O papel das interações fônon-fônon em sistemas altamente anarmônicos: o caso dos aminoácidos hidratados

Resumo

Duas transições de fase dinâmicas de caráter universal tem sido recentemente observadas em macromoléculas (lisozima, mioglobina, bacteriorodopsina, DNA e RNA) nas temperaturas TD =180 - 220 K e T*= 100 K. A primeira representa o limiar de atividade biológica e a transição de um regime dinâmico anarmônico para harmônico para o movimento das biomoléculas hidratadas. A segunda representa o limiar para uma transição harmônica secundária. Apesar de sua relevância, é ausente uma completa compreensão da natureza destas transições e as suas consequências para a bio-atividade de macromoléculas. Especificamente, podemos citar como importantes pontos em aberto (i) a natureza dos mecanismos de relaxação envolvidos nas diversas interações moleculares e como eles dependem do nível de hidratação; (ii) a natureza termodinâmica das transições envolvidas; (iii) a dependência de TD e T* com o nível de hidratação e a complexidade estrutural da biomolécula envolvida; (iv)o papel das interações fônon-fônon e as contribuições relativas oriundas das anarmonicidades intrínseca e extrínseca; (v) o papel da vizinhança local do sítio das águas; (vi) como os pontos acima alteram-se quando consideram-se isômeros ópticos não ativos biologicamente (forma dextrógira). No presente projeto temos como objetivo contribuir para a elucidação das questões levantadas acima escolhendo como objeto de estudo os isômeros ópticos (levógiros e dextrógiro), bem como a mistura racêmica, dos aminoácidos cisteína (C3H7NO2S), cistina (C6H12N2O4S2), prolina (C5H9NO2) e hidroxiprolina (C5H9NO3) em vários níveis de hidratação. A metodologia empregada consiste em estudar as propriedades termodinâmicas (calor específico), estruturais (difração de Raios-X) e espectro de fônons ativos em Raman em função da temperatura (10-300 K), em conjunto com simulações computacionais (cálculos DFT) das propriedades físicas. (AU)