Noncovalent Interactions of Biologically Active Compounds

Abstract

Předkládaná disertační práce se zabývá studiem nekovalentních interakcí biologicky aktivních molekul pomocí spektroskopie nukleární magnetické rezonance (NMR spektroskopie) a teoretických výpočtů. Teoretický úvod práce slouží jako základní přehled literatury vyzdvihující nejdůležitější spektroskopické studie nekovalentních interakcí. Současně tato část představuje NMR spektroskopii i širšímu publiku. Téměř učebnicový text o fyzikálních aspektech této metody tak čtenáři zajišťuje snazší orientaci v experimentální části. Obdobně jsou v práci představeny i základy výpočetní chemie. Cílem disertační práce bylo popsat roli nekovalentních interakcí v systémech biologicky aktivních molekul. Experimentální část práce se detailně zabývá vodíkovými vazbami modifikovaných nukleových bází, interakcemi ovlivňujícími keto-enol tautomerii farmakologicky aktivních molekul a vlivem primárních struktur v krátkých peptidových sekvencích na jejich schopnost adaptovat konformační motivy obdobné sekundárním strukturám proteinů. Methylace a oxidace se řadí mezi nejčastější přirozené modifikace nukleových bází. Jejich vlivem dochází ke změnám v základní schopnosti nukleových bází tvořit vodíkové vazby se svými partnery. V rámci disertační práce bylo například objeveno, že methylace dusíku aminoskupiny, která se v molekule...

This thesis deals with the employment of nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy in the studies of non-covalent interactions of biologically active compounds. The introduction serves as a brief overview of the literature, pointing out the milestones in determining and studying the most common non-covalent interactions - hydrogen bonding, π-π stacking and halogen bonding - by NMR spectroscopy. This part also includes the basics of this method to ensure that the results presented and the principles used will also be understandable for readers outside the field. Similarly, the employment and limitations of theoretical calculations are shortly discussed. The thesis aimed to determine the role of non-covalent interactions in biologically active compounds, including hydrogen bonding of modified nucleobases, interactions influencing ketoenol-diketo tautomerism of pharmacologically active curcuminoids, and the role of hydrogen bonding and amino acid sequence in the adoption of secondary structure in short peptides. Methylation and oxidation are nucleobases' most common natural modifications, causing changes in their hydrogen bonding pattern and preferences. We found that N-methylation of adenine residue stabilises its hydrogen-bonded base pairs with thymine and that these base pairs tend to adopt...