Abstrakt

Celem niniejszej pracy było zbadanie molekularnego mechanizmu wpływu biologicznie znaczących związków, tzw. osmolitów na stabilność białek. Aby zweryfikować istniejące hipotezy i dostarczyć spójnego obrazu działania osmolitów na poziomie molekularnym, wykorzystano metodę dynamiki molekularnej do zasymulowania mechanicznej denaturacji modelowych białek – lizozymu i ubikwityny. W tym podejściu odtworzony został efekt stabilizujący betainy oraz destabilizujący mocznika. Aby wyjaśnić różnice w wartościach pracy potrzebnych do rozwinięcia białek zostały obliczone różne molekularne parametry charakterystyki badanych układów, miedzy innymi, liczby wiązań wodorowych, współczynniki preferencyjnego oddziaływania w układzie: białko-osmolit-woda, profile entalpii swobodnych, entalpii oraz entropii dla pojedynczych cząsteczek rozpuszczalnika w funkcji odległości od powierzchni białka. Na podstawie uzyskanych wyników wyjaśniono dlaczego betaina jest wykluczana z powierzchni białek, zaś mocznik jest na jej powierzchni akumulowany. Dodatkowo, zweryfikowana została hipoteza o tym czy wszystkie osmolity stabilizujące są wykluczane z powierzchni białek. Ustalono również jak stabilizacja zależy od polarności stabilizatorów oraz zdekomponowano wartości prac rozwijania na wkłady pochodzące z wykluczania osmolitów z powierzchni białka, różnic w solwatacji oraz wpływu ciśnień osmotycznych. Zbadano także molekularny mechanizm wyjaśniający dlaczego w wyższych temperaturach betaina zwiększa stabilność białek a mocznik wykazuje mniejszy efekt destabilizujący. W tym celu skupiono się na określeniu głównych sił napędowych odpowiedzialnych za zmianę stabilności białek na poziomie termodynamicznym. Na koniec sprawdzono czy możliwe jest przewidywanie dla zadanej sekwencji aminokwasowej parametru charakteryzującego wpływ wybranych osmolitów na równowagę konformacyjna białka poprzez sumowanie elementarnych wkładów pochodzących od poszczególnych elementów strukturalnych białka.

Autor (1)