Tracer diffusion in crowded solutions of sticky polymers
A difusão de macromoléculas em ambientes de geometria altamente confinada e ambientes povoados ainda é um campo em aberto na Física da Matéria Mole. O entendimento dos processos difusivos nestas condições é essencial para o completo entendimento de vários processos biológicos que possam ocorrer nest...
| Autor: | |
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| Tipo de recurso: | tesis de maestría |
| Estado: | Versión publicada |
| Fecha de publicación: | 2020 |
| País: | Brasil |
| Institución: | Universidade Federal de Pelotas (UFPEL) |
| Repositorio: | Repositório Institucional da UFPel - Guaiaca |
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A difusão de macromoléculas em ambientes de geometria altamente confinada e ambientes povoados ainda é um campo em aberto na Física da Matéria Mole. O entendimento dos processos difusivos nestas condições é essencial para o completo entendimento de vários processos biológicos que possam ocorrer neste ambiente. Neste sentido, empregamos simulações em Dinâmica de Langevin em larga escala com o intuito de entender como as propriedades volumétricas de moléculas esféricas afetam a difusão das mesmas. Duas espécies de moléculas são utilizadas: uma é modelada através do potencial de Weeks Chandler-Andersen, cuja natureza é puramente repulsiva, enquanto a segunda foi modelada como uma partícula interagindo segundo um potencial de caroço amolecido. Moléculas que interagem segundo este potencial podem ser proteínas globulares, colóides carregados e nanopartículas cobertas por polímeros. Estes sistemas são caracterizados pela presença de duas escalas no potencial de interação e podem apresentar anomalias de tipo água, em função da competição existente no potencial. Neste trabalho, estudamos as propriedades de estrutura e difusão destas duas espécies de moléculas em um meio povoado por polímeros. Analisamos como a afinidade entre moléculas e polímeros, além da densidade do sistema, afetam as propriedades de transporte e agregação de ambas espécies de moléculas. Curiosamente, a molécula, modelada através do potencial de Weeks-Chandler-Andersen, demonstrou um aumento na difusão, quando aumentamos sua fração de volume, de maneira similar como ocorre com anomalias da difusão de tipo água. Até seu mecanismo é similar ao que se observa em sistemas de tipo água. Discutimos nossos resultados nos baseando na competição nos potenciais de interação e na competição induzida pelo ambiente povoado. |
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Duas espécies de moléculas são utilizadas: uma é modelada através do potencial de Weeks Chandler-Andersen, cuja natureza é puramente repulsiva, enquanto a segunda foi modelada como uma partícula interagindo segundo um potencial de caroço amolecido. Moléculas que interagem segundo este potencial podem ser proteínas globulares, colóides carregados e nanopartículas cobertas por polímeros. Estes sistemas são caracterizados pela presença de duas escalas no potencial de interação e podem apresentar anomalias de tipo água, em função da competição existente no potencial. Neste trabalho, estudamos as propriedades de estrutura e difusão destas duas espécies de moléculas em um meio povoado por polímeros. Analisamos como a afinidade entre moléculas e polímeros, além da densidade do sistema, afetam as propriedades de transporte e agregação de ambas espécies de moléculas. Curiosamente, a molécula, modelada através do potencial de Weeks-Chandler-Andersen, demonstrou um aumento na difusão, quando aumentamos sua fração de volume, de maneira similar como ocorre com anomalias da difusão de tipo água. Até seu mecanismo é similar ao que se observa em sistemas de tipo água. Discutimos nossos resultados nos baseando na competição nos potenciais de interação e na competição induzida pelo