O papel das interações fônon-fônon em sistemas de alta anarmonicidade: o caso dos aminoácidos hidratados ativos biologicamente

• Processo: 11/09149-1
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado
• Data de Início da vigência: 01 de setembro de 2011
• Data de Término da vigência: 30 de setembro de 2014
• Área de conhecimento: Ciências Exatas e da Terra - Física - Física da Matéria Condensada
• Pesquisador responsável: Herculano da Silva Martinho
• Beneficiário: Thamires Andrade Lima
• Instituição Sede: Centro de Ciências Naturais e Humanas (CCNH). Universidade Federal do ABC (UFABC). Ministério da Educação (Brasil). Santo André , SP, Brasil
• Assunto(s): Calor específico Espectroscopia Espectroscopia Raman
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Calor específico | espectroscopia Raman | matéria condensada mole | Espectroscopia

Resumo

Duas transições de fase dinâmicas de caráter universal tem sido recentemente observadas em macromoléculas (lisozima, mioglobina, bacteriorodopsina, DNA e RNA) nas temperaturas $T_{D}\sim 180 - 220$ K e $T^{*}\sim 100$ 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 conseqüências 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 $T_{D}$ 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. No presente projeto temos como objetivo contribuir para a elucidação das questões levantadas acima escolhendo como objeto de estudo as formas levógiras (ativas biologicamente) dos aminoácidos cisteína ($C_{3}H_{7}NO_{2}S$), cistina ($C_{6}H_{12}N_{2}O_{4}S_{2}$), prolina ($C_{5}H_{9}NO_{2}$) e hidroxiprolina ($C_{5}H_{9}NO_{3}$) 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.