Bachelor's Thesis

Photocontrolled Biomolecules

Final Thesis 1.86 MB Appendix 12.8 MB

Author of thesis: Dr. techn. Jakub Planer

Acad. year: 2014/2015

Supervisor: RNDr. Petr Kulhánek, Ph.D.

Reviewers: doc. Ing. Miroslav Bartošík, Ph.D., RNDr. Robert Vácha, Ph.D.

Abstract:

This work is focused on molecular dynamics simulations of artificial photosensitive ion channel and AFM probe. To assemble this ion channel, DFT methods were employed for reparametrization of the GAFF force field describing the bridged azobenzene, which was used as a light controlled molecular switch. We proved by molecular dynamics simulations that newly developed parameters correctly describe behavior of assembled model of ion channel in a lipid bilayer. We also constructed a model of AFM probe and observed formation of water meniscus between the AFM probe and surface, both made of α-quartz, by employing molecular dynamics simulations. A contribution of this work is the set of new parameters extending GAFF force field for description of the bridged azobenzene. We also verified functionality of ion channel model and model of AFM probe, which can be used for the further water meniscus studies.

Keywords:

Reparametrization, molecular mechanics, molecular dynamics, DFT, ion channel, bridged azobenzene, AFM probe, water meniscus

Date of defence

25.06.2015

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Language of thesis

Czech

Faculty

Fakulta strojního inženýrství

Department

Institute of Physical Engineering

Study programme

Applied Sciences in Engineering (B3901-3)

Field of study

Physical Engineering and Nanotechnology (B-FIN)

Composition of Committee

prof. RNDr. Tomáš Šikola, CSc. (předseda)
prof. RNDr. Miroslav Liška, DrSc. (místopředseda)
prof. RNDr. Bohumila Lencová, CSc. (člen)
prof. RNDr. Jiří Komrska, CSc. (člen)
prof. RNDr. Petr Dub, CSc. (člen)
prof. RNDr. Radim Chmelík, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Jiří Spousta, Ph.D. (člen)
prof. Ing. Ivan Křupka, Ph.D. (člen)
prof. RNDr. Pavel Zemánek, Ph.D. (člen)
RNDr. Antonín Fejfar, CSc. (člen)

Supervisor’s report
RNDr. Petr Kulhánek, Ph.D.

Rád bych ocenil přístup studenta k řešené problematice, kdy musel skloubit několik teoreticky i technicky náročných přístupů z oblasti výpočetní chemie. Studentem vytvořené modely fotocitlivého iontového kanálu a AFM hrotu budou využity v dalším výzkumu.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosažené vysledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A
Samostatnost studenta při zpracování tématu A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
doc. Ing. Miroslav Bartošík, Ph.D.

Bakalářská práce Jakuba Planera je zaměřena na využití metod molekulární dynamiky a teorie funkcionálu hustoty pro výpočty biochemického fotocitlivého iontového kanálu a vodního menisku mezi hrotem atomárního silového mikroskopu a povrchem. Navzdory šíři uvedené problematiky se podařilo autorovi v problematice výborně zorientovat, což dokládá text, který je psán srozumitelně a s přehledem. V případě simulace vodního menisku oceňuji dosažení tvaru, který odpovídá reálně měřené skutečnosti prostřednictvím environmentálního SEM, a který je možné použít pro zjištění dalších fyzikálních parametrů. Občasně jsem zaregistroval gramatické nepřesnosti, které uvádím v příloze, které však nijak nenarušují vynikající kvalitu práce, kterou celkově hodnotím jako výbornou.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. vysledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti A
Grafická, stylistická úprava a pravopis B
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. Jaké jsou možnosti výpočtu silového působení mezi hrotem AFM a povrchem za přítomnosti vodního menisku při fixaci hrotu v různých vzdálenostech v programu?

Grade proposed by reviewer: A

Reviewer’s report
RNDr. Robert Vácha, Ph.D.

Práci hodnotím jako výbornou s neobvyklým množstvím kvalitně odvedené práce. Hodnocení B u formálních náležitostí je způsobeno použitím hovorového jazyka a neúplného dodržení jednotného citačního stylu.
Evaluation criteria Grade
Splnění požadavků a cílů zadání A
Postup a rozsah řešení, adekvátnost použitých metod A
Vlastní přínos a originalita A
Schopnost interpretovat dosaž. vysledky a vyvozovat z nich závěry A
Využitelnost výsledků v praxi nebo teorii A
Logické uspořádání práce a formální náležitosti B
Grafická, stylistická úprava a pravopis A
Práce s literaturou včetně citací A
Topics for thesis defence:
  1. Mají všechny atomy křemíku a kyslíku v hrotu z křemene stejné parametry bez ohledu na sousedící atomy? Z důvodu reprodukovatelnosti a ověření korektnosti by v práci měly být obsaženy všechny parametry simulací.

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová