عنوان پایان‌نامه
شبیه سازی دینامیک مولکولی میو گلوبین طبیعی وحاوی کلوکز ومطالعه واکنش اتصال گلوکز به برخی اسید آمینه ها به روشDFT
- رشته تحصیلی
- شیمی فیزیک
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 57143
- تاریخ دفاع
- ۲۸ بهمن ۱۳۹۱
- دانشجو
- ژولیا علیزاده رهروی
- استاد راهنما
- علیرضا شایسته
- چکیده
- بیماری دیابت بیماری است که با افزایش میزان قند خون همراه است. از طرفی، مولکول قند می¬تواند به پروتئین¬ها متصل شده و فعالیت آن¬ها را دچار اختلال کند. یکی از این پروتئین¬های زیستی میوگلوبین است که نقش آن در فعالیت¬های درون سلول¬های ماهیچه¬ای اکسیژن رسانی به سلول¬ها است. بنابراین اطلاع از تغییرات ساختاری و انرژتیکی این مولکول در اثر این اتصال حائز اهمیت می¬باشد. پایان نامه¬ی حاضر دارای دو بخش می¬باشد. بخش اول شامل استفاده از روش شبیه سازی دینامیک مولکولی جهت مطالعه¬ی انرژی¬های پتانسیل، جنبشی، پتانسیل برهم¬کنش و پایداری ساختاری مولکول میوگلوبین و بخش دوم شامل استفاده از نظریه¬ی تابعی چگالی جهت بررسی انرژی آزاد گیبس، انتروپی، انتالپی و انرژی درونی واکنش اتصال مولکول گلوکز به اسید آمینه¬های گلایسین، والین، آسپارتیک اسید، فنیل آلانین و لیزین می¬باشد. علت تغییرات ساختاری این ماکرو مولکول در بیماری دیابت آن است که مولکول قند می¬تواند به این پروتئین متصل شده و فعالیت آن را دچار اختلال نماید. در بخش اول این پژوهش، دو ساختار میوگلوبین عادی و فرم متصل شده به گلوکز آن با استفاده از نرم افزار2010.10 MOE و میدان نیروی MMFF94x و به روش شبیه سازی دینامیک مولکولی مطالعه شده است. این بررسی با تنظیم 5/7 pH= و با انتخاب آب بعنوان حلال انجام گرفته است. همچنین برای این شبیه-سازی مدت زمان 10 نانو ثانیه در نظر گرفته شده است. نتایج این شبیه¬سازی در قسمت مطالعات پایداری ترمودینامیکی شامل محاسبه¬ی انرژی کل، انرژی پتانسیل و انرژی جنبشی سیستم¬ها، انرژی پتانسیل آمینو اسید انتهایی میوگلوبین عادی، انرژی پتانسیل اسید آمینه¬ی انتهایی میوگلوبین و قند متصل شده به آن و انرژی¬های پتانسیل برهم¬کنش بین قسمت¬های ذکر شده و سیستم می¬باشد. در قسمت مطالعات ساختاری برای سیستم¬های مورد بررسی تغییرات مجذور میانگین مربع جا¬به¬جایی محاسبه گردید. این شبیه¬سازی¬ها در دو دمای 300 و 500 کلوین برای سیستم¬های انتخاب شده انجام شد و نتایج بدست آمده برای هر چهار سیستم بایکدیگر مقایسه شدند. این مقایسه¬ها برروی فاکتور انرژی نشان دادند که سیستم¬ها در دمای 500 کلوین پایداری کمتری نسبت به حالت 300 کلوین از خود نشان می¬دهند و نیز به زمان بیشتری جهت رسیدن به تعادل انرژی نیاز دارند. همینطور مقایسه¬¬ی مقادیر مجذور میانگین مربع جابه¬جایی نشان می¬دهد که ساختارهای مورد بررسی در دمای 300 تفاوت چشمگیری با یکدیگر از نظر تغییرات ساختاری ندارند، در حالیکه این تغییرات در مورد ساختارهایی که در دمای 500 کلوین بررسی شدند، چشمگیرتر می¬باشد. علاوه بر این با استفاده از این داده¬ها محل-هایی از زنجیر پروتئینی که در طول مدت شبیه¬سازی پایداری ساختاری بیشتری داشتند مشخص و با نمونه¬ی مشابه در دمای 300 کلوین مقایسه گردید. نتایج حاصل نشان داد آمینو اسیدهای انتهایی در فرم قنددار میوگلوبین پایداری بیشتری در مقابل تغییرات ساختاری از خود نشان می¬دهند. در بخش محاسباتی نیز پایداری اسید آمینه¬های انتهایی تعدادی از پروتئین¬ها با استفاده از نظریه¬ی تابعی چگالی مورد بررسی قرار گرفتند. برای بهینه سازی این ساختارها تابعی¬های PBE0, PBE و PW6B95 و دو مجموعه¬ی پایه¬ی def2-SVP و def2-TZVP مورد استفاده قرار گرفتند. بعلاوه این محاسبات برای فرم متصل شده¬ی این اسید آمینه¬ها به قند گلوکز نیز انجام گرفت. با استفاده از نتایج بدست آمده از این بخش در نهایت تغییرات انرژی درونی، انتالپی، انتروپی و انرژی آزاد گیبس واکنش اتصال قند به اسید آمینه¬ی انتخابی محاسبه شدند.
- Abstract
- Abstract Increased glucose concentration in diabetes mellitus may result in glycation of biologically active proteins, affecting their function and/or stability. One of these proteins is myoglobin (Mb), which could be glycated at its N-terminus. Thus, knowledge of the structural and energetic changes of this protein during glycation is of interest. In this study, the impact of N-terminal glycation of myoglobin (GMb) has been investigated by using Molecular Dynamics Simulation (MDS). The simulation was performed on two systems of native myoglobin and glycated form at 300 and 500 K. MDS of this systems was carried out on MOE 2010.10 software, using the MMFF94x force field for a total duration of 10 nano second. Total energy, potential and kinetic energy of systems, as well as the potential energy of N-terminal amino acid in the native and glycated form and their interaction potential energy with the systems were computed. In addition, the Root-Mean-Square Deviation (RMSD) of these structures were obtained. The comparison of these results shows that GMb is more stable than Mb during the MDS time intervals and needs more time steps to achieve the equilibrium state. The RMSD values were at 500 K in comparison to 300. In addition these results indicates that glucose presence, increases the stability of N-terminal amino acids in the Gmb form. The N-terminal amino acids of some proteins and their glycated forms were also studied by Density Functional Theory (DFT) calculations. These calculations were performed using def2-TZVP and def2-SVP basis sets and energy, enthalpy, entropy and Gibs free energy of systems were computed.
