Vibrační optická aktivita nukleotidů a kratších segmentů nukleových kyselin

• Název práce v češtině: Vibrační optická aktivita nukleotidů a kratších segmentů nukleových kyselin
• Název v anglickém jazyce: Vibrational optical activity of nucleotides and shorter nucleic acid segments
• Klíčová slova: nukleotidy|samouspořádání|guaninové tetrády|Ramanův rozptyl|Ramanova optická aktivita
• Klíčová slova anglicky: nucleotides|self-association|guanine quartets|Raman scattering|Raman optical activity
• Akademický rok vypsání: 2019/2020
• Typ práce: diplomová práce
• Jazyk práce: čeština
• Ústav: Fyzikální ústav UK (32-FUUK)
• Vedoucí / školitel: RNDr. Václav Profant, Ph.D.
• Řešitel: skrytý - zadáno a potvrzeno stud. odd.
• Datum přihlášení: 22.09.2020
• Datum zadání: 23.09.2020
• Datum potvrzení stud. oddělením: 30.12.2020
• Datum a čas obhajoby: 15.09.2021 08:00
• Datum odevzdání elektronické podoby: 05.08.2021
• Datum odevzdání tištěné podoby: 05.08.2021
• Datum proběhlé obhajoby: 15.09.2021
• Oponenti: Ing. Jakub Kaminský, Ph.D.
• Konzultanti: doc. RNDr. Peter Mojzeš, CSc.

Zásady pro vypracování

1. Seznámit se se základy metod vibrační a chiroptické spektroskopie a zvládnout měření na IR, Ramanovskémh, VCD a ROA spektrometru. Seznámit se se základy kvantově mechanických simulací molekul a molekulární dynamiky.
2. Vypracovat rešerši pokrývající řešenou problematiku.
3. Změřit série Ramanových spekter vybraných mononukleotidů při různých hodnotách pH.
4. Na základě analýzy změřených spekter identifikovat spektra jednotlivých nábojových forem a stanovit hodnoty disociačních konstant.
5. Při hodnotách pH, kdy je zastoupení jednotlivých forem největší, změřit i jejich ROA a IR/VCD spektra.
6. Provést simulace vibračních spekter různých nábojových stavů studovaných nukleotidů.
7. Analyzovat změřená a vypočítaná spektra, identifikovat význačné spektrální rysy a provést detailní interpretaci naměřených spekter a jejich vibrační analýzu.
8. Získat experimentální ROA a VCD spektra modelových oligonukletidů v různých kanonických i nekanonických sekundárních strukturách.

Seznam odborné literatury

Bell, A.F.; Hecht, L.; Barron, L.D. Vibrational Raman optical activity of pyrimidine nucleosides. J. Chem. Soc., Faraday Trans. 93, 1997, 553-562.
Bell, A.F.; Hecht, L.; Barron, L.D. Vibrational Raman Optical Activity as a Probe of Polyribonucleotide Solution Stereochemistry, J. Am. Chem. Soc. 119, 1997, 6006–6013.
W. Saenger, Principles of Nucleic Acid Structure, Springer, NewYork, 1984
Stephens, P.J.; Devlin, F.J.; Cheeseman, J.R. VCD Spectroscopy for Organic Chemists. CRC Press, 2012.
Nafie, L.A. Vibrational Optical Activity: Principles and Applications, John Wiley & Sons, 2011.

Předběžná náplň práce

Nukleotidy jsou chemické látky skládající se z nukleové báze (často pyrimidinové či purinové), pětiuhlíkatého monosacharidu (deoxyribózy nebo ribózy) a jednoho či více fosfátů. V živých organismech mají široké spektrum funkcí – jsou základními stavebními jednotkami nukleových kyselin, vyskytují se v mnohých kofaktorech přenášejících energii (např. FAD), podílí se na buněčné komunikaci a účastní se různých procesů biologických syntéz. V závislosti na pH prostředí se nukleotidy mohou vyskytovat v několika různých nábojových stavech.

Pro výzkum a charakterizaci chemických sloučenin je využívána celá řada fyzikálních metod. Jednou z nich je vibrační spektroskopie, nedestruktivní metoda založená na interakci elektromagnetického záření se vzorkem, která umožňuje velice přesnou identifikaci studované látky (kvalitativní analýza) i stanovení množství této látky ve vzorku (kvantitativní analýza). Varianta vibrační spektroskopie citlivá na chirální uspořádání studované látky se nazývá vibrační optická aktivita (VOA) a spadají pod ní dvě odlišné techniky – Ramanova optická aktivita (ROA) a vibrační cirkulární dichroismus (VCD). Nezbytnou součástí kvalitativní analýzy jsou i kvantově mechanické simulace, které umožňují detailní interpretaci naměřených spekter.

Náplní magisterské práce bude experimentální studium několika různých nukleotidů v různých nábojových stavech metodami vibrační spektroskopie (IR absorpce, Ramanův rozptyl a především VCD a ROA) a kvantově mechanické simulace vedoucí k detailní interpretaci naměřených spekter. Dalším krokem pak bude získání spekter různých kanonických i nekanonických struktur kratších segmentů nukleových kyselin (oligonukleotidů).