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
- Electronic excited states of the CP29 antenna complex of green plants: A model based on exciton calculations
Yeşil bitkilerin CP 29 anten kompleksinin elektronik uyarılmış durumları: Eksiton hesaplarına dayalı model
DUYGU ALBAYRAK
Yüksek Lisans
İngilizce
2000
Fizik ve Fizik MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiFizik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DEMET GÜLEN
- Molecular dynamics of pig citrage synthase
Domuz sitrat sentazının moleküler dinamiği
ÖZLEM ÜNVER
Yüksek Lisans
İngilizce
2000
BiyoteknolojiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiBiyoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FERİDE SEVERCAN
- Investigation of conformational dynamics of an enzyme-inhibitor system by coarse-grained simulations
Bir enzim inhibitör sisteminin konformasyonal dinamiğinin düşük uzaylı simülasyonlarla incelenmesi
NEŞE KURT
Yüksek Lisans
İngilizce
1998
Kimya MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. TÜRKAN HALİLOĞLU
- Muskarinik reseptör alt tiplerinde İmperialin` in antagonistik etkisinin in vitro araştırılması
Antagonistic affinity profile of Imperialine on different subtypes of muscarinic receptors
HÜSEYİN AKBULUT
- Identification of native conformations of proteins using a low resolution model
Basit model kullanılarak proteinlerin gerçek yapılarının belirlenmesi
ŞEFİKA BANU ÖZKAN
