Methodological Approach to Conformational Search. A Study Case: Cyclodextrins

Abstract

No és difícil trobar exemples que mostrin la inqüestionable importància de la estereoquímica en temes com la salut o l'economia: D'una banda, la quiralitat és tristament ben coneguda a causa del desastre de la Talidomida. Per altra banda, varem trobar recentment un altre exemple no menys important dins el camp de les conformacions de macromolècules: La Malaltia de Creutzfeld-Jacob. Per això, creiem que és rellevant examinar amb més detall aquells temes relacionats amb els estudis conformacionals.<br/>A la present Tesi Doctoral es proposa un procés en dues etapes per a estudiar espais conformacionals de macromolècules mitjançant Simulated Annealing (SA) i Dinàmica Molecular (DM). Ambdues metodologies són ben conegudes dins el camp de la Modelització Molecular; no obstant això, la principal contribució aportada per aquest treball és el desenvolupament d'eines metodològiques millorades -descriptors moleculars adequats, anàlisi de saturació de conformacions i grau de solapament de trajectòries- per mesurar quantitativament l'evolució i convergència dels càlculs SA i MD.

No es difícil encontrar ejemplos que muestren la incuestionable importacia de la estereoquímica en temas como la salud o la economía: Por una parte, la quiralidad es tristemente bien conocida debido al desastre de la Talidomida. Por otra parte, encontramos recientemente otro ejemplo no menos importante dentro del campo de las conformaciones de macromoléculas: La Enfermedad de Creutzfeld-Jacob. Por ello, creemos que es relevante examinar más detenidamente aquellos temas relacionados con los estudios conformacionales.<br/>En la presente Tesis Doctoral se propone un proceso en 2 etapas para estudiar espacios conformacionales de macromoléculas mediante Simulated Annealing (SA) y Dinámica Molecular (DM). Ambas metodologías son bien conocidas dentro del campo de la Modelización Molecular; sin embargo la principal contribución aportada por este trabajo es el desarrollo de herramientas metodológicas mejoradas -descriptores moleculares adecuados, análisis de saturación de conformaciones y grado de solapamiento de trayectorias- para medir cuantitativamente la evolución y convergencia de los cálculos SA y MD.

It is not difficult to find examples that show the unquestionable importance of stereochemistry in human life and economy: On the one hand, chirality is unfortunately the most well known one due to the Thalidomide Disaster. On the other hand, there is a no less important example in recent years in the field of molecular conformations: the Creutzfeldt-Jakob Disease. In this sense, we think that it is worth paying more attention to conformational studies due to their indisputable relevance.<br/>A 2-stage process for studying Conformational Spaces of large macromolecules involving Simulated Annealing (SA) Conformational Search followed by series of Molecular Dynamics (MD) calculations is proposed in this PhD Thesis. Both methodologies are well-known ones in the Molecular Modelling area of knowledge; nevertheless, the main contribution made by this research work is the development of enhanced methodological techniques -suitable molecular descriptors, saturation analysis and trajectory overlapping ratio- for monitoring quantitatively how SA and MD calculations evolve.