|
|
Molecules in Cell Membranes
Timr, Štěpán ; Jungwirth, Pavel (vedoucí práce) ; Böckman, Rainer (oponent) ; Ettrich, Rüdiger (oponent)
Biologické membrány se aktivně účastní řady procesů v živých buňkách, a detailní popis jejich struktury, dynamiky a funkce je tudíž nezbytný pro porozumění živým organismům na molekulární úrovni. V této práci jsme využili vysoké časové a prostorové rozlišení poskytované počítačovými simulacemi pro výzkum chování několika druhů molekul, které se mohou vázat do membrán buněk. Kombinace klasických simulací molekulové dynamiky a ab initio výpočtů elektronové struktury nám dovolila charakterizovat optické vlastnosti fluorescenčních sond zanořených v membránách, a tím přispět k rozvoji dvoufotonové polarizační mikroskopie jako nástroje strukturní biologie. Simulace molekulové dynamiky nám dále umožnily popsat na atomární úrovni vratnou vazbu rekoverinu k membráně a rovněž poskytly významný vhled do mechanismu vápníkem indukovaného myristoylového přepínače tohoto proteinu, důležitého pro adaptaci zrakových buněk. Kromě toho jsme zkoumali biologickou úlohu oxidace cholesterolu a porovnali dvě metody popisu membránového napětí v simulacích molekulové dynamiky.
|
|
|
Computer modeling of ion protein interactions: Allo steric effects of phenolic ligands and ions on insulin hexamer struct ure
Palivec, Vladimír ; Jungwirth, Pavel (vedoucí práce) ; Fišer, Jiří (oponent)
Název práce: Počítačové modelování interakcí iontů s proteiny: Allosterický efekt iontů a fenolických ligandů na strukturu insulinového hexameru Autor: Vladimír Palivec Katedra: Katedra fyzikální a makromolekulární chemie PřF UK Vedoucí diplomové práce: prof. RNDr. Pavel Jungwirth, DSc., UOCHB AV ČR, v.v.i. Email vedoucího: pavel.jungwirth@uochb.cas.cz Abstrakt: Insulinový hexamer je alosterický protein, který můžeme nalézt ve třech různých konformacích (T6, T3R3, R6). Tvorbu a konformaci inzulinového hexameru můžeme ovlivnit například vazbou iontů, či takzvaných fenolických ligandů. V této práci jsem zkoumal inzulinové hexamery v různých konformacích za pomoci molekulové dynamiky. Studie je rozdělena na dvě části. V první části zkoumám efekt vazby kationtů (Zn2+ , Ca2+ , K+ and Na+ ) na T6 a T3R3 inzulinové hexamery. V druhé části se zaměřím na neurotransmitery serotonin a dopamin, které by mohly sloužit jako fenolické ligandy v in vivo podmínkách. Výsledky první části výzkumu ukazují, že ionty s vysokou nábojovou hustotou (Zn2+ , Ca2+ ) jsou mnohem více lokalizované v kavitě, která se nachází uprostřed hexameru. Toto vede ke zpomalení difuze vodních molekul, což se projeví také tím, že uvnitř se nachází vždy pouze jeden kation. Monovalentní kationty tento efekt nemají. V druhé části práce ukáži, že z obou...
|
|
|
Ion Specific Hofmeister Effects on Peptides and Proteins
Hladílková, Jana ; Jungwirth, Pavel (vedoucí práce) ; Ettrich, Rüdiger (oponent) ; Horinek, Dominik (oponent)
Název práce: Iontově specifické hofmeisterovské efekty na peptidy a proteiny Autor: Ing. Jana Hladílková Katedra: Fyzikální a makromolekulární chemie Vedoucí doktorské práce: Prof. Pavel Jungwirth, DSc., ÚOCHB AV ČR E-mail vedoucího: pavel.jungwirth@uochb.cas.cz Abstrakt: V této dizertaci byla použita klasická molekulová dynamika s pokročilými metodami analýzy dat pro doplnění a zároveň objasnění jevů týkající se Hofmeisterovy řady iontů. V kombinaci se širokým spekterem experimentálních metod byly studovány jak reálné proteiny, tak i modelové systémy v roztocích hofmeisterovských solí. Cílem práce bylo identifikovat a kvantifikovat specifické interakce iontů s peptidy a proteiny, které způsobují výsledné hofmeistrovské řazení kationtů a aniontů, či které toto pravidlo porušují. Příkladem nehofmeisterovského chování je zrychlení enyzmatické reakce BHMT transferázy pomocí draselných iontů, zatímco ostatní běžné monovalentní kationty nemají tento efekt. Molekulové simulace nám umožnily určit a detailně popsat vazebné místo poblíž aktivního místa enzymu, které bylo později krystalograficky potvrzeno. Specificita pro draselný kation byla vysvětlena na základě hydratačních vlastností jednotlivých kationtů a interakcí se záporně nabitými rezidui aktivního místa. Naproti tomu pouze malý efekt monovalentních...
