Espalhamento de elétrons por moléculas de relevância biológica : fase gasosa, microssolvatação e fase condensada

Orientador: Prof. Dr. Marcio Henrique Franco BettegaTese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Exatas, Curso de Pós-Graduação em Física. Defesa: Curitiba, 03/10/2012Bibliografia: fls. 108-120Resumo: Estudos recentes revelaram que a interação de elétrons de baixa energia com o DNA pode levar a processos dissociativos, como a dissociação pelo elétron aprisionado (DEA). No DNA, o DEA está associado a diversos efeitos genotóxicos, como a quebra de simples fita e dupla fita. A captura de um elétron e a formação de uma ressonância disparam o mecanismo de dissociação. Nesta tese foram calculadas seções de choque para o espalhamento elástico de elétrons pelos seguintes sistemas: complexo formaldeído-água, complexo ácido fórmico-água, dímero de ácido fórmico, dímero de formamida e complexo ácido fórmicoformamida. Moléculas como ácido fórmico (HCOOH), formaldeído (CH2O) e formamida (HCONH2) são sistemas de relevância biológica, pois apresentam certas semelhanças com as bases da cadeia de DNA. Por exemplo, possuem ressonâncias, ligações simples, duplas e formam ligações de hidrogênio com outras moléculas. Já a água constitui mais da metade do corpo humano. A descrição da estrutura eletrônica dos sistemas estudados foi feita através do método de Hartree-Fock. Para os cálculos de espalhamento foi utilizado o método Schwinger Multicanal com pseudopotenciais nas aproximações estático-troca e estático-troca mais polarização. O interesse geral está em como as ressonâncias são afetadas pela microssolvatação e pelos efeitos de fase condensada. Para estudar a influência da microssolvatação nos processos de espalhamento foram realizados cálculos para os sistemas CH2O · · · H2O e HCOOH · · · (H2O)n com n=1, 2. A presença de moléculas de água afeta significativamente a posição em energia das ressonâncias destes sistemas em relação a fase gasosa. Já os dímeros HCOOH · · · HCOOH, HCONH2 · · · HCONH2 e o complexo HCOOH · · · HCONH2 são protótipos de sistemas mais próximos de uma fase condensada, os quais estão ligados por duas ligações de hidrogênio. Foram observadas mudanças consideráveis nas posições em energia das ressonâncias quando feita a comparação com os monômeros que os formam. Estas mudanças podem afetar os processos de DEA.Abstract: Recent studies have shown that interactions between low-energy electrons and the DNA can start dissociative processes, as dissociative electron attachment (DEA), which is related to genotoxic effects such single- and double-strand breaks. Electron capture and the formation of a resonance trigger the dissociative mechanism. In this thesis we have carried out calculations of elastic cross sections for electron collisions with: formaldehyde-water complex, formic acid-water complex, formic acid dimer, formamide dimer, and formic acid-formamide complex. Molecules like formic acid (HCOOH), formaldehyde (CH2O) and formamide (HCONH2) are of biological relevance because of certain similarities with the DNA basis. For instance, there are resonances, simple and double bonds and hydrogen bonding with other molecules is possible. Water is the major compound of the human body. The electronic structure of these systems was described with the Hartree- Fock method. The scattering calculations were performed using the Schwinger multichannel method with pseudopotentials in the static-exchange and in the static-exchange plus polarization approximations. Our interest is in how the resonances are affected by microsolvation and condensed phase effects. In order to explore the effects of microsolvation in electron scattering, we perfomed calculations for the systems CH2O · · · H2O and HCOOH · · · (H2O)n with n=1, 2. The results showed that the presence of water molecules can affect the position in energy of the resonances. The systems HCOOH · · · HCOOH, HCONH2 · · · HCONH2 and HCOOH · · · HCONH2, bonded together by two hydrogen bonds, are models for condensed phase systems. For the dimers and the complex, there are significative changes in the positions in energy of the resonances in comparison with the monomers. The observed changes may affect the DEA process.