UEF väitös 21.8.: NMR-spektriparametrien mallintamisesta apua molekyylien rakenteen ja liikkeiden selvittämiseen

Väitös farmaseuttisen kemian alalta

Väittelijä: FM Juuso Lehtivarjo

Aika ja paikka: 21.8.2014 klo 12, auditorio CA100 (entinen L1), Canthia, Kuopion kampus

Filosofian maisteri Juuso Lehtivarjon väitöstutkimuksessa kehitettiin kaksi uutta menetelmää ydinmagneettisen resonanssispektroskopian (NMR) spektriparametrien mallintamiseen molekyylirakenteen perusteella. NMR-spektrin parametrit ovat riippuvaisia atomiydinten kemiallisesta ympäristöstä, minkä vuoksi NMR on tehokas menetelmä molekyylin rakenteen ja liikkeiden tutkimiseen atomitasolla ja toisaalta mahdollistaa spektriparametrien laskennallisen mallintamisen, mikäli molekyylirakenne tunnetaan. Tätä mahdollisuutta voidaan käyttää hyväksi molekyylien rakenteita ja liikkeitä tutkittaessa.

Kemialliset siirtymät eli atomiydinten antamien signaalien paikat spektrissä ovat NMR-spektrin tärkeimpiä parametreja. Niiden käyttö proteiinien rakennetutkimuksessa on lisääntynyt viime vuosina kemiallisen siirtymän mallinnusmenetelmien tarkkuuden parantumisen myötä. Kemialliset siirtymät ovat kuitenkin riippuvaisia proteiinin kolmiulotteisen rakenteen lisäksi myös proteiinin liikkeistä. Tämän vuoksi väitöskirjatyössä kehitettiin uudenlainen proteiinien kemiallisen siirtymän mallinnusmenetelmä, joka ottaa myös proteiinien liikkeet huomioon.

Kehitetyssä menetelmässä molekyylin liikkeet kartoitettiin molekyylidynamiikkasimulaatioiden avulla. Liikkeiden suhteen keskiarvoistetuista rakenneparametreista tehtiin pääkomponenttiregressiomallit proteiinin pääketjun ja useimpien sivuketjujen ytimien kemiallisille siirtymille. Dynaamisen mallin mallinnustarkkuus oli huomattavasti parempi kuin liikkumattomista proteiineista tehdyn mallin, mikä kuvastaa liikkeiden tärkeyttä kemiallisen siirtymän kuvaamisessa. Kehitetty menetelmä soveltuu näin ollen erityisesti apuvälineeksi proteiinien liikkeiden tutkimiseen. Projektin yhteydessä syntyi myös vapaasti käytettävissä oleva kemiallisen siirtymän mallinnusohjelma 4DSPOT (www.uef.fi/4dspot).

NMR-spektri voidaan simuloida tietokoneella täydellisesti kvanttimekaanisia periaatteita käyttäen, kunhan spektriparametrit tiedetään. Edellä mainittujen kemiallisten siirtymien lisäksi on tunnettava kytkentävakiot, spektriparametrit, jotka aiheuttavat NMR-signaalien hienorakenteen. Parametreja iteratiivisesti säätämällä voidaan simuloitu spektri sovittaa vastaamaan havaittua spektriä. Tämänkaltainen spektrianalyysi voidaan suorittaa useimmissa tapauksissa automaattisesti, mikä tekee NMR:stä käyttökelpoisen menetelmän molekyylien rakenteen varmistamiseen. Automaattiset rakenteenvarmistusmenetelmät ovat tärkeitä erityisesti lääketeollisuudelle, sillä lääkekehitysprojekteissa väärien lähtöaineiden käyttö voi johtaa virheellisiin johtopäätöksiin.

Väitöskirjan toisessa osassa mallinnettiin pienmolekyylien kytkentävakioita automaattista spektrianalyysiä varten. Käyttötarkoituksesta johtuen mallinnusmenetelmä kehitettiin painottaen kattavuutta ja nopeutta, minkä vuoksi se perustuu hajautustaulupohjaiseen tietokantahakuun. Haun jälkeen molekyylin rakenteen tarkempi vaikutus kytkentävakioihin mallinnetaan k:n lähimmän naapurin menetelmällä. Kehitetyn mallinnusmenetelmän etuna on sen helppo laajennettavuus, minkä vuoksi sitä voidaan käyttää minkä tahansa tyyppisten kytkentävakioiden mallintamiseen.

Filosofian maisteri Juuso Lehtivarjon väitöskirja Predicting NMR parameters from the molecular structure (NMR-parametrien mallintaminen molekyylirakenteesta) tarkastetaan Itä-Suomen yliopiston terveystieteiden tiedekunnassa. Vastaväittäjänä toimii professori Aatto Laaksonen Tukholman yliopistosta ja kustoksena dosentti Mikael Peräkylä Itä-Suomen yliopistosta.

Juuso Lehtivarjo on syntynyt vuonna 1983 Valkealassa ja kirjoittanut ylioppilaaksi vuonna 2002 Voikkaan lukiosta. Hän on suorittanut filosofian maisterin tutkinnon vuonna 2008 Kuopion yliopistossa.

Väittelijän painolaatuinen kuva on osoitteessa http://www.uef.fi/vaitoskuvat

Lisätietoja: Juuso Lehtivarjo, p. 050 4662612, juuso.lehtivarjo (at) uef.fi

Yhteystietoja ei saa julkaista.

Yrityksestä

Itä-Suomen yliopisto on yksi Suomen suurimmista tiedeyliopistoista. Yliopiston toiminnassa korostuu monitieteisyys. Opetusta on yli sadassa pääaineessa. Tasokkaan opetuksen lisäksi yliopisto tarjoaa opiskelijoilleen nykyaikaisen opiskeluympäristön, jota kehitetään jatkuvasti. Yliopistolla on kampukset Joensuussa, Kuopiossa ja Savonlinnassa. Tiedekuntia on neljä: filosofinen tiedekunta, luonnontieteiden ja metsätieteiden tiedekunta, terveystieteiden tiedekunta sekä yhteiskuntatieteiden ja kauppatieteiden tiedekunta. Yliopistossa on noin 15 000 opiskelijaa ja se työllistää lähes 2 800 henkilöä.

Yhteyshenkilöt

  • Itä-Suomen yliopisto
    Joensuu / Kuopio / Savonlinna
    http://www.uef.fi
  • Joensuun kampus
    Yliopistokatu 2, PL 111, 80101 Joensuu
  • Kuopion kampus
    Yliopistonranta 1, PL 1627, 70211 Kuopio
  • Savonlinnan kampus
    Kuninkaankartanonkatu 5-7, PL 86, 57101 Savonlinna

Tilaa