Mechanické vlastnosti biomolekul

Bc. Ivo Durník

Bachelor's thesis

Mechanical Properties of Biomolecules

Abstract:

Bakalářská práce studuje mechanické vlastnosti DNA a jejich ovlivnění přítomností nekanonického páru bází, který se může ve struktuře objevit v důsledku chybné replikace DNA. Výsledky mohou být důležité pro pochopení mechanismu opravy DNA a v práci jsou vztahovány na mechanismus rozpoznání chyby lidským reparačním enzymem MutSα. Studium je provedeno za pomoci metod výpočetní chemie, a to molekulové dynamiky. Navazující výpočty volných energií jsou provedeny pomocí US, WHAM a ABF. Výsledky ukazují výrazné rozdíly ve variabilitě sítě vodíkových vazeb mezi kanonickým G:C a nekanonickým G:T párem. Kanonický pár má pouze jednu stabilní konformaci odpovídající Watson-Crickovu párování, zatímco v případě nekanonického páru bylo nalezeno více stabilních konformací. Jedna z nich blízce odpovídá struktuře páru G:T v krystalové struktuře komplexu MutSα s DNA (PDB ID 2O8B) a pravděpodobně umožňuje rozpoznání nekanonického páru enzymem MutSα.

Abstract:

This bachelor thesis studies mechanical properties of DNA and how these properties are altered by non-canonical base pairs, which can occur in the structure by erroneous replication of DNA. Results might be important for understanding of mechanism of DNA repair machinery and in this work they are related to mismatch recognition by human form of the MutSα enzyme. The study employs computational chemistry approaches, especially molecular dynamics simulations. The free energy calculations are further performed by US, WHAM and ABF methods. Results show differences in variability of hydrogen bond network between canonical G:C and non-canonical G:T pairs. The canonical pair shows only one stable conformation corresponding to the Watson-Crick pairing, whereas several stable conformations were found in case of the non-canonical pair. One of them relates to configuration of the G:T pair found in the X-ray structure of complex of MutSα with DNA (PDB ID 2O8B) and probably allows mismatch recognition by MutSα enzyme.

Keywords

postreplikativní reparace DNA, MMR, MutSα, ohyb DNA, párování bází, výpočetní chemie, molekulová mechanika, molekulová dynamika, kolektivní proměnná, US, WHAM, ABF, postreplicative mismatch repair, DNA bending, base pairing, computational chemistry, molecular mechanics, molecular dynamics, colective variable

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 13. 5. 2016

Thesis defence

• Date of defence: 15. 6. 2016
• Supervisor: RNDr. Petr Kulhánek, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Bachelor programme / field:
Biochemistry / Chemoinformatics and Bioinformatics