شماره ركورد
24795
شماره راهنما
CHE2 913
عنوان
شبيه سازي ديناميك مولكولي تأثير ميدان الكتريكي بر خواص ساختاري پروتئين برازئين
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
شيمي - شيمي فيزيك
دانشكده
شيمي
تاريخ دفاع
1404/01/26
صفحه شمار
77 ص.
استاد راهنما
حسن سبزيان
كليدواژه فارسي
پروتئين برازئين , پروتئين طعم شيرين , شبيه سازي ديناميك مولكولي , ميدان الكتريكي , تغييرات ساختاري
چكيده فارسي
با افزايش نگرانكنندهي شيوع چاقي و ديابت، شيرينكنندههاي مصنوعي به عنوان جايگزيني براي قند مورد استفاده قرار ميگيرند. اگرچه اين شيرينكنندهها در مديريت سطح گلوكز خون و كاهش كالري مؤثرند، اما خطرات احتمالي سلامتي مانند بروز بيماريهاي سرطاني و قلبي-عروقي، نياز به شيرينكنندههاي طبيعي و كمضرر را برجسته ميكند. پروتئينهاي شيرين طبيعي مانند برازئين، بهعنوان گزينههايي اميدبخش با اثرات ضدسرطاني و كاهش نياز به انسولين در بيماران ديابتي مطرح هستند. در اين پژوهش، تأثير ميدانهاي الكتريكي ثابت و نوساني (با بسامد 2.54 گيگاهرتز) ، هر يك با سه شدت 0.5، 0.8 و 1.0 ولت بر نانومتر، بر روي پايداري پروتئين برازئين، با استفاده از شبيهسازي ديناميك مولكولي به مدت 60 نانوثانيه با نرمافزار گرومكس و ميدان نيروي GROMOS54A7 بررسي شد. كميتهاي جذر ميانگين مربعات جابجايي¬ها (RMSD)، شعاع چرخش (Rg) ، جذر ميانگين مربعات افت¬و¬خيزها (RMSF)، تعداد پيوندهاي هيدروژني داخلي و خارجي، سطح در دسترس حلال (SASA) و نمودار راماچاندران موردتحليل قرار گرفتند. نتايج اين شبيه¬سازي¬ها نشان داد كه تأثير ميدان الكتريكي ثابت بر RMSD و تعداد پيوندهاي هيدروژني اندك است، در حالي كه با اعمال ميدانهاي الكتريكي نوساني با شدت بالاتر از 0.5 ولت بر نانومتر، مقادير RMSD و شعاع چرخش به ميزان قابل¬مشاهده¬اي افزايش مي¬يابند. اين تغييرات، به همراه تغييرات مشاهده¬شده در ساختارهاي دوم و سوم پروتئين برازئين نشان ميدهد كه در ميدان الكتريكي نوساني با شدت بالاتر از 0.5 ولت بر نانومتر، اين پروتئين دناتوره مي¬شود. ميدان¬هاي الكتريكي ثابت و نوساني هر دو موجب افزايش مقدار و RMSF بهويژه در نواحي حلقهاي پروتئين مي¬شوند. اين افزايش در ميدان نوساني شديدتر است. در ميدان نوساني، افزايش شدت ميدان باعث كاهش تعداد پيوندهاي هيدروژني داخلي پروتئين-پروتئين و افزايش پيوندهاي هيدروژني خارجي پروتئين-آب مي¬گردد. همچنين، بهدليل بازشدن ساختارهاي دوم و سوم پروتئين در ميدان الكتريكي نوساني، مساحت سطح در دسترس پروتئين براي حلال افزايش مي¬يابد. بررسي نمودارهاي راماچاندران نشان داد كه در ميدانهاي با شدت بالاتر، توزيع نقاط مربوط به جفت زواياي راماچانداران در نواحي غيرمجاز افزايش مييابد. نتايج شبيه¬سازي¬ها در دماي 330 كلوين و مقايسه آن¬ها با نتايج شبيه¬سازي¬هاي دماي 300 كلوين نشان داد كه افزايش دما در حضور ميدان الكتريكي نوساني ضعيف اثر ميدان را تشديد ميكند و در بيشتر كميتها منجر به افزايش مقادير بهدستآمده ميشود. همچنين در ميدان قويتر، با افزايش دما، اثر ميدان كمي كاهش پيدا ميكند. در ميدان الكتريكي ثابت، اثر افزايش دما بر پروتئين ناچيز است.
كليدواژه لاتين
Brazzein protein , Sweet-tasting protein , Molecular dynamics simulation , Electric field , Structural changes
عنوان لاتين
Molecular dynamics simulation of the effect of electric field on the structural characteristics of Brazein protein
گروه آموزشي
شيمي فيزيك
چكيده لاتين
The use of artificial sweeteners as substitute for sugar is necessary, especially for people engaged with obesity and diabetes. In spite of their useful effects in the adjustment of blood glucose level and reducing caloric intake, they may cause potential health risks, such as cancer and cardiovascular diseases. Therefore, it is important to investigate for natural and less harmful sweeteners, or even with useful side effects. Natural sweet proteins like Brazzein have been introduced as promising sweeteners with anticancer effects and reduced insulin requirements in diabetic patients. In the present study, the effect of both direct (static) and alternating (oscillating) electric fields (at 2.54 GHz frequency) with three intensities of 0.5, 0.8, and 1.0 V/nm on the stability of the Brazzein protein is studied using 60 ns molecular dynamics simulations with the GROMOS54A7 force field implemented in GROMACS. The analyzed quantities include root mean square displacements (RMSD), radius of gyration (Rg), root mean square fluctuations (RMSF), number of internal and external hydrogen bonds, solvent-accessible surface area (SASA), and the Ramachandran diagram. The results of these simulations indicated that the effect of the static electric field on RMSD and the number of hydrogen bonds is negligible, while oscillating electric field at intensities above 0.5 V/nm significantly increases RMSD and radius of gyration. These changes, together with the observed alteration in the secondary and tertiary structures of Brazzein, suggest that in the oscillating electric fields with intensities above 0.5 V/nm, the Brazzein protein undergoes denaturation. Both static and oscillating electric fields resulted in increased RMSF, particularly in the loop regions, and more pronounced in oscillating field. In the oscillating field, increasing field intensity leads to a decrease in the number of internal protein-protein hydrogen bonds and an increase in the external protein-water hydrogen bonds. Additionally, due to the unfolding of the second and third structures of the Brazzein protein in the oscillating electric field, the accessible surface area of the protein for the solvent is increased. Analysis of the Ramachandran diagram revealed that at higher field intensities, distribution of the points corresponding to the pair of Ramachandran angle values is increased in the forbidden regions. The results of the simulations at 330 K, compared with those obtained at 300 K, demonstrate that increasing temperature in the presence of weak oscillating electric field enhances the effects of the field, leading to elevated values in most indices, while at stronger electric fields, it has significantly diminished effects. The impact of temperature on the protein structure in the presence of static electric field is negligible.
تعداد فصل ها
3
فهرست مطالب pdf
137619
نويسنده