(Luận văn thạc sĩ) Hiệu ứng đám đông đại phân tử đối với tính chất cuốn của Protein

(Luận văn thạc sĩ) Hiệu ứng đám đông đại phân tử đối với tính chất cuốn của Protein(Luận văn thạc sĩ) Hiệu ứng đám đông đại phân tử đối với tính chất cuốn của Protein(Luận văn thạc sĩ) Hiệu ứng đám đông đại phân tử đối với tính chất cuốn của Protein(Luận văn thạc sĩ) Hiệu ứng đám đông đại phân tử đối với tính chất cuốn của Protein(Luận văn thạc sĩ) Hiệu ứng đám đông đại phân tử đối với tính chất cuốn của Protein(Luận văn thạc sĩ) Hiệu ứng đám đông đại phân tử đối với tính chất cuốn của Protein(Luận văn thạc sĩ) Hiệu ứng đám đông đại phân tử đối với tính chất cuốn của Protein(Luận văn thạc sĩ) Hiệu ứng đám đông đại phân tử đối với tính chất cuốn của Protein(Luận văn thạc sĩ) Hiệu ứng đám đông đại phân tử đối với tính chất cuốn của Protein(Luận văn thạc sĩ) Hiệu ứng đám đông đại phân tử đối với tính chất cuốn của Protein(Luận văn thạc sĩ) Hiệu ứng đám đông đại phân tử đối với tính chất cuốn của Protein(Luận văn thạc sĩ) Hiệu ứng đám đông đại phân tử đối với tính chất cuốn của Protein(Luận văn thạc sĩ) Hiệu ứng đám đông đại phân tử đối với tính chất cuốn của Protein(Luận văn thạc sĩ) Hiệu ứng đám đông đại phân tử đối với tính chất cuốn của Protein(Luận văn thạc sĩ) Hiệu ứng đám đông đại phân tử đối với tính chất cuốn của Protein

BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - TẠ THỊ QUYÊN HIỆU ỨNG ĐÁM ĐÔNG ĐẠI PHÂN TỬ ĐỐI VỚI TÍNH CHẤT CUỐN CỦA PROTEIN LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ Hà Nội – 2019 BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - TẠ THỊ QUYÊN HIỆU ỨNG ĐÁM ĐÔNG ĐẠI PHÂN TỬ ĐỐI VỚI TÍNH CHẤT CUỐN CỦA PROTEIN Chuyên ngành: Vật lý lý thuyết vật lý toán Mã số: 8440103 LUẬN VĂN THẠC SĨ VẬT LÝ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS TS Trịnh Xuân Hoàng Hà Nội – 2019 LỜI CẢM ƠN Với tình cảm chân thành, tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo, cô giáo tham gia giảng dạy giúp đỡ tơi suốt q trình học tập thời gian triển khai đề tài Đặc biệt, Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành, sâu sắc tới Thầy - PGS TS Trịnh Xuân Hoàng, người trực tiếp hướng dẫn giúp đỡ tơi suốt q trình nghiên cứu hồn thành luận văn Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn tới: Ban Giám đốc, Phòng đào tạo Học Viện Khoa Học Công Nghệ - Viện Hàn Lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam; Ban Giám hiệu toàn thể đồng nghiệp trường THPT Yên Khánh B Ninh Bình tạo điều kiện thuận lợi cho tơi hoàn thành nhiệm vụ học tập nghiên cứu đề tài Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia đình, đặc biệt chồng bên, yêu thương, động viên, cổ vũ tạo điều kiện thuận lợi để hồn thành khố học Mặc dù có nhiều cố gắng, song thời gian nghiên cứu có hạn, kinh nghiệm nghiên cứu chưa nhiều, nên khó tránh khỏi thiếu sót Tác giả kính mong nhận ý kiến đóng góp quý báu Hội đồng khoa học, thầy giáo, cô