Geri Dön

Makromoleküllerin simülasyonunda solvent etkilerinin araştırılması ve etkin algoritmaların geliştirilmesi

Investigation of solvation effects in simulations of macromolecules and development of effective algorithms

  1. Tez No: 216200
  2. Yazar: GÖKHAN GÖKOĞLU
  3. Danışmanlar: PROF.DR. TARIK ÇELİK
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Protein katlanması, simülasyon teknikleri, çözücü etkileri, multikanonik teknik, Protein folding, simulation techniques, solvation effects, multicanonical technique
  7. Yıl: 2007
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 117

Özet

Protein ve polipeptitlerde, 3D yapının biyolojik aktivite üzerinde büyük etkisi olduğu bilinmektedir. Biyolojik olmayan ancak nanoteknolojik uygulamalar açısından önem taşıyan bazı polimerlerde de konformasyon ve işlev arasında ilişki bulunmuştur. Bu gerçekler, proteinlerin hangi fiziksel koşullar altında, neden ve nasıl katlandığı sorusunu gündeme getirmektedir. Son yıllarda çok sayıda teorik ve deneysel çalışma, bu tür makromoleküllerin 3D kararlı yapısının belirlenmesi üzerine odaklanmıştır. Özellikle proteinler ve spin camlar gibi kompleks sistemlerin potansiyel enerji yüzeyleri çok sayıda lokal minimuma sahip olup girintili çıkıntılıdır. Simülasyon sırasında sistemin bu lokal minimumlardan birine takılması sonucu sistemin konfigürasyon uzayı yeterince örneklenemez. Bu nedenle sisteme ilişkin bulunan değerler büyük ölçüde gerçeği yansıtmaktan uzaktır. Başta multikanonik teknik olmak üzere genelleştirilmiş küme algoritmaları, potansiyel enerji yüzeyinde bir boyutlu bir rasgele yürüyüş yaparak sistemin olası tüm konfigürasyonlarının örneklenmesini olanaklı kılar. Multikanonik simülasyon tekniği, klasik simülasyon tekniklerinin birçoğunda karşılaşılan kritik yavaşlama, ergodisitenin bozulması gibi sorunlarda iyileşme sağlamıştır. Bu tür sorunlarla sık karşılaşılan faz geçişi ve optimizasyon problemlerinde multikanonik algoritma, metropolis, heat-bath gibi algoritmalarla karşılaştırıldığında üstünlüğe sahiptir. Bu çalışmada genelleştirilmiş küme algoritmaları; çözücü içerisindeki çeşitli polipeptit zincirlerinde birincil (primary, amino asit dizilimi) yapıdan yola çıkılarak ikincil yapının konformasyon uzayının belirlenmesi amacıyla kullanılmıştır. Genel anlamda, polipeptit zincirlerinin içinde bulunduğu ortam ile etkileşmesini ifade eden çeşitli çözücü (solvent) yaklaşımları simülasyonlarda kullanılarak, çözücü moleküllerinin protein ve polipeptit konformasyonları üzerindeki etkisi derinliğine irdelenmiş, çözücü modellerinin doğasındaki fiziksel etkileşmeler göz önüne alınarak geçerlilikleri araştırılmıştır. Bu etkileşmelerin, simülasyon algoritmalarının işleyişi üzerindeki etkileri de araştırılarak çeşitli algoritmaların bu sistemlerin incelenmesindeki kullanılabilirliği tartışılmıştır.

Özet (Çeviri)

It is well known that 3D structure of proteins and polypeptides plays an important role due to their biological activities. The relation between structure and function is also identified for some polymers which are non-biologic and have important nano-technological applications. These facts pronounce some important questions such that how and why proteins fold. In recent years, number of theoretical and experimental studies focus on the determination of 3D stable structures of these kind of macromolecules. Complex systems like proteins and spin glasses have rough energy landscape consisting tremendous number of local minima. In simulation process, if the systems is trapped in one of the these local minima, configuration space of the system cannot be sampled effectively. In this case, the obtained data for the system would be far from the reality. Generalized ensemble algorithms, specially multicanonical technique, perform a one-dimesional random walk in energy space and enables one to sample all possible configurations of the system. Multicanonical simulation technique overcomes the problems on ergodicity, critical slowing down and trapping which are encountered in conventional simulation methods. Therefore, it has an advantage in phase transition and optimization problems compared to metropolis and heat-bath algorithms. Generalized ensemble techniques have been used for the determination of conformational space of secondary structure of polypeptide chains in solvent starting from their amino acid sequence. Solvent approximations, which mimics the interaction of polypeptide chain with the environment, was used in simulations and effects of solvent molecules on protein conformations were investigated. Validity of solvent models was discussed by means of all known physical interactions. The effects of these interactions on functions of simulation algorithms was also investigated and feasibility of various algorithms in simulation of these systems were discussed.

Benzer Tezler

  1. Çoklu dizi hizalama probleminin yapay arı koloni algoritması ile çözülmesi

    Solving multiple sequence alignment problem with artificial bee colony algorithm

    SELÇUK ASLAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2013

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolErciyes Üniversitesi

    Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    YRD. DOÇ. DR. CELAL ÖZTÜRK

  2. Experimental and theoretical approaches in macromolecules design, synthesis, modification and nanosensor applications

    Makromoleküllerin dizayn, sentez ve modifikasyonunda teorik ve deneysel yaklaşımlar ve nanosensör uygulamaları

    MERVE SENEM AVAZ

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Bilim ve TeknolojiSabancı Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. YUSUF ZİYA MENCELOĞLU

  3. Makromoleküllerin simülasyon teknikleri ile incelenmesi

    Investigation of macromolecules with simulation techniques

    ÖZGÜR GÜVEN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2021

    BiyofizikHacettepe Üniversitesi

    Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. FATİH YAŞAR

  4. Synthetic strategies for complex macromolecular architectures

    Karmaşık makromoleküllerin sentezinde sentetik yöntemler

    YONCA ALKAN GÖKSU

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Kimyaİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. YUSUF YAĞCI