Simulation of protein structure by a simplified model: Application to the rop dimer
Protein yapısının basitleştirilmiş bir modelle simülasyonu
- Tez No: 50485
- Danışmanlar: PROF. DR. İVET BAHAR, PROF. DR. BURAK ERMAN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Amino asitler, Proteinler, RNA, Amino acids, Proteins, RNA
- Yıl: 1996
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Bölümü
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu tezde Rop adlı dimerik proteinin üç boyutlu doğal yapısının amino-asit dizilerinden yola çıkarak tahmini gerçekleştirilmiştir. Rop, plazmidler tarafından kodlanan, RNA'ye bağlı ufak bir proteindir ve plazmid replikasyonunda rol almaktadır. Protein dört heliksli bir dimer olup, her bir monomer 63 adet rezidüden oluşan aynı ve birbiriyle ters yönlere doğru yerleşmiş sarmal firkete içermektedir. Doğadaki konum, termodinamik açıdan en sabit olan ve en düşük enerjili konformasyona denk gelen konum olarak kabul edilmiştir. Bu çalışmada, verilen bir konfigürasyonu tanımlayan değişken sayılarım belirgin ölçüde azaltan moleküler bir model ortaya atılmıştır. Bu, her bir rezidünün biri ana zincir atomunda, diğeri seçilmiş yan grup atomlarında bulunan iki heterogen etkileşim kısmından oluştuğu fikrine dayanan, kaba ölçek diye adlandırılan bir yaklaşımdır. Protein katlanması probleminin hesapsal bir yaklaşımı olarak sert yapı bloklarından oluşan bir iskelet model kabul edilmiştir. Bloklar, katlanmanın erken safhalarında oluşabilecek yeterli iç dengeye sahip ve proteinin büyük boyutlardaki yapısal düzenlenmesi sırasında bütünlüğünü koruyan ikincil yapısal ünitelerdir. Yaklaşık olan modelin sınırlan içinde problem, daha önceden belirlenmiş ikincil yapısal ünitelerin uzaydaki optimal düzenlenmesi olarak basitleştiriliyor. Rop dimerin en düşük enerjili konformasyonu, iki monomer arasında olabilecek tüm üç boyutlu düzenlemeleri hesaba katarak ortaya çıkarılmıştır. Proteinin etkileşim kısımları arasındaki potansiyel enerjiler, bilinen protein yapılarından oluşan bir veri bankasından, Brookhaven Protein Veri Bankasından, çıkartılmıştır. Bu potansiyel enerjiler bilgi esaslı potansiyeller olarak gösterilmektedir. Bilgi esaslı potansiyelleri kullanarak elde edilen tahmini en düşük enerjili konformasyon, Ropdimerin doğal yapısıyla makul bir benzerlik gösterir. Basitleştirilmiş bilgi esaslı potansiyellerin küresel proteinlerin doğal konumunu düşük kararlılıkta tahmin etmede memnun edici sonuçlar verdiği sonucuna varılmıştır. Hesaplamalar, bilgi esaslı potansiyellerin yerini alan rezidüler arası etken etkileşim enerjilerle tekrarlanmıştır. Etken etkileşim enerjiler, 2 Â < r^ < 4.4 Â ve 4.4 Â < r^ :< 6.8 Â olmak üzere iki uzaklık aralığı için, birbirinden ry kadar uzaklıkta bulunan i ve j olarak verilmiş bir çift amino-asit yan zinciri için tanımlanmıştır. Buna göre, bu enerjiler 0.4 Â' da 2 ve 12 Â aralıklarında belirlenmiş bilgi esaslı potansiyellere nazaran, konformasyon oluşturmada daha basitleştirilmiş bir temel sağladıkları bulunmuştur. Etken enejilerle bulunan en düşük enerjilivu konformasyonun, proteinin doğal yapısıyla uyuşuyor olduğu saptanarak, bu enerjilerin globuler proteinlerin üç boyutlu yapılarını tahmin etmede yeterli oldukları sonucuna varılmıştır. Protein veri bankasından çıkartılan bilgi esaslı potansiyellerin doğal konumun davranışını daha iyi ortaya çıkardığı gösterilmiştir.
