Objetivos:

Proporcionar ao aluno conceitos de termodinâmica aplicada a sistemas biológicos, com ênfase no uso e elaboração de modelos físicos moleculares para a interpretação de fenômenos macroscópicos.

Justificativa:

Esta disciplina é desenhada para proporcionar uma visão ampla da modelagem de fenômenos termodinâmicos em biologia. Sua estrutura procura introduzir a modelagem teórica de fenômenos físicos para estudantes com formação em ciências biológicas ou correlacionadas, e a natureza dos problemas de termodinâmica relevantes em biologia para estudantes com formação em física.

Conteúdo:

1. Cinética da interação com ligantes. Reações uni moleculares; reações biomoleculares; mecanismos de Michaelis-Menten; cinética de estados em equilíbrio; princípios termodinâmicos de cinéticas de relaxação; caso da ribonuclease.

2. Regulação da atividade biológica. Enzimas alostéricas; modelo WMC; hemoglobina.

3. Termodinâmica molecular. Mecanismos moleculares: potenciais moleculares e interações eletrostática; estabilização das interações em macromoléculas: estrutura de proteínas e estrutura de ácidos nucleicos; simulação de estruturas macromoleculares: minimização de energia, dinâmica molecular, entropia, efeito hidrofóbico.

4. Estatística configuracional de cadeias poliméricas. Cálculo de propriedades dependentes da conformação; a cadeia “random-walk“; a cadeia com rotação livre; cálculos para polipeptídeos.

5. A transição “helix-coil“. Tratamento termodinâmico da transição; funções de partição para o equilíbrio conformacional; o modelo do zíper; método da função de partição.

6. Enovelamento de proteínas. Transições conformacionais; obtenção dos parâmetros termodinâmicos: modelo de dois estados; estudos de equilíbrio; estudos cinéticos; interpretação de cinética bifásica.

7. Transições estruturais em ácidos nucleicos. Comparação com os estudos em proteínas; estrutura e estabilidade de cadeias simples; equilíbrio entre cadeias simples e duplas; flutuações estruturais; transições “premelting” em DNA. Tópicos modernos de físico-química biológica.

Bibliografia:

DILL, K. A.; Bromberg, S. Molecular driving forces statistical thermodynamics in chemistry and biology.  New York, Garland Science, c2003. xx, 666 p..

CANTOR, C. R.; SCHIMMEL, P. R. – Biophysical chemistry: part III. San Francisco:
W.H.Freeman, 1980.

HOLDE, K.E.; JOHNSON, W.C. Principles of physical biochemistry. Upper Saddle River, NJ.:
Prentice Hall, 1998.

Cronograma Proposto

Data Aula Material Suplementar
03/08 Apresentação da Disciplina
05/08 Calor, Trabalho e Energia
10/08 Entropia
12/08 Forças Motrizes I Anexo
17/08 Forças Motrizes II Anexo
19/08 Energia Livre Anexo
24/08 SBBq
26/08 SBBq
31/08
02/09 Distribuição de Boltzmann Anexo
09/09 Equilíbrio Químico Anexo
14/09 Interações Intermoleculares Anexo
16/09 Estrutura de Proteínas
21/09 Transições e Cooperatividade Anexo
23/09 Adsorção, Ligação e Catálise  Anexo
28/09 SIFSC
30/09 SIFSC
05/10  Não Haverá Aula
07/10 Interação em Múltiplos Sítios e Cooperatividade

Michel De Groot e Mariana L.  Garcia: Thermodynamics of drug–DNA interactions

Anexo

doi:10.1016/S0003-9861(02)00202-3

14/10 Abilene Rodrigues Correia: Water-Driven Cavity−Ligand Binding: Comparison of Thermodynamic Signatures from Coarse-Grained and Atomic-Level Simulations DOI: 10.1021/ct300121r
19/10  Não haverá aula
21/10 Alosterismo

Raphael Caface: Surface self-organization: From wear to self-healing in biological and technical surfaces

 http://dx.doi.org/10.1016/j.apsusc.2010.01.061
26/10  Luma Godoy MagalhãesDimeric interactions and complex formation using direct coevolutionary couplings  doi:10.1038/srep13652
28/10 Feriado
02/11 Feriado
04/11 Feriado
09/11 Laís Ribovski e a Isabela Sampaio: Biomimetic Interactions of Proteins with Functionalized Nanoparticles: A Thermodynamic Study

Natália Bellini e Jéssica: “Measurements of binding thermodynamics in drug discovery

DOI: 10.1021/ja071642q

doi:10.1016/S1359-6446(05)03610-X

11/11  Darío N. FernándezStatistical physics of self-replication

Lara Maldanis e Edson Katekawa: Docking and Free Energy Perturbation Studies of Ligand Binding in the Kappa Opioid Receptor

 DOI: 10.1063/1.4818538

doi:10.1021

16/11 Dayane Bertolino: “Metalloregulatory proteins: Metal selectivity and allosteric switching

Amanda C. Zangirolami: “A thermodynamic approach to the ‘mitosis/apoptosis’ ratio in cancer

 doi:10.1016/j.bpc.2011.03.010

http://dx.doi.org/10.1016/j.physa.2015.05.046

18/11  Prova 

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