Studium interakce modelového komplexu zlata s aminokyselinami cysteinem a selenocysteinem metodou DFT

Bc. Milan Říha

Master's thesis

A DFT Study of a Model Au complex with Aminoacids Cysteine and Selenocysteine

Abstract:

Jednou z možností léčby onkologických onemocnění je programovaná buněčná smrt (Programmed Cell Death, PCD) indukovaná zvýšeným oxidačním stresem. Mezi hlavní typy PCD patří tzv. apoptóza, která je regulována thioredoxinovými systémy. Jedna ze složek tohoto systému, enzym thioredoxin reduktáza, může být blokována pomocí komplexů zlata v oxidačním stupni I a tím vyvolat terapeutický oxidační stres. Primárním cílem této diplomové práce bylo pomocí metody funkcionálu hustoty prozkoumat interakce vybraného zlatného komplexu s aktivním místem enzymu thioredoxin reduktáza. Za tímto účelem byly modelovány a geometricky optimalizovány struktury reaktantů, tranzitních stavů a produktů pro různé strukturní formy aktivního místa. Odtud byly odvozeny Gibbsovy aktivační i standardní reakční energie reakčních profilů. Druhotným cílem byla kvantově-chemická analýza reakčních členů z hlediska rozložení elektronové hustoty v rámci molekul a podrobněji i v rámci jednotlivých vazeb. Na těchto analýzách je možné založit hlubší interpretaci biochemického chování inhibice thioredoxin reduktázy zlatnými komplexy.

Abstract:

One of the treatment options for oncological diseases is programmed cell death (PCD) induced by increased oxidative stress. One of the main PCD types is so-called apoptosis, which is regulated by thioredoxin systems. The thioredoxin reductase enzyme, one of the key thioredoxin system components, can be blocked by gold(I) complexes and hence cause therapeutic oxidative stress. The primary goal of this diploma thesis was to investigate the interactions of a selected gold(I) complex with the active site of enzyme thioredoxin reductase using the density functional method. For this purpose, structures of reactants, transition states, and products for different structural forms of the active site were modeled and geometrically optimized. From these calculations, Gibbs activation energies and standard reaction energies of the reaction profiles were derived. The secondary goal was the quantum-chemical analysis of the reaction members in terms of the electron density distribution within the molecules and in more detail, within the individual bonds. A deeper interpretation of the biochemical behavior of thioredoxin reductase inhibition by gold(I) complexes could be based on these analyses.

Keywords

thioredoxin reduktáza, NHC zlatné komplexy, DFT, reakční koordináta, elektrostatický potenciál, vazebné kritické body, populační analýza, thioredoxin reductase, NHC gold(I) complexes, reaction coordinate, electrostatic potential, bond critical points, population analysis

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 17. 6. 2021

Thesis defence

• Date of defence: 9. 7. 2021
• Supervisor: doc. Mgr. Markéta Munzarová, Dr. rer. nat.
• Reader: Mgr. Jan Novotný, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Chemistry / Physical Chemistry