Logowanie do System sprawozdań KDM

Hydratacja związków o znaczeniu biologicznym oraz prostych substancji modelowych na podstawie metod chemii teoretycznej

Kierownik projektu: Janusz Stangret

Politechnika Gdańska

Wydział Chemiczny

Kateda Chemii Fizycznej

Gdańsk

Streszczenie projektu

Celem pracy jest poznanie molekularnych aspektów oddziaływań między-cząsteczkowych w roztworach wodnych wybranych związków o biologicznym znaczeniu. Badania są ukierunkowane na poznanie hydratacji białek i peptydów różnego typu (w tym także strukturalnie nieuporządkowanych oraz o strukturze beta-spinki) oraz ich oddziaływania z osmolitami, tj. niewielkimi biocząsteczkami stabilizującymi lub destabilizującymi natywną strukturę białka w roztworze. Wiedza na ten temat, wciąż niedoskonała, pozwoliłaby na lepsze zrozumienie procesów przebiegających w układach biologicznych oraz na możliwość ich świadomego modyfikowania. Ze względu na złożoność takich układów, przedstawienie opisu oddziaływań międzycząsteczkowych wymaga badań z udziałem cząsteczek związków modelowych, zarówno elektrolitów jak i nieelektrolitów.

Wyniki planowanych obliczeń posłużyć mają interpretacji widm oscylacyjnych FTIR wody półciężkiej (HDO) rozcieńczonej izotopowo w wodnych roztworach osmolitów, aminokwasów, oligopeptydów oraz prostych substancji modelowych. Stosowana przez nas metoda analizy widm roztworów prowadzi do wyizolowania widma wody zaburzonej przez substancję rozpuszczoną, złożonego z wielu pasm składowych. Obserwowane pasma należy następnie przypisać odpowiednim stanom strukturalno-energetycznym wody w otoczeniu jonów lub odpowiednich grup funkcyjnych substancji rozpuszczonej. Cel ten ma zostać osiągnięty na drodze symulacji roztworów metodą dynamiki molekularnej (MD) oraz przy wykorzystaniu empirycznych zależności wiążących geometrię układu molekularnego hydratu (długość wiązań wodorowych) z położeniem pasma oscylacyjnego oraz sumaryczną energią oddziaływania między cząsteczkami wody.

Obliczenia prowadzone w ramach projektu obejmują: (1) wyznaczanie optymalnych geometrii klasterów wodnych substancji modelowych w ramach teorii funkcjonału gęstości (DFT) przy użyciu hybrydowego funkcjonału B3LYP; (2) symulacje metodą MD dla układów białko/osmolit/woda i odpowiednich układów binarnych; (3) symulacje kosztowną obliczeniowo metodą ab initio MD dla prostych związków modelowych w roztworze wodnym.

Wyniki obliczeń posłużą do wyznaczenia struktury otoczki hydratacyjnej badanych substancji, scharakteryzowania dynamiki procesu hydratacji oraz w niektórych przypadkach wygenerowania teoretycznego widma oscylacyjnego wody w roztworach.