Özet (Çeviri)
In this thesis, the estimation of the native three-dimensional structure of a dimeric protein, Rop, from its amino-acid sequence is performed. Rop is a small RNA-binding protein that is coded by certain plasmids and is involved in plasmid replication. This is a four-helix bundle dimer, the monomers being identical oppositely oriented helical hairpins of 63 residues, each. The native state is considered to be the most thermodynamically stable state corresponding to the lowest energy conformation. Here, a molecular model which significantly decreases the number of variables required for describing a given configuration is introduced. This is the so-called coarse-grained or low-resolution approach which is based on the idea that each residue is composed of two heterogeneous interaction sites, one on the backbone atom and the other on the side group selected atoms. A framework model of rigid building blocks is adopted in the computational approach to the protein folding problem. The blocks are the secondary structural units which possess sufficient internal stability so as to form at early stages of folding and maintain their integrity during the large-scale structural reorganization of the protein. Within the approximation of the model, the problem reduces to determination of the optimal organization of the already predicted secondary structural elements in space. The lowest energy conformation of the Rop dimer is generated by considering all the possible three- dimensional rearrangements that can exist between the two monomers. The potential energies between the interaction sites of the protein are extracted from a database of known protein structures, using the Brookhaven Protein Data Bank (PDB). These potential energies are referred to as knowledge-based potentials. The predicted lowest energy conformation obtained by the knowledge-based potentials is in reasonable agreement with the native structure of Rop dimer. It is concluded that the simplified knowledge-based potentials can be satisfactorily used for a low-resolution estimation of the native state of globular proteins. Computations are repeated by using the effective interresidue contact energies which replace the knowledge-based potentials. The effective interresidue contact energies are defined for two distance ranges, 2 Â < r^ < 4.4 Â and 4.4 Â <; ry ^ 6.8 Â, only for a given pair of amino acid side chains i and j separated by a distance ry. Accordingly, they provide a relatively simplified basis for evaluating the conformations, as opposed to the knowledge-based potentials which are determined at 0.4 Âthroughout the ranges 2.0 Â < ry ^ 12.0 Â. In fact, it is found that the lowest energy conformation obtained with the effective interresidue contact energies conform with the native structure of the protein and it is concluded that the contact energies are sufficient for estimating the three-dimensional structure of globular proteins. Hovewer, PDB extracted knowedge-based potentials are shown to yield a more satisfactory account of the native state behaviour.
Benzer Tezler
- Sivas yöresinde yaygınlık gösteren culıcoıdes türlerinin komple mitokondriyal genom bazlı karakterizasyonu ve haemosporidian parazitler yönünden vektörlük potansiyellerinin araştırılması
Complete mitochondrial genome characterization of culicoides species distributed in sivas region and investigation of their vector potential for haemosporidian parasites
CANAN CANER KÜLİĞ
Doktora
Türkçe
2024
Veteriner HekimliğiErciyes ÜniversitesiVeterinerlik Parazitolojisi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ALPARSLAN YILDIRIM
- Analitik ve simülasyon yöntemler kullanılarak protein katlanmasının incelenmesi
Investigation of protein folding by using analytical and simulation methods
ETHEM AKTÜRK
Doktora
Türkçe
2008
Fizik ve Fizik MühendisliğiHacettepe ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. OĞUZ GÜLSEREN
PROF. DR. TARIK ÇELİK
- Kovalent doking tabanlı sanal tarama ile PBP3 (penisilin bağlayıcı protein 3) inhibitörlerinin belirlenmesi
Determination of PBP3 (penicillin binding protein 3) inhibitors by covalent docking based virtual screening
SEFA BAYRAM
Yüksek Lisans
Türkçe
2022
BiyokimyaAtatürk ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ DERYANUR KILIÇ
- Investigation on conformational changes of slow and fast forms of thrombin by molecular dynamics simulation
Trombinin yavaş ve hızlı formlarının konformasyon değişimlerinin moleküler dinamik simulasyonu ile incelenmesi
ÖZGE KÜL
- Investigation of allosteric inhibition effect in pyruvate kinase by constrained molecular dynamics simulation method
Piruvat kinazın allosterik olarak inhibe edilmesinin kısıtlanmış moleküler dinamik similasyon methodu kullanılarak incelenmesi
REYHAN AKKAYA
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
BiyomühendislikKadir Has ÜniversitesiHesaplamalı Biyoloji ve Biyoinformatik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. EBRU DEMET AKDOĞAN