A transferable coarse-grained model for peptides that display environment driven conformational transition
Çevresel etkiler altında konformasyon değişikliği gösteren peptiler için aktarılabilir düşük çözünürlüklü model geliştirilmesi
- Tez No: 397280
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. MEHMET SAYAR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyofizik, Biophysics
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2015
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Bilgisayar Bilimleri ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 98
Özet
Proteinlerin yapıları ve dinamikleri, fonksiyonları ile güçlü bir şekilde bağlıdır. Bu biyomoleküllerin dinamiğini ve dolayısıyla fonksiyonlarını incelemek amacıyla, deneysel ve diğer teorik yaklaşımların yanında moleküler dinamik güçlü bir araç olarak kullanılabilir. Ancak, MD simülasyonları sistem boyutu ve simülasyon zamanı ile sınırlıdır. Doğal yapıya katlanma ya da kümelenme gibi süreçler mikrosaniye-saniye ölçeğinde gerçekleşmekte olup, MD simülasyonlarının bu ölçeklere erişimi mümkün değildir. Zaman ve boyut ölçeğindeki kısıtlamaları aşmak için düşük-çözünürlüklü modeller alternatif bir teknik olarak kullanılmaktadır. Düşük-çözünürlüklü modeller bahse konu olduğunda, modelin aktarılabilirliği en önemli konulardan biridir. Şu an var olan düşük-çözünürlüklü modellerin çoğunda sistemin faz uzayındaki tek bir nokta kullanılarak parametreler üretilir. Bu hal değiştirildiğinde (farklı bir sıcaklık, konsanstrasyon, konformasyon değişikliği ya da kümelenme) modelin geçerliliği sorgulanır hale gelmekte ve dolayısıyla kullanılmadan önce dikkatli bir şekilde test edilmesi gerekmektedir. Bu tezde, biz katlanma, kümelenme ve ayrıca hidrofobik/hidrofilik arayüzlerde gözlemlenen ayrışma süreçlerini taklit edebilen, aktarılabilir düşük çözünürlüklü bir model hazırladık. Bu amaçla lösin ve lizinlerden meydana gelmiş (LKKLLKLLKKLLKL dizilimine sahip) model bir sentetik peptit kullandık. Bu LK peptidi, bünyesinde alfa sarmalını oluşturduğu durumlarda açığa çıkacak ikincil amfifilik karakter barındırır şekilde tasarlanmıştır. Önceki çalışmalar LK peptidinin çözelti içerisinde farklı ikincil yapıları (alfa-sarmalı, beta-saçtokası ve benzerleri) da barındırdığını açığa çıkarmakla beraber, bu yapılardan hiçbirinin konformasyon faz uzayını domine edemediğine karar vermiştir. Öte yandan, makroskopik bir arayüzey (hava/su arayüzeyi) ya da moleküler bir arayüzeyin (komşu moleküller tarafından oluşturulan hidrofobik/hidrofilik arayüzeyler) varlığında alfa-sarmalı konformasyonu tüm diğer olası seçenekleri eleyerek ortamı domine etmektedir. Bizim modelimiz, örtülü su modeli olmakla beraber, peptit omurgası iki süperatomla temsil edilirken, yan gruplar ayrı süperatomlarla temsil edilmektedir. Bağlı etkileşimler vakum ve tetramer simülasyonlarından elde edilen Boltzmann dağılımlarına göre ayarlanmıştır. Modelde, bağlı olmayan etkileşimler arasında kilit rol oynayan üç ana etkileşim şunlardır: omurga hidrojen bağı, lizinlerden dolayı var olan elektrostatik etkileşimler ve suda ve hava/su arayüzeyinde etkili olan lösinler arası hidrofobik etkileşimler. Bu etkileşimlerin parametreleri, atomistik simülasyonlar sonucunda elde edilen yapısal referanslar kullanılarak üretilmiştir. Bu modelin doğrulaması için düşük-çözünürlüklü modelle elde edilen ve alfa-sarmalının su içerisinde çekilmesi, hava/su arayüzeyine tutunması ve katlanması ve son olarak LK peptidinin su içerisinde kümelenmesi çalışmalarından elde edilen ortalama kuvvet eğrileri atomistik verilerle karşılaştırılmıştır. Bu sayede, aktarılabilir düşük çözünürlüklü modelimiz tek bir parametre seti kullanarak üç farklı durumda peptit davranışını başarılı bir biçimde temsil edebilmektedir.
Özet (Çeviri)
Proteins structure and dynamics is strongly coupled to their functions. In order to study the dynamics and consequentially functions of these biomolecules, in addition to experimental and other theoretical approaches, molecular dynamics can be employed as a powerful tool. However, MD simulations are limited by the system size and simulation time. Processes like folding to native structures or aggregation take place on microsecond to second time scale, which is not accessible in MD simulations. In order to overcome the time and length scale obstacles coarse grained model has been employed as an alternative technique. When it comes to coarse-graining, transferability of coarse-grained (CG) model is one of the key challenges. Most of the state of the art CG models are parameterized to represent a single state point, and their validity upon changing the state point (different temperature, concentration, conformational change, or aggregation) is questionable and has to be carefully analyzed before utilizing. In this thesis, we have developed a transferable coarse-grained model for proteins and peptides that can reproduce folding, aggregation and partitioning behaviour observed at hydrophobic/hydrophilic interfaces. To this aim a model synthetic peptide composed of leucine and lysine residues (with the sequence LKKLLKLLKKLLKL) has been used. LK peptide is designed to have built-in secondary amphiphilicity upon forming an alpha-helix. Recent studies have revealed that LK adopts several different secondary structures in solution (alpha-helix, beta hairpin, etc.), however none of them can dominate the conformational phase space. At a macroscopic (e.g air/water interface) or molecular (hydrophobic/hydrophilic interfaces created by neighboring molecules) interface, on the other hand, alpha-helix conformation dominates eliminating all other possible alternatives. Our model is an implicit water model where the backbone of the peptide is represented by two beads and sidechains are represented by separate beads. The bonded interactions are tuned according to the Boltzmann distributions obtained from vacuum and tetramer simulations. The three main nonbonded interactions that play a key role in the model are: backbone hydrogen bonding, electrostatic interactions due to lysines, and leucine hydrophobic attraction in water and at the air/water interface. We have parametrized these interactions by using structural references derived from atomistic simulations. This model is verified by comparing the CG and atomistic potential of mean force curves for extension of the alpha-helix conformation in bulk water, adsorption and folding at the air/water interface, and finally aggregation of LK peptides in bulk water. Hence, our transferable coarse-grained model is capable of representing the behavior of the peptide in three different states with a single set of parameters.
Benzer Tezler
- Structural and thermodynamic analyses of peptide-based nanomaterials via molecular dynamics simulations
Peptit bazlı nanomalzemelerin moleküler dinamik simulasyonlar aracılığı ile yapısal ve termodinamik özelliklerinin analizi
ÖZGE ŞENSOY
Doktora
İngilizce
2011
BiyofizikKoç ÜniversitesiHesaplamalı Bilimler ve Mühendislik Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MEHMET SAYAR
- Protein katlanması dinamiği: Transfer edilebilir etkileşim potansiyeli dizaynı ve farklı komplekslik seviyelerine sahip yeni monte carlo ve moleküler dinamik protein modellerinin geliştirilmesi
Protein folding dynamics: designing transferable interaction potentials and developing New monte carlo and molecular dynamic protein models with different level of complexities
GÖKHAN SELAMET
Doktora
Türkçe
2023
Tıbbi BiyolojiGaziantep ÜniversitesiBiyoenformatik ve Bilişimsel Biyoloji Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TUĞBA TAŞKIN TOK
PROF. DR. HÜSEYİN KAYA
- Exploring functional dynamıcs of bacterial and human ribosome structures via coarse grained techniques
Bakteri ve insana ait ribozomal kompleks dinamiğinin kaba ölçekli teknikler ile araştırılması
PELİN GÜZEL
Doktora
İngilizce
2020
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AYŞE ÖZGE KÜRKÇÜOĞLU LEVİTAS
- Matematik öğretmen adaylarının kitlesel açık çevrimiçi dersler (KAÇED) yoluyla öğretmenlik mesleğine yönelik öz yeterlik inançlarının incelenmesi
Examining pre-service math teachers'self_efficacy beliefs for the teaching profession via massive open online courses (MOOCs)
ASLIHAN ÇETİNKAYA
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Eğitim ve ÖğretimEskişehir Osmangazi ÜniversitesiMatematik ve Fen Bilimleri Eğitimi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. EMRE EV ÇİMEN
- Dönüştürücü önderlik kavramının önderlik kavramları yönünden incelenmesi
Compare of leadership theories with transformational leadeship theory
MUSTAFA KEMAL DEMİRCİ