Peptide Nucleic Acids - Theoretical Approach  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
61577
Type K
Principal investigator Körtvélyesi, Tamás
Title in Hungarian Peptid nukleinsavak szerkezete - elméleti számítások
Title in English Peptide Nucleic Acids - Theoretical Approach
Keywords in Hungarian peptid nuklein sav, szerkezet, elméleti módszerek
Keywords in English peptide nucleic acids, structure, theoretical methods
Discipline
Physical Chemistry and Theoretical Chemistry (Council of Physical Sciences)70 %
Organic, Biomolecular, and Pharmaceutical Chemistry (Council of Physical Sciences)20 %
Macromolecular Chemistry and Material Sciences (organic chemistry) (Council of Physical Sciences)10 %
Panel Chemistry 1
Department or equivalent Department of Physical Chemistry and Materials Science (University of Szeged)
Participants Bogár, Ferenc
Kovács, Lajos
Pálinkó, István
Paragi, Gábor
Penke, Botond
Starting date 2006-02-01
Closing date 2009-01-31
Funding (in million HUF) 5.000
FTE (full time equivalent) 2.75
state closed project
Summary in Hungarian
PEPTID NUKLEINSAVAK (PNS) SZERKEZETE – ELMÉLETI SZÁMÍTÁSOK
A monomerek szerkezetét szisztematikusan ab inició kvantumkémiai (QC) módszerekkel, a molekuladinamikai (MD) számításokban meghatározott legkedvezőbb konformereket szemiempirikus majd ab inició QC módszerekkel számítjuk. Egyesíteni kívánjuk a báziskölcsönhatás szintű ab inició vizsgálatoktól kiinduló számításokat, a nagyobb rendszerek leírására alkalmas MD módszerrel. Ez lehetővé teszi a nukleinsav láncok kölcsönhatásakor fellépő különböző hatások fontosságának jellemzését, valamint a monomerekben előforduló intramolekuláris kötéseknek a gerinc hatására történő megváltozásának vizsgálatát.
A monomerek tanulmányozása mellett megvizsgáljuk a PNS oligomer molekulák szerkezeti változásait MD módszerekkel általános erőterek alkalmazásával, ill. ha szükséges a PNS molekulákra alkalmazható erőterekkel, amelyeket szükség esetén fejlesztünk ki. A PNS/PNS és PNS/DNS közötti kölcsönhatásokat MD módszerekkel számítjuk, ha az oldallánc DNS bázis, egyéb módosított bázis.
Merev, egy szálú célmolekulára (PNS, DNS) PNS molekulákat dokkolunk. A dokkolással kapott duplexek stabilitását MD módszerekkel számítjuk. A kötődés erősségét molekulamechanikai ill. MD módszerekkel számítjuk. A flexibilis és rögzített oldalláncú PNS tartalmú triplexek szerkezetváltozását MD módszerekkel vizsgáljuk. A számitások eredményei alapján általános szabályokat kísérelünk meg felállítani a PNS szerkezetekre.
Summary
The Structure of Peptide Nuclkeic Acids - A Theoretical Approach
The structure of peptide nucleic acid (PNA) monomers is studied systematically by ab initio quantum chemical (QC) methods. The best conformers obtained by molecular dynamics (MD) methods are calculated by semiempirical and ab initio QC methods. Studies also start from the base interactions by ab initio QC to the description of larger systems by MD. So we can characterize the interactions in PNA monomers and the change of the intramolecular interactions in PNA chains caused by the peptide backbone.
We study the structural change in small PNA oligomers by MD applied general force fields. If it is necessarry, force field will be developed for PNA. PNA/PNA and PNA/DNA interactions will be calculated by MD at flexible or fixed DNA base or modified base.
Rigid, one stranded target molecule (PNA, DNA) will be docked by PNA.The stability of the molecule we obtained will be characterized by MD methods. The strength of binding is calculated by molecular mechanics and MD. The change in the structure of triplex include PNA with flexible or fixed side chains is also described by MD. On the basis of the results, general rules will be set up on the structure of PNA.




