|
|
Modelování interakcí cytochromů P450 s flavodoxinem
Culka, Martin ; Martínek, Václav (vedoucí práce) ; Chmelík, Josef (oponent)
Cytochromy P450 jsou různorodá skupina hemových enzymů vyskytujících se u vět- šiny organismů na Zemi. U lidí zasahují např. do metabolismu cizorodých látek, bakterie jsou schopné díky nim metabolizovat různé hydrofobní substráty. Obecnou reakcí kata- lyzovanou cytochromy P450 je monooxygenace, tedy vnesení jednoho atomu z molekuly kyslíku do substrátu a redukce druhého za vzniku vody. Pro redukci kyslíku je třeba dodávat elektrony, jako donor elektronů u eukaryot obvykle slouží NADPH:cytochrom P450 oxidoreduktasa či cytochrom b5, u bakterií však donorem elektronů bývají malé FeS proteiny a flavoproteiny Již dříve bylo ukázáno, že bakteriální donor elektronů fla- vodoxin je schopen dodávat elektrony některým lidským cytochromům P450 in vitro. V této práci jsem se snažil ověřit hypotézu, že flavodoxin je zodpovědný za redukci vybraných lidských (1A2, 2A6, 2A13, 2C9, 2C19, 3A4) a bakteriálních (101A1 a 176A1) cytochromů P450 heterologně exprimovaných v buňkách Escherichia coli. Ke studiu byly použity techniky molekulového modelování. Byla navržena sada možných orientací komplexu jednotlivých cytochromů P450 s flavodoxinem metodou řízeného "dockingu a následně byla ověřena stabilita těchto komplexů řízenou disociací. Byly vybrány nejstabilnější orientace pro každý cytochrom P450, ty byly dále optimalizovány...
|
|
|
Nucleation criteria detection as a mean to investigate metastable state
Celný, David ; Span, R. ; Vrabec, J.
Focus is given to the core problematic, reaching the nucleation region and sample the relevant data for selected pure substance. This termodynamic condition required for nucleation are found in so called metastable region. Metastable region is found between binodal and spinodal line separating it from the stable and unstable system condition respectively.\nObtaining the data in this area proves to be an experimental challenge, therefore the data has to be gathered using other means. Proposed setup relies two part approach combining equation of state (EoS) and molecular simulation. The computational core is done with molecular dynamics tool combined with on the fly performing decision cluster criterion utilized is already available in previously published work. These cluster criteria ensure that the system is only calculated within targeted conditions and the sampled micro-states remain valid observations. To capture whole metastable region two criteria are present for both cluster and void case as illustrated below. Remaining part utilize the equation of state for the initial system condition sampling of the metastable region by calculating the stability line and predicting the instability line for the LJ fluid as show in Linhart et.al. . These thermodynamic condition probes are evaluated afterwards with the established simulation method. Intermediate result from simulations are collected in form of both Helmholtz energy temperature and density derivatives descriptors as well as time averages of system properties for fluids like LJ, Oxygen and Nitrogen.
|
|
|
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...
|
|
|
The study of the association behavior of the amphiphilic copolymers in solutions containing low molar compounds by means of computer simulations.
Šindelka, Karel
Název: Studium asociačního chování amfifilních kopolymerů v roztocích obsa- hujících nízkomolekulární látky pomocí počítačových simulací Autor: Karel Šindelka Department: Přírodovědecká fakulta, Univerzita Karlova Supervisor: Doc. Ing. Zuzana Limpouchová, Csc. Abstrakt Dizertační práce se zabývá studiem elektrostatické asociace v polymerních roz- tocích obsahujících blokové polyelektrolytové (PE) kopolymery spolu se surfak- tanty, neutrálními homopolymery nebo jinými opačně nabitými polyelektrolyty. Bylo ukázáno, že tvorba asociátů závisí nejen na kooperativních elektrostatických interakcích mezi opačně nabitými PE řetězci, ale i na charakteru amfifilních in- terakcí polyelektrolytů a na kompatibilitě kopolymerních bloků. Polyelektrolyty s nekompatibilními bloky tvoří jasně definované struktury s hydrofobním jádrem a rozpustnou slupkou, zatímco v případě polyelektrolytů s kompatibilními bloky vznikají velké nejasně definované " crew-cut" agregáty. V nestechiometrických směsích PE kopolymerů s nekompatibilními bloky jsou agregované nanočástice menší než ve stechiometrických směsích a tyto nanočástice jsou navíc nabité. Nestabilita větších agregátů závisí na způsobu zavedení pře- bytku náboje: největší...
