Elektronova struktura organo-metalickych komplexov a malych molekul s heteroatomani

Abstrakt: 

Predmetom vyskumu bude pocitacovy design novych glykomimetik s biologickou aktivitou v Golgi manozidaze. Projekt uzko nadvazuje na experimentalo-synteticku pracu na nasom ustave. V tejto teoretickej casti budeme vykonavat numericke experimenty s cielom a priori predikcie a naslednej analyzy inteakcii s akceptorovym proteinom.

Odbor: 
teoreticka a vypoctova chemia
Vedecká časť: 

Projekt sa zamera na vypocet optimalnych struktur komplexov atomov kovov s roznymi organickymi molekulami obsahujucimi heteroatomy (napr. O,S,N,...). Dalsim krokom bude vysetrenie vlastnosti tychto systemov. Pouzijeme kvantovo-chemicke vypocty na ab initio urovni (najma MP2, CC) a pravdepodobne molekulovu dynamiku ("klasicku" s analytickym force fieldom). Prioritnym cielom je zakladny vyskum takychto systemov, avsak nakolko pojde aj o bio-genne alebo bio-aktivne latky (derivaty pyrimidinu, imidazolu a roznych glykoaldehydov a ich strukturnych analogov), nemozno vylucit ze vysledky budu stimulovat aj aplikovany vyskum. Sucastou projektu je ab initio vypocet interakcnych energii danej latky v dokovanej poze v enzyme (manozidazy). Na tento ciel sa pouzije technika FMO - Fragmet Molecular Orbitals spolu s PIEDA - Pair Interaction Energy Decomposition Analysis.1-3 Doterajsie vysledky v danej problematike boli publikovane4,5 a sme v stadiu priprav sumarizacie dalsich vysledkov a navrhovania novych numerickych experimentov, na ktore su potrebne prostriedky HPC.
Literatura:
1 D. G. Fedorov, T. Nagata and K. Kitaura, Phys. Chem. Chem. Phys., 2012, 14, 7562–7577.
2 M. S. Gordon, D. G. Fedorov, S. R. Pruitt and L. V. Slipchenko, Chem. Rev., 2012, 112, 632–672.
3 D. G. Fedorov and K. Kitaura, J. Comp. Chem., 2007, 28, 222–237.
4 V. Sladek, J. Kona and H. Tokiwa, Phys. Chem. Chem. Phys., 2017, 19, 12527–12537.
5 V. Sladek and I. Tvaroška, J. Phys. Chem. B, 2017, 121, 6148–6162.

Socioekonomický a technologický dopad: 

Navrhovane ligandy su potencionalne vyuzitelne v anti-rakovinovej terapii ako selektivne inhibitory Golgi manozidazy. Vo svete je studium manozidaz relativne ojedinele a Chemicky ustav SAV je v tomto ohlade slovensky unikat.

Technická časť: 

HPC prostriedky (Aurel a klaster v Ziline) budu vyuzivane predovsetkym na FMO vypocty v programovom baliku GAMESS. Doterajsie testovacie vypocty naznacili, ze vypocet na proteine so 125 aminokyselinami na 4 nodoch po 32 cpu (128 core) a 120 GB pamate per1 node zbehne za cca 17h na klastri v Ziline. Rovnaky steup na Aurelovi zbehne za cca 7:40h (s procesorovou afinitou za cca 6:40h). Predpokladame aj pouzitie baliku ORCA, ktoreho instalaciu na Zilinsky klaster sme iniciovali v diskusii s F. Neesem (ORCA principal developerom).

Prepojenie s grantovými úlohami: 
VEGA 2/0035/16
Spolufinancovanie: 
0.00
Výstupy: 
Sergej Šesták, Maroš Bella, Tomáš Klunda, Soňa Gurská, Petr Džubák, Florian Wöls, Iain B. H. Wilson, Vladimir Sladek, Marián Hajdúch, Monika Poláková, Juraj Kóňa; N-Benzyl substitution of polyhydroxypyrrolidines - the way to selective inhibitors of Golgi α-mannosidase II, ChemMedChem 13 (2018) 373-383 (DOI: 10.1002/cmdc.201700607)
Vladimir Sladek, Hiroaki Tokiwa, Hitoshi Shimano, Yasuteru Shigeta; Protein Residue Networks from Energetic and Geometric Data: Are They Identical?, J. Chem. Theory Comput. 4 (12) (2018) 6623–6631 (DOI: 10.1021/acs.jctc.8b00733)
Ryuhei Harada, Vladimir Sladek, Yasuteru Shigeta; Non-targeted Parallel Cascade Selection Molecular Dynamics Using Time-localised Prediction of Conformational Transitions in Protein Dynamics, J. Chem. Theory Comput. 15 (2019) 5144-5153 (DOI: 10.1021/acs.jctc.9b00489)
Ryuhei Harada, Vladimir Sladek, Yasuteru Shigeta; Non-targeted Parallel Cascade Selection Molecular Dynamics based on a Non-Redundant Selection Rule for Initial Structures Enhances Conformational Sampling of Proteins, J. Chem. Inf. Model. X (2019) x (DOI: 10.1021/acs.jcim.9b00753)