Binding and mode coupling of proteins

Abstract

Bağlanmadan kaynaklanan termodinamik değişimlerinin daha iyi anlaşılması ve bağlanma bölgelerinin belirlenebilmesi amacıyla iki hexa-peptit ve onların bağlanmış formu analiz edildi. Moleküler dinamik vasıtasıyla peptitlerin dinamiği elde edildi. Bu bilgiden istenen termodinamik özeliklerin elde edilmesi ve bağlanma bölgelerinin belirlenmesi amacıyla harmonik bir model uygulandı.Büyük hareketleri açıklanabilmesi için harmonik matematiksel formulasyon genişletildi. Dalgalanma olasılık fonksiyonu yüksek derece momentleri kullanarak Hermit serisi açılımı ile oluşturuldu.Proteinlerin çevre ile enerjik etkileşimi ve emilen enerjinin protein içindeki rezidülere dağılımı protein fonksiyonu açısından çok önemli. Bu sebepten dolayı modların bağlanması ve anharmonik hareketlerin mod uzayına korelasyon matrisinin eigenvektorlerine yansıtılması yolu ile incelenmiştir. Crambin için moleküler dinamik yörüngeleri elde edildi ve bununla polinomlar oluşturularak mod enerjileri hesaplandı. Yavaş modların enerjisinin harmonik kabulün, mod başına kT/2, altında olduğu görüldü. Hızlı modlardan birkaçının ise harmonik kabulün üzerinde enerjiye sahip oldukları görüldü. Bu sapmaların sebebi çevre ile ve başka bir veya birkaç mod ile enerjik bağlanma olarak açıklanabilinir. Bu enerjik bağlanmalarını detaylı analizi ikili en düşük derecede bağlanmalar cinsiden yapıldı. İlaveten Crambin için modların bağlanması ve anharmonik hareketlerin çok boyutlu enerji yüzeyinin modellenmesinde önemli etkiye sahip olduğu görüldü. Anharmonik hareketlerin ve mod bağlanmasının entropi üzerindeki etkisi sadece yüzde birkaç düzeyinde.Yapı-bağlanma ilişkisini farklı bir açıdan incelemek amacıyla birbirine çok benzer olan ve sadece 2 amino grubu ile farklılık gösteren HLA-B51 ve HLA-B52 proteinlerinin bağlanma serbest enerji profilleri ve hareketleri incelendi. HLA-B51 Behçet hastalığı ile ilgili bir protein, HLA-B52 ise ilgisiz. 1 heliksindeki dinamik değişimler incelendi. Serbest enerji profilleri HLA-B52 bağlanmasının HLA-51'e göre daha çok enerji açığa çıkardığını gösterdi.

In order to understand the the change in thermodynamic properties upon binding and determine the binding sides, two hexa-peptides and their bound complex structures were analyzed. In order to extract the thermodynamic properties and determine the binding side, a harmonic model was applied.The harmonic formulation is extended to large ? uctuations of residues in order to account for effects of anharmonicity. The ? uctuation probability function is constructed for this purpose as a tensorial Hermite series expansion with higher order moments of ? uctuations as coef ? cients.Mode coupling and anharmonicity in a native fluctuating protein is investigated in modal space. Molecular dynamics trajectories of Crambin are generated and used to evaluate the terms of the polynomials and to obtain the modal energies. Slowest modes have energies that are below that of the harmonic energy, kT/2 per mode, and a few fast modes have energies significantly larger than the harmonic which is a result of coupling. Detailed analysis of the lowest order two mode coupling terms is presented.It is was shown that mode coupling and anharmonicity are important for modeling the multidimensional energy landscape of Crambin. The effect of them on the fluctuational entropy is on the order of a few percent.The fluctuations and unbinding free energy profiles of two very similar proteins, HLA-B51 and HLA-B52, were investigated. HLA-B51 is related to the Behçet?s disease whereas HLA-B52 is not. Change in the dynamics of 1 helix were analyzed. Unbinding from HLA-B52 resulted in greater free energy differences than for HLA-B51.