization of the molecular structure, which is performed by the technique ofX-ray diffraction from a single-crystal of the sample.Methodology and executionTo be able to give the necessary support for these collaborative projects, it is absolutely necessary to provide our Laboratory with modern data collection and analysis facilites that would enable faster data collection in connection with the best possible data analysis software. For this reason, the main expenditure of the present Project will be the acquisition of a new X-ray single-crystal diffractometer with a modern CCD (Charge-Coupled Device) area detector. The project is planned to last four years. The activities involve synthesis, crystallization, structure determination and analysis. These steps are connected and very much dependent on one another and will be continuously executed throughout the duration of the project. Nevertheless, we are proposing a set of intermediate goals and a schedule for the project, to facilitate its follow up. Typically, we expect that, for every year we shall determine: four calixarene structures, ten structures of metal chelating molecules, five structures of natural products, five compounds with potential enzyme inhibitory activity. Also, three crystals per year will be studied to ultra-high resolution with fine electron density measurements. As a fundamental aspect, it is important to stress that the advantages of this new euipment are not merely related to speed, but, above all, to the quality and precision of the measurements to be performed. During the initial period of the project, when the equipment will not be available, several compounds will be synthesized and crystallized and several spectroscopic and thermodynamical studies will be carried out while the CCD diffractometer is imported and commissioned.Item Medição de dados de difração de raios-x em macromoléculas: aplicação a cristais de glucosamina-6-fosfato de aminase(2016-11-04) Castellano, Eduardo ErnestoA Glucosamina-6-fosfato deaminosa de E. coli é a primeira, enzima cristalizada e cristalograficamente caracterizada no DFCM. A proteína é particularmente interessante porque catalisa uma isomerização aldose-cetona acoplada com uma aminação-deaminação, mecanismo este que não tem sido descrito ainda para qualquer outra reação bioquímica. Para resolver a estrutura molecular desta enzima com resolução atômica, precisamos completar a instalação do recentemente adquirido sistema difratpmétrico automático com detetor de área tipo "image plate". A longo prazo, esperamos que este novo sistema permita o trabalho sistemático de resolução de estruturas de macromoléculas no nosso Laboratório.Item Determination of maromolecular structures using synchrotron radiation for the elucidation of enzymatic activities(2016-11-04) Castellano, Eduardo ErnestoO foco deste projeto é o design, construção e operação de uma estação experimental dedicada à cristalografia de proteínas no Laboratório Nacional de Luz Síncrotron (LNLS), e sua utilização em estudos estruturais cristalográficos de diversas proteínas. Num primeiro momento, o objetivo é a determinação da estrutura e propriedades da enzima Glucosamina-6-fosfato desaminase de E.coli, a qual, tendo sido já determinada, abriu o campo para a aplicação da linha PCr para um amplo espectro de projetos de pesquisa do Laboratório de Cristalografia de Proteínas e Biologia Estrutural do IFSC/USP e de outros grupos de pesquisa em cristalografia do país. A linha de luz, em fase final de construção e comissionamento, inclue um espelho de raios-X cilíndrico e um monocromador de um cristal curvo, focalizando o alto fluxo da radiação síncrotron no plano horizontal, na posição da aostra. A radiação monocromática será sintonizável entre 2.0A e 1.0A, com comprimento de onda ótimo de 1.6A, escolhido de forma a maximizar o fluxo de fótons obtidos dos bending magnets do anel de armazenamento (1.37GeV). As imagens de difração serão coletadas em um sistema de deteção com placas de imagens com leitura em linha. A estação experimental contará também com sistemas de resfriamento e congelamento de cristais e um laboratório de apoio de bioquímica para cristalização, difusão de átomos pesados em cristais, montagem de cristais, com câmaras