Authors:	Uribe Ordonez, Lalita Shaki
Title:	Molecular dynamics study of the mechanical properties of foldamers and the metal specificity of an isatin hydrolase
Online publication date:	5-Jan-2017
Year of first publication:	2017
Language:	english
Abstract:	This thesis presents a theoretical investigation of the mechanical properties of foldamers and the metal specificity of an isatin hydrolase. In the first part, force-probe molecular dynamics simulations are applied to the study of the mechanical unfolding pathway of small oligomers adopting helix conformations. The detailed investigation of a model β-peptide demonstrates how molecular dynamics simulations can be used for revealing conformational and kinetic information of the unfolding pathway of oligomers. The statistical analysis of several hundreds of unfolding events and the comparison between different systems leads to the identification of the main determining structural factors of the unfolding pathway of the studied oligomers. Based on this findings, a series of rules for the prediction of the unfolding pathway of short oligomers are proposed. In the second part, the experimental observed metal specificity of an isatin hydrolase is investigated, using quantum mechanics and quantum- /molecular mechanics calculations. The metal specificity is explained based on the conformation adopted by the enzyme’s binding site with different metal ions and the hydrolysis reaction mechanism. Finally, the mechanism of the catalytic reaction with manganese is revealed using metadynamics simulations. In der vorliegenden Dissertation werden theoretische Untersuchungen zu den mechanischen Eigenschaften von Foldameren sowie zur Metall-Spezifizität eines Enzyms, das die Hydrolyse von Isatin katalysiert, vorgestellt. Im ersten Teil der Arbeit werden Molekulardynamik-Simulationen zur mechanischen Entfaltung der helikalen Konformationen kleinerer Oligomere durchgeführt. Detaillierte Untersuchungen eines β-Peptid-Modellsystems zeigen, wie Molekulardynamik- Simulationen verwendet werden können, um Informationen über Konformationen, Intermediate und kinetische Raten bei der Entfaltung von Foldameren zu erhalten. Eine statistische Analyse mehrerer hundert Entfaltungsereignisse und ein Vergleich verschiedener Modellsysteme erlaubt die Identifizierung der Haupt-Einflussfaktoren auf die Entfaltungspfade der untersuchten Oligomere. Darauf aufbauend wird ein Satz von Regeln vorgeschlagen, mit dessen Hilfe der Entfaltungsmechanismus kurzer Oligomere vorausgesagt werden kann. Im zweiten Teil der Arbeit wird die experimentell beobachtete Metall-Spezifizität einer Isatin-Hydrolase mit Hilfe von quantenmechanischen Rechnungen und quanten-/molekularmechanischen Simulationen untersucht. Die Metall-Spezifizität wird über die unterschiedlichen Konformationen des aktiven Zentrums des Enzyms mit den verschiedenen Metallionen sowie über die Anforderungen des Hydrolyse-Reaktionsmechanismus erklärt. Darüberhinaus wird mit Hilfe von Metadynamik-Simulationen der Hydrolyse-Mechanismus entschlüsselt.
DDC:	540 Chemie 540 Chemistry and allied sciences
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 09 Chemie, Pharmazie u. Geowissensch.
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-2778
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-diss-1000009267
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	108 Seiten
Appears in collections:	JGU-Publikationen