Original title: Interakce kovových iontů v bioorganickém prostředí; kvantově-chemická a molekulově-mechanická výpočetní studie.
Translated title: Interaction of Metal Cations in Bioorganic Environment. Computational Study Using Quantum Mechanics and Molecular MechanicsTools.
Authors: Futera, Zdeněk ; Burda, Jaroslav (advisor) ; Bouř, Petr (referee) ; Clark, Tim (referee)
Document type: Doctoral theses
Year: 2012
Language: eng
Abstract: [eng] [cze]
Interactions of Metal Cations in Bioorganic Environment Computational Study Using Quantum Mechanics and Molecular Mechanics Tools Zdeněk Futera Biologically relevant interactions of piano-stool ruthenium(II) complexes with ds-DNA are studied by QM/MM computational technique. The whole re- action mechanism is divided into three phases - hydration of [RuII (η6 - benzene)(en)Cl]+ , consequent binding DNA and final intra-strand cross-link formation between two adjacent guanines. Free energy profiles of all reactions are explored by QM/MM MD umbrella sampling approach where the Ru(II) complex is described by DFT. For that purpose, special QM/MM software was developed to couple Gaussian and Amber programs. Calculated free energy barriers of Ru(II) hydration as well as DNA binding process are in good agreement with experimentally determined rate constants. Reaction pathway for cross-link formation was predicted that is feasible from both thermodynamical and kinetical point of view. Interakce kovových iontů v bioorganickém prostředí kvantově-chemická a molekulově-mechanická výpočetní studie Zdeněk Futera Biologicky významné interakce piano-stool Ru(II) komplexů s DNA jsou v této práci studovány QM/MM výpočetní metodou. Reakční mechanismus je rozdělen do tří částí - hydratace [RuII (η6 -benzene)(en)Cl]+ komplexu, následné navázání na DNA a vytvoření můstku mezi dvěma guaniny na stejném vlákně. Profily volné energie všech studovaných reakcí jsou spočteny metodou umbrella sampling z QM/MM MD simulací během nichž byl Ru(II) komplex popsán na úrovni DFT. Pro tento účel byl vytvořen QM/MM soft- ware, který umožňuje provázat programy Gaussian a Amber. Spočtené en- ergetické bariéry hydratační reakce a procesu navázání Ru(II) komplexu na DNA jsou v souladu s experimentálně změřenými rychlostními konstantami těchto reakcí. Vytvoření můstků bylo předpovězeno jako uskutečnitelné z termodynamického i kinetického hlediska.
Keywords: DFT; hybrid QM; MM method; piano-stool structure; ruthenium(II) complexes; umbrella sampling; WHAM; DFT; hybridní QM; MM metoda; piano-stool struktura; rutheniové komplexy; umbrella sampling; WHAM

Institution: Charles University Faculties (theses) (web)
Document availability information: Available in the Charles University Digital Repository.
Original record: http://hdl.handle.net/20.500.11956/45214

Permalink: http://www.nusl.cz/ntk/nusl-462302


The record appears in these collections:
Universities and colleges > Public universities > Charles University > Charles University Faculties (theses)
Academic theses (ETDs) > Doctoral theses