عنوان پایان‌نامه
شبیه سازی رایانه ای کانال شبه گرامیسیدینی به عنوان یک نانو تیوب پپتیدی
- رشته تحصیلی
- بیوفیزیک
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکز تحقیقات بیوشیمی و بیوفیزیک شماره ثبت: 11048ب;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 53459
- تاریخ دفاع
- ۲۱ آذر ۱۳۸۹
- دانشجو
- ایت سعیدی
- استاد راهنما
- بهرام گلیائی
- چکیده
- ساختار‌های لوله‌ای پپتیدی و پروتئینی از قبیل گرامیسیدین A در طبیعت یافت می‌شوند. گرامیسیدین A پپتیدی خطی است که کانال یونی در غشاء تشکیل می‌دهد. این پپتید از آمینواسید های نوع L و D ساخته شده که به صورت ساختار بتاهلکس لوله‌ای در غشاء لیپیدی تا می‌خورد. مطالعات حاکی از آن است که پپتیدهایی که الگوی تکراری منظم آمینواسیدهای L و D را در توالی خود دارند، ساختار شبه گرامیسیدینی اتخاذ می‌کنند. مطالعات اخیر نشان می دهند که یک پپتید کوتاه با ساختار صفحه بتا و با توالی (VSLGLSIAFSVAVSIAWSFARSRG) قادر به تشکیل کانال بتا هلیکسی شبه گرامیسیدینی در غشاء می‌باشد. در کار حاضر مدل این پپتید با استفاده از نرم‌افزارهای HyperChem و Swiss-PdbViewer ساخته شد. سپس به منظور درک پایداری آن در محیط های مختلف و بررسی مدل بتاهلیکسی پیشنهادی، در حلال آب و دولایه لیپیدی POPC مورد شبیه سازی دینامیک مولکولی قرار گرفت. برای انجام شبیه سازی دینامیک مولکولی در این محیط‌ها از نرم‌افزار گرومکس استفاده شد. به منظور درک اندرکنش های کلیدی این پپتید سنتزی با دولایه لیپیدی، پپتید در وضعیت‌های گوناگون نسبت به دولایه لیپیدی مورد شبیه سازی قرار گرفت. این وضعیت‌ها شامل اتصال سطحی، جزئی وارد شده و درون غشایی بودند. شبیه سازی‌ها نشان دادند که ساختار پپتید در حلال آب و در حالت اتصال سطحی به هم می‌ریزد اما در حالت درون غشایی و جزئی وارد شده پایدار بوده به طوریکه ساختار بتا هلیکسی خود را به ویژه در وضعیت درون غشایی حفظ می‌کند. در پایان با استفاده از مدل پپتید شبه گرامیسیدینی، پپتیدی بتا هلیکسی با نام GLPN ساخته شد. این پپتید دارای چهار دور می‌باشد به طوریکه عرض دولایه لیپیدی را طی می‌کند. سپس پپتید در دولایه لیپیدی POPC شبیه سازی شد تا میزان پایداری ساختار آن در این محیط بررسی شود. نتایج حاصل از این شبیه سازی نشان می‌دهند که ساختار بتا هلیکسی این پپتید تا اندازه بسیار زیادی در دولایه لیپیدی پایدار بوده به طوریکه پیشنهاد می شود که پپتید بتواند به عنوان کانال در عرض غشاء عمل کند. بنابراین تصور می‌شود که بتوان از آن به عنوان یک ناتیوب پپتیدی استفاده کرد. کلمات کلیدی: گرامیسیدین، کانال شبه‌گرامیسیدین، بتا هلیکس، شبیه سازی های دینامیک مولکولی، دولایه لیپیدی POPC، نانوتیوب پپتیدی
- Abstract
- Peptide- and protein-based tubular structures such as gramicidin A are well precedented in Nature. The gramicidin A, is a transmembrane ion-channelforming linear peptide made up of alternating D- and L-amino acids which folds in lipid membranes into tubular ?-helixes. Peptides having a regularly repeating pattern of L and D amino acids have also been shown to adopt gramicidin-like structures. Recent studies show that a short beta sheet tetraicosa-peptide (VSLGLSIAFSVAVSIAWSFARSRG, where all As are Dalanine), can form gramicidin-like beta12-helical channels in membranes. To construct model of GLC peptide, the HyperChem and Swiss-PdbViewer softwares were used. To understand the stability of the peptide in various environments and investigating the proposed beta helical model, the peptide was simulated in solvent (water) and palmitoyl-phosphatidylcholine (POPC) lipid bilayers. The GROMACS software was used to perform molecular dynamics simulations of the peptide in the different environments. To understand the key interactions of this synthetic peptide with lipid bilayers, we utilized various initial positions and orientations of the peptide with respect to the lipid bilayer, including a surface-bound state parallel to the interface, a partially inserted, and trans-membrane states. Our simulations showed that the peptide was destabilized in water and the surface-bound state, but stableilized in the partially inserted, and trans-membrane states. The peptide also sustains the beta helical model in the latter state. Finally a beta helical peptide (GLPN) including four turns was built using model of GLC and span the lipid bilayer. The peptide was simulated in the POPC lipid bilayer to evaluate it's stability in this environtment. Results showed that GLPN is highly stable in the lipid bilayer. Finally, this project suggests that GLPN peptide can function as channel in the membrane and proposes this peptide as a peptide nanotube. Keywords: Gramicidin; Gramicidin-like channel; ?-helixes; Molecular dynamics simulations; Lipid bilayers; POPC; Peptide nanotube.
