Molecular modeling of biomolecules - surface interactions

Ing. Ondřej KROUTIL

Disertační práce

Anotace:

Interakce mezi (bio)molekulami, ionty a povrchy hrají důležitou roli v mnoha biologických procesech a vědeckých aplikacích, avšak porozumění těmto interakcím na molekulární úrovni stále představuje výzvu pro současnou vědu. Počítačové simulace nám mohou v tomto směru poskytnout detailní informace pokud máme dobře připravené a ověřené modely studovaných systémů. V této dizertační práci jsou popsány a studovány s pomocí metod klasické a ab initio molekulové mechaniky interakce několika různých (bio)molekul s anorganickými povrchy. Chemisorbované molekuly DNA a oligopeptidů na povrch grafenu a rtuti byly studovány v návaznosti na experimentální studium DNA čipů a elektrochemických label-free metod. Byl připraven model povrchu quartzu (101), který respektuje jeho náboj při různých pH a proběhlo porovnání tohoto modelu s experimentálními daty. Následně byla zkoumána a popsána fyzisorpce nukleobází na povrch quartzu (101) a šťavelanu na povrch rutilu (110).

Abstract:

Interactions between (bio)molecules, ions and solid surfaces play crucial role in many biological processes as well as in many scientific applications and understanding of this phenomenon on molecular level is a challenging task for today science. Computer simulations can provide detailed view on atomic level if carefully prepared and evaluated models are used. In this thesis, interactions of several types of (bio)molecules with inorganic surfaces are studied by classical and ab initio molecular dynamics. Chemisorbed biomolecules, namely DNA and oligopeptide, covalently attached to graphene and mercury surface, respectively, were studied to make link with DNA chip design and experimental label-free electrochemical measurements, respectively. Quartz (101) surface model applicable to wide range of pH conditions was developed and evaluated against experimental X-ray data. Physisorption of the nucleobases on quartz (101) surface and oxalate dianion on rutile (110) was examined and discussed.

Klíčová slova

adsorpce, biomolekuly, anorganické povrchy, klasická molekulární dynamika, ab initio molekulární dynamika

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 10. 8. 2016

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 16. 9. 2016
• Vedoucí: doc. RNDr. Milan Předota, Ph.D.

JIHOČESKÁ UNIVERZITA V ČESKÝCH BUDĚJOVICÍCH

Přírodovědecká fakulta

Doktorský studijní program / obor:
Biofyzika / Biofyzika