|
|
Modelování interakcí bílkovin s ionty a membránami
Kadlec, Jan ; Jungwirth, Pavel (vedoucí práce) ; Kolafa, Jiří (oponent)
Protein rekoverin, lokalizovaný ve vnějším segmentu membrán v tyčinkách v oku, je zapojen do adaptace na světlo a tmu. Tento vápníkový senzor podléhá při změně koncentrace vápníku konformační změně a dochází k vysunutí posttranslačně modifikovaného N-konce, myristoylu, ven z jádra proteinu. Následně rekoverin zakotví za pomoci myristoylu do membrány. Vazba rekoverinu na membránu je reverzibilní a závisí na koncentraci vápníku a konformaci rekoverinu. Tato práce se zabývá energetikou tohoto procesu s cílem objasnit, jakou měrou myristoylová modifikace na vazbu rekoverinu na membránu přispívá. Konkrétně se věnuje profilu volné energie zasunutí samotného myristamidu do membrány a elektrostatického příspěvku z vazby nemyristovaného rekoverinu namembránu. Dále se práce zaobírá vzájemným porovnáním těchto výsledků i konfrontací s experimentálními daty. K výpočtům profilů volné energie jsou využity metody molekulové dynamiky a deštníkového vzorkování. Tato práce též přispívá k objasnění procesu zanořování myristamidu do membrány a k pochopení fungování dosud nepopsaného procesu konformační změny rekoverinu a jeho následné vazby na membránu.
|
|
|
Simulation of processes in cellular membranes
Melcr, Josef ; Jungwirth, Pavel (vedoucí práce)
Simulace of procesů v buněčných membránách Abstrakt Mnoho důležitých procesů v buňkách probíhá prostřednictvím iontů. Například fúze synaptických váčků s membránami nervových buněk je kontrolována dvojmocným kationtem Ca2+ , zatímco výměna Na+ a K+ řídí rychlý elek- trický přenos vzruchů neurony. Vyšetřili jsme modelové fosfolipidové membrány a jejich interakce s těmito biologicky relevantními ionty. S použitím molekulárně dynamických simulací jsme přesně určili jejich vzájemé afinity vůči neutrálním a negativně nabitým fosfolipidovým dvojvrstvám. K tomu bylo nutné vyvi- nout nové vylepšené modely fosfolipidů nazvané ECC-lipids, které obsahují polarizaci elektronů pomocí korekce na elektronové kontinuum implemento- vané přeškálováním nábojů. Naše simulace s tímto novým silovým polem poprvé dosahují kvantitativní shody s experimentálně zjištěným konceptem lipidového elektrometru pro POPC a i pro POPS se všemi studovanými ka- tionty. Kromě toho jsme také zkoumali vliv transmembránového napětí na fosfolipidové dvojvrstvy. Elektrické pole indukované napětím se vyskytuje výhradně v hydrofóbní části membrány, kde má téměř konstantní intenzitu. Toto pole ovlivňuje strukturu blízkých molekul...
|
|
|
Počítačové modelování biomolekul - potenciálních chemoterapeutik
Maláč, Kamil ; Jungwirth, Pavel (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.
|
|
|
Simulation of processes in cellular membranes
Melcr, Josef ; Jungwirth, Pavel (vedoucí práce)
Simulace of procesů v buněčných membránách Abstrakt Mnoho důležitých procesů v buňkách probíhá prostřednictvím iontů. Například fúze synaptických váčků s membránami nervových buněk je kontrolována dvojmocným kationtem Ca2+ , zatímco výměna Na+ a K+ řídí rychlý elek- trický přenos vzruchů neurony. Vyšetřili jsme modelové fosfolipidové membrány a jejich interakce s těmito biologicky relevantními ionty. S použitím molekulárně dynamických simulací jsme přesně určili jejich vzájemé afinity vůči neutrálním a negativně nabitým fosfolipidovým dvojvrstvám. K tomu bylo nutné vyvi- nout nové vylepšené modely fosfolipidů nazvané ECC-lipids, které obsahují polarizaci elektronů pomocí korekce na elektronové kontinuum implemento- vané přeškálováním nábojů. Naše simulace s tímto novým silovým polem poprvé dosahují kvantitativní shody s experimentálně zjištěným konceptem lipidového elektrometru pro POPC a i pro POPS se všemi studovanými ka- tionty. Kromě toho jsme také zkoumali vliv transmembránového napětí na fosfolipidové dvojvrstvy. Elektrické pole indukované napětím se vyskytuje výhradně v hydrofóbní části membrány, kde má téměř konstantní intenzitu. Toto pole ovlivňuje strukturu blízkých molekul...
