Optimización en el cálculo de perfiles de energía libre. Desarrollo y aplicación a reacciones de interés biológico

Ramírez, Claudia Lilián

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Documento:	Tesis Doctoral
Disciplina:	quimica
Título:	Optimización en el cálculo de perfiles de energía libre. Desarrollo y aplicación a reacciones de interés biológico
Título alternativo:	Optimization in free energy profiles calculation. Development and application to biological relevant reactions
Autor:	Ramírez, Claudia Lilián
Editor:	Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
Filiación:	Universidad de Buenos Aires - CONICET. Instituto de Química, Física de Los Materiales, Medioambiente y Energía (INQUIMAE)
Publicación en la Web:	2017-06-09
Fecha de defensa:	2016-12-16
Fecha en portada:	2016
Grado Obtenido:	Doctorado
Título Obtenido:	Doctor de la Universidad de Buenos Aires en el área de Química Inorgánica, Química Analítica y Química Física
Director:	Martí, Marcelo
Consejero:	Cukiernik, Fabio
Jurado:	Pickholz, Mónica A.; Del Popolo, Mario G.; Tugliazucchi, Mario
Idioma:	Español
Palabras clave:	ENERGIA LIBRE; MECANISMO DE REACCION; ALOSTERISMO; SIMULACION COMPUTACIONALFREE ENERGY; REACTION MECHANISM; ALLOSTERISM; COMPUTATIONAL SIMULATION
Tema:	química/química física química/química computacional
Formato:	PDF
Handle:	http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n6125_Ramirez
PDF:	https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/download/tesis/tesis_n6125_Ramirez.pdf
Registro:	https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/collection/tesis/document/tesis_n6125_Ramirez
Ubicación:	Dep.QUI 006125
Derechos de Acceso:	Esta obra puede ser leída, grabada y utilizada con fines de estudio, investigación y docencia. Es necesario el reconocimiento de autoría mediante la cita correspondiente. Ramírez, Claudia Lilián. (2016). Optimización en el cálculo de perfiles de energía libre. Desarrollo y aplicación a reacciones de interés biológico. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de http://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n6125_Ramirez

Resumen:

Uno de los objetivos principales de la química es comprender los principios que rigenlas reacciones, tanto en términos de sus mecanismos como en la termodinámicaque las gobierna. Utilizando dinámica molecular, en combinación con esquemas demuestreo sesgado, es posible simular y obtener perfiles de energía libre asociados a eventosque incluyen desde reacciones químicas en entornos complejos (en solución y/o enzimas)hasta movimientos conformacionales proteicos. Los primeros requieren un tratamientocuántico, al menos del sitio activo, por lo que los métodos híbridos cuántico-clásicos sonlos escogidos. Mientras que para los segundos es posible emplear campos de fuerza clásicos,atomísticos o de grano grueso. Sin embargo, el costo computacional de la obtenciónde dichos perfiles es muy elevado para la gran mayoría de los sistemas biológicos, inclusoimposibilitando en algunos casos su obtención. Siendo que en un perfil de energía libre seobtiene toda la termodinámica relevante para el sistema, y por ende todos los parámetrosasociados de importancia, subsanar esta imposibilidad es de suma importancia. En estatesis se realizaron desarrollos teóricos que permiten obtener perfiles de energía libre enmenor tiempo computacional, para diversos niveles de teoría, permitiendo así el estudiotermodinámico de procesos alostéricos y mecanismos de reacción de sistemas biológicosrelevantes.

Abstract:

One of the main goals of chemistry is to understand the underlying principles of chemicalreactions, in terms of both its reaction mechanism and the thermodynamicsthat govern it. Using hybrid Molecular Dynamics in combination with a biased samplingschemes, it is possible to simulate and obtain the Free Energy Profiles associated withbiological events, ranging from chemical reactions occurring inside complex environments (enzyme or aqueous solution) to protein conformational movements. The first requiere aquantum treatment, at least for the active site, this is why Hybrid Quantum/Classical methodsare choosen. While for the second, it is possible to only use classical force fields, eitheratomistic or coarse grain. However, the computational cost associated with the obtention ofsuch Free Energy Profiles is enormous for most biological systems, making it even impracticablein some cases. Since the free energy profile offers all the relevant thermodynamicsinformation for a system, and therefore all associated parameters of relevance, being able toobtain it, is of utmost importance. In this thesis we developed theoretical methodologies thatallow to obtain Free Energy Profiles in less computational time, for different levels of theory,thus allowing the thermodynamic study of allosteric processes and reaction mechanisms ofrelevant biological systems.

Citación:

---------- APA ----------

Ramírez, Claudia Lilián. (2016). Optimización en el cálculo de perfiles de energía libre. Desarrollo y aplicación a reacciones de interés biológico. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n6125_Ramirez

---------- CHICAGO ----------

Ramírez, Claudia Lilián. "Optimización en el cálculo de perfiles de energía libre. Desarrollo y aplicación a reacciones de interés biológico". Tesis Doctoral, Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, 2016.https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n6125_Ramirez

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