Z uporabo simulacij molekulske dinamike z ločenimi termostati za translacijske in rotacijske prostostne stopnje smo proučili vpliv rotacijskega gibanja vode na asociacijo ionov ionskih topljencev v vodnih raztopinah. Situacija z rotacijsko temperaturo, ki presega translacijsko temperaturo, Tr ) Tt, ponazarja neravnotežne učinke mikrovalov na modelno raztopino soli alkalijskih halidov. Simulacije razkrivajo, da dvig rotacijske temperature ob konstantni translacijski temperaturi povzroči znatne spremembe v strukturi raztopine. Te se kažejo predvsem v povečani asociaciji nasprotno nabitih ionov, kar lahko razložimo z manjšo sposobnostjo rotacijsko vzbujene vode, da senči ter loči nasprotne naboje. Izgleda, da Collinov zakon ujemajočih se afinitet vode ohrani svojo veljavnost tudi v neravnotežni situaciji, ko rotacijska temperatura preseže translacijsko temperaturo. Po drugi strani pa ravnotežno stanje (to je dvig celokupne temperature raztopine T = Tr = Tt) favorizira tvorbo ionskih parov majhnih topljencev (NaCl), a hkrati nima skoraj nobenega vpliva na tvorbo ionskih parov velikih topljencev (CsI). To je direktna posledica dejstva, da voda pri segrevanju postaja manj polarno topilo. Nadalje smo raziskali vpliv vzbujenega translacijskega gibanja vode (ter ionov) na asociacijo ionov z dvigom translacijske temperature, pri čemer smo rotacijsko temperaturo pustili nespremenjeno (to je Tt ) Tr). Začuda v nekaterih primerih tudi hitrejše translacijsko gibanje povzroči dvig v korelacijah. Temperaturni vpliv na asociacijske kontante istovrstnih ionov, K++ ter K--, je bil tudi obravnavan. Tukaj je situacija bolj kompleksna, a v večini primerov opazimo znižanje ionske asociacije.
COBISS.SI-ID: 6091802
Karcinogenezo uretana (etil karbamata) stranskega produkta fermentacije prisotnega v velikem številu prehranskih produktov smo proučevali s kombinacijo kinetičnih eksperimentov ter kvantnomehanskih izračunov. Glavni cilj študije je bil identificirati aktivacijsko prosto energijo ΔGa najpočasnejšega koraka SN2 substitucije med vinil karbamat epoksidom VCE (končnim karcinogenom uretana) ter različnimi nukleobazami DNA. V eksperimentalnem delu smo določili konstanto reakcijske hitrosti drugega reda za tvorbo glavnega 7-(2-oksoetil)gvanin adukta v vodni raztopini deoksigvanozina ter DNA. S serijo ab initio, DFT in semiempiričnih MO izračunov smo nato določili aktivacijske bariere za reakcijo VCE z metilgvaninom, metiladeninom ter metilcitozinom. Efekte solvatacije smo vključili preko modelov reakcijskega polja topila ter Langevinovih dipolov. Izračunani rezultati za glavni adukt so se odlično ujemali z eksperimentom, kar predstavlja močno potrditev veljavnosti predlaganega SN2 reakcijskega mehanizma. Posledično smo lahko napovedali aktivacijske bariere za nastanek stranskih aduktov, za katere kinetični eksperimenti še niso bili izvedeni. Naši izračuni res kažejo na preferenčno tvorbo glavnega 7-(2-oksoetil)gvanin adukta, saj morajo stranski adukti za svoj nastanek bodisi prečiti znatno višjo aktivacijsko pregrado bodisi razpreti Watson-Crickove bazne pare DNA. Računalniška študija je obravnavala tudi vprašanje stereoselektivnosti, lahkote eliminacije odhajajoče skupine ter relativnih prispevkov dveh možnih reakcijskih poti za nastanek 1,N2-etenodeoksigvanozin adukta.
