Studium stohování nukleotidů metodami optické spektroskopie
| Název práce v češtině: | Studium stohování nukleotidů metodami optické spektroskopie |
|---|---|
| Název v anglickém jazyce: | Study of nucleotide stacking by optical spectroscopy methods |
| Klíčová slova: | Ramanův rozptyl|infračervená absorpce|UV absorpce|nukleotidy|stohování bazí |
| Klíčová slova anglicky: | Raman scattering|infrared absorption|UV absorption|nucleotides|base stacking |
| Akademický rok vypsání: | 2024/2025 |
| Typ práce: | diplomová práce |
| Jazyk práce: | |
| Ústav: | Fyzikální ústav UK (32-FUUK) |
| Vedoucí / školitel: | RNDr. Václav Profant, Ph.D. |
| Řešitel: | |
| Konzultanti: | RNDr. Vladimír Kopecký, Ph.D. |
| Mgr. Štěpán Jílek | |
| Zásady pro vypracování |
| 1. Zpracovat rešerši o řešené problematice.
2. Seznámit se se základy vibrační spektroskopie a zvládnout měření na UV, IR a Ramanovském spektrometru a jejich chirálních variantách. 3. Změřit a zpracovat vibrační spektra koncentračních závislostí vybraných nukleotidů při různém pH a v přítomnosti různých iontů. 4. Prostřednictvím multidimenzionálních statistických metod provést analýzy změřených spektrálních závislostí a charakterizovat a diskutovat pozorované trendy v kontextu již existující literatury. |
| Seznam odborné literatury |
| 1. Carey P. R., Biochemical Applications of Raman and Resonance Raman Spectroscopies, Academic Press, Inc., 1982, New York.
2. Jílek Š., Diplomová práce. MFF UK, 2021. 3. Sigel H., Self-association of nucleotides - Effects of protonation and metal ion coordination. Biological Trace Element Research 21 (1989) 49–59. 4. Weaver J. L., Williams R. W. Raman Spectroscopic Measurement of Base Stacking in Solutions of Adenosine, AMP, ATP, and Oligoadenylates. 5. Vybraný soubor původních prací. |
| Předběžná náplň práce |
| Stohovací interakce (označované také jako patrové interakce, π–π interakce či π–π stacking) jsou atraktivní nekovalentní interakce, které se mohou při vhodném uspořádání uplatnit mezi aromatickými molekulami. Ve šroubovici nukleových kyselin se nukleové báze nacházejí "v patrech" nad sebou a interakce mezi nimi je velmi významný stabilizační faktor sekundární struktury DNA i RNA. Stohování se však uplatňuje i při skládání (foldingu) aktivních forem proteinů či enzymů a můžeme jej při vhodně zvolených experimentálních podmínkách (koncentrace, teplota, pH, přítomné kationty) pozorovat i v případě volných nukleotidů.
Náplní magisterské práce bude experimentální studium koncentračních závislostí spekter nukleotidů při různém pH a v prostředí různých kationtů pomocí metod vibrační spektroskopie (především Ramanův rozptyl a doplňkově i ROA, IR absorpce, VCD a UV). Získané závislosti budou zpracovány metodami faktorové analýzy, které umožní detailní interpretaci pozorovaných projevů bázového stohování. --------------------------- Nukleotidy jsou chemické látky skládající se z nukleové báze (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). |
| Předběžná náplň práce v anglickém jazyce |
| Stacking interactions (also referred to as π – π interactions or π – π stacking) are attractive non-covalent interactions that can be applied between aromatic molecules when properly arranged. In a helix of nucleic acids, the nucleobases are located "in layers" on top of each other, and the interaction between them is a very important stabilizing factor in DNA and RNA secondary structure. However, stacking also applies to the folding of active forms of proteins or enzymes and can be observed under appropriately selected experimental conditions (concentration, temperature, pH, cations present) even in the case of free nucleotides.
The content of the master's thesis will be an experimental study of the concentration dependences of nucleotide spectra at different pH and in the environment of different cations using vibrational spectroscopy methods (especially Raman scattering and, in addition, ROA, IR absorption, VCD, and UV). The obtained dependencies will be processed by methods of factor analysis, which will enable a detailed interpretation of the observed manifestations of base stacking. ------------------------- Nucleotides are chemicals consisting of a nucleobase (often pyrimidine or purine), a five-carbon monosaccharide (deoxyribose or ribose), and one or more phosphates. They have a wide range of functions in living organisms - they are the basic building blocks of nucleic acids, they occur in many energy-transmitting cofactors (eg FAD), they participate in cellular communication and participate in various processes of biological synthesis. Depending on the pH of the environment, nucleotides can occur in several different charge states. A number of physical methods are used for the research and characterization of chemical compounds. One of them is vibrational spectroscopy, a non-destructive method based on the interaction of electromagnetic radiation with a sample, which allows very accurate identification of the studied substance (qualitative analysis) and determination of the amount of this substance in the sample (quantitative analysis). The variant of vibrational spectroscopy sensitive to the chiral arrangement of the studied substance is called vibrational optical activity (VOA) and includes two different techniques - Raman optical activity (ROA) and vibrational circular dichroism (VCD). |