|
|
|
Development and testing of computer models of phospholipid membranes
Nencini, Ricky ; Jungwirth, Pavel (vedoucí práce) ; Předota, Milan (oponent)
Simulace molekulární dynamiky mohou poskytnout detailní informace o biologických systémech. Nicméně klasická silová pole, která nezohledňují elektronovou polarizaci atomů, nejsou schopná dostatečně přesně reprodukovat interakce mezi biologickými membránami a nabitými částicemi, jako jsou ionty. V této práci zahrneme efekt chybějící elektronové polarizace do silového pole CHARMM36 pro fosfatidylcholin- ové lipidy. Tato implementace bude provedena pomocí aproximace středního pole za využití modelu elektronového kontinua (ECC). Správnou sílu interakcí mezi ionty a membránou odvozujeme na základě tzv. konceptu elektrometru, který dává do sou- vislosti změnu v parametrech uspořádání v cholinové části lipidů s množstvím náboje, který je přítomen na povrchu membrány. Klíčová slova: fosfatidylcholin, vápenaté ionty, sodné ionty, model elektronového kon- tinua, koncept elektrometru . Práce je anglicky 1
|
|
|
Simulation of processes in cellular membranes
Melcr, Josef ; Jungwirth, Pavel (vedoucí práce) ; Otyepka, Michal (oponent) ; Tarek, Mounir (oponent)
Simulace of procesů v buněčných membránách Abstrakt Mnoho důležitých procesů v buňkách probíhá prostřednictvím iontů. Například fúze synaptických váčků s membránami nervových buněk je kontrolována dvojmocným kationtem Ca2+ , zatímco výměna Na+ a K+ řídí rychlý elek- trický přenos vzruchů neurony. Vyšetřili jsme modelové fosfolipidové membrány a jejich interakce s těmito biologicky relevantními ionty. S použitím molekulárně dynamických simulací jsme přesně určili jejich vzájemé afinity vůči neutrálním a negativně nabitým fosfolipidovým dvojvrstvám. K tomu bylo nutné vyvi- nout nové vylepšené modely fosfolipidů nazvané ECC-lipids, které obsahují polarizaci elektronů pomocí korekce na elektronové kontinuum implemento- vané přeškálováním nábojů. Naše simulace s tímto novým silovým polem poprvé dosahují kvantitativní shody s experimentálně zjištěným konceptem lipidového elektrometru pro POPC a i pro POPS se všemi studovanými ka- tionty. Kromě toho jsme také zkoumali vliv transmembránového napětí na fosfolipidové dvojvrstvy. Elektrické pole indukované napětím se vyskytuje výhradně v hydrofóbní části membrány, kde má téměř konstantní intenzitu. Toto pole ovlivňuje strukturu blízkých molekul...
