Validace konformací cyklů v polycyklických sloučenin

Mgr. Jana Porubská

Bachelor's thesis

Validation of ring conformations in polycyclic molecules

Anotácia:

Výzkum využívající strukturní data vyvíjí tlak na ověřování struktur v dostupných databázích. Z tohoto důvodu se validační nástroje neustále vyvíjejí a zdokonalují. Kromě validace struktur proteinů a nukleových kyselin je nutné validovat struktury ligandů. V případě cyklů ve steroidních systémech má struktura minimální možnosti konformací a v cyklohexanech by měla být prezentována pouze židličková konformace. Hlavním cílem této práce bylo analyzovat konformace cyklů, které jsou součástí cyklů ve steroidních systémech a diskutovat jejich biologický význam. Nejprve byl vytvořen datový soubor cyklohexanů a cyklopentanů z Protein Data Bank. Konkrétně se soubor cyklohexanů skládal z 5087 cyklů a soubor cyklopentanů z 1705 cyklů. Výsledky konformační analýzy ukazují, že většina každé skupiny je v nejsta-bilnější konformaci. Poměrně významné zastoupení cyklohexanů má však ne-typickou konformaci (16 %). V případě cyklopentanů má 6 % z nich nestabilní pla-nární konformaci. Některé z ligandových struktur naznačují, že mají více strukturálních chyb než ostatní. Zkoumali jsme molekuly ligandů, které se v databázi PDB vyskytují nejméně desetkrát. V případě QNJ má pouze jedna třetina cyklohexanů židličkovou konfor-maci. Ligand FUA má pouze polovinu svých cyklohexanů v židličkové konformaci. V případě cyklopentanů měly pouze tři ligandy některé ze svých cyklopentanů v pla-nární konformaci: CPQ, CHD a FUA. U vybraných cyklů biologická analýza naznačila možný vztah mezi atypickými konformacemi cyklů a jejich biologickou funkcí. Je však zapotřebí dalšího výzkumu. Výsledky této práce demonstrují potřebu validace kruhové konformace.

Abstract:

Research using structural data puts pressure on validating structures in available databases. For this reason, the validation tools are constantly developing and improving. In addition to the validation of protein and nucleic acid structures, it is necessary to validate the structures of ligands. In the case of the fused ring system, the structure has minimal options for conformations, and only chair conformation should be presented in the cyclohexanes. The main goal of this work was to analyze the conformations of the cycles that are part of the steroid cycle system and discuss their biological significance. Firstly, the dataset of cyclohexanes and cyclopentanes from the Protein Data Bank was created. Specifically, the set of cyclohexanes consisted of 5087 cycles and the set of cyclopentanes of 1705 cycles. The results of the conformational analysis show that the majority of each group is in the most stable conformation. However, a relatively significant representation of cyclohexanes has untypical conformations (16%). In the case of cyclopentanes, 6% of them have unstable flat conformation. Some of the ligand structures suggest having more structural errors than the others. We examined ligand molecules that occur at least ten times in the PDB database. In the case of QNJ, only one-third of the cyclohexanes has a chair conformation. The FUA ligand has only half of its cyclohexanes in a chair conformation. In the case of cyclopentanes, only three ligands had some of their cyclopentanes in flat conformation: CPQ, CHD, and FUA. For selected cycles, the biological analysis indicated a possible relationship between atypical cycle conformations and their biological function. However, further research is needed. The results of this thesis demonstrate the need for ring conformation validation.

Keywords

conformation, cyclohexane, cyclopentane, ligand, PDB, RMSD, validation, konformace, cyklohexan, cyklopentan, validace

Jazyk práce: English

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 19. 5. 2022

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 15. 6. 2022
• Vedúci: doc. RNDr. Radka Svobodová, Ph.D.
• Oponent: doc. RNDr. David Šafránek, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Bachelor programme / odbor:
Biochemistry / Bioinformatics