|
|
|
Solvent effects on ion pairing and photoionization in water
Pluhařová, Eva ; Jungwirth, Pavel (vedoucí práce) ; Nachtigall, Petr (oponent) ; Laage, Damien (oponent)
Název práce: Vliv rozpouštědla na iontové párování a fotoionizaci ve vodě Autor: Mgr. et Ing. Eva Pluhařová Katedra: Fyzikální a makromolekulární chemie Vedoucí doktorské práce: Prof. Pavel Jungwirth, DSc., ÚOCHB AV ČR, v.v.i. E-mail vedoucího: pavel.jungwirth@uochb.cas.cz Abstrakt: Různé metody teoretické chemie, konkrétně klasická molekulová dy- namika s empirickými silovými poli, ab initio molekulová dynamika, metody rozšířeného vzorkování a ab initio výpočty, byly použity k hlubšímu pochopení iontového párování a fotoionizace ve vodných roztocích. Zmenšující se modelové systémy byly zkoumány výpočetními metodami rostoucí přesnosti a náročnosti. Při studiu koncentrovaných roztoků lithných solí klasickou molekulovou dy- namikou vedla oprava zahrnující elektronické kontinuun ke kvalitativnímu zlepšení oproti konvenčním nepolarizovatelným silovým polím, a tak umožnila interpretaci měření pomocí rozptylu neutronů. Stejný přístup byl také úspěšný pro předpověď afinity halidů k rozhraní voda/olej. Kombinací ab initio molekulové dynamiky a výpočtů potenciálu střední síly byl navržen spolehlivý postup pro výpočet profilu volné energie pro disociaci iontového páru. Poté byly odhadnuty rozdíly v síle...
|
|
|
Teoretická studie enzymů spojených s procesem karcinogeneze: DNA polymerázy β a cytochromů P450
Jeřábek, Petr ; Martínek, Václav (vedoucí práce) ; Entlicher, Gustav (oponent) ; Ettrich, Rüdiger (oponent)
Disertační práce přispěla k poznání funkce dvou typů enzymů participujících na procesech karcinogeneze, DNA polymerázy (pol ) a cytochromů P450 (CYP). Pol je součástí opravného systému DNA "Base Excision Repair" (BER), kde tento enzym provádí vkládání nového nukleotidu do řetězce DNA na základě párování s bází templátového řetězce. Mutované formy pol byly nalezeny v 30% lidských tumorů, což ukazuje na její důležitou úlohu v procesu karcinogeneze. V disertační práci byly studována schopnost pol rozlišovat mezi "správnou" a "špatnou" bází v průběhu jejího vkládání do DNA, tzv. "fidelitu" (přesnost přiřazení "správného" nukleotidu, v duchu pravidel komplementarity). K tomu byly využity metody počítačového modelování, vhodné pro porovnání energetických rozdílů mezi komplexy obsahující "správnou" a "špatnou" bází. Použita byla metoda výpočtu volných energií LRA. Výsledky signalizují, že jeden z hlavních příspěvků k celkové "fidelitě" pol spočívá v lepší stabilizaci tranzitního stavu nukleofilní substituce "správné" báze, oproti "špatné". Tento rozdíl přispívá 80-ti násobkem k celkové "fidelitě"¨ tohoto enzymu. Identifikovány byly i strukturní prvky, které jsou důležité pro "fidelitu" pol i katalýzu tohoto enzymu. Pro studium sledující vliv mutací na "fidelitu" pol byly použity metody FEP...
|
|
|
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...
