Mikrohydratace párů bazí guaninu-cytosinu a jejich tautomerů Byly studovány populace a povrchy potenciální energie komplexů tautomerů guaninu-cytosinu, jejich izolované, monohydratované a dihydratované formy. Za použití metod molekulové mechaniky spojené s quenchingem byly nalezeny jako nejvíce populované motivy vodíkově vázané struktury, následované strukturami tvaru T a patrovými strukturami. Vodíkově vázané struktury jsou četnější u keto--keto kombinací tautomerů než u enol--enol. Populace jsou rovněz ovlivněny počtem přítomných molekul vod. Se vzrůstajícím počtem molekul vod roste podíl patrových struktur. Na základě výpočtů interakčních energií lze říci, že patrové struktury mohou být lépe hydratovány než vodíkově vázané struktury nezávisle na typu tautomeru. Existence strutur tvaru T se zdá být podmíněna přítomností jen několika málo molekul vody. Lze předpokládat, že větší množství molekul vody povede k preferenci patrových struktur. U některých kombinací tautomerů (G19C2B, G91C1, G91C2A, G91C2B) byla pozorována vyšší stabilita u dihydratovaných komplexů patrové struktury než u vodíkově vázaných. Kombinace keto--keto tautomerů jsou stabilnější než ostatní kombinace. Vliv okolí na excitované stavy nukleových kyselin Velmi krátké doby života nukleových kyselin jim dovolují rychlou relaxaci do základního stavu bez interakce s dalšími molekulami a změny strutury. Tato velmi rychlá relaxace se odehrává v řádu pikosekund a je pravděpodobné, že přispívá k odolnosti DNA před UV zářením. Dobře jsou prostudovány excitované stavy izolovaných nukleových kyselin. Mnohem méně je však známo o jejich chování v přirozeném prostředí molekuly DNA. To je cíl studií prezentovaných v této práci pomoci porozumnět chování nukleových kyselin v molekule DNA. Pro studium výše zmíněných efektů byly vybrány systémy zahrnující model single- a double-strandu DNA vytvořené z methylovaných bazí nukleových kyselin (4-APY-S a 4-APY-DS) a více realistické modely zahrnující dodekamer DNA obklopený molekulami vody a iontů (GUA-DNA a CYT-DNA). Okolí obklopující excitovanou aminokyselinu bylo počítáno pomocí empirického potenciálu. Popis fotodynamiky byl založen na základě vyhodnocení klíčových částí povrchu potenciální energie (gradienty energie, neadiabatické couplingy vypočtené metodami založenými na multi-konfigurační vlnové funkci). Excitovaný stav byl omezen pouze na nukleovou kyselinu --- cytosin nebo guanin (GUA-DNA a CYT-DNA), nebo 4-aminopyrimidin použitý jako model adeninu (4-APY-S a 4-APY-DS). Je potřeba zdůraznit, že naše studie nezahrnují a nedokážou vysvětlit procesy jako přenos náboje v excitovaném stavu nebo vytvoření excimeru nebo exciplexu. Na základě našich pozorování můžeme říci, že tvorba vodíkových vazeb mezi molekulami v rámci jednoho řetězce DNA mohou pomoci molekule v excitovaném stavu efektivněji relaxovat do stavu základního. To lze vysvětlit u více efektivních relaxací tím, že vodíkové vazby pomáhají udrže více zkrabacenou strukturu, která je klíčová pro dosažení kónické intersekce. Vliv vodíkových vazeb vznikajících v rámci jednoho řetězce je mnohem komplikovanější a závisí na relaxačním mechanismu každé nukleové kyseliny. To bylo potvrzeno porovnáním fotodynamiky CYT-DNA a GUA-DNA. V prvním případě relaxace probíhá přes téměř rovinnou strukturu kónické intersekce, díky tomu není relaxační proces příliš ovlivňován okolím a výsledná doba života je stejná jako u samotného cytosinu. Narozdíl od cytosinu, guanin relaxuje přes výrazně zkrabacené struktury s NH2 skupinou deformovanou mimo rovinu heterocyklického kruhu. Vodíkové vazby vznikající mezi řetězci molekuly DNA naopak brzí proces relaxace do základního stavu a prodlužují tak dobu života excitovaného stavu.Microhydration of tautomers of guanine-cytosine base pairs The populations and potential energy surfaces of bare, monohydrated and dihydrated complexes of guanine-cytosine and their various tautomer combinations were explored. Using the molecular dynamics quenching method it was found that the most populated motifs are planar hydrogen bonded structures, followed by T-shaped and at the least stable stacked structures. The keto--keto tautomers produce more planar hydrogen bonded complexes than enol--enol combinations. The populations are affected by a presence of water molecules. Incresing of the number of water molecules results in a significant increase of stacked complexes. Based on the calculations of interaction energies it can be concluded, that stacked complexes can be better hydrated than planar hydrogen bonded complexes, regardless of the type of tautomer. The existence of T-shaped structures seems to be dependent on the presence of several water molecules. One can expect that a large number of water molecules will lead to preference of stacked structures. Water molecules can bind more strongly to stacked complexes. In some combinations (G19C2B, G91C1, G91C2A, G91C2B) the dihydrated stacked complexes are more stable than planar hydrogen bonded. The keto--keto (HB, ST, TS) complexes are more stable than other combinations. Influence of the surrounding on excited states of nucleic acids Very short lifetimes of excited states of all nucleobases observed in the gas phase allow for their relaxation to the ground state without changing their identity preventing any change to different species. This ultrafast relaxation dynamics (in the order of picoseconds or less) of DNA bases is suggested to be responsible for the photostability of the genetic code. The excited state behavior is well understood for the gas phase species. Much less is, however, known for nucleobases about their behavior when embedded in the DNA structure. It was the aim of the studies presented in this thesis to examine some effects of the DNA environment which would improve understanding of excited state behavior of DNA. To study these effects different models of DNA were used, including single- and double-strands modeled by methylated nucleobases (APY-S and APY-DS) or more realistic dodecamer fragment of DNA in water environment (GUA-DNA and CYT-DNA). The environment was described by empirical potentials. The description of dynamical behavior was based on the evaluation of PES, energy gradients and non-adiabatic couplings using multi-configurational wave-function-based methods. The excited state behavior was confined to nucleobase cytosine or guanine (CYT-DNA and GUA-DNA) or the 4-APY used as a model of adenine (4-APY-S and 4-APY-DS). It should be emphasized that the description used in our studies does not allow explaining processes such as charge-transfer excited states or excimer and exciplex formations. Our observations let to suggestion that the formation of the intra-strand hydrogen bonds tend to make the relaxation process more efficient. This is explained by a more effective relaxation in which the intra-strand hydrogen bonds help to preserve highly puckered structures necessary to reach the conical intersections. The effect of the inter-strand hydrogen bonds is more complicated and depends on the relaxation mechanism of a particular nucleobase. This is documented by comparison of photodynamics of CYT-DNA and GUA-DNA. In the former case the relaxation proceeds via semi-planar conical intersections and, thus, the resulting lifetime is similar to that found for isolated cytosine. On the contrary, the guanine relaxation requires strongly puckered structures with out-of-plane deformation of NH2 group. The inter-strand hydrogen bonds restrict formation of such structures, and consequently, significantly increase the excited state lifetime compared to gas phase species.