Uhlíkové nanostruktury, biomolekuly a simulace

Scientific News In Carbon Nanostructures and Biomacromolecules

Představení MOLE 2.0

ScreenCapture_000 13.04.2012 - 

Článek kolektivu autorů výzkumných týmů doc. Otyepky (RCPTM) a prof. Koči (Masarykova Univerzita) byl přijat v prestižním časopise Nucleic Acids Research (IF2010 =  7.836). Článek pojednává o softwaru Mole 2.0. Jde o software vyvynutý společně s Masarykovou Univerzitou v Brně, který slouží pro hledání a analýzu tunelů, kanálů a pórů v (bio)makromolekulárních strukturách. Více informací na stránkách softwaru  Mole 2.0.

Cover Art of Journal of Chemical Theory and Computation

JCTC 11.04.2012 - 

 A recent paper written by RCPTM sicentists has been chosen as a Cover Art of Journal of Chemical Theory and Computation (IF2010 = 5,138). Atomistic molecular dynamics (MD) simulations of drug-like molecules embedded in lipid bilayers are of considerable interest as models for drug penetration and positioning in biological membranes. Here we analyze partitioning of coumarin in dioleoylphosphatidylcholine (DOPC) bilayer, based on both multiple, unbiased 3 μs MD simulations (total length) and free energy profiles along the bilayer normal calculated by biased MD simulations (7 μs in total). Based on the MD simulations, we recommend a suitable protocol to gain convergent free energy profiles. 

Prof. Pavel Hobza Dr.Sc. publikoval článek v prestižním vědeckém časopise

ACHR_small 25.01.2012 - 

Researcher of RCPTM Prof. Dr. Pavel Hobza (Personal page) published an article in one of the most prestigious chemical journal Accounts of Chemical Research (IF 21.852). The title is „Calculations on Noncovalent Interactions and Databases of Benchmark Interaction Energies“ (LINK) Acc. Chem. Res., Articles ASAP (As Soon As Publishable) Publication Date (Web): January 6, 2012 (Article).
Abstract: Although covalent interactions determine the primary structure of a molecule, the noncovalent interactions are responsible for the tertiary and quaternary structure of a molecule and create the fascinating world of the 3D architectures of biomacromolecules. For example, the double helical structure of DNA is of fundamental importance for the function of DNA: it allows it to store and transfer genetic information. To fulfill this role, the structure is rigid to maintain the double helix with a proper positioning of the complementary base, and floppy to allow for its opening. Very strong covalent interactions cannot fulfill both of these criteria, but noncovalent interactions, which are about 2 orders of magnitude weaker, can. This Account highlights the recent advances in the field of the design of novel wave function theory (WFT) methods applicable to noncovalent complexes ranging in size from less than 100 atoms, for which highly accurate ab initio methods are available, up to extended ones (several thousands atoms), which are the domain of semiempirical QM (SQM) methods.

Výroční vědecká konference Regionálního cenra pokročilých technologií a materiálů

atom 24.11.2011 - 

Dne 25.11.2011 se koná 1. Výroční konference Regionálního centra pokročilých technologií a materiálů. Konference je zaměřena na výsledky výzkumného centra, které byly dosaženy za dobu existence. V rámci konference bude probíhat prezentace témat z oblastí Nanokrystalických oxidů přechodných kovů v environmentálních, medicínských, katalytických a optických aplikacích, Uhlíkových nanostruktur, biomakromolekul a hybridních systémů – jejich syntéza, modelování interakcí a aplikace, Biologicky aktivních sloučenin a molekulárních magnetů na bázi komplexů přechodných kovů v interakci s nanokrystalickými magnetickými nosiči, Pokročilých optických a fotonických technologií, Pokročilých materiálů na bázi nanočástic kovů a hydridů kovů s mimořádnými redukčními, antibakteriálními, sorpčními a katalytickými vlastnostmi a Nanometrických systémů a nanotechnologií v nových analytických přístupech. Konference se pořádá v hotelu Akademie pod záštitou Generálního ředitele Regionálního centra pokročilých technologií a materiálů Prof. RNDr. Radka Zbořila, Ph.D. .