|
|
|
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.
|
|
|
Vliv rozpouštědla na deformační chování hydrogelů
Kulovaná, Eva ; Bartlová, Milada (oponent) ; Mráček, Aleš (oponent) ; Žídek, Jan (vedoucí práce)
Práce se zabývá molekulárně dynamickou simulací vlivu vody na deformaci hydrogelů. Hydrogely jsou modelové materiály vytvořené z makromolekulárních sítí solvatovaných vodou. Bylo zjištěno, že voda může tvořit můstky mezi makromolekulami, které mají formu dočasných iontových uzlů. Tyto můstky ovlivňují chování sítě během deformace. Vodní můstky jsou molekuly vody, které mají omezený rádius pohybu v prostoru mezi dvěma makromolekulami. Koncentrace vodních můstků byla regulována pomocí parciálního náboje na makromolekulárním řetězci v organické síti. Vodní můstky jsou určitým typem interakce, která je poměrně silná, ale výrazně delokalizovaná. Vodní můstek není možné trvale disociovat, po disociaci se v krátkém čase znovu vytvoří na jiném místě. Vliv vodních můstků byl srovnán s jinými typy síťových uzlů, zejména kovalentními a fyzikálními vazbami. Kovalentní uzly jsou modelovány jako prostá vazebná interakce mezi dvěma makromolekulami. Jsou nedisociovatelné a jsou lokální po celou dobu simulace. Fyzikální vazby jsou modelovány jako micely, kde hydrofobní skupiny tvoří jádro a hydrofilní skupiny obal micely. Fyzikální vazby mají povahu disociovatelných vazeb, které jsou lokální. Různé typy uzlů mají odlišný vliv na deformační vlastnosti. Byla simulována deformace sítí obsahujících kombinaci dvou typů uzlů: (i) fyzikálně-kovalentních, (ii) iontově-kovalentních, (iii) fyzikálně-iontových sítí a (iv) ternárních fyzikálně-kovalentní-iontových sítí. U jednotlivých a kombinovaných sítí bylo ověřeno chování v závislosti na jednoduchých sítí. Počet vodních můstků zásadně ovlivňovala primární struktura řetězců. Pokud byl řetězec PEG nahrazen hydrofobním polyoxymethylenem (POM) nebo polyoxytrimethylenem (POTM), jejich solvatace i mechanické chování se zhoršily.
|
|
|
Studium elektronových přeskoků v systému heterocyklických molekul metodami kvantové mechaniky. Simulace absorpčních a emisních spekter.
Tichý, Ondřej ; Burda, Jaroslav (vedoucí práce) ; Profant, Václav (oponent)
Tato práce pojednává o výpočtu dob života excitovaných stavů molekul za použití semiempirických metod v simulacích kvantové molekulové dynamiky. Jako referenční molekuly byly zvoleny pyrimidinové nukleové báze a tři azaderiváty. Na těchto molekulách byly provedeny simulace molekulových dynamik v programu MNDO99 a byla spočtena jejich statická spektra v programech Gaussian a Orca. Všechny zkoumané molekuly vykazují femtosekundové doby života druhých excitovaných stavů, pyrimidinové báze vykazují krátké doby života i u prvních excitovaných stavů v řádu stovek femtosekund. Spočtené první excitované stavy azaderivátů dosahují desítek až stovek pikosekund a naznačují souvislost mezi stabilitou stavu a menším počtem aminoskupin navázaných na cyklu molekuly.
|
|
|
Modelování vlivu složení fosfolipidové membrány na strukturu a dynamiku cytochromů P450.
