|
|
Developing biomolecular interactions models for molecular simulations: Critical evaluation of force field parametrizations
Tempra, Carmelo ; Jungwirth, Pavel (vedoucí práce) ; Vácha, Robert (oponent) ; Vega de las Heras, Carlos (oponent)
Metody molekulové dynamiky s použitím silových polí jsou dnes běžně používány ke studiu molekulových interakcí v mnoha vědeckých oblastech. Přesnost silových polí se v průběhu let zlepšovala, což umožnilo smysluplný fyzikální popis molekulových jevů. Nicméně, silová pole mají své omezení. V této disertaci jsem prozkoumával některá tato omezení, jež jsou důsledkem strategie parametrizace silových polí, a zjišťoval, do jaké míry lze do klasické molekulové dynamiky s použitím silových polí zahrnout neklasické chování jako jsou kvantové efekty spojené s pohyby jader. V první části jsem zkoumal, do jaké míry lze kvantové efekty jader zahrnout do klasického silového pole pro vodu. To nám umožnilo modelovat rozdíly mezi těžkou a lehkou vodou. Vyvinutý model byl poté použit k popisu izotopových efektů rozpouštědla na biomolekuly jako jsou aminokyseliny, proteiny a biomembrány, a k hledání vysvětlení proč těžká voda (na rozdíl od lehké vody) chutná sladce. Ve druhé části dizertace jsem upozornil na nevýhody použití určitých trénovacích datových sad při optimalizaci silového pole na příkladu chloridu vápenatého ve vodném roztoku. V třetí části jsem demonstroval důležitost použití přesného modelu vody během optimalizace silových polí pro fosfolipidy, aby bylo možné adekvátně zachytit chování lipidové vrstvy. Všechny...
|
|
|
Investigation of monomolecular organic layers and their interaction with atmospheric oxidants and pollutants
Habartová, Alena ; Jungwirth, Pavel (vedoucí práce) ; Jedlovszky, Pal (oponent) ; Klán, Petr (oponent)
Název práce: Výzkum monomolekulárních organických vrstev a jejich interakce s atmosferickými oxidanty a polutanty Autor: Mgr. Alena Habartová Ústav: Ústav organické chemie a biochemie, Akademie věd České republiky Vedoucí disertační práce: prof. Mgr. Pavel Jungwirth, DSc. Abstrakt: Pomocí simulací klasické molekulové dynamiky jsme studovali in- terakce Langmuirových monovrstev kyseliny palmitové a haloalkanů, jako látek znečišťujících ovzduší a jako modelových systémů přirozeně se vyskytujících v atmosféricky relevantních makroskopických vodních systémech a aerosolech. Zkou- mali jsme rozdělení, orientaci, solvataci, jakož i strukturu a morfologii jednotlivých složek a jejich směsi na rozhraní voda/vzduch při různých teplotách, abychom ověřili náš výpočetní model a doplnili experimentální data detaily na molekulové úrovni. Ukázali jsme, že halogenuhlovodíkové molekuly adsorbované na amorfních ledových nanočásticích při 100 K zůstávají převážně izolované a netvoří agregáty, na rozdíl od jejich shlukování na kryogenních argonových nanočásticích. Doku- mentujeme, že chloro-, bromo- a jodoalkany s krátkými alkylovými řetězci (C1 až C5) preferují vnější oblast rozhraní voda/vzduch. Jejich průměrné rezidenční doby se pohybují v rozmezí stovek ps až několika ns při teplotě 300 K a závisejí na délce alkylového...
|
|
|
Structure and dynamics of electronic defects in liquid water
Maršálek, Ondřej ; Jungwirth, Pavel (vedoucí práce) ; Horáček, Jiří (oponent) ; Pittner, Jiří (oponent)
Název práce: Struktura a dynamika elektronických defektů v kapalné vodě Autor: Ondřej Maršálek Ústav: Ústav orgaincké chemie a biochemie, Akademie věd České republiky Vedoucí doktorské práce: prof. Mgr. Pavel Jungwirth, DSc. e-mail vedoucího: pavel.jungwirth@uochb.cas.cz Abstrakt: V této práci předkládáme ab initio molekulárně dynamické simulace elektron- ických defektů v kapalné vodě. Fotoionizací kapalné vody vzniká kationtová díra, která ultrarychlým procesem reaguje na hydratovaný proton a hydroxylový radikál. Studujeme dynamiku i spektroskopii tohoto procesu. Hydratovaný elektron je klíčovým meziproduk- tem v radiační chemii vodných roztoků. Simulujeme jeho rovnovážné vlastnosti v záporně nabitých vodních klastrech i dynamiku vertikálního záchytu elektronu teplými a studenými klastry. Reakcí hydratovaného elektronu a hydratovaného protonu vzniká vodíkový atom. Tuto reakci zkoumáme za konečné teploty ve větším klastru a detailněji v klastru menším. Protože oba zde studované elektronické defekty jsou náročné systémy s otevřenou slup- kou, klademe důraz na ověření nastavení výpočtů. K práci je přiloženo šest publikovaných článků. Klíčová slova: teorie funkcionálu hustoty, selfinterakční korekce, ab...
