IPS - ESTB - Escola Superior de Tecnologia do Barreiro
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Browsing IPS - ESTB - Escola Superior de Tecnologia do Barreiro by advisor "Barreira, Raquel"
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- Analysis of residue interaction networks in molecular dynamics simulationsPublication . Monteiro, Gonçalo Miguel Fonseca; Justino, Marta; Barreira, RaquelÉ sabido que a estrutura de uma proteína não é estática, mas sim dinâmica. Porém, a análise dinâmica da sua estrutura não é de todo fácil, muito por via das dimensões dos sistemas a analisar. Por outro lado, a variedade de fatores que pode causar perturbações num sistema biológico também dificulta a análise. Nesse sentido, as simulações de dinâmica molecular (MD) apresentam-se como uma ferramenta muito importante pois geram toda uma biblioteca de dados a partir de uma determinada simulação. A análise detalhada destes dados é um processo complexo e demorado que requer diversas ferramentas computacionais. Neste projeto foi utilizado a MDAnalysis, uma biblioteca open source orientada a objetos para análise estrutural e temporal de resultados de dinâmica molecular, em particular de trajetórias de simulação e de estruturas de proteínas. Está escrita na linguagem Python, com algum código de desempenho crítico em C, recorrendo ainda a funcionalidades do pacote NumPy. Adicionalmente, foi criado um script em Python que tentou facilitar e otimizar o processo com via a obter uma interface que permita ao utilizador selecionar o tipo interações a analisar, necessitando apenas de fornecer como input os ficheiros gro e xtc da dinâmica molecular de uma simulação de sistema biológico. O script criado, por sua vez, faz todo o processo de seleção, tratamento, análise e representação dos resultados com maior interesse da simulação fornecida sobre a forma de ficheiro .pdf, bem como em formato .csv com os dados detalhados da análise de cada simulação. O script desenvolvido foi aplicado ao estudo da capacidade da transferrina, uma proteína envolvida no transporte de ferro, associado ao anião carbonato, transportar também vanádio. Foram analisadas as ligações para todos os tipos de interações possíveis envolvendo os metais Fe(III) e V(III) e o anião sinergístico carbonato, nos diferentes estados de protonação possíveis, de modo a validar o funcionamento do código desenvolvido. Foi observado que as conformações mais fechadas da proteína estabelecem mais interacções do que a conformação aberta, sendo a distância média na conformação fechada inferior à na conformação relaxada. O anião favorecido através da análise das interações entre os metais e os aniões para todas as proteínas, revelou ser o ácido carbónico, juntamente com o Fe(III) uma vez que este estabelece mais interações do que V(III). Estes resultados correspondem ao que é conhecido da literatura par esta proteína, permitindo validar o funcionamento do código desenvolvido. Estes resultados permitem concluir que o código origina resultados fiáveis.
- Estudo de modelos de reconstrução de séries temporais de caudal em sistemas de abastecimento de águaPublication . Ascenção, Carlos Ferreira Pinto; Carriço, Nelson; Barreira, RaquelO presente trabalho de mestrado, apresenta um estudo comparativo de técnicas de reconstrução de séries temporais de caudal dos sistemas de abastecimento de água, recorrendo a modelos de previsão. Normalmente, nas séries temporais de caudal dos sistemas de abastecimento de água, são encontrados dados erróneos que devem ser tratados e validados. Estas falhas nos dados, podem ter origem durante o processo de aquisição e/ou serem resultantes de problemas nos sensores que recolhem a informação. A presença destes dados erróneos, nas séries temporais de caudal dos sistemas de abastecimento de água, restringe o seu uso em tarefas de gestão, de operacionalização e monitorização dos sistemas. O processo de validação, identifica os dados anómalos e remove-os da série temporal, originando dados omissos. Estes dados podem ser estimados, recorrendo a modelos de previsão. Com o intuito de reconstruir as séries temporais de caudal de sistemas de abastecimento de água, comparou-se o desempenho e o tempo de computação entre um modelo autorregressivo (ARIMA sazonal), dois modelos de suavização exponencial (Holt Winters e Holt Winters de dupla sazonalidade), um modelo de aprendizagem automática (SVR), um modelo híbrido (abordagem Quevedo) e uma melhoria ao modelo híbrido. O desempenho e o tempo de computação dos modelos foram avaliados considerando três casos de estudo reais, representativos de uma grande percentagem das entidades gestoras portuguesas. Foi considerado, no máximo, um mês e cinco dias de registos históricos com intervalos de 1 hora e 10 minutos, para a previsão de um dia da semana e de um feriado, respetivamente. Na previsão de um dia da semana, com intervalos de 10 minutos entre cada medição, o modelo SVR obteve o melhor desempenho e foi dos modelos mais rápidos a realizar a previsão, à semelhança da abordagem preconizada por Quevedo. Na previsão de um feriado com intervalos de 10 minutos entre cada medição, nenhum modelo conseguiu prever o feriado, apenas abordagem de Quevedo modificada conseguiu aproximar-se dos valores reais de caudal, sendo o mais rápido a obter uma previsão.
- Modelação matemática das espécies oxidantes e nitrosantes em sistemas biológicosPublication . Franco, Cláudio Daniel Martins; Justino, Gonçalo; Barreira, RaquelAs espécies reativas de oxigénio e azoto desempenham um papel importante em certas funções fisiológicas, como na inflamação, mas em situações de sobreprodução ou desregulação podem ter vários efeitos lesivos para as biomoléculas. O objetivo foi construir um modelo matemático de equações diferenciais ordinárias (ODEs) que descrevesse a rede de reações químicas entre as diferentes espécies reativas e as biomoléculas. Para tal: a) foram recolhidas da literatura e utilizadas as constantes cinéticas das várias reações para escrever as equações cinéticas de todas as reações que constituíram o sistema estudado; b) com base nas várias equações cinéticas foram construídas as equações diferenciais que descreviam a evolução temporal de cada espécie química no sistema, recorrendo à abordagem do tipo Continuously Stirred Batch Reactor (CSBR); c) otimizou-se os parâmetros do modelo de modo a obter um sistema em estado estacionário que mimetizou as condições observadas na circulação sistémica; d) foi feita a análise do modelo com recurso à análise de fluxos e de coeficientes de controlo, que identificaram quais os principais pontos de controlo do sistema. Com estes passos obteve-se um modelo matemático robusto que permitiu a simulação de situações fisiológicas como a desregulação dos sistemas de produção de espécies reativas ou o efeito de antioxidantes sobre o nível global de espécies reativas e sobre o nível de lesões induzidas às biomoléculas: ▪ As concentrações de estado estacionário das espécies tamponantes do sangue bem como da água, do hidrónio e do anião hidróxido mantiveram-se constantes em todas as variações; ▪ As variações do óxido nítrico e do superóxido ocorreram exatamente de acordo com o que se esperava; ▪ A variação da concentração do anião nitrato correspondeu à variação da concentração do peroxinitrito, indicando a composição do mesmo; ▪ Todas as espécies reativas tiveram a variação das suas concentrações como esperado em relação da variação das concentrações de estado estacionário dos antioxidantes. Contudo, não foi possível obter um modelo que descreva adequadamente o sistema de tamponamento do sangue, tendo-se identificado a origem desse erro no excessivo detalhe utilizado para descrever essas reações.