Magnetic effect in the biological functioning of hemoglobin: DFT+QMC approach within an effective multi-orbital Anderson impurity model
Hemoglobinin biyolojik işlevindeki manyetik etki: Etkin çok orbitalli Anderson safsızlık modeli çerçevesinde DFT+QMC yaklaşımı
- Tez No: 577086
- Danışmanlar: PROF. DR. NEJAT BULUT, PROF. DR. MUSTAFA MUAMMER DEMİR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2019
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Malzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Hemoglobin molekülü, akciğerlerden hücrelere O2 taşınımından sorumludur ve O2'nin demire (Fe) bağlanmasıyla spin durumu yüksek-spinden düşük-spine geçmektedir. Bu tezde, deoksi ve oksi formdaki yetişkin insan hemoglobininin (HbA) elektronik ve manyetik özellikleri etkin çok-orbitalli Anderson modeli ile çalışılmıştır. Bu modelin parametreleri yoğunluk fonksiyoneli teoremi (DFT) ile elde edilmiştir. Daha sonra, kuantum Monte Carlo (QMC) algoritması ile bu model çözülmüştür. DFT+QMC sonuçları deoksi-HbA ve oksi-HbA moleküllerinde safsızlık bağıl durumu (IBS) olarak adlandırılan yeni elektronik hallerin var olduğunu göstermiştir. Ayrıca, sonuçlar, sıcaklık düştükçe, oxy-HbA için Fermi seviyesinde bir manyetik aralığın oluştuğunu göstermektedir. Bu manyetik alınganlık Fe-O2 yük geçişinden kaynaklanmaktadır. Bu tezde sunulan spin geçiş mekanizması hem IBS'lerin varlığının hem de manyetik aralığın açılmasının yüksek-spinden düşük-spine geçişe neden olduğunu göstermektedir. Buna ek olarak, deoksi-HbA ve oksi-HbA moleküllerinde Fe(3d) ile çevre orbitaller arasında antiferromanyetik (AF) korelasyonların var olduğunu bulduk. Deoksi-HbA için, UV bölgesindeki anomal manyetik dikroizm sinyallerinin bu AF korelasyonlar için deneysel bir kanıt olduğunu gösterdik. Bu manyetik ölçümler ışığında, hemoglobinin önemli fonksiyonel özellikleri olan Bohr etkisi ve kooperativite için açıklamalar önerdik. Bu tezde sunulan sonuçlar manyetik etkilerin hemoglobinin işleyişinde önemli rol oynadığını göstermekte- dir.
Özet (Çeviri)
Hemoglobin corresponds to O2 transportation from lungs to the tissues and exhibits high-spin to low-spin transition by binding of O2 to Fe. In this thesis, we study the electronic and magnetic properties of the deoxy and the oxy forms of the human adult hemoglobin (HbA) to investigate the mechanism of the spin transition. We use an effective multi-orbital Anderson model and the parameters of this model are determined by the density functional theory (DFT) calculations. Then, this model is solved by using a quantum Monte Carlo (QMC) algorithm. The DFT+QMC results show that new electronic states named as the impurity bound states (IBS) exist in both deoxy-HbA and oxy-HbA. We also observe that as the temperature decreases, a magnetic gap is opened at the Fermi level for oxy-HbA. This gap arises from the Fe-O2 charge transfer. We find that both the IBS and the opening of the magnetic gap are responsible for the spin transition in hemoglobin. In addition, the DFT+QMC calculations show that antiferromagnetic (AF) correlations between the Fe(3d) and the surrounding orbitals exist in both deoxy-HbA and oxy-HbA. For deoxy-HbA, the anomalous magnetic circular dichrosim signal in the UV region is experimental evidence for these AF correlations. In the light of these magnetic measurements, we propose some explanations for the Bohr effect and the cooperativity which are the fundemental functional properties of the hemoglobin. The results presented in this thesis show that the magnetic effects play a crucial role in the funtioning of the hemoglobin.
Benzer Tezler
- MEMS sensor platform for vital monitoring under mri and intraocular pressure measurement
Yaşamsal işaretlerin ve göz içi basıncın ölçülmesine yönelik MEMS basınç ölçer platformunun geliştirilmesi
PARVIZ ZOLFAGHARI
Doktora
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ONUR FERHANOĞLU
- Yapay sinir ağları ve destek vektör makineleri ile kemik erimesinin teşhisi
Diagnosis of osteoporosis using artificial neural networks and support vector machines
MUSTAFA İSTANBULLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEDEF KENT
- The effect of pulsed electromagnetic fields for in vitro wound healing exposure systems
Darbeli elektromagnetik alan ışıma sistemlerinin in vitro yara iyileşmesine etkisi
MEHMET GÜMÜŞAY
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
Biyomühendislikİzmir Katip Çelebi ÜniversitesiBiyomedikal Teknolojiler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ADNAN KAYA
- BALB/c farelerde oluşturulan deneysel kutanöz leishmaniasis üzerine maleik anhidrit-ko-4-vinil fenil boronik asit kopolimer ve maleik anhidrit-ko-4-vinil fenil boronik asit/pentamidin konjugatının etkisinin In Vivo incelenmesi
In Vivo investigation of the effect of maleic anhydride-co-4-vinyl phenyl boronic acid copolymer and maleic anhydride-co-4-vinyl phenyl boronic acid/pentamidine conjugate on experimental cutaneous leishmaniasis in BALB/c mice
BERNA BAYSAL BAKAY
Doktora
Türkçe
2024
ParazitolojiSivas Cumhuriyet ÜniversitesiTıbbi Parazitoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ZÜBEYDA AKIN POLAT
DOÇ. DR. GÜLDEREN KARAKUŞ
- Yapay manyetik iletken (AMC) yapılarının giyilebilir antenlerde özgül emilim oranı (SAR) ve kazanç iyileştirmesine etkisi
Effect of artificial magnetic conductor (AMC) structures on specific absorption rate (SAR) and gain improvement in wearable antennas
BİLAL YÜKSEL
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİletişim Sistemleri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MESUT KARTAL