Studies of Nucleic Acids Using Quantum Chemical Methods and Computer Simulations

RNDr. Mgr. Arnošt Mládek, Ph.D.

Doctoral thesis

Abstract:

Předložená dizertační práce se zabývá vybranými fyzikálně-chemickými aspekty nukleových kyselin za pomoci moderních výpočetních metod kvantové chemie a molekulárně dynamických simulací. Těžištěm práce je studium elektronové struktury, konformačních preferencí a stability cukr-fosfátové páteře nukleových kyselin. Zbývající kapitoly jsou věnovány molekulárním interakcím formující nukleové kyseliny a aplikaci teoretických výpočetních metod založených na kvantové a klasické fyzice ke studiu struktury a dynamiky nukleových kyselin na atomární úrovni a pro pochopení příslušných fyzikálně-chemických aspektů. V neposlední řadě se práce zabývá lokalizací, porozuměním a opravou nedostatků silových polí druhé generace, které mají zásadní vliv na molekulárně dynamické simulace.

Abstract:

In this thesis, we deal with selected physicochemical aspects of nucleic acids by means of modern quantum chemistry methods and molecular dynamics simulations. The main focus of the thesis lies on the electronic structure, conformational preferences and intrinsic stability of nucleic acids sugar-phosphate backbone. In the remaining sections we cover molecular interactions shaping nucleic acids and discuss application of theoretical, quantum and classical physics-based computational methods in order to investigate structure and dynamics of nucleic acids at the atomic level and to gain insight into the physical chemistry behind. Last but not least we concern with location, apprehension and fixing of second generation force field deficiencies which have a cardinal impact on molecular dynamics simulations.

Keywords

DFT, Quantum chemistry, Nucleic acids, DNA, RNA, Computer simulations, Molecular dynamics, Molecular interactions, Sugar-phosphate backbone

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 26. 8. 2014

Thesis defence

• Date of defence: 10. 9. 2014
• Supervisor: prof. RNDr. Jiří Šponer, DrSc.
• Reader: Mgr. Kamila Réblová, Ph.D., doc. Mgr. Michal Straka, PhD.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Biochemistry (4-years) / Biomolecular Chemistry