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Type: Dissertação
Title: Metodologia para Cálculo/Análise do Espectro Raman de Sistemas RNA/DNA em Meio Aquoso Baseada na Teoria do Funcional da Densidade
Title in English: Methodology for Calculation/Analysis of the Raman Spectrum of RNA/DNA Systems in Aqueous Media Based on Density Functional Theory
Authors: Oliveira, Micael Estevão Pereira de
Advisor: Freire, Valder Nogueira
Keywords in Brazilian Portuguese : Nitrogenous Bases;Nucleotides;Codons;DFT
Keywords in English : Bases nitrogenadas;;Nucleotides;Codons;DFT
Knowledge Areas - CNPq: CNPQ::CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::QUIMICA
Issue Date: 2023
Citation: OLIVEIRA, Micael Estevão Pereira de. Metodologia para Cálculo/Análise do Espectro Raman de Sistemas RNA/DNA em Meio Aquoso Baseada na Teoria do Funcional da Densidade. 2024. 154 f. Dissertação (Mestrado em Química) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2024.
Abstract in Brazilian Portuguese: A espectroscopia vibracional (Raman e infravermelho, a última menos própria para sistemas em solução aquosa), ferramenta amplamente utilizada na química e física para caracterização de sistemas moleculares, tem limitações severas para a realização das atribuições dos modos normais de vibrações atômicas aos seus comprimentos de onda (ou frequências) quando o número de átomos é grande, o que é o caso de sistemas RNA/DNA de interesse biológico. Nesta dissertação, desenvolvemos uma metodologia (baseada na utilização da Teoria do Funcional da Densidade - DFT) para cálculo/caracterização dos espectros Raman de sistemas RNA/DNA em sistemas aquosos, inicialmente no contexto do Modelo Contínuo Polarizável (PCM). No nível zero da metodologia (o mais simples), consideramos que o Raman do sistema depende fortemente das propriedades vibracionais das bases individuais, levando-se em consideração a sequência das bases e a porcentagem de cada uma no sistema RNA/DNA para se obter seu espectro Raman e fazer as atribuições dos seus modos vibracionais a partir daqueles das bases individuais – não são levadas em conta as interações entre as bases nem a existência dos açúcares e monofosfatos. Todavia, dois outros níveis serão realizados para resultados futuros, são estes: nível um, o qual estabelece que o Raman do sistema depende das propriedades vibracionais das bases + açúcares (ribose ou desoxirribose) + grupo monofosfato, ou seja, nucleotídeos individuais – sem considerar as interações entre tais; nível dois, onde conceituou-se que o Raman do sistema RNA/DNA depende também das propriedades vibracionais oriundas das interações entre os próprios nucleotídeos (64 codons, no caso do RNAm), avaliando assim um conjunto molecular mais completo. Ademais, será analisada posteriormente a influência direta das Águas Explicitas (próximas às moléculas das bases) + PCM, a fim de se observar a diferença de aproximação dos picos DFT com experimentais. Para validar a metodologia, apresentamos aqui: (a) cálculos DFT no modelo PCM (meio aquoso) e medidas Raman das propriedades vibracionais das bases RNA/DNA, bem como suas atribuições; (b) cálculos de Dinâmica Molecular, a fim de se avaliar as águas explícitas; (c) cálculos de nível zero em dados vibracionais publicados na literatura, tendo se obtido um bom nível de concordância entre os comprimentos de onda teóricos (PCM) e experimentais, como no caso do microRNA-16 associado ao câncer, cuja sequência é UAGCAGCACGUAAAUAUUGGCG.
Abstract: Vibrational spectroscopy (Raman and infrared, the latter less suitable for systems in aqueous solution), a tool widely used in chemistry and physics for the characterization of molecular systems, is capable of carrying out assignments of the normal modes of atomic vibrations to their lengths wave (or frequencies) when the number of atoms is large, which is the case of RNA/DNA systems of biological interest. In this qualification, we developed a methodology (based on the use of the Density Functional Theory - DFT) to calculate/characterize the Raman spectra of RNA/DNA systems in aqueous systems, initially in the context of the Continuous Polarizable Model (PCM). At the zero level of the methodology (the simplest), we consider that the Raman of the system strongly depends on the vibrational properties of the individual bases, taking into account the sequence of the bases and the percentage of each one in the RNA/DNA system to obtain its Raman spectrum and making assignments of their vibrational modes from those individual bases - are not taken into account as inevitably between bases nor the existence of sugars and monophosphates. However, two other levels will be carried out for future results, they are: level one, which establishes that the Raman of the system depends on the vibrational properties of the bases + sugars (ribose or deoxyribose) + monophosphate group, that is, individual nucleotides – without considering so comfortable among such; level two, where it was conceptualized that the Raman of the RNA/DNA system also depends on the vibrational properties arising from the happy moments between the nucleotides themselves (64 codons, in the case of mRNA), thus evaluating a more complete molecular set. In addition, the direct influence of Explicit Waters (close to the base sequences) + PCM will be followed, in order to observe the difference in approximation of DFT peaks with experimental ones. To validate the methodology, we present here: (a) calculating DFT in the PCM model (aqueous medium) and Raman measurements of the vibrational properties of the RNA/DNA bases, as well as their assignments; (b) Molecular Dynamics calculations, in order to evaluate the translations explicitly; (c) zero-level calculations on vibrational data published in the literature, having obtained a good level of agreement between theoretical (PCM) and experimental wavelengths, as in the case of microRNA-16 associated with cancer, whose sequence is UAGCAGCACGUAAAUAUUGCGCG.
URI: http://repositorio.ufc.br/handle/riufc/75776
DOI: . . . .
Author's ORCID: orcid.org/0000-0003-4471-6695
Author's Lattes: lattes.cnpq.br/0061855283947549
Advisor's ORCID: orcid.org/0000-0001-7867-3908
Advisor's Lattes: lattes.cnpq.br/8647922327100953
Access Rights: Acesso Aberto
Appears in Collections:DQOI - Dissertações defendidas na UFC

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