|
|
|
Molecules in Cell Membranes
Timr, Štěpán ; Jungwirth, Pavel (vedoucí práce) ; Böckman, Rainer (oponent) ; Ettrich, Rüdiger (oponent)
Biologické membrány se aktivně účastní řady procesů v živých buňkách, a detailní popis jejich struktury, dynamiky a funkce je tudíž nezbytný pro porozumění živým organismům na molekulární úrovni. V této práci jsme využili vysoké časové a prostorové rozlišení poskytované počítačovými simulacemi pro výzkum chování několika druhů molekul, které se mohou vázat do membrán buněk. Kombinace klasických simulací molekulové dynamiky a ab initio výpočtů elektronové struktury nám dovolila charakterizovat optické vlastnosti fluorescenčních sond zanořených v membránách, a tím přispět k rozvoji dvoufotonové polarizační mikroskopie jako nástroje strukturní biologie. Simulace molekulové dynamiky nám dále umožnily popsat na atomární úrovni vratnou vazbu rekoverinu k membráně a rovněž poskytly významný vhled do mechanismu vápníkem indukovaného myristoylového přepínače tohoto proteinu, důležitého pro adaptaci zrakových buněk. Kromě toho jsme zkoumali biologickou úlohu oxidace cholesterolu a porovnali dvě metody popisu membránového napětí v simulacích molekulové dynamiky.
|
|
|
Počítačové modelování biomolekul - potenciálních chemoterapeutik
Maláč, Kamil ; Barvík, Ivan (vedoucí práce) ; Jungwirth, Pavel (oponent) ; Ettrich, Rüdiger (oponent)
Hlavní metodou uplatněnou v této práci byly klasické molekulárně-dynamické simulace. Simulovanými systémy byly komplexy RNA-dependentní-RNA polymerázy, Ribonukleázy H, Argonautu a Ribonukleázy L s chemicky modifikovanými nukleovými kyselinami. Motivací bylo využití těchto chemicky modifikovaných nukleových kyselin jako potenciálních chemoterapeutik. Výkonné grafické karty, prostřednictvím nichž byly molekulárně-dynamické simulace provedeny, umožnily získat trajektorie o délce stovek nanosekund až jedné mikrosekundy, což umožnilo postihnout rozdíly ve vazbě různě modifikovaných nukleových kyselin k výše uvedeným enzymům. Zjištěné rozdíly přitom odpovídaly experimentálním výsledkům, což otevírá prostor pro racionální návrh struktury potenciálních chemoterapeutik na bázi chemicky modifikovaných nukleových kyselin.
|
|
| |
|
|
Structure, dynamics and reactivity of the hydrated electron
Uhlig, Frank ; Jungwirth, Pavel (vedoucí práce) ; Pittner, Jiří (oponent) ; Sebastiani, Daniel (oponent)
Struktura, dynamika a reaktivita hydratovaného elektronu Frank Uhlig Tato práce se zabývá zkoumáním hydratovaného elektronu, který je jedním z produktů ionizace vody a klíčovým meziproduktem radiační chemie ve vodném prostředí. Ačkoli se o existenci hydratovaného elektronu ví již více než 50 let, jeho struktura je těžko postižitelná a je předmětem diskuzí až do současnosti. V této práci jsme ukázali, že pomocí ab initio metod lze získat věrohodný popis hy- dratovaného elektronu, jeho rovnovážné struktury, jeho dynamiky po zachycení vodou a jeho reaktivity. Za tímto účelem byly zkoumány malé klastrové modely i rozsáhlé systémy modelující jak vnitřek, tak povrch kapaliny s rozpuštěným elektronem.
