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Título: Transporte eletrônico e propriedades termodinâmicas de nanobiomoléculas
Autor(es): Bezerril, Leonardo Mafra
Palavras-chave: Tight-binding hamiltonian;DNA molecule;Hopping mechanism;eletronic proerties;α-hélice;Quantum specific heat;Tight-binding hamiltonian;DNA molecule;Hopping mechanism;eletronic proerties;α-hélice;Quantum specific heat
Data do documento: 18-Dez-2009
Editor: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Citação: BEZERRIL, Leonardo Mafra. Transporte eletrônico e propriedades termodinâmicas de nanobiomoléculas. 2009. 131 f. Tese (Doutorado em Física da Matéria Condensada; Astrofísica e Cosmologia; Física da Ionosfera) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2009.
Resumo: We use a tight-binding formulation to investigate the transmissivity and the currentvoltage (I_V) characteristics of sequences of double-strand DNA molecules. In order to reveal the relevance of the underlying correlations in the nucleotides distribution, we compare theresults for the genomic DNA sequence with those of arti_cial sequences (the long-range correlated Fibonacci and RudinShapiro one) and a random sequence, which is a kind of prototype of a short-range correlated system. The random sequence is presented here with the same _rst neighbors pair correlations of the human DNA sequence. We found that the long-range character of the correlations is important to the transmissivity spectra, although the I_V curves seem to be mostly inuenced by the short-range correlations. We also analyze in this work the electronic and thermal properties along an _-helix sequence obtained from an _3 peptide which has the uni-dimensional sequence (Leu-Glu-Thr- Leu-Ala-Lys-Ala)3. An ab initio quantum chemical calculation procedure is used to obtain the highest occupied molecular orbital (HOMO) as well as their charge transfer integrals, when the _-helix sequence forms two di_erent variants with (the so-called 5Q variant) and without (the 7Q variant) _brous assemblies that can be observed by transmission electron microscopy. The di_erence between the two structures is that the 5Q (7Q) structure have Ala ! Gln substitution at the 5th (7th) position, respectively. We estimate theoretically the density of states as well as the electronic transmission spectra for the peptides using a tight-binding Hamiltonian model together with the Dyson's equation. Besides, we solve the time dependent Schrodinger equation to compute the spread of an initially localized wave-packet. We also compute the localization length in the _nite _-helix segment and the quantum especi_c heat. Keeping in mind that _brous protein can be associated with diseases, the important di_erences observed in the present vi electronic transport studies encourage us to suggest this method as a molecular diagnostic tool
metadata.dc.description.resumo: Nesta tese, investigamos a transmissividade e as características de corrente como função da diferença de potencial, no contexto da ligação forte, em seqüências de dupla fita do DNA. Com o intuito de investigar a relevância das correlações subjacentes nas distribuições dos nucleotídeos, comparamos os resultados de uma seqüência genômica do DNA com duas seqüências artificiais (Fibonacci e Rudin-Shapiro, que apresentam correlação de longo alcance) e uma seqüência aleatória, protótipo de sistemas de correlação de curto alcance. A seqüência aleatória utilizada apresenta a mesma correlação de pares de primeiros vizinhos que a seqüência do DNA humano. Observamos que a característica de correlação de longo alcance é importante para o espectro de transmissividade, apesar das curvas IXV serem mais influenciadas por correlações de curto alcance. Neste trabalho, analisamos também as propriedades térmicas e eletrônicas de uma seqüencia α-hélice, obtida de um peptídeo α3, o qual apresenta a seguinte seqüência unidimensional (Leu-Glu-Thr-Leu-Ala-Lys-Ala)3 (estrutura primária). Cálculos ab initio quânticos são utilizados para obter as energias dos orbitais moleculares mais altos (HOMO, highest occupied molecular orbital), bem como suas integrais de transferências de cargas quando a seqüência α-hélice forma uma estrutura fibrosa (variante 5Q) e não fibrosa (variante 7Q), as quais podem ser observadas através de microscopia eletrônica de transmissão. A diferença entre as duas estruturas é que a estrutura 5Q (7Q) apresenta a substituição Ala → Gln na 5a (7a) posição, respectivamente. Nós estimamos, teoricamente, a densidade de estado bem como o espectro de transmissão eletrônico dos peptídeos, utilizando um Hamiltoniano no formalismo da ligação-forte juntamente com a equação de Dyson. Além disso, nós resolvemos a equação de Schrödinger dependente do tempo para obter o espalhamento de um pacote de onda inicialmente localizado. Nós calculamos também o comprimento de localização e, por fim, o calor específico quântico. Vale lembrar que a formação de proteínas fibrosas podem estar associadas à doenças, de forma que as importantes diferenças observadas no estudo das propriedades eletrônicas de transporte nos encorajam a sugerir este método como uma ferramenta de diagnóstico molecular
URI: http://repositorio.ufrn.br:8080/jspui/handle/123456789/18614
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