Structure and dynamics of peptides and proteins in solution: application of Raman optical activity

Abstract

The thesis inquires the specific and advantageous applications of Raman optical activity (ROA) in wide range of diverse structural and conformational studies of biomolecules and other biologically important molecules. Our investigation was focused on several interconnected topics covering the fields of methodology, basic and applied research. The combination of experimental and theoretical approaches facilitated deeper understanding of studied phenomena, and allowed for the effects of solute-solvent interactions. High-quality spectra of model molecules in the C-H stretching region, acquired as a result of successful extension of ROA measurements to the whole region of fundamental molecular vibrations, enabled verification and further development of methods for ROA spectra simulations encompassing anharmonic corrections. Utilizing spirodilactams with highly nonplanar amide groups, we have traced the specific ROA spectral manifestations of amide nonplanarity. In case of antimicrobial peptide lasiocepsine, we have successfully simulated ROA signals of S-S stretching vibrations which contrary to current belief do not seem to reflect sense of the S-S group torsion. In larger molecular systems, we have better understood the process of the formation of stable polyproline II conformation and proved that ROA may...

Práce se zabývá vysoce specifickými a pokročilými aplikacemi Ramanovy optické aktivity (ROA) v široké škále strukturálních a konformačních studií biomolekul a dalších biologicky významných molekul. Náš výzkum byl zaměřen na řadu vzájemně propojených témat zahrnujících oblasti metodiky, základního a aplikovaného výzkumu. Kombinace experimentálního a teoretického přístupu vedla k hlubšímu porozumění studovaných jevů včetně charakterizace účinků interakcí rozpuštěných látek a rozpouštědel. Vysoce kvalitní ROA spektra modelových molekul v oblasti C-H valenčních vibrací, získaná jako důsledek úspěšného rozšíření ROA měření na spektrální oblast zahrnující všechny fundamentálních molekulární vibrace, nám umožnila ověření a další vývoj simulačních metod zahrnujících anharmonické korekce. Na příkladu modelových spirodilaktamů s vysoce neplanárními amidovými skupinami jsme vysledovali specifické ROA spektrální projevy amidové neplanarity. Úspěšně jsme simulovali ROA signál S-S valenčních vibrací antimikrobiálního peptidu lasiocepsinu a zjistili, že navzdory současnému přesvědčení neodrážejí smysl torze S-S skupiny. Ve studiích věnovaných větším molekulárním systémům jsme lépe porozuměli procesu formování stabilní konformace polyprolin II a ukázali jsme, že ROA může pomoci odhalit změny indukované různou sulfatací v...