giáo bạn đồng nghiệp Hà Nội, ngày 15 tháng năm 2019 Tác giả luận văn TẠ THỊ QUYÊN MỤC LỤC Mở đầu Chương 1: Tổng quan protein hiệu ứng đám đông đại phân tử 1.1 Các thông tin protein 1.2 Hiện tượng protein ống nghiệm 1.3 Mơ hình hai trạng thái protein .9 1.4 Hiệu ứng đám đông đại phân tử protein 10 1.5 Lý thuyết hạt tỷ lệ 12 Chương 2: Các mơ hình phương pháp mô 22 2.1 Mơ hình Go cho protein 24 2.2 Mơ hình đại phân tử đám đông .26 2.3 Phương pháp động lực học phân tử dựa phương trình Langevin 28 2.4 Phương pháp phân tích biểu đồ có trọng số 32 Chương 3: Một số kết nghiên cứu 33 3.1 Ảnh hưởng đám đông đại phân tử lên nhiệt độ chuyển pha 34 3.2 Ảnh hưởng đám đông đại phân tử lên độ ổn định trạng thái 37 Kết luận 41 Tài liệu tham khảo .42 Mở đầu Ngày nay, với cách mạng khoa học kỹ thuật phát triển mạnh mẽ bùng nổ thông tin nhiều lĩnh vực, giới bước vào thời đại tồn cầu hố, người ngày khẳng định vị trình phát triển nhân loại Cùng với đó, nhu cầu chăm sóc, bảo vệ sức khoẻ ngày tăng cường, y học ngày phát triển Vật lý sinh học môn khoa học liên ngành, ứng dụng lý thuyết phương pháp khoa học vật lý vào vấn đề sinh học, y học Phạm vi nghiên cứu vật lý sinh học rộng, trải từ phân tích trình tự ADN tới mạng nơ-ron thần kinh Trong vật lý sinh học, nghiên cứu protein hướng nghiên cứu quan trọng, protein phân tử thực hầu hết chức thể sống Các nghiên cứu protein nói riêng phân tử sinh học nói chung năm gần mang lại nhiều hiểu biết chế phân tử trình xảy thể sống, góp phần đáng kể vào tiến y học, có việc xác định nguyên nhân loại bệnh tìm thuốc điều trị bệnh Trong vật lý sinh học, hiệu ứng nhà khoa học quan tâm nghiên cứu hiệu ứng đám đông đại phân tử (macromolecular crowding effect), nghĩa ảnh hưởng môi trường đậm đặc đại phân tử bên tế bào lên q trình xảy Tỷ lệ thể tích lên tới 40% bị chiếm đại phân tử tế bào cho có ảnh hưởng lớn đến ổn định chức protein Đám đông đại phân tử cho làm tăng khả kết tụ protein, biết nguyên nhân nhiều loại bệnh liên quan tới thần kinh Alzeihmer, Parkison Việc nghiên cứu q trình sinh hố điều kiện thực tế với diện đám đông đại phân tử thực cần thiết cho hiểu biết sống cấp độ phân tử Tuy vậy, hiểu biết hiệu ứng đám đông đại phân tử hạn chế tính phức tạp vấn đề nghiên cứu khó khăn thực thí nghiệm bên tế bào Xuất phát từ thực trạng đó, với mục đích nghiên cứu sâu q trình protein đồng thời góp phần áp dụng hiệu việc nghiên cứu chế gây bệnh tật vấn đề có ý nghĩa to lớn sức khoẻ người, tơi chọn đề tài nghiên cứu “Hiệu ứng đám đông đại phân tử tính chất protein” Nghiên cứu hiệu ứng đám đơng đại phân tử lên tính chất protein giúp ta hiểu rõ hành xử protein môi trường tế bào, tạo sở cho việc tìm chế gây bệnh nghiên cứu ứng dụng y sinh học Đối tượng nghiên cứu protein nhỏ đơn miền, biết có khả nhanh chóng mơi trường ống nghiệm khơng có diện đám đơng đại phân tử Các nội dung nghiên cứu bao gồm: Nghiên cứu ảnh hưởng đám đông đại phân tử lên nhiệt