Thesis for students

 

Tema 1/5: Karotinoidų molekulinių strukturų ir jų spektrų modeliavimas tankio funkcionalų metodais su superkompiuteriu

Carotenoid structure and spectral properties study using DFT methods with supercomuters

Karotinoidai yra paplitę yra paplitę gyvojoje gamtoje, kurių savybės išnaudojamos įvairiuose procesuose[1,2]. Pavyzdžiui likopenų karotinoidai nulemia pomidorų raudoną spalvą. Skirtinguose tirpaluose likopenas gali lemti ne tik raudoną, bet ir gelsvą spalvą. Likopenų spektrinės savybės žinomos pomidoruose, kristaluose ir tirpaluose, bet savybių prigimtis iki galo nėra aiški. Panašius procesus su karotinoidais galima stebėti vežiuose. Karotinoidai taip pat savo funkcijas turi ir lapuose. Darbo tikslas skaičiuoti įvairių karotinoidų struktūrines ir spektrines savybes, Ramano spektrus. Reikės modeliuoti dimerines struktūras, atlikti kvantinę molekulių dinamiką. Atlikti ab initio skaičiavimus su Gaussian 09 arba įsisavintais kitais paketais. Skaičiavimai bus atliekamai superkompiuteriu „Fizika 2000“.

Literatūra

[1] Macernis M; Sulskus J; Malickaja S Ruban A; Valkunas L, Resonance Raman Spectra and Electronic Transitions in Carotenoids: A Density Functional Theory Study, J. Phys. Chem. A, 118 (10), 1817–1825 (2014).

[2] Macernis M, DFT functional analysis for the modeling Raman bands and absorption spectra of the lycopene structure, Open Acc. J.  Chem., 1-10 (2018)

 

Tema 2/5: DNR kirpimo mechanizmo tyrimas tankio funkcionalų metodais su superkompiuteriu

DNA Restriction endonuclease cleavage mechanisms DFT study  using supercomuters

 

BCNI baltymas atpažįsta ir nukerpa tam tikras DNR sekas. Atpažinimo ir kirpimo mechanizmas nėra suprastas, tad reikalingas QM/MM modeliavimas. Darbo tikslas ištirti kaip ir kurios DNR struktūrinės dalys sudaro ryšius su BcnI baltymu. Darbo rezultatai patikslins apytiksliai žinomas BCNI aktyvių centrų atomų padėtis, bei kur ir kokie susidaro ryšiai tarp DNR ir BcnI baltymo. Darbe reikės paruošti apie 2 tūkst. atomų baltymų struktūras AMBER paketui. Atlikti DFT skaičiavimus su Gaussian 09 paketu. Skaičiavimai bus atliekamai superkompiuteriu „Fizika 2000“.

 

Tema 3/5: Retinalio moelkulės energetinių paviršių modeliavimas baltiminėje aplinkoje su superkompiuteriu

Retinal molecule potential energy surface study in protein environment using supercomuters

Kvantinės chemijos metodai, tokie kaip DFT, kartu su molekulių mechanika, panaudojant superkompiuterių resursus, leidžia modeliuoti dideles molekulines struktūras, baltymus. Naudojant DFT metodiką galima modeliuoti retinalio molekulę ir Bakteriorodopsino baltymą. Bakteriorodopsino baltymas yra eksperimentiškai tiriamas vienas iš modelinių sistemų, kurią sudaro opsino baltymas ir retinalio molekulė. Baltymas pumpuoja protonus, po to kai retinalis sugeria matomą šviesą. Retinalio molekulė struktūriškai yra puse tipinės karotinoido (betakaroteno) molekulės, kurių spektrinės savybes daugiausia nulemtos polyeninės grandinėlės. Visgi Retinalio sužadintos energijos visiškai skiriasi tiek nuo tipinių karotinoidų, tiek nuo polieno molekulių [1]. Darbo tikslas ištirti kaip ir kurios retinalio struktūrinės dalys nulemia kitokias spektrines savybes, bei kaip molekulei daro įtaką aplinkui esanti baltymo struktūra. Darbe reikės paruošti 2 tūkst. atomų baltymų struktūras AMBER paketui. Atlikti DFT skaičiavimus su Gaussian 09 arba kitu įsisavintu paketu. Skaičiavimai bus atliekamai superkompiuteriu „Fizika 2000“.

Literatūra

[1] Kietis BP, Macernis M, Sulskus J, Valkunas L, Estimation of the permanent dipole moment of Bacteriorhodopsin, Lith. J. Phys. 50, 451–462 (2010).

 

Tema 4/5: Alicino molekulės kompleksų modeliavimas su superkompiuteriais

Complex of allicin molecules study using supercomputers

Aprašymas:

Medicinoje didelis susidomėjimas yra česnaku ir jo ekstraktais, kurie turi gydomųjų savybių nuo bakterinių, virusinių infekcijų, teigiamai veikia imuninę sistemą, naikina vėžines ląstelės ir grybelius. Nors žinoma, kad pagrindinė molekulė atsakinga už šias savybes yra alicinas (Allicin), bet jos tikslus veikimas nėra žinomas [1,2]. Darbo tikslas alicino molekulės skaičiavimas ab initio metodais, kompleksų modeliavimas. Atlikti DFT skaičiavimus su Gaussian 09 paketu. Skaičiavimai bus atliekamai superkompiuteriu „Fizika 2000“.

Literatūra

[1] Borlinghaus J., Albrecht F, Gruhlke M. C. H., Nwachukwu I. D., Slusarenko A. J. Allicin: Chemistry and Biological Properties. Molecules 19, 12591-12618 (2014).

[2] Macernis M. On the dimers stability of allicin and its derivatives interacting with AT, GC, and DNA bridge: DFT study, J. Chem., (2017)

 

Tema 5/5: Kvantinės chemijos skaičiavimų rezultatų duomenų bazė ir informacinė sistema

The Database and Information Systemfor the results of the Quantum Chemical calculations

Superkompiuterių kvantinės chemijos panaudojimo efektyvumui naudojamos sistemos kaip WebMO, kurios skirtos uždavinių paruošimui ir vykdymui. Tuo tarpu labai svarbu tinkamai saugoti jau atliktus skaičiavimus. Tam,  kad  vartotojas  galėtų  lengviau pasiekti  ir  redaguoti  tuos  duomenis,  yra  naudojamos informacinės sistemos, kurios palengvina darbą su duomenų bazėmis –pateikiama paprasta aplinka duomenims įkelti, tvarkyti, trinti ir atvaizduoti. Skirtingi  kvantinės  chemijos  programų  paketai  turi didelį  kiekį  skirtingų  skaičiavimo algoritmų, iš kurių vieni sutampa, o kiti skiriasi. Darbo tikslas automatizuoti ir pritaikyta  kvantinės  chemijos  skaičiavimų  rezultatų  leidimui, saugojimui,  jų  automatizuotai  analizei ir turėtų  informacinę  sistemą,  kurioje  daugelis vartotojų (šiuo metu pritaikyta vienam vartotojui)  gali  lengvai  pasiekti  bei  tvarkyti  kvantinių skaičiavimų duomenis.

 

 

 

 

 

 

  • Carotenoid structure and spectral properties study using DFT methods with supercomuters
  • DNA Restriction endonuclease cleavage mechanisms DFT study  using supercomuters
  • Retinal molecule potential energy surface study in protein environment using supercomuters
  • Complex of allicin molecules study using supercomputers
  • The Database and Information Systemfor the results of the Quantum Chemical calculations