عنوان پایان‌نامه
مطالعه آزمایشگاهی و نظری بر هم کنش نانوذرات ZnS و ZnO با پروتئین انسولین
- رشته تحصیلی
- نانوشیمی نظری
- مقطع تحصیلی
- دکتری تخصصی PhD
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس علوم شماره ثبت: 6295;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 75727;کتابخانه پردیس علوم شماره ثبت: 6295;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 75727
- تاریخ دفاع
- ۲۷ شهریور ۱۳۹۵
- دانشجو
- قادر حسین زاده
- استاد راهنما
- علی اکبر موسوی موحدی, علی مقاری
- چکیده
- از نتایج به دست آمده از این پایان نامه می توان به این نتیجه رسید که برهم کنش نانوذرات ZnO و ZnS با پروتئین انسولین باعث ایجاد تغییرات ساختاری در انسولین می شود. در مورد نانوذرات ZnO با تلفیق نتایج شبیه سازی دینامیک مولکولی و نتایج آزمایشگاهی جزئیات این برهم کنش مشخص شد و نتایج حاصله نشان داد که دلیل اصلی تغییرات ساختاری ایجاد شده در انسولین در نتیجه برهم کنش با نانوذرات ZnO که عمدتا شامل تبدیل ساختارها هلیکس به پیچه-های نامنظم است، برهم کنش الکترواستاتیکی آمینواسیدهای قسمت های انتهایی زنجیرهای آن با اتم های نانوذرات ZnO است. به طوری که دو نیروی مخالف هم انسولین را در دو جهت مخالف می کشند و در نتیجه آن در این قسمت های پروتئین تبدیلات ساختاری در جهت ایجاد ساختارهای پیچه های نامنظم پیش می رود. این دو نیرو عبارت است از کشیده شدن و جذب یک انتهای انسولین به سمت نانوذره ZnO و کشیده شدن انتهای دیگر آن توسط حلال در جهت دور شدن از نانوذرات ZnO. در مورد برهم کنش نانوذرات ZnS با انسولین، اثرات متفاوت حضور مواد فعال سطحی مختلف در سطح نانوذرات ZnS بر روی برهم کنش آن با انسولین مطالعه شد. نتایج حاصل نشان داد که وقتی نانوذرات ZnS با مواد فعال سطحی تک عامله (یعنی حضور تنها یک گروه عاملی آمینی یا اسیدی) عامل دار می شوند به دلیل تک باردار شدن سطح با بار منفی (در مورد گروه عاملی اسیدی) یا بار مثبت (در مورد گروه عاملی آمینی) در داخل محلول قسمت هایی از انسولین با بار مخالف جذب سطح نانوذره می شود و قسمت های با بار یکسان از سطح نانوذره دور می شوند و شکل گیری این نیروهای مخالف هم باعث تغییرات ساختاری در پروتئین می شود. در حالی که در مورد عامل دار شدن سطح نانوذرات ZnS با مواد فعال سطحی دو عامله (حضور همزمان گروه عاملی آمینی و اسیدی)، مانند آمینواسید سیستئین، به دلیل توزیع یکنواخت بارها مثبت و منفی در سطح نانوذره، تمامی قسمت های پروتئین به سمت سطح نانوذره جذب می شود و همین امر با کاهش نوسانات مولکول در دماهای بالا باعث افزایش پایداری حرارتی انسولین می شود.
- Abstract
- Because of the vast biomedical applications of ZnS and ZnO nanomaterials, these nanomaterials could meet biological molecules such as proteins in biological fluids and interact with them. Therefore it is necessary to study of aformantioned interactions for undersetting the possible toxic effect of these materials. In this regard the current thesis was purposed for evaluation the interaction of these materials with insulin protein as a model of blood protein. For interaction of ZnO nanoparticles with insulin, the fluorescence quenching results showed a static type quenching along with red shift in synchronize fluorescence (a sign of protein unfolding). Circular dichroism (CD) spectroscopy results also confirmed this unfolding and show a reduction in alpha helices content of insulin in contact with ZnO and their conversion to random coils. According to Isothermal titration calorimetry (ITC) results, the ?G, ?H and binding constant of this interaction are ?32.35 kJ/mol, ?43.21 kJ/mol and 4.69 × 105M?1, respectively. Thermal aggregation test showed fast aggregation of insulin in the presence of ZnO nanoparticles. In interaction between ZnS nanoparticles with insulin, the effect of different surface capping agents on interaction was surveyed. The surface capping agents for functionalizing of the ZnS quantum dots (QDs) were selected in such a way that the QDs was surface functionalized with alcohol, amine, acid, and amino acid functional groups. The effect of alkyl chain length (or surface hydrophobicity) was also surveyed by changing alkyl chain length of acidic capping agents. Effects of different capping agents on the interaction between insulin and the ZnS QDs were investigated by fluorescence quenching, synchronous fluorescence, CD, and thermal aggregation techniques. The results show that among the surveyed QDs, amino acid functionalized QDs provide good stability for insulin by increasing the alpha-helix contents of insulin and, alcohol functionalized QDs seriously destabilize insulin by increasing the beta-sheet contents of insulin. By increasing the alkyl chain length of acidic capping agents, due to the increasing surface hydrophobicity of QDs, the beta-sheet contents of insulin increases which induced the enhancement of insulin instability. Molecular dynamics (MD) simulations are useful technique for understating the molecular mechanism of various interactions. The MD simulations was proposed for revealing the interaction mechanism of insulin with ZnO nanoparticle. The various simulation methods (including MD and replica exchange molecular dynamics (REMD)) and conditions were surveyed, and by comparing the obtained results with previously reported results, the best simulation method and condition was obtained. According to the results obtained at REMD simulation, it was found that insulin interact with ZnO nanoparticle surface via its polar and charged amino acids. In unfolding of the insulin at ZnO nanoparticle surface the terminal parts of its chains play the main role. Because of the linkage of A chain of inulin to B chain via disulfide bonds, opposite directional movements of N terminal part of chain A (toward nanoparticle surface) and N terminal part of chain B (toward solution) causes insulin unfolding. In unfolding of insulin at this condition, its helix structures convert to random coils at terminal parts of its chains.Key words: insulin, ZnO, ZnS, nanoparticles, interaction, molecular dynamic simulation.
