Karcinogenezo uretana (etil karbamata) stranskega produkta fermetacije prisotnega v velikem številu prehranskih produktov smo proučevali s kombinacijo kinetičnih eksperimentov ter kvantnomehanskih izračunov. Glavni cilj študije je bilo 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 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 pše 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
Simulacije molekulske dinamike z ločenimi termostati za rotacijsko in translacijsko gibanje smo uporabili za obravnavo vpliva pripadajočih prostostnih stopenj na strukturo vode okrog modelnih topljencev. Za opis vode smo uporabili SPC/E model. Najenostavnejši obravnavani topljenec, hidrofob, smo ponazorili kot Lennard-Jones delec. Ker direktna interakcija med hidrofobom in vodnimi molekulami ne premore kotne odvisnosti, je lahko vpliv dviga rotacijske temperature na solvatacijo hidrofoba zgolj indirekten. V naslednjem koraku smo obravnavani delec bodisi pozitivno bodisi negativno nabili, da bi ponazorili obnašanje iona v vodi. Odvisno od naboja iona so sosednje vodne molekule zavzele različne kotne porazdelitve. Bistveni zaključki članka so: (i) povišanje translacijske temperature vedno zniža višino prvega vrha v parski porazdelitveni funkciji topljenec-voda; (ii) povišanje rotacijske temperature vodi do povečanja prvega vrha v parski porazdelitveni funkciji topljenec-voda za hidrofobe in katione; (iii) nasprotno se prvi solvatacijski vrh zniža okrog ionov z dovolj velikim negativnim nabojem; (iv) višanje rotacijske temperature vpliva na katione drugače kot na anione. Posledično so kompleksne molekule z majhnim celokupnim nabojem zelo občutljive na spremembo v rotacijski temperaturi.
COBISS.SI-ID: 1708079
V splošnem encime dojemamo kot specifične tako glede nijhovih substratov kot glede vrste reakcije, ki jo katalizirajo. Ta standardna paradigma počasi bledi in dandanašnji encimsko promiskuiteto smatramo bolj kot pravilo in ne več kot izjemo. Encimska promiskuiteta omogoča proteinom, da zadobijo nove funkcije, in je neobhodna za samo evolucijo. Mehanizmi promiskuitetnega vedenja so raznorodni in jih je zahtevno obravnavati. Vezavne proste energije predstavljajo njihovo kvantitativno mero in jih lahko pridobimo iz računalniških simulacij. Konkretno smo obravnavali vezavo monosaharidnih substratov na encim piranozne dehidrogenaze (PDH). PDH je zelo promiskuiteten encim, zato je zanimiv za bioelektrokemijske aplikacije. Z vpeljavo modifikacij v strukturi referenčnega monosaharida uporabljenega v simulacijah molekulske dinamike smo lahko obravnavali vseh 32 obstoječih monosaharidov v eni sami simulaciji. S tem smo znatno zmanjšali tako potrebne računalniške resorse kot tudi čas potreben za nastavitev in analizo simulacij. Kvalitetno smo reproducirali obstoječe eksperimentalne rezultate ter napovedali še nezaznane monosaharidne derivate, s čimer usmerjamo prihodnje eksperimente. Opisana študija nudi nov vpogled v promiskuiteto substratov PDH ter v uporabnost dotičnega encima. Analogen pristop bi lahko uporabili za obravnavo promiskuitetnosti preostalih encimov.
COBISS.SI-ID: 5613338