Prestižní a významné vědecké ocenění pro Prof. RNDr. Radka Zbořila, Ph.D.

radek_cena_small 10.11.2011 - 

Prof. Radek Zbořil z Katedry fyzikální chemie Přírodovědecké fakulty Univerzity Palackého obdržel Cenu ministra školství, mládeže a tělovýchovy za mimořádné výsledky ve výzkumu, experimentálním vývoji a inovacích za rok 2011. Z rukou ministra Josefa Dobeše ji převzal společně s dalšími třemi oceněnými 10. listopadu v Malém zrcadlovém sále MŠMT. Cena se uděluje za mimořádné výsledky dosažené na základě podpory poskytnuté z účelových nebo institucionálních výdajů na výzkum, experimentální vývoj a inovace z rozpočtové kapitoly MŠMT, od jejichž uplatnění neuplynulo do data předložení návrhu na udělení Ceny více než pět let. Cenu uděluje ministr 10. 11., při příležitosti Světového dne vědy pro mír a rozvoj a společně s prof. Radkem Zbořilem ji v tentýž den obdrželi také prof. Julius Lukeš z Biologického centra Akademie věd ČR, prof. Emil Paleček z Biofyzikálního ústavu Akademie věd ČR a prof. Jiří Zeman z 1. lékařské fakulty Univerzity Karlovy v Praze.

Head of the Division:
Assoc. Prof. Michal Otyepka, Ph.D.

Scientific focus of the division:

  • Synthesis of functionalized carbon-based materials (graphene, nanodiamonds, nanotubes, amorphous carbon, carbogenic quantum dots etc.) and their applications in biosensing, electrochemistry, water purification etc.
  • Theoretical design and synthesis of novel carbon-based materials including graphene derivatives
  • Development of hybrid carbogenic structures with embedded nanoparticles (Fe, Fe3O4,Si)
  • Combined experimental and theoretical description of interaction of carbon nanostructures with biomacromolecules and their functional components
  • Structure and dynamics of biomacromolecules and their functional components, interaction of biomacromolecules with membrane bilayer, enzyme and RNA catalysis, development of new theoretical tools for description of biomacromolecules, nanomaterials and their mutual interactions
  • Molecular dynamics simulations of biomacromolecules, force field development and testing (namely for RNA), quantum chemical and hybrid QM/MM calculations, simulation of lipid bilayer penetration, interaction of metals with graphene.


vp2

Superhydrophobic properties of textile due to impregnation by carbon nanotubes

Results highlights:

Granatier J, Lazar P, Otyepka* M, Hobza* P: The Nature of the Binding of Au, Ag, and Pd to Benzene, Coronene, and Graphene: From Benchmark CCSD(T) to Plane-Wave DFT Calculations. J. Chem. Theor. Comput., 7(11), 3743-3755, 2011 
Link

Ditzler, M.; Otyepka, M.; Sponer, J.; Walter, N. Molecular Dynamics and Quantum Mechanics of RNA: Conformational and Chemical Change We Can Believe In. Acc. Chem. Res., 2010, 1, 40-47. 
Link

Georgakilas V, Bourlinos AB, Zboril R, Steriotis TA, Dallas P, Stubos AK, Trapalis Ch. Organic functionalization of graphenes. Chem. Commun., 46(10), 1766-1768, 2010. 
Link

Riley, K. E.; Pitoňák, M.; Jurečka, P.; Hobza, P. Stabilization and Structure Calculations for Noncovalent Interactions in Extended Molecular Systems Based on Wave Function and Density Functional Theories, Chem. Rev. 2010, 110, 5023–5063. 
Link

Zbořil, R.; Karlický, F.; Bourlinos, A. B.; Steriotis, T. A.; Stubos, A. K.; Georgakilas, V.; Šafářová, K.; Jančík, D.; Trapalis, C.; Otyepka, M. Graphene Fluoride: A Stable Stoichiometric Graphene Derivative and Its Chemical Conversion to Graphene, Small 2010, 6, 2885-2891. 
Link

Bourlinos, A. B.; Georgakilas, V.; Zboril, R.; Steriotis, T. A.; Stubos, A. K. Liquid-Phase Exfoliation of Graphite Towards Solubilized Graphenes, Small 2009, 5, 1841-1845. 
Link

Bourlinos, A.B.; Stassinopoulos, A.; Anglos, D.; Zboril, R.; Karakassides, M.; Giannelis, E.P., Surface functionalized carbogenic quantum dots, Small 2008, 4, 455-458. 
Link

Banas, P.; Hollas, D.; Zgarbova, M.; Jurecka, P.; Orozco, M.; Cheatham III, T. E.; Sponer, J.; Otyepka, M., Performance of Molecular Mechanics Force Fields for RNA Simulations: Stability of UUCG and GNRA Hairpins, J. Chem. Theory and Comput. 2010, 6, 3836-3849. 
Link

