Coarse-grained techniques to study dynamics of long-timescale conformational changes of proteins
Proteinlerin uzun zaman ölçekli konformasyonel dinamiklerini incelemek için kaba taneli simülasyon teknikleri
- Tez No: 840263
- Danışmanlar: PROF. DR. ROBERT D COALSON
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Biyofizik, Biyokimya, Biyoloji, Biophysics, Biochemistry, Biology
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2009
- Dil: İngilizce
- Üniversite: University of Pittsburgh
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Biyofizik Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 162
Özet
Durand ve arkadaşlarının [1] [Biopolymers 34, 759 (1994)]ve Tama ve arkadaşlarının [2] geliştirdiği [Proteins 41, 1 (2000)] Rotasyon Translasyon Blok (RTB) yöntemi, biyomoleküllerin düşük frekanslı normal mod hareketlerini hesaplamak için geliştirilmiş bir yöntemdir. Önceden belirlenmiş rijit parçaların iç hareketlerini tamamen kısıtlayarak, biyomoleküllerin düşük frekanslı normal modlarını hesaplayan bu metot, bir biyomolekülün veya herhangi bir büyük molekülün Newton dinamiklerini hesaplamak için genişletilerek yeni bir yönteme çevrilmiştir. RTB-dinamiği olarak adlandırdığımız yöntem, potansiyel enerji fonksiyonunun ikinci türevleri matrisinin oluşturulmasını gerektirmez ve rijit parçalar içindeki yüksek frekanslı hareketleri dondurmanın etkili bir yolu ile anharmonik kuvvet alanında hareket eden bir sistemin klasik dinamiğini hesaplamak için kullanılabilir. Ayrıca, harmonik bir kuvvet alanında hareket eden RTB metodolojisi kullanılarak da bir veya daha fazla rijit blok ile karakterize edilen bir moleküler sistem için Langevin denklemine göre Brownian hareketlerini hesaplamak için bir yaklaşım şeması geliştirilmiştir. Her iki yöntem, membrana gömülü küçük bir polipeptit olan gramicidin A iyon kanalındaki sinyal iletimine uygulanarak, temel sayısal uygulama olarak sunulmuştur. Son olarak, ligant molekülünün protein içindeki bağlanma bölgesinden ayrılmasına yanıt olarak proteinin atomik koordinatlarının zaman evrimini hesaplamak için Dinamik Doğrusal Tepki Teorisi (DLRT) kullanılmıştır. DLRT, ligant molekülü ayrıldıktan sonra ortaya çıkan, proteinin dengede olmayan salınımlarını, kuvvet alanındaki denge dinamikleriyle veya eşdeğer olarak, ligantsız proteine ait olan potansiyel enerji yüzeyi ile (PES) ilişkilendirir. Geliştirilen bu yeni yöntem, ferrik bağlayıcı proteini ve T4 lizozim enzimi için Langevin reçetesini kullanarak, hareket üzerindeki çözücü etkilerini de içeren sistemlerin ligant-bağlanma dinamiklerini incelemek için kullanılmıştır. Sürtünme parametrelerinin seçimine rehberlik etmek için suyun viskozitesinin fiziksel olarak uygun bir değerini kullanarak, birkaç yüz pikosaniye mertebesinde amino asit-amino asit mesafelerinin gevşeme zaman ölçekleri hesaplanarak, ilgili deneysel ölçümlerle başarı ile karşılaştırma yapılmıştır.
Özet (Çeviri)
The Rotation and Translation block (RTB) method of Durand et al. [1] [Biopolymers 34, 759 (1994)] and Tama et al. [2] [Proteins 41, 1 (2000)], which is an appealing way to calculate low-frequency normal modes of biomolecules by restricting the space of motions to exclude internal motions of pre-selected rigid fragments within the molecule, is extended to a method for computing the Newtonian dynamics of a biomolecule, or any large molecule, with effective rigid-body constraints applied to a pre-chosen set of internal molecular fragments. This method,to be termed RTB-dynamics does not require the construction of the matrix of second spatial derivatives of the potential energy function, and can be used to compute the classical dynamics of a system moving in an arbitrary anharmonic force field with an efficient way of freezing out the high frequency motions within rigid fragments. Moreover, an approximation scheme is developed to compute Brownian motion according to the Langevin Equation for a molecular system moving in a harmonic force field and characterized by one or more rigid internal fragments by using the RTB methodology. To illustrate these methods elementary numerical applications to signal propagation in the small membrane-bound polypeptide gramicidin-A are presented. Finally, Dynamic Linear Response Theory (DLRT) is adapted to the problem of computing the time evolution of the atomic coordinates of a protein in response to the unbinding of a ligand molecule from a binding pocket within the protein. DLRT relates the nonequilibrium motion of the protein atoms which ensues after the ligand molecule dissociates to equilibrium dynamics in the force field, or equivalently, on the potential energy surface (PES)relevant to the unliganded protein. We numerically illustrate the application of DLRT for a simple harmonic oscillator model of the ferric binding protein, and for an analogous model of T4 lysozyme including the solvent effects on the motion using the Langevin prescription. Using a physically appropriate value of the viscosity of water to guide the choice of friction parameters, we find relaxation time scales of residue-residue distances on the order of several hundred ps. Comparison is made to relevant experimental measurements.
Benzer Tezler
- Environment induced conformational transition in peptides
Peptitlerde çevresel etkilerle yapısal geçişler
CAHİT DALGIÇDİR
Doktora
İngilizce
2014
BiyofizikKoç ÜniversitesiHesaplamalı Bilimler ve Mühendislik Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. MEHMET SAYAR
- Mikroskobik kanallar üzerinde gerçekleşen ıslanma dinamikleri
Wetting dynamics on microscopic channels
ÖZLEM ÖZTÜRK
Doktora
Türkçe
2020
Fizik ve Fizik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiFizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. CEM ÖZGÜR SERVANTİE
- Winglet takılmış kanatlar etrafında sayısal ağ üretimi ve viskoz akış analizi
Başlık çevirisi yok
ORHAN KÜPÜŞOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
1998
Havacılık Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUzay Bilimleri ve Teknolojisi Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. A. RÜSTEM ASLAN