Please use this identifier to cite or link to this item: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/13678
Type: Dissertação
Title: Solitons em macromoléculas poliméricas helicoidais
Authors: Veras, Diego Frankin de Souza
Advisor: Almeida, Carlos Alberto Santos de
Keywords: Física de partículas elementares e campos;Sólitons;Dinâmica não-linear;Cadeias poliméricas
Issue Date: 2012
Citation: VERAS, D. F. S. Solitons em macromoléculas poliméricas helicoidais. 2012. 79 f. Dissertação (Mestrado em Física) - Centro de Ciências, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2012.
Abstract in Brazilian Portuguese: Um dos desafios da Física Teórica é a tentativa de explorar como seus conceitos e técnicas podem ser aplicados à Biologia para descrever a dinâmica da matéria viva. A complexidade da estrutura e organização dos sistemas biológicos conduz a efeitos não-lineares onde é possível a manifestação de mecanismos solitônicos. Uma forma atrativa de se estudar a propagação de energia vibracional em biopolímeros, tais como proteínas, é baseada em modelos de redes não-lineares. Na década de 1970, Davidov sugeriu que os modos de vibrações intramoleculares de uma proteína estão relacionados às interações presentes nas deformações de sua estrutura e propagam ao longo da cadeia polipeptídica com velocidade constante. Este é um comportamento de ondas solitárias (soluções de certas classes de equações de onda não-lineares). Os modelos básicos utilizados para se estudar a dinâmica não linear de macromoléculas poliméricas trabalham com redes anarmônicas unidimensionais. No entanto, tais moléculas são tridimensionais e é necessário levar em conta não apenas deslocamentos longitudinais mas também deslocamentos transversais à cadeia. Com base no fato de que, no estado fundamental, uma macromolécula polimérica assume a forma de uma hélice, estudamos um modelo físico que descreve a dinâmica não linear de polímeros, em particular, para uma proteína alfa-hélice, tratando com interações entre monômeros de diferentes ciclos da hélice, responsáveis por estabilizar a geometria espiral da molécula. As soluções numéricas das equações dinâmicas obtidas para esta cadeia mostram que o modelo suporta soluções do tipo sóliton. Analizamos ainda quais os valores aceitáveis dos parâmetros livres para que estas soluções existam. Mostramos de que forma os sólitons representam uma torção na molécula e como suas dinâmicas descrevem a propagação desta torção ao longo da cadeia protéica.
Abstract: One of the challenges of Theoretical Physics is the attempt of exploring how its concepts and techniques can be applied to Biology to describe the dynamics of living matter. The complexity of the structure and organization of biological systems leads to nonlinear effects where manifestations of solitonic mechanisms are possible. An attractive way to study the propagation of vibrational energy in biopolymers such as proteins, is based on nonlinear lattices models. In the decade 1970, Davidov suggested that intramolecular vibrations modes in protein are related with interactions in the deformation of its structure and propagate along the polypeptide chain with constant velocity. This is a behavior of solitary waves (solutions of certain classes of non-linear wave equations). The basic models used to study the nonlinear dynamics of macromolecular polymer works with onedimensional anharmonic lattices. However, these molecules are three dimensional and is necessary to take into account not only longitudinal displacements but also transverse displacements of the chain. Based on the fact that, on the ground state, a macromolecular polymer takes a helical shape, we study a physical model that describes the nonlinear dynamics of polymers, in particular for a alpha-helical protein, treating with interactions between monomers of different helix, which is responsible for stabilizing the molecule’s spiral geometry. The numerical solutions of the dynamical equations obtained for this chain show that the model supports soliton solutions. We yet analyze the acceptable values of the free parameters for these solutions to exist. We show how the solutions represent a twist in the molecule and how their dynamics describes the propagation of twist along the protein chain.
URI: http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/13678
Appears in Collections:DFI - Dissertações defendidas na UFC

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
2012_dis_dfsveras.pdf1,43 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.