عنوان پایان‌نامه
شبیه سازی دینامیک مولکولی عملکرد کانال شبه گرامیسیدینی به عنوان یک نانو تیوب پپتیدی
- رشته تحصیلی
- بیوفیزیک
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 66407;کتابخانه مرکز تحقیقات بیوشیمی و بیوفیزیک شماره ثبت: 11367ب
- تاریخ دفاع
- ۲۷ شهریور ۱۳۹۲
- دانشجو
- شیماء آراسته
- استاد راهنما
- بهرام گلیائی
- چکیده
- امروزه مطالعات فراوانی در جهت بررسی ساختار و عملکرد پروتئین های غشایی و پپتیدها صورت می گیرد، به ویژه کانال های یونی از توجه زیادی برخوردار هستند. هدف از این مطالعات، اولاً درک نقش باقیمانده های آمینواسیدی در تشکیل ناتیوب های پپتیدی است. ثانیاً تشخیص عوامل مؤثر در بهبود فرآیند انتقال مواد و ترکیبات از کانال هایی که می توانند مصرف دارویی و درمانی داشته باشند، مورد علاقه است. از جمله این پپتیدها به پپتیدهای ضد میکروبی می توان اشاره کرد. مطالعات اخیر نشان می دهند که D و L آمینواسیدهای یک پپتید کوتاه با ساختار صفحه بتا و با توالی (VSLGLSIAFSVAVSIAWSFARSRG) قادر به تشکیل کانال بتا هلیکسی شبه گرامیسیدینی در غشاء میباشد. در این مطالعه، مدل این پپتید با استفاده از HyperChem بر اساس زوایای دایهیدرال کانال گرامیسیدین ساخته شد. سپس به منظور درک پایداری آن در محیط های مختلف و بررسی مدل بتا هلیکسی پیشنهادی، در حلال آب و دولایه لیپیدی POPC مورد شبیه سازی دینامیک مولکولی قرار گرفت. شبیه سازی های دینامیک مولکولی، با استفاده از نرم افزار گرومکس و میدان نیروی CHARMM36 انجام شد. علاوه بر بررسی ساختار دوم پیشنهادی، عملکرد یونی کانال نیز با استفاده از روش نمونه برداری چتری مورد مطالعه قرار گرفت. بدین جهت، اندرکنش یون سزیم با زنجیره های جانبی باقیمانده های آمینواسیدی در طول کانال به صورت نمونه برداری شده، در 22 پنجره مورد بررسی قرار گرفت. طبق نتایج به دست آمده از آنالیزها، ساختار پپتید در حلال آب به هم میریزد، اما در حالت درون غشایی پایدار بوده به طوریکه به دلیل وجود اندرکنش های واندروالس بین زنجیره های جانبی غیرقطبی و دم های لیپیدی و نیز اندرکنش های هیدروژنی بین باقیمانده های آمینواسیدی توالی کانال، ساختار بتا هلیکسی خود را، در داخل غشاء حفظ میکند. نتایج به دست آمده از نمونه برداری چتری و آنالیز هیستوگرام وزنی، نیز گواهی بر تشکیل باندهای هیدروژنی بین یون سزیم و اکسیژن هیدروکسیل در باقیمانده های سرین موجود در توالی کانال می باشد. علاوه بر این، حضور پنج جایگاه اتصال در طول یک زیرواحد کانال دیده می شود.
- Abstract
- Design of peptides, using functional properties of natural ion channels, is a goal in development of novel macromolecular devices and therapeutics. A porin-like channel is a self-associated channel in membrane, composed of short -sheet peptides. Gramicidin-like channel (GLC) is an ion channel synthesized recently by substitutions of D-alanine for glycines in the sequence of porin-like channel peptide. Existence of Damino acid residues makes it difficult to determine the exact secondary structure of GLC; however experimental methods such as CD and IR show a beta helical dimer for GLC similar to the structure of gramicidin A (GA) ion channel. GLC is an ion channel in membrane environment and is a head-to-head helical dimmer. The GLC monomer was model built based on available GA dihedrals and used in MD simulations with CHARMM36 force field in GROMACS software .Simulations in water and lipid bilayer, in the presence of counter ions helped us to study the conformational motions of the peptide. Furthermore, as the PMF approach is a powerful tool for understanding and predicting the functional properties of ion channels, it was calculated using the umbrella sampling method. In accordance with hydrophobic properties of side chains exposed to the solvent, RMSD, RMSF, secondary structure and h-bond analysis, show that the peptide was destabilized in water; however stabilized in lipid bilayer. The energy profile derived from umbrella sampling method and WHAM analysis, demonstrates 5 binding sites along the channel. In addition, strong h-bonds between serine carboxyl groups and Ces ion, which turn into the highest energy barrier along the ion permeation path, are observable in energy profile. Keywords: Gramicidin; Gramicidin-like channel; -helixes; Molecular dynamics simulations; Lipid bilayers; POPC; Peptide nanotube.