Publikacje

  1. Aneta Panuszko, Emilia Gojło, Janusz Stangret, Hydratacja mocznika, XLIX Zjazd PTChem i SiTPChem , (2006) 145
  2. Panuszko Aneta, Gojło Emilia, Stangret Janusz, Hydratacja amidów, 50 Jubileuszowy Zjazd PTChem oraz SITPChem , (2007) 137
  3. A. Panuszko, E. Gojło, J. Zielkiewicz, M. Śmiechowski, J. Krakowiak, J. Stangret, Hydration of Simple Amides. FTIR Spectra of HDO and Theoretical Studies, J. Phys. Chem. B 112, (2008) 2483-2493
  4. A. Panuszko, D. Wyrzykowski, J. Stangret, Hydratacja N-tlenku trimetyloaminy, 51 Zjazd PTChem i SITPChem, Opole , (2008) 133
  5. A. Panuszko, P. Bruździak, J. Stangret, Wpływ mocznika i jego alkilowych pochodnych na strukturę białka i właściwości rozpuszczalnika, 51 Zjazd PTChem i SITPChem, Opole , (2008) 133
  6. M. Śmiechowski, J. Stangret, Anti-cooperativity of H2O interactions with carboxylate anions in aqueous solutions, Current Trends in Theoretical Chemistry V, Kraków , (2008) P36
  7. E. Gojło, M. Śmiechowski, A. Panuszko, J. Stangret, Hydration of Carboxylate Anions: Infrared Spectroscopy of Aqueous Solutions, Journal of Physical Chemistry B 113, (2009) 8128-8136
  8. A. Panuszko, P. Bruździak, J. Zielkiewicz, D. Wyrzykowski, J. Stangret, Effects of Urea and Trimethylamine-N-oxide on the Properties of Water and the Secondary Structure of Hen Egg White Lysozyme, Journal of Physical Chemistry B 113, (2009) 14797-14809
  9. M. Śmiechowski, Theoretical study of the structure, energetics and vibrational frequencies of water-acetone and water-2-butanone complexes, Chemical Physics Letters 480, (2009) 178-184
  10. M. Śmiechowski, Vibrational spectroscopic studies of DMPU/water system, Xth International Conference on Molecular Spectroscopy , (2009) 34
  11. M. Śmiechowski, Theoretical pKa prediction of O-phosphoserine in aqueous solution, Chemical Physics Letters 501 , (2010) 123
  12. M. Śmiechowski, O-phospho-L-serine in an aqueous solution - ab initio studies of cluster structures and dissociation pathways, Intermolecular Interactions and Molecular Recognition, Central European School on Physical Organic Chemistry 00, (2010) 27
  13. A. Panuszko, D. Wyrzykowski, J. Stangret, Spectroscopic, calorimetric and ab initio study of water interactions with stabilizing and denaturating osmolytes, 30th European Congress on Molecular Spectroscopy 30, (2010) 130
  14. A. Panuszko, D. Wyrzykowski, J. Stangret, Spectroscopic, calorimetric and ab initio study of water interactions with stabilizing and denaturating osmolytes, 30th European Congress on Molecular Spectroscopy 30, (2010) 130
  15. Aneta Panuszko, Maciej Śmiechowski, Janusz Stangret, Fourier transform infrared spectroscopic and theoretical study of water interactions with glycine and its N-methylated derivatives, J. Chem. Phys. 134, (2011) 115104
  16. Piotr Bruździak, Aneta Panuszko, Janusz Stangret, Stabilizing agents and protein stability, Acta Biochimica Polonica, IV Congress of Polish Biotechnology and IV EUROBIOTECH 58, (2011) 30
  17. Aneta Panuszko, Hydratacja związków o biologicznym znaczeniu na podstawie widm FTIR oraz obliczeń teoretycznych, Politechnika Gdańska brak, (2011) 1-192
  18. Maciej Śmiechowski, Vibrational spectroscopic studies of N,N'-dimethylpropyleneurea - water system: Affected solvent spectra and factor analysis, Spectrochim. Acta A 79, (2011) 712
  19. Maciej Śmiechowski, Emilia Gojło, Janusz Stangret, Hydration of Simple Carboxylic Acids from Infrared Spectra of HDO and Theoretical Calculations, J. Phys. Chem. B 115, (2011) 4834
  20. A. Panuszko, B. Adamczak, J. Czub, E. Gojło, J. Stangret, Hydration of amino acids: FTIR spectra and molecular dynamics studies, Amino Acids 47, (2015) 2265?2278
  21. P. Bruździak, B. Adamczak, E. Kaczkowska, J. Czub, J. Stangret, Are stabilizing osmolytes preferentially excluded from the protein surface? FTIR and MD studies, Phys. Chem. Chem. Phys. 17, (2015) 23155?23164
  22. M. Śmiechowski, Molecular hydrogen solvated in water - A computational study, J. Chem. Phys. 143, (2015) 244505
  23. M. Śmiechowski, The Simplest Hydrophobic Molecule in Water, 114th Bunsentagung, Bochum, Germany -, (2015) 27
  24. B. Adamczak, M. Wieczór, M. Kogut, J. Stangret, J. Czub, Molecular basis of the osmolyte effect on protein stability: a lesson from the mechanical unfolding of lysozyme, Biochem. J. 473, (2016) 3705?3724
  25. A. Panuszko, P. Bruździak, E. Kaczkowska, J. Stangret, General Mechanism of Osmolytes? Influence on Protein Stability Irrespective of the Type of Osmolyte Cosolvent, J. Phys. Chem. B 120, (2016) 11159-11169
  26. M. Śmiechowski, P. Maszota, A. Panuszko, J. Stangret, Infrared spectra of solute-affected water in aqueous solutions of urea and its N-methyl derivatives - experiment vs simulations, 52nd Symposium on Theoretical Chemistry 1, (2016) 1

Centrum Informatyczne Trójmiejskiej Akademickiej Sieci Komputerowej
ul. G. Narutowicza 11/12, 80-233 Gdańsk   |   tel. 58-347-24-11
email: office@task.gda.pl   |   NIP: 584-020-35-93