|
|
|
Molekulové simulace nukleace ledu
Pluhařová, Eva ; Jungwirth, Pavel (vedoucí práce) ; Kolafa, Jiří (oponent)
Název práce: Molekulové simulace nukleace ledu Autor: Eva Pluhařová Katedra: Katedra fyzikální a makromolekulární chemie PřF UK Vedoucí diplomové práce: doc. Mgr. Pavel Jungwirth, DSc., ÚOCHB AV ČR, v.v.i. e-mail vedoucího: pavel.jungwirth@uochb.cas.cz Abstrakt: Pomocí simulací molekulové dynamiky jsme systematicky studovali homogenní nukleaci ledu v čisté vodě a dále vliv přítomnosti povrchově aktivních látek na tento děj. Jako modely surfaktantů byly použity kyselina pentanová a pentanol. Čistá voda začíná mrznout převážně v podpovrchové vrstvě, která se přizpůsobí zvětšení objemu během tvorby ledu lépe než molekuly v objemu kapaliny. Alkohol ovlivňuje homogenní nukleaci více než kyselina. Voda pokrytá neuspořádanou vrstvou pentanolu vykazuje zanedbatelnou preferenci pro podpovrchovou nukleaci a delší nukleační čas ve srovnání s čistou vodou, zatímco přítomnost kyseliny pentanové nesnižuje výrazně podpovrchovou preferenci pro začátek mrznutí ani nemění nukleační čas. Rozdíly mezi vlivem různých funkčních skupin jsme se pokusili vysvětlit na základě jejich schopnosti orientovat molekuly vody a měnit jejich pohyblivost. Skutečnost, že různé surfaktanty mají na homogenní nukleaci ledu různý vliv, je významná z hlediska tvorby mraků ve vyšších vrstvách atmosféry, do níž se během spalování biomasy uvolňuje...
|
|
|
Molekulárně-dynamické simulace komplexů sestávajících z proteinů a nukleových kyselin
Zíma, Vlastimil ; Barvík, Ivan (vedoucí práce) ; Jungwirth, Pavel (oponent)
V rámci diplomová práce byly prostudovány algoritmy numerické integrace. Poté byla provedena důkladná studie aktivních míst polymeras virů HCV a HIV v komplexech s přirozeným substrátem a komplexem, ve kterém byl přistupující nukleosidtrifosfát nahrazen inhibitorem (S)-HMPMGpp resp. (S)-HMPMApp. Následně byla použita metoda ABF pro získání profilů volné energie pro přechod vody a methanu přes rozhraní vody a vakua. Stejná metoda byla na závěr použita pro získání profilu volné energie pro průchod vody, methanu a guanosinu skrz lipidovou dvouvrstvu.
|
|
|
On a molecular theory of water
Jirsák, Jan ; Nezbeda, Ivo (vedoucí práce) ; Hrubý, Jan (oponent) ; Kolafa, Jiří (oponent) ; Jungwirth, Pavel (oponent)
Souhrn Voda je nejdůleŽitějšíkapalirrou na Zelni, ale pŤes nesmírnéúsilíjsrne jíještě zcela neporozumě]i. U vody byla potvrzena Ťad'a termodynamických anomá]ií (napŤ. maximum hustoty pŤi 4.C) a jejich výskyt byl intuitivně dán do sou- vislosti se si]nou mezimolekulární asociativní siiou, tj. vodíkovou vazbou' }íicméně,dosud neb5,la zformuIována rigorózní mo]ekuiární teorie. Předkláclaná práce se snažínavrhnout a aplikovat rigorózní statisticko- -mechanický přístrrp k vodě' Tento přístup je za|oŽen na nedávných po- znatcích, žestruktura asociativních tekutin je určena předevšímkrr{tkoáo- sa}rovýnri silanri (jak odpudivýrni, tak přitažlivýrni). Tato skutečnostnám umoŽňuje aplikovat poruchovou teorii a pouŽít krátkodosahový model jako referenci. Vlastnosti krátkodosahového referenčníhomodelu jsou potéodhad- nuty pomocí jednoduchého, tzv. primitivního, modelu. Primitivní modely se analyticky konstruují tak, aby reprod.ukovaly struktury krátkodosahového referenčníhomode]u a přítom zachovaly jednoduchost interakcí dostatečnou k teoretickému popisu' Příspěvek primitivního modelu vyjádřený Werthei- movotl TPT2 je použit jako referenčníčlenv poruchovém rozvoji. Stavová r.ovnice se potonr doplní o disperzní a dipól-clipólový korekčníčlen' Hlavní výsledky práce jsou následující: (i) Je vyietŤováno chování jedno- duché...
|
host ::
RSS.