|
|
Development and applications of molecular dynamics for molecular spectroscopy
Kessler, Jiří ; Bouř, Petr (vedoucí práce) ; Bludský, Ota (oponent) ; Setnička, Vladimír (oponent)
This Thesis deals with simulations of chiroptical spectra using a combination of molecular dynamics and quantum chemistry. Molecular dynamics was used to explore conformational behaviour of studied systems (proteins), quantum chemistry for calculation of spectral prop- erties. The Quantum chemical methods are limited to relatively small systems. We overcome this problem mostly by a fragmentation of studied systems, when smaller, computationally feasible, fragments are created and used for the quantum chemical calculations. Calculated properties were then transferred to the big molecule. Vibrational Optical Activity (VOA) spectra of poly-L-glutamic acid fibrils (PLGA), insulin prefibrillar form and native globular proteins were studied. The simulated spectra provided satisfactory agreement with the experiment and were used for its interpretation. Experimental Vibrational Circular Dichroism (VCD) spectra of poly-L-glutamic acid fibrils were only qualitatively reproduced by the simulation. We could reproduce the major amide I band and a smaller negative band associated with the side chain carboxyl group. Our simulation procedure was then extended to a set of globular proteins and their Raman Optical Activity (ROA) spectra. Here we achieved an exceptional precision. For example, we were able to reproduce...
|
|
|
Studium termodynamických a kinetických parametrů interakcí oligomerních modelů DNK s organokovovými komplexy aktivními v protirakovinné léčbě stanovených metodami kvantové chemie a kombinovanými QM/MM metodami
Matunová, Petra ; Burda, Jaroslav (vedoucí práce) ; Sochorová Vokáčová, Zuzana (oponent)
Bylo prokázáno, že rutheniové a platinové komplexy jsou aktivní v protirakovi- nové léčbě. Dnes běžně používaná chemoterapeutika mají stále hodně negativních vedlejších účinků, proto je výzkum v této oblasti stále aktuální. První část diplo- mové práce se zabývá studiem cis-[Pt(NH3)2Cl2] (cisplatina, DDP) a čtyř plati- nových komplexů, potenciálních léčiv proti rakovině: PtCl2(diaminocyklohexan), PtCl2(NH3)(cyklohexylamin) (JM118), cis-[PtCl2(NH3)(piperidin)] a trans-[PtCl2(NH3)(thiazol)]. Tyto komplexy jsou studovány v semi-hydratované a plně-hydratované formě. Termodynamické a kinetické parametry reakcí těchto komplexů s guaninem, což je klíčový proces pro zahájení protirakovinné aktivity, jsou studovány QM metodami. Analýzy elektronové hustoty byly provedeny na úrovni B3LYP/6-311++G(2df,2pd) v IEF-PCM modelu. V druhé části práce je studována reakce tzv. 'piano stool' komplexu ruthenia, [Ru(II)(η6 -p-cymen(nalidixová kyselina)(Cl)]+ , nejdříve s guaninem pomocí QM metod a poté s modelem ds-DNA pomocí QM/MM metod. Reakční centrum popisované QM metodami tvoří dva guaniny a Ru(II) komplex. Analýzy ter- modynamických a kinetických parametrů a analýzy elektronových hustot byly provedeny na úrovni B97D/6-31G*. Všechny...