|
|
|
Molecular modelling in drug development
Kolář, Michal ; Hobza, Pavel (vedoucí práce) ; Vondrášek, Jiří (oponent) ; Clark, Tim (oponent)
Molekulové modelování představuje etablovaný nástroj vědeckého výzkumu a nachází stále větší uplatnění i při návrhu léčiv. Disertační práce shrnuje výzkum počítačových metod pro popis flexibility molekul a mezimolekulových interakcí. Práce obsahuje sedm původních publikací a doprovodný text, jež si klade za cíl uvést čtenáře do problematiky molekulových simulací a vysvětlit souvislosti s počítačovým návrhem léčiv. Část o molekulové flexibilitě zahrnuje studii interakcí malé molekuly s DNA, a dále dvě studie o významu konformačních změn pro solvatační energie malých molekul. Přístup, jež flexibilitu molekul zcela zanedbává a molekuly považuje za rigidní ob- jekty, je detailně zkoumán a srovnávám s experimentálními daty s ambicí navrhnout možnosti, jak konformační volnost molekul do výpočtů zahrnout v případech, kdy je to nevyhnutelné. V druhé části jsou představeny mezimolekulové interakce halogen- ovaných molekul a je zdůrazněna jejich role v medicinální chemii. Následně je zave- den nový počítačový model, jež umožňuje zjednodušený popis těchto interakcí; jeho kvalita a limity jsou testovány porovnáním výpočtů s referenčními ab initio a experi- mentálními údaji. 1
|
|
|
Ion - Protein Interaction
Heyda, Jan ; Jungwirth, Pavel (vedoucí práce) ; Hof, Martin (oponent) ; Ettrich, Rüdiger (oponent)
Název práce: Interakce iontů s proteiny Autor: Mgr. et Mgr. Jan Heyda Katedra: Fyzikální a makromolekulární chemie Vedoucí doktorské práce: Prof. Pavel Jungwirth, DSc., ÚOCHB AV ČR, v.v.i. E-mail vedoucího: pavel.jungwirth@uochb.cas.cz Abstrakt: V předkládané práci byly použity metody molekulové dynamiky v kom- binaci s pokročilými technikami analýzy k získání detailních informací a pro hlubší pochopení interakcí mezi ionty a proteiny v roztocích. Proto byly zkoumány systémy o různém stupni komplexity, počínaje roztoky molekulárních solí s drobnými frag- menty, podobajícími se funkčním skupinám aminokyselin, jako např. N-methylacetamid reprezentující peptidovou vazbu nebo alkylované amonné kationty. Dále se předmětem našeho studia staly jednotlivé kladně nabité aminokyseliny, u nichž byla popsána silná interakce s malým fluoridovým aniontem, jež je však pro větší halogenidy (Cl− , Br− , I− ) výrazně zeslabena. Toto pozorování bylo prohloubeno objevem vysoké citlivosti fluoridu na rozložení náboje na amonné skupině, bočním řetězci lysinu a N-konci glycinu, zatímco jodid zde vykazoval pouze velice nízkou citlivost. Následně bylo prokázáno, že u krátkých kladně nabitých peptidových úseků v polyargininu a dihistidinu...
|
|
|
Design, parameterization and verification of a coarse-grained model of DNA
Dršata, Tomáš ; Lankaš, Filip (vedoucí práce) ; Jurečka, Petr (oponent)
Souhrn Strukturní a mechanické vlastnosti DNA hrají klíčovou roli v její biologické funkci. Velké množství poznatků o sekvenčně závislé strukturní variabilitě DNA pochází z různých experi- mentálních a také výpočetních studií Dickersonova dodekameru (5')CGCGAATTCGCG(3') (DD), který je prototypem konformační rodiny B-DNA. Předložená práce se zabývá podrobnou analýzou strukturních a mechanických vlastností DD, založenou na rozsáhlých simulacích molekulové dynamiky (MD) s explicitní reprezentací vody a iontového prostředí. Simulovány jsou celkem tři systémy, které se mezi sebou liší v parametrizaci iontů a v použitém mod- elu vody. Dvě MD simulace jsou poprvé prezentovány v této studii, přičemž simulační čas u jedné z nich dosahuje 2.4 µs. Výsledné strukturní parametry jsou pečlivě srovnány s parame- try získanými z moderních krystalografických a NMR studií. V průběhu simulací byly u koncových bazí pozorovány dva různé typy párovaní, mající dlouhé doby života: kanonický watson- crickovský pár a nekanonický trans Watson-Crick/Sugar Edge pár. Tyto stavy mají významný vliv na strukturu DD. Dále byla nalezena jasná souvislost mezi konformacemi BI a BII cukr- fosfátového řetězce a hodnotami konformačních...
|
|
|
Vývoj a aplikace molekulové dynamiky pro chirální systémy
Kessler, Jiří ; Bouř, Petr (vedoucí práce) ; Fanfrlík, Jindřich (oponent)
Souhrn Tato diplomová práce pojednává o molekulárně dynamických simulacích roztoků chirálních látek v chirálních rozpouštědlech. Roztoky se skládaly z 2,2,2-trifluoro-1-fenyletanolu,1- fenyletanolu a 1-fenyletanaminu. Byly zkoumány rozdílnosti v NMR vlastnostech různých kombinací absolutních konfigurací rozpuštěné látky a rozpouštědla. Tyto systémy skutečně vykázaly pro různé kombinace absolutních konfiguraci rozdíly v radiálních distribučních funkcích a zastoupeni konformerů zjištěných pomoci metody WHAM. Tyto zjištěné výsledky zhruba korelovaly s velikostí experimentálních rozdílů NMR posunů. Dále byla v rámci práce vyvinuta metoda selektivního výběru klastrů, která významně snižuje počet klastrů nutných k dosažení konvergované průměrné hodnoty. kličová slova: chiralita, molekulární dynamika, nukleární magnetická rezonance
|
host ::
RSS.