Analysis layered structure of proteins and their amino acid interactions by constructing residue networks
Proteinlerin katmanlı yapısının analizi ve residü ağları kurularak aminoasitlerinin etkileşimi
- Tez No: 394266
- Danışmanlar: PROF. DR. CANAN ATILGAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyomühendislik, Bioengineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2014
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Bilgisayar Bilimleri ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 117
Özet
Protein kararlılığında rol oynayan faktörleri kararlaştırma ve protein katlanma mekanizmasına aminoasit tiplerinin katkısını belirleme, biyomoleküler bilimde önemli konulardır. Bu faktörleri ve amino asit tiplerini analiz ederek, proteinlerin yapısı ve fonksiyonları daha iyi anlaşılabilir. Bizim amacımız, net yük dağılımı ve aminoasit etkileşiminin protein kararlığında önemini bulma ve protein katlanmasında önemli rol oynayan aminosit tiplerini belirlemektir. Bu tezin ilk kısmında, net yük dağılımı analiz edilerek protein kararlılığı incelenmiştir. İkinci kısımda, proteinlerdeki etkileşimler aminoasit ağları kurularak değerlendirilmiştir. Protein yapılarından amino asit ağları oluşturulduktan sonra, amino asit arasındaki etkileşimler önceden belirlenmiş bazı kriterlere göre rastgele kırılarak gereksiz kısımlar ayrıştırılmıştır. Bu alt aminoasit ağları matrix yapılarının tekil değer ayrışımı yapılarak analiz edilmesiyle karşılaştırılmıştır. İlk kısımda protein yapısı, yüzey erişim alanında ve aminoasitlerin derinliğinde olan yük dağılımı incelenerek değerlendirilmiştir. Yüzey erişim alanı protein yüzeyinin hemen altında olan atomları ve protein çekirdeğindeki olan atomları ayırt edemez. Bu gömülmüş alanların yerini ayırt etmek için, aminoasitlerin yüzeyden olan derinlikleri hesab edilmiştir. Bu analizlerden, protein yapısının katmanlı bir yapıdan oluştuğu çıkarılmıştır. Orta kısımları neredyse yüksüzken, iç ve dış protein kısımları negatif yüklüdür. Bu katmanlı yapı, proteinlere kararlılık vermektedir. Ayrıca, yüzey erişim alanı ve derinlik farklı ikincil yapıladaki proteinlere göre değerlendirilmiştir. Bu analizlerden, katmanlı yapının farklı ikincil yapılarda gözlenebilir sonuçlar göstermediği çıkarılmıştır. İkinci kısımda, bütün aminoasitleri düğüm ve birbiri arasındaki etkileşimleri kenar olarak kullanarak proteinlerin aminoasit ağları oluşturulmuştur. Aminoasit arasındaki etkileşimler rastgele ya da önceden belirlenen kurallara kırılarak ağdaki boşluklar bulunmuştur. Kenarların %70 rastgele kırıldığında, yol uzunluğunun bütün ağa göre kıyaslandığı duruma göre fazla değişmediği çıkarılmıştır. Ayrıca, belirli tip aminoasitleri kullanarak oluşturulan alt ağlar sayesinde, tüm amino asit ağına benzerliği baz alınarak alt ağlar karşılaştırılmıştır. Bu alt ağ kıyaslamasına göre, hidrofobik aminoasitlerden oluşan alt ağın tüm etkileşimlerden oluşan ağa en çok benzediği gözlemlenmiştir. Bu sonuç, hidrofobik çekirdek oluşur ve diğer aminoasitler bu çekirdek etrafında konumlandırıldığını söyleyen protein katlanma mekanizmasını destekler. Ayrıca, belirli amino asitleri içeren alt ağlar ve tüm amino asitleri içeren ağ, etkileşim haritalarının korunmuş kısımlara işaret eden en büyük öz değere yansıtılarak değerlendirilmiştir. Hesaplamalar, hidrofobik aminoasit alt ağının tam ağa en çok benzediğini göstermiştir. Bu alt ağlardaki aminoasitlerin diğerlerinden daha çok korunduğu bulunmuştur.
Özet (Çeviri)
Determining the factors in protein stability and identifying how amino acid types contribute to the protein folding mechanism are hot topics in biomolecular sciences. By determining these factors and amino acid types, protein structures and their functions can be better understood. Our motivation is to detect the importance of the net charge distribution and the amino acid interactions in protein stability and to find important amino acid types that play key roles in protein folding. In the first part of this thesis, the stability of proteins is inspected by analyzing the charge distribution. In the second part, interactions in proteins are evaluated by constructing amino acid networks. Once generated, the redundant part of these networks is deleted by breaking the interactions between amino acids choosen by several sets of predetermined criteria. These subnetworks are compared to each other through analyzing their matrix structures by making use of singular value decomposition. In the first part of the thesis, the structure of the protein is examined according to the charge distribution at different accessible surface areas (ASAs) and depths of amino acids. ASA does not discriminate between atoms just below the protein surface and those in the core of the protein. In order to differentiate the location of such buried residues, the depths of amino acids from the protein surface are calculated. It is inferred from these calculations that there is a layer composition of protein structures. At the innermost and the outermost parts of the protein, there is a net negative charge, while the middle has nearly neutral. This layered composition gives stability to the protein. Also, the ASA and depths are evaluated based on subsets of proteins with different secondary structure types. It is inferred from these analyses that the layered structure does not display any tracktable differences for different protein secondary structure types (α, β, α/β, α+β); i.e. this distribution is universal to all proteins. In the second part of thesis, the amino acid network of all proteins are constructed using each amino acid as node and the interaction between them as an edge. The interactions between amino acids are deleted (either randomly, or according to predetermined rules) to identify the redundancies in the network. We conclude that when seventy percent of the edges is randomly deleted, the path length does not change more compared to the full amino acid network. In addition, the amino acid subnetworks which consist of specific type of amino acids are constructed and these subnetworks are compared according to their similarity to the whole amino acid network. The subnetworks which are composed of long-range interactions between the hydrophobic amino acids only are more similar to the amino acid networks constructed from using all interactions. This result supports a protein folding mechanism where a hydrophobic core is formed, followed by the rearrangement of the rest of the amino acids around this core. Also, all amino acid subnetworks and whole amino acid network are evaluated by projecting their contact maps onto a set of large eigenvectors that are related to the collective motions in proteins. The projection results show that the hydrophobic amino acid subnetwork is more similar to full amino acid network in this projected space. The amino acids in this subnetwork are also found to be more conserved than others.
Benzer Tezler
- Çeşitli bisfenollerden polisülfon sentezi ve karakterizasyonu
Synthessis of polysulphone from di̇fferent type bisphenols
ELİF ERKMAN
- Kitosan–organofilik tabakasal silikat nanokompozit hidrojellerinin sentezi ve ağır metal gideriminde kullanımı
Synthesis of chitosan-organophilic layered silicate nanocomposite hydrogels and their use in heavy metal removal
SEDA BOZKURT
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Polimer Bilim ve TeknolojisiYalova ÜniversitesiPolimer Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SİNAN ŞEN
- Poliakrilamit-tabakasal silikat nanokompozit hidrojellerinin sentezi ve ağır metal gideriminde kullanımı
Synthesis of polyacrylamide-layered silicate nanocomposite hydrogels and their use in heavy metal removal
ÖZKAN AKGÜL
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Polimer Bilim ve TeknolojisiYalova ÜniversitesiPolimer Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. SİNAN ŞEN
YRD. DOÇ. DEMET AYDINOĞLU
- Integration and analysis of biological data for computational drug discovery
İşlemsel ilaç keşfi için biyolojik verinin entegrasyonu ve analizi
HEVAL ATAŞ GÜVENİLİR
Doktora
İngilizce
2023
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolOrta Doğu Teknik ÜniversitesiSağlık Bilişimi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET VOLKAN ATALAY
DOÇ. DR. TUNCA DOĞAN
- Molecular analysis of cortical malformation in mammalian cortex by using proteomics approaches
Proteomik yaklaşımlar kullanılarak memeli korteksindeki kortikal malformasyonun moleküler analizi
BERFU NUR YİĞİT
Doktora
İngilizce
2024
GenetikKoç ÜniversitesiMoleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NURHAN ÖZLÜ SICAKKAN