Parametrizace silového pole pro molekulárně dynamické simulace analogů nukleotidů nukleových kyselin

Mgr. Michal Růžička

Bachelor's thesis

Force Field Parametrization for Molecular Dynamics Simulations of Nucleic Acid Nucleotide Analogues

Abstract:

V práci jsme učinili první krok vedoucí k vytvoření nového silového pole typu AMBER pro antisense molekuly označované jako fosforoamidát morfolino oligomery (phosphorodiamidate morpholino oligomers, PMO), které jsou analogy nukleotidů nukleových kyselin. Zaměřili jsme se především na konformační analýzu morfolinového kruhu a struktury adenin morfolin s použitím existujícího silového pole GAFF. Konformační analýza fragmentů PMO byla prováděna pomocí molekulárně dynamických simulací a vzorkovací metody ABF. Správnost popisu fragmentů PMO silovým polem GAFF byla ověřena kvantově mechanickými výpočty. Byl nalezen znatelný rozdíl mezi popisem pomocí GAFF a kvantovou mechanikou. V budoucnu bude tedy nezbytné vytvořit nové silové pole obsahující vhodnější parametry pro popis PMO. Pro tuto parametrizaci budou využita kvantově mechanická data a sada geometrií, které byly v této práci získány při strukturní analýze fragmentů PMO. Byla taktéž namodelována a optimalizována struktura krátkého heteroduplexu, který byl vytvořen z experimentální struktury dsRNA nahrazením všech ribóz morfolinem.

Abstract:

We have taken the first step in creating new AMBER force field for antisense molecules called phosphorodiamidate morpholino oligomers (PMO), which are nucleotide analogues. This thesis is focused on conformational behavior study of morpholine ring and adenine morpholine structure by using GAFF force field. Conformational analysis of PMO fragments was performed by using molecular dynamics simulations and sampling method ABF. Quantum mechanics methods were used to verify the GAFF description of PMO fragments. We found difference between GAFF and quantum mechanics description of these molecules. Thus it is obvious new force field for PMO must be created. Quantum mechanics data and molecular geometry sets obtained in this thesis will be used for this future parametrization of PMO force field. We also prepared and optimized structure of short heteroduplex by substitution of all riboses for morpholines in experimental structure of dsRNA.

Keywords

výpočetní chemie, molekulová mechanika, silové pole, parametrizace silového pole, analogy nukleotidů, fosforoamidát morfolino oligomery, computational chemistry, molecular mechanics, force field, force field parameterization, nucleotide analogues, phosphorodiamidate morpholino oligomers

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 19. 5. 2014

Thesis defence

• Date of defence: 17. 6. 2014
• Supervisor: RNDr. Petr Kulhánek, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Bachelor programme / field:
Biochemistry / Biochemistry