Determination of structure and dynamics of biomolecules by theoretical calculations of NMR spectroscopic parameters

Abstract

iii Abstrakt Název: Určování strukturních a dynamických vlastností biomolekul pomocí teoretických výpočtů parametrů spekter NMR Autor: Ladislav Benda, ladislav.benda@gmail.com Katedra/Ústav: Ústav organické chemie a biochemie AV ČR, v.v.i. Vedoucí doktorské práce: Dr. Vladimír Sychrovský, Ústav organické chemie a biochemie AV ČR, v.v.i., vladimir.sychrovsky@uochb.cas.cz Abstrakt: Předkládaná doktorská práce se zaměřuje na teoretické modelování parametrů spekter nukleární magnetické rezonance (NMR) v peptidech a nukleových kyselinách. Mo- delovány byly především závislosti NMR parametrů na molekulární struktuře a solvataci. Velký důraz byl kladen na porovnání vypočtených dat s experimentem. Studovanými modely byly především di-peptid l-alanyl-l-alanin (AA) a fosfátová skupina páteře nuk- leových kyselin. Na základě výpočtů se podařilo určit konformace všech tří nabitých forem AA v roztoku a vysvětlit experimentálně pozorované změny NMR parametrů při změnách pH. Byly kalibrovány závislosti NMR kros-korelovaných relaxačních rychlostí na geometrii molekuly AA. 31 P NMR parametry ve fosfátu nukleových kyselin byly systema- ticky modelovány v závislosti na konformaci a solvataci fosfátu. Navrhli jsme pravidla pro...

iv Abstract Subject: Determination of structure and dynamics of biomolecules by theoretical calcu- lations of NMR spectroscopic parameters Author: Ladislav Benda, ladislav.benda@gmail.com Department/Institute: Institute of Organic Chemistry and Biochemistry, AS CR Supervisor: Dr. Vladim'ır Sychrovsk'y, Institute of Organic Chemistry and Biochemistry, AS CR, vladimir.sychrovsky@uochb.cas.cz Abstract: This doctoral work was focused on theoretical modeling of nuclear magnetic resonance (NMR) parameters in peptides and nucleic acids. Dependences of NMR para- meters on molecular structure and solvation were primarily modeled. Great emphasis was put on the comparison of the calculated data with the NMR experiment. The molecular models studied included the l-alanyl-l-alanine di-peptide (AA) and the phosphate group of nucleic acid backbone. Conformations of all three charged forms of AA in solution were determined and the respective pH-induced changes of experimental NMR chemical shifts and nuclear spin-spin coupling constants were explained. Dependences of NMR cross-correlated relaxation rates on the AA backbone geometry were calibrated. The 31 P NMR parameters in nucleic acid phosphate were systematically calculated in dependence on the backbone conformation and the phosphate solvation pattern. Qualitative rules...