|
|
|
Optimizing quantum simulations and the DMRG method
Brandejs, Jan ; Pittner, Jiří (vedoucí práce) ; Zamastil, Jaroslav (oponent)
V této práci studujeme kvantové simulace na klasických počítačích z pohledu kvantové teorie informace. Zaměřujme se zejména na silně korelované mnohočásticové vlnové funkce. Ukazujeme, jak je možné pomocí ztrátové kvantové komprese zredukovat množství dat potřebných pro datovou reprezentaci stavu a zkoumáme strukturu entanglementu silně korelovaných chemických systémů. Pro tento účel popisujeme různé míry entanglementu pro metodu DMRG ( metoda Density Matrix Renormalization Group). V rámci DMRG metody implementujeme výpočet zobecnění vzájemné informace (mutual information) pro systém rozdělený na tři části. Uvádíme několik způsobů jak optimalizovat výpočet základního stavu v rámci DMRG. Teoretické závěry jsou podpořeny numerickou simulatcí molekuly diboranu, jenž vykazuje chemicky zajímavou elektronovou strukturu, jako např. 3-centrové 2-elektronové vazby. V teoretické části uvádíme do problematiky kvantové teorie informace v souvislosti s kvantově chemickými systémy, vysvětlujeme motivaci, jenž stojí za naším výběrem toho systému a prezentujeme výsledky svých vlastních výpočtů tříčásticové vzájemne informace (tripartite mutual information). Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)
|
|
|
Nonclassical noncovalent interactions in proteins and their importance for design of novel specific viral enzyme inhibitors
Kříž, Kristian ; Lepšík, Martin (vedoucí práce) ; Novotný, Marian (oponent) ; Kabeláč, Martin (oponent)
Nekovalentní interakce jsou zásadní pro fungování biologických systémů. Uplatňují se například při párování bazí DNA nebo při sbalování proteinů. Kromě klasických nekovalentních interakcí jako je např. vodíková vazba jsou v poslední době objevovány i nekovalentní interakce neklasické. Příklad takové interakce může být halogenová vazba, patřící mezi σ-dírové interakce, jejíž znalost se již používá pro optimalizaci a návrh medicínských přípravků. Otázka, kterou se zabývá tato práce, je, zdali také chalkogenová vazba, rovněž σ-dírová interakce, hraje roli při vazbě existujících virových inhibitorů. Dále je také předmětem zájmu, jestli je možné nebo do jaké míry lze tyto existující chalkogenové vazby vylepšit, tj. zvýšit afinitu k virovým proteinům, které váží. Několik komplexů proteinů s ligandy s geometrickým uspořádáním vhodným pro chalkogenovou vazbu bylo nalezeno v PDB (Protein Data Bank) databázi. Pomocí kvantově chemických výpočtů byla zjištěna pro modelové systémy odvozených z těchto krystalových struktur jejich interakční energie a závislost interakční energie na geometrii. Dále jsme sérií substitucí optimalizovali tyto modelové systémy směrem k silnější chalkogenové vazbě. Na základě těchto výsledků považujeme chalkogenovou vazbu za nadějnou neklasickou nekovalentní interakci, která by se...
|
|
|
Computational Study of the TiO2-Catalyzed Synthesis of Acyclonucleosides from Formamide: Implications for the Origin of Life
Mládek, Arnošt ; Burda, Jaroslav (vedoucí práce) ; Futera, Zdeněk (oponent)
TiO2-katalyzovaná syntéza nukleosid v nevodném prost edí formamidu, probí- hající p es acyklonukleosidové meziprodukty, p edstavuje alternativní cestu pro vznik monomerick˝ch jednotek nukleov˝ch kyselin, která by mohla vy eöit pro- blém spojen˝ s vytvo ením --glykosidické vazby mezi nukleovou bazí a cukern˝m zbytkem. V p edloûené v˝po etní studii je p edstavena moûná reak ní cesta pro prebiotickou, TiO2-katalyzovanou syntézu purinov˝ch C2- a C3-acyklonukleosid v prost edí formamidu, která nevyûaduje fotokatalytick˝ nebo radikálov˝ me- chanizmus. Maximální vypo tená aktiva ní energie podél reak ní koordináty, odpovídající p ibliûn 32 kcal·mol≠1 , je v experimentálních podmínkách Saladi- novy syntézy probíhající p i teplot 160 ¶ C dostupná. Ukazujeme, ûe deprotonace methylenového uhlíku formaldehyd hydrátu, probíhající pravd podobn na defekt- ním povrchu anatasu, p edstavuje rychlost ur ující krok celé reakce. Naöe v˝po ty jsou tak ve shod s p edstavou Saladina a jeho koleg o katalytické funkci TiO2 povrchu p i syntéze purinov˝ch acyklonukleosid v horkém roztoku formamidu.
