|
|
Vliv kovových iontů na tokové chování roztoků polyelektrolytů
Lišková, Kateřina ; Běťák, Jiří (oponent) ; Janeček, Jiří (vedoucí práce)
Tato diplomová práce je rozdělena na dvě části. První se zabývá studiem reologického chování roztoků sodné soli karboxymethylcelulózy (CMC-Na) v přítomnosti sodných a vápenatých iontů. Roztoky CMC-Na o různých koncentracích byly připraveny rozpouštěním ve vodných roztocích NaCl nebo CaCl2. Byl studován vliv jednomocných a dvojmocných iontů na zdánlivou viskozitu roztoku a viskoelastické vlastnosti. Bylo zjištěno, že vlivem vápenatých iontů při nízkých koncentracích CMC-Na (do 0,5% hm.) dochází k nárůstu elastického charakteru roztoků, přičemž tuhost vzorku roste s koncentrací vápenatých iontů. Tento nárůst by mohl indikovat tvorbu gelové sítě, na druhou stranu viskozita těchto roztoků se snižovala s koncentrací vápenatých iontů. V případě roztoků o koncentracích vyšších než 1,5% hm. nebyly pozorovány změny viskozity vlivem přidaných iontů. Reologické chování bylo porovnáno také s roztoky bez přídavku elektrolytu a s roztoky kyselé formy karboxymethylcelulózy (CMC-H). Ve druhé části byly provedeny molekulárně dynamické simulace tetrameru hyaluronanu sodného a vápenatého ve vodném prostředí. Byla studována struktura a uspořádání molekul vody v okolí hyaluronanového řetězce. Struktura byla popisována pomocí formalismu radiálních distribučních funkcí. Získané výsledky v případě systému obsahující pouze sodné ionty jsou v souladu s dříve publikovanými údaji. Přítomnost vápenatých iontů nezpůsobuje kvalitativní změnu v průběhu radiálních distribučních funkcí oproti systému se sodnými ionty.
|
|
|
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.
|
|
|
Developing biomolecular interactions models for molecular simulations: Critical evaluation of force field parametrizations
Tempra, Carmelo ; Jungwirth, Pavel (vedoucí práce) ; Vácha, Robert (oponent) ; Vega de las Heras, Carlos (oponent)
Metody molekulové dynamiky s použitím silových polí jsou dnes běžně používány ke studiu molekulových interakcí v mnoha vědeckých oblastech. Přesnost silových polí se v průběhu let zlepšovala, což umožnilo smysluplný fyzikální popis molekulových jevů. Nicméně, silová pole mají své omezení. V této disertaci jsem prozkoumával některá tato omezení, jež jsou důsledkem strategie parametrizace silových polí, a zjišťoval, do jaké míry lze do klasické molekulové dynamiky s použitím silových polí zahrnout neklasické chování jako jsou kvantové efekty spojené s pohyby jader. V první části jsem zkoumal, do jaké míry lze kvantové efekty jader zahrnout do klasického silového pole pro vodu. To nám umožnilo modelovat rozdíly mezi těžkou a lehkou vodou. Vyvinutý model byl poté použit k popisu izotopových efektů rozpouštědla na biomolekuly jako jsou aminokyseliny, proteiny a biomembrány, a k hledání vysvětlení proč těžká voda (na rozdíl od lehké vody) chutná sladce. Ve druhé části dizertace jsem upozornil na nevýhody použití určitých trénovacích datových sad při optimalizaci silového pole na příkladu chloridu vápenatého ve vodném roztoku. V třetí části jsem demonstroval důležitost použití přesného modelu vody během optimalizace silových polí pro fosfolipidy, aby bylo možné adekvátně zachytit chování lipidové vrstvy. Všechny...
|
|
|
Počítačové simulace struktury proteinů pomocí zhrubených modelů
Halda, Miloš ; Nová, Lucie (vedoucí práce) ; Limpouchová, Zuzana (oponent)
Hlavní částí této bakalářské práce je funkční program pro simulace zhrubených modelů proteinů, vhodný pro testování funkcí potenciálu. Program využívá návrh stavu pomocí pivota a vyhodnocení nových stavů metodou Monte Carlo. Program také umožňuje využít metodu simulovaného žíhání s lineárním poklesem teploty a má zabudované základní nástroje pro vyhodnocení simulací (počítání průměrů a chyb blokovou metodou). Program byl otestován simulací několika reálných proteinů. Pro kratší proteiny (88 a méně aminokyselin) program fungoval podle očekávání, delší proteiny (111 a více aminokyselin) poukázaly na limity přístupu návrhu stavů pomocí pivota. Pro další vývoj bylo navrženo rozšíření možností návrhu nového stavu pro vylepšení simulací dlouhých řetězců. 1
|
|
|
Mechanistic Insights into Reactive Zeolite-Water Interactions
Benešová, Tereza ; Heard, Christopher James (vedoucí práce) ; Maldonado Dominguez, Carlos Mauricio (oponent)
Název práce: Teoretické studium reaktivních interakcí vody se zeolity Autor: Tereza Benešová Katedra: Katedra fyzikální a makromolekulární chemie Školitel: Christopher Heard, PhD. Abstrakt: Byla provedena in silico studie interakcí vody se zeolity kombinující statický i dynamický přístup výpočtů teorie funkcionálu hustoty. Byly použity dva periodické modely zeolitu chabazitu, čistě křemičitý a hlinitokřemičitý, což umožnilo vysvětlit rozdíl mezi chováním vody v blízkosti Si-O-Si a Al-O-Si můstku. V modelu byly zahrnuty jedna nebo dvě molekuly vody v jednotkové supercele, což odpovídá experimentálním podmínkách za vysokých teplot. Za těchto podmínek může voda reagovat se zeolity prostřednictvím adsorpce, ale rovněž prostřednictvím reaktivních interakcí jako je hydrolýza a výměna kyslíku mezi vodou a mřížkou zeolitu. Hlavním cílem práce bylo objasnění této výměny kyslíku na atomární úrovni. Byly nalezeny proveditelné mechanismy výměny kyslíku. Tyto mechanismy jsou rozdílné pro Si-O-Si a Al-O-Si můstek, nicméně pro oba můstky je výměna kyslíku iniciována částečnou hydrolýzou mřížky. Po této hydrolýze mechanismus výměny kyslíku uzdravuje mřížku a zanechává v ní kyslík, který byl původně v molekule vody. Oba nalezené mechanismy jsou konkurenceschopné s uzdravením mřížky bez výměny kyslíku i s další hydrolýzou...
|
|
|
The study of the association behavior of the amphiphilic copolymers in solutions containing low molar compounds by means of computer simulations.
Šindelka, Karel ; Limpouchová, Zuzana (vedoucí práce) ; Slavíček, Petr (oponent) ; Vondrášek, Jiří (oponent)
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...
|
|
|
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.
|
|
|
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...
|
|
|
Molekulové simulace nukleace ledu
Pluhařová, Eva ; Jungwirth, Pavel (vedoucí práce) ; Kolafa, Jiří (oponent)
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...
|
|
|
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.