|
|
Molecular dynamics simulations of ion channel TRPA1
Zíma, Vlastimil ; Barvík, Ivan (vedoucí práce) ; Ettrich, Rüdiger (oponent) ; Martínek, Václav (oponent)
Název práce: Molekulárně dynamické simulace iontového kanálu TRPA1 Autor: Vlastimil Zíma Katedra: Fyzikální ústav Univerzity Karlovy Vedoucí disertační práce: RNDr. Ivan Barvík, PhD., Fyzikální ústav Univer- zity Karlovy Abstrakt: Iontový kanál TRPA1 je jedním ze členů rodiny TRP kanálů. Tyto kanály jsou v poslední době důležitým cílem výzkumu, neboť hrají důležitou roli v rozličných buněčných a tělesných pochodech, zvláště ve smyslech. Sou- středili jsme se zejména na iontový kanál TRPA1 pro jeho vliv na vnímání bolesti u lidí. Protože mechanismy stojící za otevíráním tohoto kanálu nejsou plně vysvětleny na molekulární úrovni, jejich popis je zásadní pro návrh no- vých léků proti bolesti. Použili jsme homologní modelování a molekulární dynamiku ve spojení s elektrofyziologickými experimenty, abychom poskytli vhled do těchto mechanismů. Přispěli jsme popisem pravděpodobného va- zebného místa pro vápníkové ionty a nalezením mnoha funkčně důležitých aminokyselin zejména v senzorové doméně kanálu TRPA1, která je vnořená do membrány. Klíčová slova: napětím otevírané iontové kanály, iontový kanál TRPA1, mo- lekulární dynamika, homologní modelování 1
|
|
|
Studium depozice tenkých vrstev postupy počítačové fyziky
Gabriel, Vít ; Hrach, Rudolf (vedoucí práce) ; Novotný, Dušan (oponent)
Tato práce je zaměřena na návrh a použití metod počítačové fyziky a metod zpraco- vání obrazu pro studium růstu tenkých vrstev. V první části práce věnované metodě molekulární dynamiky je vytvořen model růstu. Ten je poté použit na určení konfigurací ostrůvků, které mají méně než jedenáct atomů, a popis koalescence malých ostrůvků ob- sahujících řádově stovky atomů. Výsledky získané pomocí metody molekulární dynamiky jsou použity pro tvorbu modelu růstu tenkých vrstev metodou Monte Carlo. Tento model je následně použit pro simulaci při použití vakuového napařování se spojitým a přeru- šovaným tokem částic. Následně byly získané výsledky zpracovány metodami zpracování obrazu, konkrétně pomocí rozdělení poloměrů a metody Quadrat Counts.
|
|
|
Development and applications of molecular dynamics for molecular spectroscopy
Kessler, Jiří
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...
|
|
|
Počítačové modelování komplexů RNA-dependentní RNA polymerázy viru Zika a analog NTP
Ronovský, Michal ; Barvík, Ivan (vedoucí práce) ; Pospíšil, Miroslav (oponent)
Nedávno publikovaná krystalografická struktura RNA-dependentní RNA polymerázy (RdRp) viru Zika umožňuje provádět molekulárně dynamické (MD) simulace tohoto enzymu, které mohou napomoci při racionálním návrhu inhibitorů - potenciálních chemoterapeutik. V teoretické části práce jsou po- psány základní principy MD simulací a mimo jiné i princip výpočtu vazebné volné energie. Poté následuje stručný úvod do struktury nukleových kyselin, proteinů, RNA polymeráz a popis exprese genetické informace. V praktické části práce jsou prezentovány alchymistické transformace ADP na jeho analoga, která byla nedávno vysyntetizována v ÚOCHB AV ČR. Transformace jsou provedeny nej- prve ve vodní obálce a následně v aktivním místě HCV RdRp. Dále je konformace RdRp viru Zika modifikována tak, aby odpovídala konformaci polymerázy viru hepatitidy C a bylo možné do ní vložit nukleové kyseliny. Nakonec jsou provedeny MD simulace analog ADP v aktivním místě polymerázy viru Zika.
