Studium vlastností a reaktivity bioanorganických komplexů přechodných kovů metodami kvantové chemie

Táto práca sa zaoberá reakciami diaqua-tetrakis(μ-acetylato)dirhódia(II,II) s guanínom, ktorý vykazuje protirakovinové účinky. Guanín sa na komplex môže viazať buď kyslíkom O6 alebo dusíkom N7. Uvažovali sme tri možné varianty sysému - protonovaný na guaníne, protonovaný na paddle-wheel štruktúre a neutrálny systém. Pre všekých 6 reakcií boli nájdené tranzitné štruktúry. Spočítali sme hodnoty elektrónovej hustoty v kritických bodoch väzieb, parciálne náboje na atómoch a interakčné energie systému, vody a guanínu pre reaktanty, tranzitné stavy a produkty na úrovni b3lyp/aug-cc-pvdz. V prípade rhódií bola použitá pseudobáza a preudopotenciály. Spočítali sme termodynamické parametry všetkých reakcií. Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)This work is focused on the reactions of diaqua-tetrakis(μ-acetylato)dirhodium(II,II) with guanine, that shows anti-cancer activities. Guanine can bond to the complex either by oxygen O6 or by nitrogen N7. We studied three possible versions of the system - one that is protonated on guanine, one protonated on the paddle-wheel and a neutral one. For all 6 reactions transition structures were found. For reactants, tranzition states and products we computed the values of electron density in the critical points of bonds, partial atom charges and the interaction energies of the system, guanine and water on the b3lyp/aug-cc- pvdz level. Pseudobasis and pseudopotentials were employed in the case of rhodium atom. For all the reactions thermodynamical properties were computed. Powered by TCPDF (www.tcpdf.org)Department of Chemical Physics and OpticsKatedra chemické fyziky a optikyMatematicko-fyzikální fakultaFaculty of Mathematics and Physic

Párování biologicky relevantních iontů ve vodných roztocích

Not accounting for the electronic polarizability due to divalent ions such as Ca2+ introduces a significant artifacts to force field-based molecular dynamic simulations of biological systems. Two newly developed parameter refinements were used to compute the free energy profile of the Ca2+ -Cl- ion dissociation in aqueous solutions, to be compared with a free energy profile obtained from ab-intio molecular dynamics and to data from neutron scattering. Next, the computational evidence for the existence of a local free energy min- imum representing a guanidinium-guanidinium contact ion pair in aqueous solu- tions is provided suggesting a global preference for a contact ion pair. Finally, the passive membrane penetration mechanism of oligoarginines was investigated on a cell membrane model systems - lipid vesicles - by fluorescent spectroscopy. In this study, a mechanistic link between membrane penetration and vesicle aggregation and fusion was found. 1Významné artefakty vnáša do molekulovo-dynamických simulácií biologických systémov nezah'rňanie elektónovej polarizability divalentných iontov, ako napríklad Ca2+ , do silových polí. Dve novo-vyvinuté úpravy parametrov silových polí boli použité na výpočet profilov voľnej energie iontovej disociácie Ca2+ -Cl- vo vodnom prostredí na porovnanie s profilmi voľnej energie získanými pomocou ab-initio molekulovej dynamiky a z experimentálnych dát neutrónového rozptylu. Ďalej bol nasimulovaný dôkaz existencie lokálneho minima voľnej energie kon- taktného iontového páru dvojice guanidínium-guanidínium vo vodnom prostredí. Výsledné profily naznačujú celkovú preferenciu kontaktného iontového páru. Nakniec sme skúmali pasívny mechanizmus prechodu oligoarginínov cez mode- lové sytémy bunkovej membrány - lipidové vačky - metódami fluorescenčnej spek- troskopie. V rámci tohto projektu sme objavili prepojenie medzi membránovým prechodom a agregáciou a zlučovaním lipidových vačkov. 1Katedra chemické fyziky a optikyDepartment of Chemical Physics and OpticsFaculty of Mathematics and PhysicsMatematicko-fyzikální fakult

Pairing of biologically relevant ions in aqueous solutions

Not accounting for the electronic polarizability due to divalent ions such as Ca2+ introduces a significant artifacts to force field-based molecular dynamic simulations of biological systems. Two newly developed parameter refinements were used to compute the free energy profile of the Ca2+ -Cl- ion dissociation in aqueous solutions, to be compared with a free energy profile obtained from ab-intio molecular dynamics and to data from neutron scattering. Next, the computational evidence for the existence of a local free energy min- imum representing a guanidinium-guanidinium contact ion pair in aqueous solu- tions is provided suggesting a global preference for a contact ion pair. Finally, the passive membrane penetration mechanism of oligoarginines was investigated on a cell membrane model systems - lipid vesicles - by fluorescent spectroscopy. In this study, a mechanistic link between membrane penetration and vesicle aggregation and fusion was found.

Computational Study of the Properties and Reactivity of Bioinroganic Transition Metal Complexes

This work is focused on the reactions of diaqua-tetrakis(μ-acetylato)dirhodium(II,II) with guanine, that shows anti-cancer activities. Guanine can bond to the complex either by oxygen O6 or by nitrogen N7. We studied three possible versions of the system - one that is protonated on guanine, one protonated on the paddle-wheel and a neutral one. For all 6 reactions transition structures were found. For reactants, tranzition states and products we computed the values of electron density in the critical points of bonds, partial atom charges and the interaction energies of the system, guanine and water on the b3lyp/aug-cc- pvdz level. Pseudobasis and pseudopotentials were employed in the case of rhodium atom. For all the reactions thermodynamical properties were computed. Powered by TCPDF (www.tcpdf.org

Molecular machines

summary:V živých buňkách existuje řada molekulárních strojů nanometrových rozměrů, které dokáží měnit chemickou energii na mechanický pohyb. Nositel Nobelovy ceny za fyziku Richard Feynman v jedné ze svých přednášek v roce 1984 předpověděl, že časem bude možné vytvářet prakticky použitelné molekulové stroje také uměle v chemických laboratořích. Jeho vize již začíná získávat reálné obrysy. Nobelovu cenu za chemii obdrželi v roce 2016 Jean-Pierre Sauvage, Sir J. Fraser Stoddart a Bernard L. Feringa za výzkum, jenž umožnil syntézu supramolekulárních komplexů, které se jako molekulární stroje chovají. Základní charakteristiku takového stroje představuje existence několika funkčních podjednotek molekulového komplexu, které se vůči sobě mohou navzájem pohybovat. Prvnímu z laureátů se podařilo najít způsob, jak připravovat řetízky prstencových molekul zvaných katenany, které jsou navzájem svázány pouze topologicky (mechanicky), nikoli chemickou vazbou. Sir J. Fraser Stoddart připravil rotaxany, což jsou cyklické molekuly navlečené na jinou molekulu ve tvaru činky, podél které dokázal navlečenými prstenci definovaným způsobem pohybovat. B. L. Feringa syntetizoval molekuly tvořené dvěma planárními strukturami propojenými dvojnou vazbou, které dokáží vůči sobě rotovat rychlostí až 12 106 otáček za sekundu, když jsou poháněny pulzy UV záření. Práce oceněné Nobelovou cenou otevřely cestu k sestavování mnoha dalších komplexnějších strojů, jako jsou klouby, ložiska, táhla, páky nebo spínače. V následujícím článku jsou představeny tři konkrétní příklady molekulárních strojů, názorně ilustrující některé obecné principy jejich konstrukce a fungování