 

Final report

  
Results in Hungarian
Megállapítottuk, hogy a 3- és 5-metil-6-aminouracil mesterséges nukleobázisok (NB-ok) valamely természetes bázissal alkotott bázispárja energetikailag az A-T párhoz áll közel. Néhány esetben azt tapasztaltuk, hogy képesek a G-C párhoz hasonló kölcsönhatási energiára. DNS-be, RNS-be építve a mesterséges NB-ok inkább az A-T párhoz közeli kölcsönhatást alakíthat ki, nagyobb konformációs szabadsággal bíró PNS esetében már könnyebben előállhatnak a nagyobb kötésenergiájú geometriák is. Így PNS-ben alkalmazásuk alternatívát jelenthet a C, vagy G NB-okkal való párképzésre. PNS di- és tetrapeptidmodellek energetikailag legjobb szerkezeteit és a legfontosabb intramolekuláris kölcsönhatásokat határoztuk meg elméleti módszerekkel. 3,5,7 egység hosszú PNS lánc középső monomer egységében meghatároztuk a bázis síkjának és a linker részen megadott sík relatív orientációját módosított xantinil bázis két tautomerjénél. Kidolgoztunk egy kiértékelési eljárást, amely alkalmas a PNS konformációs terének elemzésére. A PNS duplexben a H-híd kötések és a π-stacking töltés eltolódást okoz, amelynek hatása van a szálak és a bázisok közötti kölcsönhatásokra. Peptid, PNS modellek és duplex fém ionnal (Cu2+, Zn2+) alkotott komplexek szerkezetét elméleti módszerekkel tanulmányoztuk. Új modellt dolgoztunk ki GC állófázis polaritásának leírására és spermidin-PNS molekulák polisziloxánokon történő megkötődésére. PNS és peptid modellek kötődését tanulmányoztuk HSP90 fehérjén dokkolással.
Results in English
The base pairs (BPs) of 3- and 5-methyl-6-aminouracils with natural nucleobases (NBs) was studied theoretically. The interaction energy (Einter) of the BPs was analyzed using a quantitative bond energy decomposition scheme. The results show that the Einter of an artificial-natural BP is mostly close to the Einter of the A-T. Incorporating the 6-aminouracils into DNA/RNA strands, we expect Einter similar to that of the A-T BP. In PNA the orientation of the NB are strongly influenced by the flexibility of the linker part between the main-chain and the NB. Two tautomeric forms were introduced (7H,9H) of 3-xanthinyl (3X), where in case of the 9H compound allows for an additional intramolecular bond between the linker and the NB part of the PNA monomer. Structures were examined by our method, which is the generalization of the Ramachandran-protocol. 9H tautomer was found to have a special orientation stabilized by the extra intermolecular interaction. The best conformations of PNS dipeptide models (A,T,C,G,U) and Ac-XGG(A)-NHMe tetrapeptide models were analyzed by MM, semiempirical QC and ab initio/DFT methods. Interactions (H-bonds, π-stacking) in PNA.PNA and PNA.DNA duplexes were analyzed as well as the interactions of metal ions (Cu2+, Zn2+) on the structure of duplexes, monomers and small peptides. New models were developed on the polarity of stationary phases and binding of biopolymers on polysiloxanes. Binding of peptide derivatives was theoretically described on HSP90.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=61577
Decision
Yes





 