termoestabilizadas a 22 C e 4 C. Estas facilidades serão para uso de pesquisadores do país e do exterior, e deverá ser aberta para usuários externos em Setembro/97. Cerca de 30 projetos de estudos estruturais de diferentes proteínas já cristalizadas ou fase de cristalização já foram propostos, abrangendo estudos de enzimas, proteínas de plantas, toxinas, planejamento racional de drogas terapêuticas e vacinas, e enfocando projetos de grande interesse nacional.Item Determinação de estruturas de Raios X de complexos de rutênio(2016-11-04) Castellano, Eduardo ErnestoTemos sintetizado e caracterizados complexos de Ru(II) contendo ligantes bifosfínicos de fórmula geral PPh2(CH2)nPPh2 onde n=1,2,3,4 (dppm, dppe, dppp, dppb) e PPh2CH=CHPPh2 (dppen)(11). Alguns destes complexos foram submetidos a ensaios catalíticos mostrando-se ativos na reação de hidrogenação e isomerização do álcool alílico. Objetiva-se a realização da síntese, caracterização cristalográfica por difração de Raios-X e estudo eletroquímico de dicloro e hidrocloro complexos de Rutênio contendo ligantes fosfinóxido de fórmula geral PPh2(CH2)nP(O)Ph2 e P(O)Ph2(CH2)nP(O)Ph2, onde n=1,2, assim como os ensaios catalíticos envolvendo estas espécies.Item Crystallographic, electronic and molecular dynamics studies of some calixarene supramolecular compounds and its complexes with heavy atoms(2016-11-04) Castellano, Eduardo ErnestoA habilidade dos calix(n)arenes para atuar como reservatórios moleculares para o reconhecimento e transporte de pequenas espécies químicas faz com que essas versáteis moléculas sejam potencialmente úteis para propósitos ambientais (seqüestrando contaminantes iônicos de aqüíferos tais como Hg2+, Pb2+, Cd2+, etc) e em processos de extração de metais preciosos (tais como Ag+1) e tecnologicamente relevantes (tais como UO2+2). Estudaremos vários desses compostos e seus complexos com íons metálicos, para contribuir à compreensão dos processos de complexação, visando o desenho de derivados eficientes e seletivos, úteis para complexar com metais específicos. Utilizaremos métodos de cristalografia de raios- X para determinar as estruturas cristalina e molecular de compostos supra-moleculares e de coordenação. Esta informação estrutural conformará a base para racionalizar o comportamento físico-químico do sistema estudado e fornecerá o referencial para os cálculos de estrutura eletrônica e simulações de Dinâmica Estrutural. O nosso colaborador em Guildford realizará a determinação experimental de parâmetros termodinâmicos fundamentais, tais como a determinação quantitativa de seletividade baseada na taxa de constantes de estabilidade dos complexos num dado solvente numa dada temperatura. Estudos teóricos da estrutura molecular eletrônica e das conformações de mínima energia serão realizados utilizando Mecânica Molecular, como uma etapa inicial para estabelecer as estruturas geométricas. Esta informação fornecerá uma guia para analisar os aspectos de geometria estrutural e permitirá iniciar outros procedimentos mais elaborados, tais como cálculos de orbitais moleculares e dinâmica molecular. Devido ao fato de não se basear em cálculos envolvendo integrais bi-eletrônicas multicêntricas, a teoria de funcional densidade fornece uma técnica apropriada para lidar com sistemas supra-moleculares. Ademais, como as correlações eletrônicas estão embutidas no método, não há necessidade de recorrer aos computacionalmente custosos métodos pós Hartree-Fock, pelo que usaremos também este método para obter resultados mais acurados. Os estudos teóricos, que complementarão e eventualmente racionalizarão e orientarão o trabalho experimental, poderão contribuir ao conhecimento em nível microscópico dos processos de complexação. Eles fornecerão uma alternativa válida para postular mecanismos de encapsulação e também da ligação química entre a molécula guest e o apropriado host. Esses conhecimentos e a correspondente validação experimental poderá permitir a previsão da formação de novas espécies bem como de suas propriedades eletrônicas e estruturais.Item Controle de qualidade em radiologia: um novo instrumento para avaliação do tamanho do ponto focal e das características operacionais(2015-03-20) Curi, Newton Sá de MirandaNeste trabalho desenvolvemos um dispositivo