Banas, P.; Walter, N.G.; Šponer, J.; Otyepka, M., Protonation States of the Key Active Site Residues and Structural Dynamics of the glmS Riboswitch As Revealed by Molecular Dynamics, J. Phys. Chem. B  2010, 114, 8701-8712. 
Link

Zgarbova, M.; Otyepka, M.; Sponer, J.; Mladek, A.; Banas, P.; Cheatham, T.E.; Jurecka, P.: Refinement of the Cornell et al. Nucleic Acids Force Field based on Reference Quantum Chemical Calculations of Glycosidic Torsion Profiles. J. Chem. Theory Comput., 2011 
Link

Pavlova, M.; Klvana, M.; Prokop, Z.; Chaloupkova, R.; Banas, P.; Otyepka, M.; Wade, R. C.; Tsuda, M.; Nagata, Y.; Damborsky, J. Redesigning Dehalogenase Access Tunnels as a Strategy for Degrading an Anthropogenic Substrate, Nature Chem. Biol. 2009, 5, 727-733.
Link

Petrek, M.; Otyepka, M.; Banas, P.; Kosinova, P.; Koca, J.; Damborsky, J. CAVER: A new tool to explore routes from protein clefts, pockets and cavities, BMC Bioinformatics 2006, 7, 316. 
Link


Scanning Probe Microscope

Scanning Probe Microscope



Scanning Electron Microscope

Scanning Electron Microscope



Biomolecular simulation

An obligue (RNA-RNA) interaction identified in reverse kink-turn

Visiting scientists – Team leaders:

Athanasios B. Bourlinos, Ph.D. (
Home institution: Institute of Materials Science (IMS) of the National Center for Scientific Research „Demokritos“, Greece)
Institute of Materials Science (IMS) of the National Center for Scientific Research „Demokritos“ is the major National Research Center in Greece. IMS is the succession of the Direction of Physics, one of the historical departments of Demokritos, which was established in year 1961. The combination of high quality scientific personnel and very good infrastructure has contributed to the achievement of excellent scientific work and substantial external funding of the order of 1 MEuro/year. In year 2000 IMS was awarded funds for the establishment of the Center of Excellence for Nanostructured Materials in Greece.

Assoc. Prof. Michael A. Karakassides (
Home institution: University of Ioannina, Department of Materials Science & Engineering, Greece)
Biomaterials, Hybrids and Mesoporous Materials Group group (group is led by Assoc. Prof. Michael A. Karakassides) was established in 2001 and currently gathers more than 15 researchers, including post-graduate students. It aims at a variety of topics in inorganic porous and hybrids solids, ceramics and glasses and nanomaterials, either in pure or in composite form. Advance applications, such as, biomaterials, carbon nanotubes, graphene, nanocomposites, and traditional ones, such as clay materials, vitrification and ceramization processing of industrially produced ceramics, water cleaning processing with the aid of hybrid nano-ceramic etc., are both included in the activities of BHMM group. High-importance objectives of the group, are the design and the development of new functional materials, including synthesis and processing optimization and characterization up to commercialization level.

Members of the division:


Name Title E-mail Phone number Research Group
Otyepka Michal doc., RNDr.Ph.D. michal.otyepka(at)upol.cz +420585634764 Uhlíkové nanostruktury
Hobza Pavel prof., Ing., DrSc. pavel.hobza(at)upol.cz +420585634760 Uhlíkové nanostruktury
Jurečka Petr doc., RNDr., Ph.D. petr.jurecka(at)upol.cz +420585634760 Uhlíkové nanostruktury
Berka Karel Mgr.,Ph.D. karel.berka(at)upol.cz +420585634769 Uhlíkové nanostruktury
Banáš Pavel Mgr.,Ph.D. pavel.banas(at)upol.cz +420585634769 Uhlíkové nanostruktury
Karlický František Mgr., Ph.D. frantisek.karlicky(at)upol.cz +420585634767 Uhlíkové nanostruktury
Šafářová Klára Mgr., Ph.D. klara.safarova(at)upol.cz +420585631429 Uhlíkové nanostruktury
Lazar Petr Mgr., Ph.D. Uhlíkové nanostruktury
Košinová Pavlína Mgr., Ph.D. pavlina.kosinova(at)upol.cz +420585634766 Uhlíkové nanostruktury