Validace konformací cyklů v ligandech

Bc. Michal Pajtinka

Master's thesis

Validation of ring conformations in ligands

Abstract:

Údaje o štruktúre biomakromolekúl sú veľmi zaujímavým a užitočným zdrojom vedeckých informácii. Na ich základe sú postavené výsledky mnohých dôležitých výskumov, preto je veľmi dôležité overovať kvalitu týchto dát. Vedci sa zameriavajú na validáciu týchto štruktúr už po viac než dve desaťročia, avšak niektoré nedostatky stále nie sú kontrolované, napríklad správnosť konformácií nie je vôbec overovaná. Táto diplomová práca sa zameriava na validáciu konformácií cyklohexánových, cyklopentánových a benzénových cyklov. Najprv boli vyvinuté softvérové nástroje, ktoré slúžia na detekciu konformácie cyklov na vstupe. Ďalej bola pripravená sada dát obsahujúca vzorky cyklohexánových, cyklopentánových a benzénových kruhov z PDB databázy, táto dátová sada konkrétne obsahuje 3 292 cyklohexánových kruhov pochádzajúcich zo 436 ligandov, 2 219 cyklopentánových kruhov zo 104 ligandov a 10 036 benzénových kruhov zo 133 ligandov. Nakoniec bol softvér použitý na analýzu konformácií všetkých cyklov v tejto sade. V prípade cyklohexánových kruhov bolo okolo 77% analyzovaných kruhov v energeticky najvýhodnejšej „stoličkovej“ konformácii. Prekapivo viac než 20% štruktúr sa nachádzalo v energeticky nevýhodných konformáciách, medzi nimi aj v „polostoličkovej“ konformácii, či dokonca boli úplne ploché. V prípade cyklopentánových kruhov bolo v energeticky priaznivých konformáciách nájdených okolo 91% štruktúr, na druhej strane 9% štruktúr zaujíma „plochú“ konformáciu, aj napriek tomu, že tá konformácia je energeticky veľmi nevýhodná. Medzi benzénovými cyklami sa v správnej, „plochej“ konformácii nachádzalo viac než 98%, ale vo zvyšnej časti vzoriek niekoľko benzénových kruhov zaujímalo „stoličkovú“ alebo „vaničkovú“ konformáciu, čo je z chemického hladiska nezmysel. Tieto výsledky sú jasným dôkazom, že konformácie cyklov by mali byť validované, lebo ich kvalita môže byť problémom.

Abstract:

Data about biomacromolecular structures are very interesting and useful scientific resource and a lot of important research results were discovered based on these data. Therefore, it is very important to validate a quality of the data. Researchers have been focused on validation of the structures more than two decades, but some quality issues are still not covered, for example validation of conformations. This diploma thesis was focused on validation of cyclohexane, cyclopentane and benzene ring conformation. First, a software tools for detection of a conformation of the input ring was developed. Then, it was prepared a data set containing cyclohexane, cyclopentane and benzene samples from Protein Data Bank. Specifically, a data set contains 3,292 cyclohexane rings from 436 ligands, 2,219 cyclopentane rings from 104 ligands and 11,036 benzene rings from 133 ligands. Afterwards, the software was used for analysis of conformations of all rings in the data set. In the case of cyclohexane, about 77% of analysed rings were in the energetically lowest chair conformation. Surprisingly, more than 20% of structures were in other conformations including energetically unfavourable half chair and flat conformation. In the case of cyclopentane, even 91% of rings were in the energetically lowest conformations. On the other hand, 9% of cyclopentane rings were flat, despite this conformation is energetically very unfavourable. For benzene rings, more than 98% had correct (flat) conformation. But in the remaining samples, few benzene rings had even chair or boat conformation, which is a nonsense from the chemical point of view. The results clearly demonstrate, that ring conformations should be validated, because their quality can be problematic.

Keywords

konformace, RMSD, PDB, ligand, cyklopentan, cyklohexan, benzen, conformation, cyclopentane, cyclohexane, benzene

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 4. 1. 2018

Thesis defence

• Date of defence: 12. 2. 2018
• Supervisor: doc. RNDr. Radka Svobodová Vařeková, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Master programme / field:
Biochemistry / Biomolecular Chemistry