que determina automaticamente a localização do centro do feixe de raios X e permite uma correta avaliação dos parâmetros dos sistemas radiológicos sem necessidade de alinhamento. O dispositivo desenvolvido-é baseado em sensores de silício; dispositivos mecânicos que executam uma varredura sobre o campo de raios X e computador portátil que analisa e apresenta os resultados no local da avaliaçãoItem Simulação do desempenho de sstemas écran-filme em função do feixe de raios X incidente(2008-06-16) Silva, Marcia AparecidaEste trabalho apresenta um método que simula o desempenho dos sistemas de registro radiológicos, considerando tanto a capacidade de absorção, a eficiência de conversão, o espectro de emissão e a eficiência intrínseca do écran quanto a distribuição espacial dos fótons de luz, o ruído quântico, o espectro de sensibilidade do filme, a quantidade de fótons necessários para tomar o grão haleto de prata revelável e um fator que engloba os parâmetros que não são diretamente fornecidos pelos fabricantes. Implementamos os algoritmos empregando o ambiente de programação Delphi, uma ferramenta de desenvolvimento de aplicações para plataforma Windows e microcomputador, que possibilitou o desenvolvimento de uma interface amigável de interação com o usuário. O método prevê a influência de qualquer combinação écran-filme usada ou planejada sobre a nitidez de imagens radiográficas e permite simular o contraste e a nitidez da imagem a ser obtida para uma dada combinação écran-filme em função da exposição quanto a sua curva H&D.Item Simulação computacional de parâmetros importantes dos sistemas radiológicos(2008-06-11) Marques, Márcio AlexandreA presente pesquisa faz parte de um trabalho que visa o desenvolvimento de um método de simulação computacional que permita fazer a avaliação da qualidade da imagem radiográfica de maneira rápida e completa e que não apresente os problemas dos métodos tradicionais disponíveis e usados atualmente. Neste trabalho foi desenvolvido um método que leva em consideração e simula os parâmetros importantes dos sistemas radiológicos tais como: o tamanho e a distribuição de intensidade do ponto focal, as condições geométricas de exposição, a heterogeneidade do campo, a distribuição angular dos raios X, a grade supressora, bem como o efeito Compton. O método de simulação computacional desenvolvido realiza o controle de qualidade da imagem para um objeto colocado em qualquer posição do campo de radiação. A simulação foi feita implementando os algoritmos desenvolvidos em linguagem \"C\" e os resultados foram apresentados sob forma gráfica para facilitar a compreensão dos usuários.Item Dosimetria fotoacústica e piroelétrica de radiação x na faixa de diagnostico.(2009-11-10) Carvalho, Aparecido Augusto deApresentaremos nesta tese três novos tipos de dosímetros de radiação, projetados para medir radiação X, na faixa de diagnóstico: o dosímetro de radiação fotoacústico pulsado, o dosímetro de radiação piroelétrico e o dosímetro de radiação piroelétrico pulsado. Estudamos também o dosimetro de radiação fotoacústico com o objetivo de compará-lo com os novos dosímetros desenvolvidos. Propomos uma metodologia para calibração de um dosímetro fotoacústico que prescinde da calibração de sua resposta em um campo conhecido de radiação ionizante. Apresentaremos um modelo teórico para explicar os resultados obtidos com o dosímetro de radiação piroelétrico pulsado. Os resultados encontrados mostram que os dosímetros desenvolvidos são do tipo calorimétrico, sendo a resposta deles linear com a taxa de fluência de energia da radiação X.Item Crescimento e caracterização de monocristais de iodeto de mercúrio para aplicações em detetores de radiação ionizantes(2015-12-08) Andreeta, Jose PedroO projeto objetiva crescer monocristais de iodeto de mercúrio com qualidade para operar como detetores de radiação gama e X. 0 desenvolvimento desta tecnologia, inédita no país, contribuirá para o fortalecimento da área de física de dispositivos semi-condutores. Este trabalho pretende ser um ponto de partida para futuros projetos de fabricação de dispositivos mais complexos, como por exemplo, matrizes CCD, telescópio de radiação para uso em programas de satélites e para dispositivos com aplicações em medicina.