An Optimization approach to study the dynamics of cotranslational folding

Abstract

Yüksek Lisans Tez Özet FormuÖğrencinin Adı : Şerife ŞentürkAna Bilim Dalı : Hesaplamalı Bilim ve Mühendislik (CMSE)Tez Başlığı : Proteinin katlanması mekanizmasını anlamak için biroptimizasyon yaklaşımıÖzetBu tezde, önceden geliştirilmiş olan bir optimizasyon modeli, protein zincirlerinin ribozomtarafından üretimi sırasında nasıl katlandığının anlaşılması için kullanılmıştır. Proteinlerribozomda üretilirken, zincirin oluşan kısmı ribozom tünelinde katlanmaya başlamaktadır veayrıca ribozomdan çıkan amino asitler kendi aralarında özelliklerine uygun şekillerebürünmektedir ve aynı zamanda zincirin geri kalan kısmının üretimi devam etmektedir. Buoptimizasyon modelinde, katlanma problemi fiziksel belirleyicilere ve dinamik modelhesaplamalarına uygun olarak, bir tür enerji şeklini minimize eden bir kontrol problemi olarakformule edilmiştir. Kullanılan optimizasyon modelinin büyüklüğü zincirin o anda kaç taneamino asitten oluştuğuna göre değişmektedir. Bu çalışmada, otuz altı amino asitten oluşan vehızlı katlandığı bilinen bir protein, chicken villin headpiece, üzerine çalışılmıştır. Model,proteinin değişik üretim hızlarında nasıl katlandığının anlaşılması için her amino asitindeğişik hızlarda daha önceden var olan zincire eklenmesi şeklinde kurgulandırılmıştır.Proteinin katlanma süreci, proteinin ikincil yapılarına bakılarak ilk aralık, orta aralık ve sonaralık olarak sınıflandırılmış ve bu aralıklar için zincirlerin katlanma mekanizması analizedilmiştir. Ayrıca, lokal olmayan etkileşmelerin proteinin katlanması üzerine olan önemlietkisi vurgulanmıştır.Danışman: Prof. Dr. Yaman Arkun Tarih: 02.11.06Enstitü Müdürü: Prof. Dr. Süleyman Özekici Tarih: 02.11.06

M.S. Thesis Abstract FormName of the Student : Şerife ŞentürkProgram of Study : Computational Science and EngineeringThesis Title : An Optimization Approach To Study the Dynamics ofCo-translational FoldingAbstractAn optimization model is implemented to obtain the possible pathways for the folding ofthe protein chain as the protein folds in the exit tunnel of the ribosome during andfollowing its synthesis. In this model, the folding problem is formulated as an optimalcontrol problem in which a particular form of energy is minimized subject to the dynamicmodel predictions and physical constraints. It is assumed that the chain grows and foldsat the same time while it is still being synthesized. The optimization models changeaccording to the length of the partial chain. The co-translational folding dynamics of afast-folding protein, chicken villin headpiece protein, is simulated. The model isimplemented using different growth rates for the protein to fold and the results for thedifferent growth rates are compared. The folding dynamics is analyzed as a processcomposed of early stage, intermediate stage and late stage according to the secondarystructure property of chicken villin protein. Also, the important role of long-range contactpairs is presented and the input variables are analyzed.Advisor: Prof. Dr. Yaman Arkun Date: 02.11.06Director: Prof. Dr. Süleyman Özekici Date: 02.11.06