Original title:
Vývoj biomolekulových interakčních modelů pro molekulové simulace: kritická evaluace parametrizací silových polí
Translated title:
Developing biomolecular interactions models for molecular simulations: Critical evaluation of force field parametrizations
Authors:
Tempra, Carmelo ; Jungwirth, Pavel (advisor) ; Vácha, Robert (referee) ; Vega de las Heras, Carlos (referee) Document type: Doctoral theses
Year:
2023
Language:
eng Abstract:
[eng][cze] Force field molecular dynamics methods are nowadays commonly used to study molecular interactions in many scientific fields. The accuracy of force fields has been improving over the years, allowing for a meaningful physical description of molecular phenomena. However, force fields have limitations. In this dissertation, I explored some of these limitations resulting from the parametrization strategy of force fields and the extent to which non-classical behavior, such as nuclear quantum effects, can be incorporated into classical force field molecular dynamics. In the first part, I investigated to what extent nuclear quantum effects can be accounted for within a classical force field for water. This allowed us to model the differences between bulk light vs. heavy water. The developed model was then used to describe solvent isotope effects on biomolecules, such as amino acids, proteins, and biomembranes, and to seek an explanation why heavy water (unlike light water) tastes sweet. In the second part, I pointed out the drawbacks of using certain training datasets in comparison to others when optimizing a force field, using aqueous calcium chloride as an example. In the third part, I demonstrated the importance of using an accurate water model during the optimization of force fields for phospholipids to adequately capture...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...
Keywords:
electronic polarization; ions; molecular dynamics; proteins; water; elektronová polarizace; ionty; molekulová dynamika; proteiny; voda
Institution: Charles University Faculties (theses)
(web)
Document availability information: Available in the Charles University Digital Repository. Original record: http://hdl.handle.net/20.500.11956/182855