|
|
|
Pairing of biologically relevant ions in aqueous solutions
Baxová, Katarína ; Jungwirth, Pavel (vedoucí práce) ; Předota, Milan (oponent)
Významné artefakty vnáša do molekulovo-dynamických simulácií biologických systémov nezah'rňanie elektónovej polarizability divalentných iontov, ako napríklad Ca2+ , do silových polí. Dve novo-vyvinuté úpravy parametrov silových polí boli použité na výpočet profilov voľnej energie iontovej disociácie Ca2+ -Cl- vo vodnom prostredí na porovnanie s profilmi voľnej energie získanými pomocou ab-initio molekulovej dynamiky a z experimentálnych dát neutrónového rozptylu. Ďalej bol nasimulovaný dôkaz existencie lokálneho minima voľnej energie kon- taktného iontového páru dvojice guanidínium-guanidínium vo vodnom prostredí. Výsledné profily naznačujú celkovú preferenciu kontaktného iontového páru. Nakniec sme skúmali pasívny mechanizmus prechodu oligoarginínov cez mode- lové sytémy bunkovej membrány - lipidové vačky - metódami fluorescenčnej spek- troskopie. V rámci tohto projektu sme objavili prepojenie medzi membránovým prechodom a agregáciou a zlučovaním lipidových vačkov. 1
|
|
|
Modelování interakcí bílkovin s ionty a membránami
Kadlec, Jan ; Jungwirth, Pavel (vedoucí práce) ; Kolafa, Jiří (oponent)
Protein rekoverin, lokalizovaný ve vnějším segmentu membrán v tyčinkách v oku, je zapojen do adaptace na světlo a tmu. Tento vápníkový senzor podléhá při změně koncentrace vápníku konformační změně a dochází k vysunutí posttranslačně modifikovaného N-konce, myristoylu, ven z jádra proteinu. Následně rekoverin zakotví za pomoci myristoylu do membrány. Vazba rekoverinu na membránu je reverzibilní a závisí na koncentraci vápníku a konformaci rekoverinu. Tato práce se zabývá energetikou tohoto procesu s cílem objasnit, jakou měrou myristoylová modifikace na vazbu rekoverinu na membránu přispívá. Konkrétně se věnuje profilu volné energie zasunutí samotného myristamidu do membrány a elektrostatického příspěvku z vazby nemyristovaného rekoverinu namembránu. Dále se práce zaobírá vzájemným porovnáním těchto výsledků i konfrontací s experimentálními daty. K výpočtům profilů volné energie jsou využity metody molekulové dynamiky a deštníkového vzorkování. Tato práce též přispívá k objasnění procesu zanořování myristamidu do membrány a k pochopení fungování dosud nepopsaného procesu konformační změny rekoverinu a jeho následné vazby na membránu.
|
|
|
Theoretical study of ions at phase interfaces
Vrbka, Luboš ; Jungwirth, Pavel (vedoucí práce) ; Hof, Martin (oponent) ; Ettrich, Rüdiger (oponent)
2 '\UToREFEaÁr v ČBsxÉuJAZYCE Autoreferát v českérnjazyce Předk1ádaná práce sestává z deseti publikací1_1o v mezinárodních recenzovaných Časopi. sech' doplněných rozšířenýmúvodem a diskusí získaných výsledků. Studovanou tématikuje moŽné rozdě]it do tří skupin, jejichž spoiečným jmenovatelem je chování iontů na fázových rozhraních. V práci se zabýwáme o ionty na rozhraní voda/vzduch Některé anorganické ionty se mohou, v rozporu s obecně přijímanými teoriemi, aku. mulovat na rozhraní voda/vzduch. Jedná se zejmóna o velké polarizovatelné antonty, např. jodidový, azidový, nebo thiokyanátoly. U organických kationtů s alifatickými řetězci je důvodem k akumulaci na rozhraní jejich hvdrofobicita. Rovnováha rrrezl hydratačnímia polarizačnímisilami v komplexních ionto'4ich roztocích je detailně diskutována v této črístidisertačnípráce. o ionty na rozhraní voda/led Vypuzování soli z mrznoucích slaných roztoků (např' z mořské vody) je důleŽitý přírodní děj, který ovlivňuje globální klima. NIetodami molekulovó dynamiky jsme studovali mechanismus tohoto procesu na atomární úrovni. o ionty na rozhraní voda/protein Ve dvou různých studiích jsme se zabývali specifický'rni interakcemi mezi proteiny a ionty. Nejdříve diskutujeme vliv iontů na aktivitu enzymu křenové peroxidázy. Druhý projekt poskytnul vysvětlení faktu, Že...
|
|
|
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.