Metal-Ion Selectivity from Quantum-Chemical Perspective

Abstract

(CZ) Ionty kovů jsou lákavým nástrojem pro organismy díky rozmanitosti funkcí, které mohou nabídnout, pokud jsou správně rozlišeny. Analýza selektivity pro ionty kovů je z výpočetního hlediska náročná, hlavně kvůli složitosti elek- tronické struktury a solvatačních efektů. Práce představuje protokol založený na teorii hustotního funkcionálu pro předpověď selektivity pro systémy vážoucí ionty kovů. Nejdůležitější částí práce je diskuse o velikostech a zdrojích chyb, a to jak pro komplexy iontů kovů, tak pro malé peptidy. Práce je postavena na čtyřech původných článcích. Obsahuje testování proti ref- erenčním výpočetním a experimentálním datům, případovou studii ověřující protokol pro získání energetických a strukturálních poznatků a pokouší se aplikovat protokol na peptidové systémy. iii

Metal ions are a tempting tool for organisms thanks to the diversity of func- tions they have to offer, if they can be distinguished properly. Examining metal-ion selectivity computationally is challenging mainly due to complex- ity of electronic structure and solvation effects. A DFT-based protocol for predicting metal-ion selectivity of metal-binding systems was developed. The most essential part of the thesis is discussion of the magnitudes and sources of inherent errors, both for metal-ion complexes and small peptides. The thesis connects the work of four original papers. It includes computational and ex- perimental benchmarks, a case-study validating the computational protocol for obtaining energetic and structural insights, and attempts applying the protocol to peptidic systems. ii