Developing new applications for PRS method to study conformational modulation of globular proteins
Globüler proteinlerin yapısal modülasyonunun incelenmesi amacıyla etki tepki taraması yöntemine geliştirilen yeni uygulamalar
- Tez No: 658440
- Danışmanlar: PROF. DR. CANAN ATILGAN
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyofizik, Biyokimya, Biyoloji, Biophysics, Biochemistry, Biology
- Anahtar Kelimeler: moleküler benzetim, yapısal değişim, ortalama kuvvet potansiyeli, yönlendirilmiş moleküler dinamiği, etki-tepki taraması, molecular simulation, conformational change, the potential of mean force, steered molecular dynamics, perturbation-response scanning
- Yıl: 2020
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Sabancı Üniversitesi
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 106
Özet
Proteinlerin konformasyonları arasındaki yapısal geçişler belli fizyolojik işlevlerin gerçekleşmesine olanak sağlar. Bu sebeple protein işlevini yöneten bu mekanizmaları anlamak büyük önem arz eder. Proteinlerin yapısal ve dinamik özelliklerini çalışmak, temel potansiyel enerji yüzeylerinin (PEY) karmaşıklığı sebebiyle basit değildir. Daha önce geliştirilen, etki-tepki taraması (ETT) metodu seçilmiş yapısal değişimleri tetikleyen iletişim ağındaki anahtar amino-asitleri tespit eder. ETT, amino asitleri teker teker tarayarak, doğrusal tepki kuramının izin verdiği ölçüde, hedef yapısal duruma en yakın yapısal geçişe sebep olan amino asit/kuvvet altkümesini bulur. Bu tezde, proteinlerin dinamiklerini araştırmak için iki yeni metot geliştirilmiştir. Sars-Tara-Çek (STÇ) metodu, PEY üzerinde yapısal geçişlerin tetiklenip tetiklenmeyeceğini değerlendirir. Metodun amacı, EET'den alınan fonksiyonel olarak ilintili yapısal geçişleri, yönlendirilmiş moleküler dinamik benzetimlerine girdi olarak kullanmaktır. Metodun başarısı ve farklı sistemlere uygulanabilirliğini ölçmek için, PEY üzerindeki hareket örüntüsü farklı olan üç protein sistemi kullanıldı; kalmodülin, adenilat kinaz ve bakteriyel demir bağlayan protein. Sonuçlar gösterdi ki, STÇ metodu anahtar amino asitleri ve görece düşük enerjili en iyi yolakları bularak hedef üç boyutlu yapıya ulışlmasını sağlamaktadır. Proteinin iki bilinen durumunu arasındaki yapısal geçişi, hedef yapıya giden en iyi kuvvet vektörünü bularak çalışan ETÇ metodunun aksine; protein etki-tepkileri, proteinin yeni üç boyutlu yapılarına ulaşan kolektif değişkenler (KD) bulma amacıyla ile kümelenebilir. Etki-tepki kümelemesi (ETK) metodu, x-ışınımı kristalografisi, NMR ve diğer bilinen deneysel yöntemlerle tespit edilemeyen, protein dinamiğince mümkün alternatif üç boyutlu yapıları çalışmak için geliştirilmiştir. Tepki vektörlerinin kümelenmesiyle tahmin edilen KD'leri kullanarak sadece in vivo ortamda var olan ve düşük enerjili durumlara karşılık gelen yeni yapılar örneklenebilir. Bu tezde geliştirilen metotlar, farklı fonksiyonlara sahip ve farklı hareket düzenleri gösteren, geniş çeşitlilikte proteinlere uygulanmıtır. Daha da önemlisi, bu metotların kullanımı, nükleik asitler (DNA ve RNA) ya da lipit molekülleri de gözetilerek hücre zarı proteinlerine kadar genişletilebilir.
Özet (Çeviri)
Conformational transitions in proteins facilitate precise physiological functions. Therefore, it is crucial to understand the mechanisms underlying these processes to modulate protein function. Yet, studying the structural and dynamical properties of proteins are notoriously challenging due to the complexity of the underlying potential energy surfaces (PES). Perturbation Response Scanning (PRS) method has previously been developed to identify key residues that participate in the communication network responsible for specific conformational transitions. PRS is based on a residue-by-residue scan of the protein to determine the subset of residues/forces which provide the closest conformational change leading to a target conformational state, inasmuch as linear response theory applies to these motions. In this thesis, two novel methods are developed to further explore the dynamics of proteins. Perturb-Scan-Pull (PSP) method evaluates if conformational transitions may be triggered on the PES. It aims to study functionally relevant conformational transitions in proteins using results obtained by PRS and feeding them as inputs to steered molecular dynamics simulations. The success and the transferability of the method are evaluated on three protein systems having different complexity of motions on the PES: calmodulin, adenylate kinase, and bacterial ferric binding protein. Results indicate that PSP method captures the target conformation, while providing key residues and the optimum paths with relatively low free energy profiles. Unlike PSP method, which is developed to study conformational changes between two known states of a protein and considers the best force vector toward the target state, protein perturbation responses can be clustered with the hope of exploring the collective variables (CV) toward new conformations of a protein. The perturbation response clustering (PRC) technique is developed to study the alternative conformations available to dynamics of proteins that cannot be captured via crystallography, for which these have not yet been detected via NMR and other common experimental methods. Using collective variables predicted via clustering of the response vectors, new conformations are sampled, which capture low lying energy states that exist under specific circumstances in vivo. Additionally, Calmodulin is exploited as a model to indicate the potentials of the protein perturbation technique.The methodologies developed in this thesis can be applied on a wide range of proteins having different functions and displaying various types of motions. More importantly, these methods can be extended to study nucleic acids (DNA, RNA) or membrane proteins by considering lipids molecules.
Benzer Tezler
- Kullanım bilim temelli etkinliklerin Türkçeyi yabancı dil olarak öğrenenlerin okuma becerilerine etkisi
The effect of use-based activities on the reading skills of those who learn Turkish as a foreign language
MERVE SUROĞLU SOFU
Doktora
Türkçe
2022
Eğitim ve ÖğretimAtatürk ÜniversitesiTürkçe ve Sosyal Bilimler Eğitimi Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUHSİNE BÖREKÇİ
- Borun pomzadan seramik yapımında eritici olarak kullanılması
Use of boron as a fluxing agent in production of ceramics from pumice
AHMET KOLKIRAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2007
KimyaErciyes ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. ÖMER EDİP KUZUGÜDENLİ
- Bitkisel kaynaklı hamyağlarda ultrases destekli minimal rafinasyon uygulamaları ve işlem koşullarının optimizasyonu
Application of ultrasound assisted minimal refining operation and optimization of process conditions in crude vegetable oils
ÖZGÜR DEVRİM ABLAY
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Gıda MühendisliğiEge ÜniversitesiGıda Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AYTAÇ GÜMÜŞKESEN
- Kırgızistan'daki küçük ve orta boy işletmelerin yönetimindeki problemler
Management problems of small and medium sized enterprises in Kyrgyzstan
KUBANYCHBEK ALİMOV
- Membranlarla gaz ayırma
Gas separation by membranes
İSMAİL BÜLBÜL
Yüksek Lisans
Türkçe
1994
Kimya Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiDOÇ.DR. BİRGÜL TANTEKİN ERSOLMAZ