|
|
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
|
|
|
Molekulové simulace nukleace ledu
Pluhařová, Eva ; Kolafa, Jiří (oponent) ; Jungwirth, Pavel (vedoucí práce)
Název práce: Molekulové simulace nukleace ledu Autor: Eva Pluhařová Katedra: Katedra fyzikální a makromolekulární chemie PřF UK Vedoucí diplomové práce: doc. Mgr. Pavel Jungwirth, DSc., ÚOCHB AV ČR, v.v.i. e-mail vedoucího: pavel.jungwirth@uochb.cas.cz Abstrakt: Pomocí simulací molekulové dynamiky jsme systematicky studovali homogenní nukleaci ledu v čisté vodě a dále vliv přítomnosti povrchově aktivních látek na tento děj. Jako modely surfaktantů byly použity kyselina pentanová a pentanol. Čistá voda začíná mrznout převážně v podpovrchové vrstvě, která se přizpůsobí zvětšení objemu během tvorby ledu lépe než molekuly v objemu kapaliny. Alkohol ovlivňuje homogenní nukleaci více než kyselina. Voda pokrytá neuspořádanou vrstvou pentanolu vykazuje zanedbatelnou preferenci pro podpovrchovou nukleaci a delší nukleační čas ve srovnání s čistou vodou, zatímco přítomnost kyseliny pentanové nesnižuje výrazně podpovrchovou preferenci pro začátek mrznutí ani nemění nukleační čas. Rozdíly mezi vlivem různých funkčních skupin jsme se pokusili vysvětlit na základě jejich schopnosti orientovat molekuly vody a měnit jejich pohyblivost. Skutečnost, že různé surfaktanty mají na homogenní nukleaci ledu různý vliv, je významná z hlediska tvorby mraků ve vyšších vrstvách atmosféry, do níž se během spalování biomasy uvolňuje...
|
host ::
RSS.