Počítačové modelování interakcí mezi hyaluronanem a polylysinem - Zlochová, Barbora (Vysoké učení technické v Brně. Fakulta chemická, 2024)
Kyselina hyaluronová je biosacharid přirozeně se vyskytující v lidských tkáních. Jako biomateriál s řadou zajímavých vlastností je předmětem zájmu v mnoha průmyslových oblastech jako jsou kosmetika a medicína. Je obecně známo, že polymery kyseliny hyaluronové interagují peptidovými polymery za tvorby komplexů různými fyzikálními vlastnostmi, s velkým potenciálem v oblasti materiálových věd. V této práci byla snaha o charakteristiku tvorby právě takových komplexů na případu jednoho polymerního vlákna kyseliny hyaluronové s polylysinovými vlákny o různém počtu lysinových podjednotek. V teoretické části práce je popsána kyselina hyaluronová a polylysin z hlediska jejich obecných strukturních vlastností, využití a interakcí, je vysvětlena obecná počítačová chemie, jsou definovány principy a parametry molekulární dynamiky MD, a nakonec je popsáno schéma simulace MD podle něhož byly stavěny simulace pto tuto práci. V experimentální části práce byly definovány připravované simulační systémy PLL8, PLL10, 1HA25-8PLL10, 1HA25-10PLL10, 1HA25-12PLL10 společně s parametry a nástroji jež byly využívány k jejich výstavbě, byla popsána práce vprostředí GROMACS, ve kterém celá výstavba simulačních systémů probíhala, dále byla popsána samotná příprava MD simulačních systémů, spuštění jejich výpočetního řešenía analýzy v MetaCentru. V simulovaných systémech byl analyzován počet vodíkových vazeb mezi polymerním vláknem HA a PLL peptidy o různých koncentracích a zároveň jejich interakcemi sokolním rozpouštědlem. Byl studován gyrační poloměr polymerního vlákna HA v přítomnoti PLL peptidů o různých koncentracích. Byla stanovena radiální distribuční fuknce terminálních zbytků na PLL vláknech v okolí terminálních zbytků na povrchu HA při různých koncentracích PLL. Použitím programu VMD byly pořízeny snímky 3D struktur systémů v průběhu simulace. Analýzou dat se nám podařilo definovat a určit, jak se mění interakce mezi HA a PLL komplexy při různých koncentracích PLL peptidů.

Hyaluronic acid is a biosaccharide naturally occurring in human tissues. As a biomaterial with a number of interesting properties, it is the subject of interest in many industrial areas such as cosmetics and medicine. It is generally known that hyaluronic acid polymers interact with peptide polymers to form complexes with various physical properties, with great potential in the field of material science. In this work, the aim was to characterize the formation of just such complexes on the case of one polymer fiber of hyaluronic acid with polylysine fibers with different numbers of lysine subunits. In the theoretical part of the work hyaluronic acid and polylysine are described in terms of their general structural properties, uses and interactions, general computational chemistry is explained, principles and parameters of molecular dynamics MD are defined, and finally the MD simulation scheme according to which the simulations in this work were built is described. In the experimental part of the work, the upcoming simulation systems PLL8, PLL10, 1HA25-8PLL10, 1HA25-10PLL10, 1HA25-12PLL10 together with the parameters and tools that were used for their construction, the work in the GROMACS environment, in which the entire construction of the simulation systems took place, was described, the preparation of the MD simulation systems itself, the start of their computational solution and analysis in the MetaCentrum was also described. In the simulated systems, the number of hydrogen bonds between the HA polymer fiber and PLL peptides of different concentrations and their interactions with the surrounding solvent were analyzed. The radius of gyration of the HA polymer fiber in the presence of PLL peptides at different concentrations was studied. The radial distribution function of the terminal residues on the PLL fibers in the vicinity of the terminal residues on the HA surface at different PLL concentrations was determined. By analyzing the data, we managed to define and determine how the interaction between HA and PLL complexes changes.
Computer modeling of interactions between hyaluronan and polylysine
Keywords: Kyselina hyaluronová; hyaluronan; interakce s aminokyselinami; polylysin; počítačová chemie; počítačové simulace; simulace molekulární dynamiky; Hyaluronic acid; hyaluronan; interactions with amino acids; polylysine; computational chemistry; computer simulations; molecular dynamics simulations