|
|
|
Kvantové výpočty v mnohočásticové fyzice
Brandejs, Jan ; Cejnar, Pavel (vedoucí práce) ; Knapp, František (oponent)
Název práce: Kvantové výpočty v mnohočásticové fyzice Autor: Jan Brandejs Katedra: Ústav částicové a jaderné fyziky Vedoucí bakalářské práce: prof. RNDr. Pavel Cejnar, Dr., DSc., Ústav částicové a jaderné fyziky Abstrakt: Při simulaci mnohočásticových kvantových systém· obvykle dochází k exponenciální explozi výpočetní složitosti. Kvantové počítače umožňují ten- to problém principiálně vyřešit. Díky práci R. Feynmanna je známo, že axiomy teorie složitosti vychází z fyzikálních zákon·. Situace se změní, zavedeme-li do výpočetního procesu mimo klasické fyziky i kvantovou teorii. Ukazuje se, že pro efektivní simulaci kvantového systému je vhodné použít jiný, lépe kontrolovatelný kvantový systém. Realizace výpočtu s využitím q-bit· a kvantového paralelismu pak ve vybraných případech vede k zásadní redukci složitosti. Kvantové počítače potenciálně umožňují realizaci výpočt· a simulací, které jsou s klasickými počíta- či prakticky neproveditelné. Zejména na poli kvantové chemie vyvstává možnost přímočaré aplikace. Tato práce je zaměřena na použití kvantových počítač· pro mnohočásticové problémy a obsahuje analýzu složitosti kvantové simulace atomo- vých jader. Klíčová slova: kvantový počítač, kvantová simulace, mnohočásticová fyzika
|
|
|
Quantum computing approach to non-relativistic and relativistic molecular energy calculations
Veis, Libor ; Pittner, Jiří (vedoucí práce) ; Skála, Lubomír (oponent) ; Nagaj, Daniel (oponent)
Kvantové počítače umožňují řešit některé úlohy daleko rychleji než jejich kla- sické protějšky. Mohou například provádět přesné výpočty energií molekul metodou úplné konfigurační interakce (FCI) s pouze polynomiálním škálováním. To je v kontrastu s kla- sickými počítači, kde metoda FCI škáluje exponenciálně. Představujeme detailní popis kvan- tové verze metody FCI a výsledky numerických simulací výpočtů energií základního a exci- tovaných stavů methylénu. Dále jsme tuto metodu zobecnili pro relativistické čtyřsložkové výpočty a ukázali, jak efektivně řešit vlastní problém Diracova-Coulombova(-Breitova) Hamil- toniánu na kvantovém počítači. Funkčnost navrženého algoritmu byla ověřena numerickými simulacemi výpočtů hodnot spin-orbitálního štěpení molekuly SbH. Nakonec jsme navrhli 3- qubitové kvantové obvody s 9-ti a 10-ti CNOT hradly, které by mohly být vhodné pro experi- mentalní realizaci. 1
|
|
|
Computational Study of the Interaction and adhesioin energies of polyaniline models with surfaces of the selected materials.
Maixner, Michal ; Burda, Jaroslav (vedoucí práce) ; Tokarský, Jonáš (oponent)
v slovenskom jazyku: Táto práca sa zaoberá vlastnosťami polyanilínu na kremičitej podložke, konkrétne jeho adhéznou energiou a spektrami polyanilínu s rôznymi nábojmi, vypočítanými metódami kvantovej chémie. Vypočítané spektra boli porovnané s experimentálnymi. Na optimalizáciu komplexného modelu bola použíta metóda DFT ω-B97XD s bázou 3-21G a pre výpočet vibračných spektier bola použitá metóda DFT ω-B97XD s bázou 6-31G(d,p). Pre výpočet energie bola použitá metóda DFT ω-B97XD s bázou 6-31G*. Zistená adhézna energia interpoláciou pre nekonečne dlhý retiazok činila 1,9kcal/mol. Vypočítané Ramanové spektrá boli nafitované na experimentálne data. Takto zistené spektrum sa v hrubých rysoch zhodovalo s experimentálnym, aj keď pri detailnejšom pohľade bolo vidieť rozdiely spôsobené nezahrnutím prostredia a interakcií polyanilínových retiazkov medzi sebou.
|
|
|
Charge carrier transport in molecular systems and influence of additives
Nožár, Juraj ; Nešpůrek, Stanislav (vedoucí práce) ; Skála, Lubomír (oponent) ; Böhm, Stanislav (oponent)
Táto práca sa zaoberá štyrmi základnými aspektami prenosu nosica náboja: (1) hlbka potenciálovej jamy vytvorenej okolo nosica náboja, ktorý je lokalizovaný na polymérnom retazci (tzv. polarónová väzbová energia). (2) Rozsah delokalizácie nosica náboja a vplyv stérických efektov. (3) Pohyblivost nosica náboja na retazci. (4) Vplyv prenosu nosica náboja na stabilitu polymérneho retazca. Ako modelový materiál boli použité polysilánové retazce. Všetky vlastnosti boli študované prostredníctvom teoretických metód kvantovej ché-mie a molekulárnej dynamiky, ktoré umožnili sledovat mechanizmus prenosu na úrovni redistribúcie spinovej a elektrónovej hustoty, zmeny vibracných módov a dynamiky geometrie retazcov. Porovnanie teoretických a experimentálnych výsledkov ukázalo velmi dobrú zhodu vo všetkých oblastiach.
|
host ::
RSS.