COBISS.SI-ID: 5643802
Aflatoksin B1 (AFB1) - najmočnejši poznani naravni karcinogen - je metaboliziran s strani citokroma P450 3A4 (CYP3A4) bodisi do genotoksičnega AFB1 ekso-8,9-epoksida bodisi do netoksičnega 3α- hidroksi AFB1. Aktivacija prokarcinogena poteka na zelo kooperativen način, ki pa se razlikuje od klasične alosterične regulacije v dejstvu, da ga lahko pripišemo sočasni zasedenosti enega samega velikega in fleksibilnega vezavnega mesta z večimi molekulami liganda. Na žalost za razliko od ketokonazola nimamo na razpolago eksperimentalne strukture dvakrat ligiranega CYP3A4-AFB1 kompleksa. Posledično smo se morali zateči k uporabi zaporednega protokola molekulskega sidranja ter z njim ustvarili več različnih dvakrat ligiranih kompleksov, ki smo jih nato podvrgli simulacijam molekulske dinamike ter izračunom proste energije, da bi preverili njihovo usklajenost s poznanimi eksperimentalnimi podatki o regio- and stereoselektivnosti obeh AFB1 oksidcij kot tudi z dostopnimi kinetičnimi podatki. Samo sistem s prvo molekulo AFB1 vezano v ploskem C8–C9 epoksidacijskem položaju ter z drugo molekulo AFB1 vezano v stranskem 3α-hidroksilacijskem položaju - rezultat neomejenega protokola molekulskega sidranja - je uspešno izpolnil vse postavljene kriterije in je zatorej predlagan kot najverjetnejša strukura dvakrat ligiranega kompleksa CYP3A4 z AFB1. Empirična metoda linearne interakcijske energije je razkrila komplementarnost v obliki preko nepolarnih disperzijskih interakcij kot glavni izvor eksperimentalno opažene pozitivne homotropične kooperativnosti. Predstavljena študija predstavlja lep primer, kako moderne tehnike molekularnega modeliranja lahko pripomorejo k obravnavi kompleksnih makromolekularnih kompleksov, katerih strukture še niso bile eksperimentalno določene, ter kako le-te validiramo na osnovi obstoječih eksperimentalnih podatkov. Predlagana struktura bo zagotovo usmerjala prihodnje študije racionalnega razvoja uspešnih modulatorjev AFB1 ter človeških populacij, ki so zaradi specifičnih CYP3A4 polimorfizmov še posebaj ogroženi zaradi prisotnosti AFB1.
COBISS.SI-ID: 5609242
Človeška družina X DNA polimeraz β (Polβ) ter λ (Polλ) katalizira reakcijo transfera nukleotidila v popravljalni poti odreza baze pri celičnem odzivu na poškodbo DNA. Z uporabo metod empirične valenčne vezi ter simulacij prosto-energijske perturbacije smo proučili izvedljivost različnih mehanizmov deprotonacije 3'-OH skupine nastajajoče DNA verige ter posledično tvorbo in razcep P-O vezi pri štirih Polβ, dveh okrnjenih Polλ (tPolλ) ter dveh tPolλ Loop1 mutiranih (tPolλΔL1) sistemih, ki se med seboj razlikujejo v začeni kristalni strukturi ter v nastajajočemu baznemu paru. Povprečne izračunane aktivacijske proste energije v višini 14, 18, and 22 kcal/mol za Polβ, tPolλ in tPolλΔL1 dobro reproducirajo trend v izmerjenih katalitičnih konstantah hitrosti. Najbolj ugodna reakcijska pot sestoji iz dveh zaporednih korakov: prenos protona specifične baze, ki mu sledi ozko grlo procesa - koncertirana tvorba in cepitev P-O vezi. Identificirali smo linearna prosto-energijska razmerja (LFERs), ki kažejo, da so razlike v celokupnih aktivacijskih in reakcijskih prostih energijah določene z reakcijsko prosto energijo prenosa protona specifične baze. Nenazadnje razpravljamo o implikacijah LFERs in predlagamo pKa skupine 3'-OH kot prediktor katalitične hitrosti za družino X DNA polimeraz.
COBISS.SI-ID: 6068762
Encimi predstavljajo ene najpomembnejših potencialnih tarč za zdravilne učinkovine. Identifikacija možnih interakcij ligand-encim posledično predstavlja osrednji korak pri razvoju zdravil. Razvoj novih računalniških metod omogoča, da zberemo informacije iz vse večjega števila že rešenih in dostopnih kompleksov ligand-encim ter modeliramo nove še neznane interakcije. Tako lahko odgovorimo na vrsto odprtih vprašanj pri razvoju zdravil, kot so identifikacija neznanih proteinskih funkcij, kemijske karcinogeneze, selektivnosti vezave, 3D homolognega modeliranja ter simulacij induciranega fita.
COBISS.SI-ID: 5782298