Gücklhorn, David ; Jeřábek, Petr (vedoucí práce) ; Kulhánek, Petr (oponent)
Cytochrom P450 1A2 je jedním z nejdůležitějších enzymů podílejících se na biotransformaci xenobiotik v lidském těle. Jedná se o enzym ukotvený v membráně pomocí transmembránového α-helixu. Složení fosfolipidové membrány může mít vliv na strukturu a dynamiku tohoto enzymu. V této práci byl vytvořen optimalizovaný atomární model plnodélkového lidského cytochromu P450 1A2 v POPC (1,2-palmitoyl-oleoyl-sn-glycero-3- fosfocholin) membráně z krystalové struktury jeho katalytické domény. Pro sestavení a optimalizaci modelu, který obsahoval části, o nichž nejsou k dispozici žádné strukturní informace, bylo využito metod molekulové dynamiky. Výsledný model byl podroben detailní analýze své struktury a dynamiky a byl porovnán s analogickým modelem v DLPC (1,2- dilauroyl-sn-glycero-3-fosfocholin) membráně. Ukázalo se, že složení membrány zásadním způsobem ovlivňuje dynamiku transmembránové domény a její kontakt s katalytickou doménou. Tlustší POPC membrána měla za následek menší kontakt obou domén, což vedlo k částečnému vynoření katalytické domény z membrány. Zároveň bylo pozorováno pronikání zbytku kyseliny palmitové molekuly POPC do tunelu 2f v jedné z trajektorií. Součástí práce byla analýza přístupových tunelů do aktivního centra cytochromu P450 1A2 a vliv složení membrány na jejich dynamiku. V enzymu se...
|
|
|
Modelling Binding of Insulin Variants toward Insulin Receptor Based on Recent Structural Breakthroughs
Černeková, Michaela ; Lepšík, Martin (vedoucí práce) ; Biedermannová, Lada (oponent)
Inzulínový receptor je dimérny signálny proteín skladajúci sa z mnoho domén. Pozostáva z mimobunkovej časti, transmembránoveho úseku a vnútrobunkovej kinázovej domény. Počas väzby inzulínu k inzulínovému receptoru dochádza ku konformačným zmenám u oboch z nich, čo spúšťa signálnu kaskádu skrz kinázovú doménu. Poruchy vo funkcii inzulínu a inzulínového receptoru spôsobujú diabetes mellitus, celosvetovo rozšírené ochorenie, ktoré môže vznikať ako následok genetických faktorov, ale aj životného štýlu a prejavuje sa zvýšenou hladinou glukózy v krvi. Bežnou formou liečby diabetes mellitus je podávanie inzulínových analógov s rôznymi molekulárnymi vlastnosťami. Interakcie medzi inzulínom a inzulínovým receptorom vo väzobnej kapse sa rozdeľujú na dve skupiny nazývané "site1" a "site2". Zatiaľ čo molekulárne detaily interakcií v site1 sú už známe, reziduá patriace k site2 sa ešte nepodarilo celkom objasniť. Je teda dôležité ozrejmiť väzobné vlastnosti inzulínu a inzulínového receptoru, najmä interakcie v site2, keďže to by mohlo prispieť k zlepšenému návrhu nových inzulínových analógov. V tejto práci sme využili nedávne prelomy v štruktúrnej biológii inzulínového receptoru, na to aby sme študovali väzobné interakcie metódami výpočtovej chémie. Takto bolo možné pozorovať nekovalentné interakcie a...
|
|
|
The study of the association behavior of the amphiphilic copolymers in solutions containing low molar compounds by means of computer simulations.
Šindelka, Karel
Název: Studium asociačního chování amfifilních kopolymerů v roztocích obsa- hujících nízkomolekulární látky pomocí počítačových simulací Autor: Karel Šindelka Department: Přírodovědecká fakulta, Univerzita Karlova Supervisor: Doc. Ing. Zuzana Limpouchová, Csc. Abstrakt Dizertační práce se zabývá studiem elektrostatické asociace v polymerních roz- tocích obsahujících blokové polyelektrolytové (PE) kopolymery spolu se surfak- tanty, neutrálními homopolymery nebo jinými opačně nabitými polyelektrolyty. Bylo ukázáno, že tvorba asociátů závisí nejen na kooperativních elektrostatických interakcích mezi opačně nabitými PE řetězci, ale i na charakteru amfifilních in- terakcí polyelektrolytů a na kompatibilitě kopolymerních bloků. Polyelektrolyty s nekompatibilními bloky tvoří jasně definované struktury s hydrofobním jádrem a rozpustnou slupkou, zatímco v případě polyelektrolytů s kompatibilními bloky vznikají velké nejasně definované " crew-cut" agregáty. V nestechiometrických směsích PE kopolymerů s nekompatibilními bloky jsou agregované nanočástice menší než ve stechiometrických směsích a tyto nanočástice jsou navíc nabité. Nestabilita větších agregátů závisí na způsobu zavedení pře- bytku náboje: největší...
|
host ::
RSS.