Struktura nukleových kyselin a jejich analogů

Bc. Michal Růžička

Master's thesis

Architectonics of Nucleic Acids and their Derivatives

Abstract:

Předložená diplomová práce se zaměřuje na studium samoskladby RNA a DNA molekul pomocí molekulového modelování. Samoskladba RNA a DNA může být využita na přípravu rozmanitých nanostruktur, které mohou mít zajímavé strukturní a mechanické vlastnosti. Mohou být taktéž využity při léčbě různých onemocnění. V této práci jsme vytvořili dva atomistické modely motivu dvojitého překřížení (DX motiv), jeden s hybridními RNA-DNA duplexy, druhý pak pouze s DNA duplexy. Tyto struktury byly studovány pomocí molekulárně dynamických simulací. Byla pozorována znatelná změna konformace Hollidayova spoje v obou připravených modelech. Proto byla struktura Hollidayova spoje detailně studována. Pomocí výpočtů volných energií byl zjištěn znatelný energetický rozdíl mezi dvěma konformacemi Hollidayova spoje (otevřené a zavřené). Bylo získáno mnoho strukturních a dynamických parametrů popisujících Hollidayův spoj. Většina z těchto parametrů korelovala s experimentálními daty. Vytvořené atomistické modely RNA a DNA molekul schopné samoskladby budou v budoucnu využity pro výpočet mechanických vlastností těchto struktur.

Abstract:

This diploma thesis is focused on the study of self assembly of RNA and DNA molecules employing molecular modelling. These processes can be used for preparation of various nanostructures, which might have interesting structural and mechanical properties or can be employed in a biological treatment. In this work, we built up atomistic models of double crossover (DX) motif with both RNA-DNA hybrid duplexes and fully DNA duplexes. These structures were studied by MD simulations. A significant conformational change was observed at the Holliday junctions (HJs) in both models therefore structures of a single HJ were also studied in details to explain its conformational properties. Free energy calculations show a considerable energy difference between two observed conformations of HJ (unstacked and stacked). Many structural and dynamical parameters describing the structure of HJ were also calculated and most of them correlate with experimental data. Prepared atomistic models of self assembled RNA and DNA molecules will be used in future research of mechanical properties of these structures.

Keywords

výpočetní chemie, molekulové modelování, molekulová mechanika, molekulová dynamika, nukleové kyseliny, DNA, RNA, Hollidayův spoj, nanotechnologie, computational chemistry, molecular modelling, molecular mechanics, molecular dynamics, adaptive biasing force, nucleic acids, Holliday junction, self-assembly, nanotechnology

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 16. 5. 2016

Thesis defence

• Date of defence: 16. 6. 2016
• Supervisor: RNDr. Petr Kulhánek, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Biochemistry / Biomolecular Chemistry