Geri Dön

A coarse grained model of DNA and supercoiling dynamics

Düşük çözünürlüklü bir DNA modeli ve süpersarmallanma dinamikleri

PDF İndir

  1. Tez No: 332225
  2. Yazar: MURAT ÖZTURK
  3. Danışmanlar: YRD. DOÇ. MEHMET SAYAR, YRD. DOÇ. ALKAN KABAKÇIOĞLU
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Biyofizik, Biophysics
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2013
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Koç Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Hesaplamalı Bilimler ve Mühendislik Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 65

Özet

DNA polimerleri tüm canlılardaki temel bilgi saklama mekanizmasını oluşturmaktadır. Biyolojik fonksiyonunun yanında, DNA moleküllerinin teknolojik olarak nano yapıların üretiminde yapıtaşı olarak kullanılması da mümkündür. DNA'nın çift sarmallı moleküler yapısı 1953?de keşfedilmesine rağmen, zamana bağlı davranışı hakkında çok az şey bilinmektedir. Son yıllarda, tek molekül deneylerinin de gelişmesiyle bu alanda örneği görülmemiş çalışmalar yapılmasına rağmen, deneylerin çözünürlüğü sınırlı kalmaktadır.DNA üzerinde moleküler simulasyonlar yapmak mümkün olsa da, bunlar hesaplama maliyeti nedeniyle zaman ve uzunluk ölçeklerinde sınırlı kalmaktadır. Düşük çözünürlüklü modeller moleküler simulasyonların hesaplama maliyetini düşürürken, gerçekçiliğini korumayı amaçlamaktadır. Biz de bu çalışmada hem tek hem de çift iplikli DNA moleküllerini temsil edebilecek düşük çözünürlüklü bir DNA modeli öneriyoruz. Süpersarmallanma, burkulabilir bir polimer olan DNA?nın üzerindeki burkulmaya yönelik gerilimi ifade etmek için kullandığı bir mekanizmadır. Süpersarmallanma, bir çok organizmanın genom paketleme esnasında kullandığı bir mekanizma olup, gen ifadesinde de etkili bir rol oynadığı düşünülmektedir. Yakın zamanda yapılan bir tek molekül deneyi, fazla burkulmuş bir DNA molekülünün süpersarmallanması üzerine yeni gözlemler önermiştir. Bu deneyde, fazladan burkulmuş bir DNA molekülünün üzerindeki süpersarmallı bölgelerin difüzyonun yanında daha hızlı hoplama hareketleri de sergilediği gözlenmiştir.Biz de bu çalışmada bu deneyi düşük çözünürlüklü bir DNA modeli kullanarak bilgisayar ortamında yeniden canlandırdık. Böylece deneyde gözlemlenmesi mümkün olmayan süpersarmallanmış DNA yapılarını gözlemledik. Bunun yanında, deneyde gözlemlenen hoplama hareketlerini yeniden canlandırıp deneylerde ölçülemeyen bazı çoklukları da ölçerek, bir hoplama mekanizması önermeyi amaçladık.

Özet (Çeviri)

DNA polymers are the primary containers of information in all living organisms. In addition to its fundamental role as a biomolecule, DNA has technological applications as a building block for nanostructures. Even though molecular structure of DNA was established as a double helix in 1953, very little about its dynamical properties were discovered during the following decades. With the advent of single molecule experiments, probing dynamical processes in single DNA molecules has been possible in the last decades. Although recent experiments provide unprecedented insight, they have limited resolution in both time and length domains. Molecular simulations, on the other hand, provide complete knowledge of the system but are limited by computational cost. Coarse grained models aim to decrease the cost of molecular simulations while preserving most of the resolution. In this work, we built a coarse grained model to represent both single and double stranded DNA strands with high enough performance to simulate biologically relevant time and length scales. Supercoiling is a mechanism where a twist storing polymer such as DNA expresses torsional stress through conformational changes. Supercoiling is of interest from a biological point of view as it is readily observed in genome packing schemes and presumably affects gene expression patterns. A recent single molecule experiment provided indirect observations on the supercoil dynamics of overwound DNA. In this experiment, supercoiled regions along the length of DNA demonstrated fast hopping behaviour in addition to diffusive motion. In this work, we reproduced this experimental scenario in silico using a coarse grained model. We simulated up to 1 kilobase long overwound DNA strands under tension and observed time evolution of the conformation of the molecule. We produced supercoiled conformations associated with local density peaks observed in the experiment and time evolution of curvature along the length. We varied the degree of overwinding (?) and the amount of tension and observed a buckling transition at different threshold ? values. We reproduced the experimentally observed hopping behaviour in addition to diffusive motion near the threshold ? values.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    632581

    Mikroskobik kanallar üzerinde gerçekleşen ıslanma dinamikleri

    Wetting dynamics on microscopic channels

    ÖZLEM ÖZTÜRK

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2020

    Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. CEM ÖZGÜR SERVANTİE

  2. Tez No

    688835

    Protein-DNA dissociation kinetics and chromosome organization in a model bacterial confinement

    Model bakteri hücre sınırlarında protein-DNA ayrılma kinetikleri ve kromozom organizasyonu

    ZAFER KOŞAR

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Biyofizikİhsan Doğramacı Bilkent Üniversitesi

    Malzeme Bilimi ve Nanoteknoloji Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ AYKUT ERBAŞ

  3. Tez No

    474312

    Targeted conformational transition pathways of large proteins by integrating elastic network modeling with Monte Carlo Simulations

    Kollektif ağ modellemesi ve Monte Carlo Simulasyonları ile buyuk proteinlerin hedefli konformasyonel geçişleri

    YASEMİN YEŞİLTEPE

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    BiyofizikBoğaziçi Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. PEMRA DORUKER TURGUT

    PROF. TÜRKAN HALİLOĞLU

  4. Tez No

    834260

    Exploring allosteric mechanisms of chemokine receptor CXCR4 and implications in drug design

    Kemokin reseptörü CXCR4'ün allosterik mekanizmalarının ve ilaç tasarımındaki uygulamalarının keşfedilmesi

    TUĞÇE İNAN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. AYŞE ÖZGE KÜRKÇÜOĞLU LEVİTAS

  5. Tez No

    152450

    Structure-function relationships of RNA polymereases based on elastic network model

    Elastik ağ yapı modeli esas alınarak RNA polimeraz enzimlerinin yapı-işlev ilişkilendirilmesi

    ZELİHA YEŞİM YILDIRIM

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2004

    Kimya MühendisliğiBoğaziçi Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. PEMRA DORUKER TURGUT

Geri Dön