List of publications

  
Németh Lukács, Paragi Gábor, Bogár Ferenc, Kovács Lajos: 3-xantinil származékok vizsgálata dimer rendszerekben és PNS vázon, KeMoMo IV, Szeged 2006. április 27 (E), 2006
Zoltán A. Fekete, Eufrozina A. Hoffmann, Tamás Körtvélyesi, Botond Penke: Linear Scaling Semiempirical Quantum Chemical Methods for Peptide Research, European Symposium on Theoretical Chemistry 2008, September 28-October 1, Hejnice, Chech Republic, (L), 2008
Tamás Körtvélyesi, Zoltán A. Fekete, Botond Penke: Effect of Metal Ions on the Stability of PNA, PNA.DNA and PNA.PNA Duplexes, 4th Central European Conference: Chemistry towards Biology, Dobogókő, Hungary,September 8-11, 2008
A. Hoffmann, Tamás Körtvélyesi, Zoltán A. Fekete, Botond Penke: Linear Scaling Semiempirical Molecular Orbital Calculations on the Complexation of Zinc Ions by the Alzheimer’s β-Amyloid Peptide, 4th Central European Conference: Chemistry towards Biology, Dobogókő, Hungary, September 8-11, 2008
Tamás Körtvélyesi, Eufrozina A. Hoffmann, Lajos Kovács, and Botond Penke: On the Structure and Stability of PNA.DNA and PNA.PNA Duplexes: A Theoretical Study, 4th Central European Conference: Chemistry towards Biology, Dobogókő, Hungary,September 8-11, 2008. (P), 2008
A. Hoffmann, Tamás Körtvélyesi, Zoltán A. Fekete, Botond Penke,: Theoretical Analysis of Peptide Nucleic Acid Thermochemistry, 4th Central European Conference: Chemistry towards Biology, Dobogókő, Hungary,September 8-11, 2008. (L), 2008
Tamás Körtvélyesi, Botond Penke, Antal Orosz: Effect of Structural Cell Proteins on the Peptide and Peptide Nucleic Acid (PNA) Binding to HSP90, 4th Central European Conference: Chemistry towards Biology, Dobogókő, Hungary,September 8-11, 2008. (L), 2008
Zoltán A. Fekete, Eufrozina A. Hoffmann, Tamás Körtvélyesi, Botond Penke: Linear Scaling Semiempirical Quantum Chemical Methods for Peptide Research, European Symposium on Theoretical Chemistry 2008, September 28-October 1, Hejnice, Chech Republic, (L), 2008
T. Körtvélyesi, Z. A. Fekete, F. Bogár, B. Penke: Structure of Chiral Peptide Nucleic Acids (cPNAs), Modelling and Design of Molecular Materials 2008, June 23-28, 2008, Poland, 2008
G. Paragi, E. Szajli, F. Bogár, L. Kovács, C. F. Guerra, F. M. Bickelhaupt,: Computational Investigation of the Interactions of 3- and 5-Methyl -6-aminouracils with Natural Nucleobases, 4th Central European Conference: Chemistry towards Biology, Dobogókő, Hungary,September 8-11, 2008. (P), 2008
T. Körtvélyesi, Z. A. Fekete, F. Bogár, B. Penke: Structure of Chiral Peptide Nucleic Acids (cPNAs), Modelling and Design of Molecular Materials 2008, June 23-28, Poland, 2008
Bokros A., Kövér P., Szolomajer J., Kovács Lajos: Enantiomer éhséglaktonok ((3S,5S)- és (3R,5R)-dihidro-3-hidroxi-5-(hidroximetil)furán-2(3H)-on) szintézise és felhasználása., MKE Vegyészkonferencia, június 19-21, Hajduszoboszló, P-9, 2008
T. Körtvélyesi, I. Pálinkó, E. Hoffmann, G. Barna, L. Kovács, B. Penke: Structure and Intramlecular Interactions in Peptide Nucleic Acids and in some Derivatives, Molecular Quantum Mechanics: Analytic Gradients and Beyond. A conference in Honor of Peter Pulay, May 29-June 3, Budapest, 2007
Z. A. Fekete, E. Hoffmann, T. Körtvélyesi, B. Penke,: Harmonic Vibrational Frequency Scaling Factors for the new NDDO Hamiltonian RM1 and PM6, Molecular Quantum Mechanics: Analytic Gradients and Beyond. A conference in Honor of Peter Pulay, May 29-June 3, Budapest, 2007
Fekete, Eufrozina Hoffmann, Tamás Körtvélyesi, Botond Penke: Harmonic Vibrational Scaling Factors for the new NDDO Hamiltonians RM1 and PM6, Mol. Phys. 2597-2605, 2007
Noémi I. Jakab, Zsuzsa Jenei, Béla Gyurcsik, Tamás Gajda, Tamás Körtvélyesi, A.Mikulova, L. Rulisek, Tamás Raskó, A Kiss: Design of histidine containing peptides for better understanding of their coordination mode toward copper(II) by CD spectroscopy, J.Inorgan. Biochem. 101, 1376-1385, 2007
G.Paragi, E. Szájli, F. Bogár, L- Kovács, C. F. Guerra, F. M. Bickelhaupt,: Hydrogen bonding of 3- and 5-methyl-6-aminouracil with natural bases, New J. Chem. 32, 1981-1987, 2008
E. Hoffmann, Z. A. Fekete, R. Rajko, I. Palinko, T. Kortvelyesi,: Theoretical Characterization of Gas-Liquid Chromatographic Stationary Phases with Quantum Chemical Descriptors, J. Chrom. A, 2540-2547, 2009
Eufrozina Hoffmann, Zoltán Fekete, Csaba Visy, Tamás Körtvélyesi: Response Equation Based Thermochemical Analysis of Singlet Bipolaron Structures in Oligo(3-Methyl-Thiophenes), Open Physical Chemistry Journal, 3, 8-17, 2009
M. F. Massman, A. M. Rodriguez, M. Raimondi, S. A. Zacchino, P. G. M. Luiten, C. Somlai,: Penetratin and derivatives acting as antifungal agents, Eur. J. Med. Chem., 44, 212-228, 2009
Noémi I. Jakab, Zsuzsa Jenei, Béla Gyurcsik, Tamás Gajda, Tamás Körtvélyesi, A.Mikulova, L. Rulisek, Tamás Raskó, A Kiss: Design, Synthesis and Metal Ion Binding Properties of a Peptide Mimicking the Active Centre of Purple Acid Phosphatase, Achievements in Coordination, Bioinorganic and Applied Inorganic Chemistry. Ed. by Melnik J. Sima, and M.Tatarko, Slovak Technical University Press, Bratislava, 2007



Back »