Computational Study of Organometallic Interactions with Models of DNA/RNA and Proteins Using Tools of Quantum Chemistry and Molecular Mechanics.

• Název práce v češtině: Výpočetní studie interakcí organokovových komplexů s modely DNK/RNK a proteinů s využitím nástrojů kvantové chemie a molekulové mechaniky .
• Název v anglickém jazyce: Computational Study of Organometallic Interactions with Models of DNA/RNA and Proteins Using Tools of Quantum Chemistry and Molecular Mechanics.
• Akademický rok vypsání: 2013/2014
• Typ práce: disertační práce
• Jazyk práce: angličtina
• Ústav: Katedra chemické fyziky a optiky (32-KCHFO)
• Vedoucí / školitel: prof. RNDr. Ing. Jaroslav Burda, DrSc.
• Řešitel: skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 27.09.2013
• Datum zadání: 27.09.2013
• Datum potvrzení stud. oddělením: 28.01.2014
• Datum a čas obhajoby: 27.09.2017 14:00
• Datum odevzdání elektronické podoby: 25.08.2017
• Datum odevzdání tištěné podoby: 25.08.2017
• Datum proběhlé obhajoby: 27.09.2017
• Oponenti: prof. Mgr. Lubomír Rulíšek, DSc.

Zásady pro vypracování

Práce bude založena na kvantově-chemických výpočtech komplexů přechodných kovů a jejich pravděpodobných reakčních mechanismů. Jedná se především o komplexy s protirakovinnými účinky. Pro tyto komplexy budou vypočteny základní elektronové vlastnosti. U navržených reakčních mechanismů budou spočtena termodynamická data (entalpie a velné Gibbsovy energie) a odhadnuty kinetické parametry procesů, které hrají klíčovou úlohu při aktvaci léčiv.

Zvolené komplexy budou nejprve podrobeny geometrické optimalizaci, jejich interakce bude dále studována pomocí poměrně realistického modelového systemu komplex/biomolekula/roztokové prostředí pomocí QM/MM MD simulací metodami Umbrela sampling, Free energy perturbation, metodou važených histogramů (WHAM) a Umbrela integration. Na 'finálních' strukturách budou provedeny analýzy vlnových funkcí resp. elektronové hustoty pomocí různých výpočetních kvantově-mechanických programů.

Seznam odborné literatury

1. R. Polák, R. Zahradník: Základy kvantové chemie, SNTL Praha, 1993
2. P. Čárský, M. Urban: Ab initio výpočty v chemii, SNTL Praha, 1988
3. J. Fišer: Úvod do kvantové chemie, Academia Praha, 1983
4. N. Ostlund, A. Szabo: Modern Quantum Chemistry, McGraw-Hill Inc. New York, 1989
5. W. Yang, J. A. Parr: Density Functional Theory, Wiley, NY, 1998
6. W. J. Moore: Fyzikální chemie, SNTL, 1979
7. F. Battaglia, T. F. George: Fundamentals in Chemical Physics, Kluwer Academic Publishers, 1998
8. G. Naray-Szabo, A. Warshel, Computational Approaches to Biochemical reactivity, Kluwer Ac. Publ., 2002

Předběžná náplň práce

Interakce kovových iontů s bázemi DNA a jejich páry představují jeden z klíčových momentů mnoha biochemických a biofyzikálních procesů. Efekty typu rozvinutí DNA šroubovice a uvolnění vodíkových můstků v párech bází jsou často spojeny s přítomností kovů a jejich hydrátů v blízkosti takovýchto aktivních center. Stejne je tomu v případě chemoterapeutického působení cisplatinových derivátů, kdy ligandované komplexy platiny vytvářejí inter- resp. intrastrandové můstky, které omezují činnost transkripčních rRNA-polymerasy a replikačních DNA-polymerasy.

Projekt bude vycházet kvantově-chemických výpočtů a molekulové mechaniky a dynamiky systemů založených a) na malých modelech vhodných pro stanovení přesnosti používaných metod, b) výpočtů prováděných na aktivních centrech jednotlivých nukleobází (guanin, adenin, cytosin a thymin) popřípadě párů bází a c) studia rozsáhlejších strukturních jednotek obsahujících i deoxyribosovou část a fosfátové skupiny ve formě oligonukleotidových sekvencí (délky 10-20 bp). Části a) a b) se týkají převážně kvantově-chemického popisu systémů založených na analýze vlastností vlnové funkce, část c) bude zaměřena na konformační analýzy spojené s oligomerním uspořádáním modelů DNA, efekty teploty a entropie, apod.