|
|
|
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...
|
|
|
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.
|
|
|
Molekulárně-dynamické simulace muskarinového receptoru
Cajzl, Radim ; Barvík, Ivan (vedoucí práce) ; Pospíšil, Miroslav (oponent)
Název práce: Molekulárně-dynamické simulace muskarinového receptoru Autor: Radim Cajzl Ústav: Fyzikální ústav UK Vedoucí bakalářské práce: RNDr. Ivan Barvík, Ph.D., Oddělení fyziky biomolekul Abstrakt: Tato práce je věnována molekulárně-dynamickým simulacím muskari- nového M2 receptoru umístěného ve fosfolipidové membráně. Nejprve jsou po- psány základní algoritmy molekulární dynamiky, které jsou aplikovány na model vzácných plynů. Následně jsou odvozeny vztahy pro výpočet volných vazebných energií prostřednictvím tzv. alchymistických transformací. Dále jsou uvedeny tri- ky pro ušetření výpočetního času v molekulárně-dynamických simulacích. Dal- ší část práce obsahuje stručný popis struktury proteinů a buněčných membrán, struktury a významu muskarinových receptorů spolu s popisem známých krysta- lových struktur muskarinového receptoru M2. Ve výsledkové části práce je popsán výpočet rozdílů vazebných volných energií několika ligandů k muskarinovému M2 receptoru. Výsledné hodnoty jsou ve shodě s experimentem. Studována byla i dynamika muskarinového M2 receptoru, zde se podařilo určit směr, který by v budoucnu mohl umožnit efektivní studium aktivačního mechanismu. V závěru je uvedena krátká diskuse využití získaných výsledků při cíleném návrhu léčiv.
|
|
|
Simulation of processes in cellular membranes
Timr, Štěpán ; Jungwirth, Pavel (vedoucí práce) ; Pittner, Jiří (oponent)
Zkoumáním orientace fluorescenčních molekul ukotvených v buněčných membránách lze získat významné informace o struktuře membrán a procesech probíhajících v živých buňkách. V této diplomové práci nejprve popisujeme měření jedno- a dvoufotonového lineárního dichroismu fluorescenční sondy ve fosfolipidové membráně s přesně definovaným složením. Na základě experimentálních dat určujeme distribuci úhlu mezi dipólovým momentem jednofotonového přechodu a normálou membrány. Zároveň provádíme molekulární dynamiku fluorescenční sondy a kvantové výpočty jejích jedno- a dvoufotonových absorpčních vlastností. Srovnáním distribuce úhlů získané z experimentů s rozdělením předpovězeným simulacemi ověřujeme možnost určování orientace fluorescenční molekuly v lipidové membráně pomocí měření lineárního dichroismu. Rovněž prověřujeme možnost použití molekulárních simulací jako základu pro interpretaci experimentálních dat.
|
|
|
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.
|
|
|
Molekulárně-dynamické simulace membránových proteinů
Španěl, David ; Barvík, Ivan (vedoucí práce) ; Bok, Jiří (oponent)
V teoretické části předkládané práce byly zrekapitulovány základní poznatky o struktuře biomolekul a algoritmech uplatňovaných v tzv. molekulárnědynamických (MD) simulacích. Pro aktivní osvojení si základních algoritmů MD simulací byl vytvořen vlastní program pro simulace periodického boxu s molekulami vody reprezentovanými prostřednictvím různých modelů (SPC, TIPS, TIP3P). Metoda MD simulací byla následně aplikována na strukturu membránového proteinu A2AGPCR ukotveného ve fosfolipidické dvojvrstvě a obklopeného vodní obálkou (dohromady cca. 120.000 atomů). Smyslem těchto MD simulací bylo porovnat vazbu přirozeného agonisty adenosinu a jeho syntetického analogu NECA do vazebného místa na extracelulární straně A2AGPCR. Pro tyto MD simulace byl použit softwarový balík NAMD a výpočetní klastr Gram (jehož každý uzel je osazen 16 CPU jádry a 4 GPU) v superpočítačovém MetaCentru. Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)
|
host ::
RSS.