ambiente povoado.Macromolecular diffusion in strongly confined geometries and crowded environments remains as a open subject in soft matter Physics. Unveil the diffusion regimes in these conditions is essential for a complete understanding of several biological process. In this sense, we employ large scale Langevin Dynamics simulations to understand how the spherical tracer volumetric properties affects the diffusive properties. Two species of tracers are studied. One tracer particle is a standard soft-core particle modeled by the well known Weeks-Chandler-Andersen soft-core potential. The second is modeled as a Core-Softened particle. Core-softened macromolecules includes globular proteins, charged colloids and nanoparticles covered by polymeric brushes. These systems are characterized by the presence of two length scales in the interaction and can show waterlike anomalies regarding on the competition existent in the potential. In this work we study the diffusion and structure of these two tracer species in a polymeric crowded environment. We analyze how the tracer-polymer affinity and the system density affect the transport and aggregation properties. Surprisingly, the soft-core tracer particle shows a increase in the diffusion as we increase its volume occupancy – similar to the waterlike diffusion anomaly. Even the mechanism is similar to the observed in waterlike systems. We discuss our results based in the competitions in the interaction potentials and the competition induced by the crowded media.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESengUniversidade Federal de PelotasPrograma de Pós-Graduação em FísicaUFPelBrasilCC BY-NC-SAinfo:eu-repo/semantics/openAccessCIENCIAS EXATAS E DA TERRAFISICADifusão de macromoléculasDinâmica de LangevinAnomalias de tipo águaTracers e polímerosMacromolecular diffusionLangevin DynamicsWaterlike anomaliesTracer-polymer affinityTracer diffusion in crowded solutions of sticky polymersDiffusão de traçadores em soluções complexas de polímeros adsorventeinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisPiazza, FrancescoBordin, José Rafaelreponame:Repositório Institucional da UFPel - Guaiacainstname:Universidade Federal de Pelotas (UFPEL)instacron:UFPELNogueira, Thiago Puccinelli OrlandiORIGINALDissertacao_Thiago Puccinelli Orlandi Nogueira.pdfDissertacao_Thiago Puccinelli Orlandi Nogueira.pdfapplication/pdf5715389http://guaiaca.ufpel.edu.br/xmlui/bitstream/prefix/12960/1/Dissertacao_Thiago%20Puccinelli%20Orlandi%20Nogueira.pdfa932900160928fbdc18ab4e925df6666MD51open accessLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-867http://guaiaca.ufpel.edu.br/xmlui/bitstream/prefix/12960/2/license.txtfbd6c74465857056e3ca572d7586661bMD52open accessTEXTDissertacao_Thiago Puccinelli Orlandi Nogueira.pdf.txtDissertacao_Thiago Puccinelli Orlandi Nogueira.pdf.txtExtracted texttext/plain101899http://guaiaca.ufpel.edu.br/xmlui/bitstream/prefix/12960/3/Dissertacao_Thiago%20Puccinelli%20Orlandi%20Nogueira.pdf.txt256674738b7235dc49ef1c5f8f803937MD53open accessTHUMBNAILDissertacao_Thiago Puccinelli Orlandi Nogueira.pdf.jpgDissertacao_Thiago Puccinelli Orlandi Nogueira.pdf.jpgGenerated Thumbnailimage/jpeg1336http://guaiaca.ufpel.edu.br/xmlui/bitstream/prefix/12960/4/Dissertacao_Thiago%20Puccinelli%20Orlandi%20Nogueira.pdf.jpg2d4e878db19cfcc6334ac5d28c9a59a9MD54open accessprefix/129602024-05-14 03:02:16.235open accessoai:guaiaca.ufpel.edu.br:prefix/12960VG9kb3Mgb3MgaXRlbnMgZGVzc2EgY29tdW5pZGFkZSBzZWd1ZW0gYSBsaWNlbsOnYSBDcmVhdGl2ZSBDb21tb25zLg==Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufpel.edu.br/oai/requestrippel@ufpel.edu.br || repositorio@ufpel.edu.br || aline.batista@ufpel.edu.bropendoar:2024-05-14T06:02:16Repositório Institucional da UFPel - Guaiaca - Universidade Federal de Pelotas (UFPEL)false |
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