độ chuyển pha Nghiên cứu ảnh hưởng đám đông đại phân tử lên độ ổn định trạng thái Một số nghiên cứu trước đề cập tới nội dung Điểm nghiên cứu luận văn so sánh kết cho protein với cấu trúc trạng thái tự nhiên khác nhằm làm rõ mức độ ảnh hưởng đám đông đại phân tử lên protein có cấu trúc khác Ngồi ra, kết tính tốn luận văn cho protein nhằm kiểm tra lại kết nghiên cứu trước cho protein khác Nghiên cứu luận văn sử dụng mô hình đơn giản hóa, bao gồm mơ hình Go cho protein mơ hình cầu với đẩy cho đại phân tử Phương pháp động lực học phân tử với phương trình Langevin sử dụng để mô động lực học hệ protein phân tử đám đơng Để tính tốn đại lượng cân nhiệt động nhiệt dung riêng, lượng tự cách hiệu quả, luận văn sử dụng phương pháp phân tích biểu đồ có trọng số Luận văn gồm chương: - Chương 1: Tổng quan protein hiệu ứng đám đông đại phân tử - Chương 2: Các mơ hình phương pháp mô - Chương 3: Một số kết nghiên cứu Kèm theo chương phần kết luận tài liệu tham khảo Chương 1: Tổng quan protein hiệu ứng đám đông đại phân tử 1.1 Các tính chất protein 1.1.1 Thành phần hóa học protein Protein đại phân tử sinh học lớn chứa nhiều amino acid Protein thực nhiều chức bên sinh vật, bao gồm phản ứng trao đổi chất, xúc tác, chép DNA, đáp ứng lại kích thích, vận chuyển phân tử từ vị trí đến vị trí khác Các protein khác chủ yếu trình tự axit amin cấu tạo chúng, mà trình tự bị chi phối trình tự nucleotide gen quy định tương ứng, kết giai đoạn protein (protein folding) thành cấu trúc chiều định chức Protein chuỗi polymer đơn tuyến hợp thành 20 loại axit amin, gọi chuỗi polypeptide Trong 20 loại amino acid này, 19 loại có cấu trúc giống Hình 1.1(a) Mỗi amino acid có nguyên tử C trung tâm gọi C  liên kết với nguyên tử H, nhóm carboxyl COOH, nhóm amin NH2, chuỗi bên (side chain) R Loại amino acid thứ 20 lại proline có cấu trúc tương tự amino acid khác, nguyên tử C thuộc chuỗi bên liên kết với nguyên tử N nhóm amin tạo thành mạch vòng (Hình 1.1 (b)) Hình 1.1 a) Cấu trúc chung amino acid b) Cấu trúc proline Các tính chất vật lý hoá học chuỗi bên xác định đặc tính amino acid, qua định vai trò amino acid chuỗi polypeptide Dựa tính chất này, amino acid phân thành nhóm khơng phân cực (kị nước), phân cực (ưa nước), tích điện âm (nếu chuỗi bên mang điện tích âm), tích điện dương (nếu chuỗi bên mang điện tích dương) Chuỗi polypeptide tạo thành phản ứng trùng ngưng amino acid loại bỏ phân tử nước tạo thành từ nhóm OH nhóm carboxyl H nhóm amin Phản ứng tạo liên kết peptide (Hình 1.2) liên kết cộng hố trị ngun tử C nhóm carboxyl nguyên tử N nhóm amin kề Các nguyên tử với nguyên tử C  tạo thành khung cho chuỗi polypeptide gọi mạch xương sống (backbone) chuỗi polypeptide Toả từ khung chuỗi bên amino acid Liên kết peptide tạo tính định hướng cho chuỗi polypeptide, nguyên tử N nhóm amin nằm phía ngun tử C  Phía lại nguyên tử C nhóm carboxyl Nhóm amin không tham gia liên kết peptide tạo thành đầu N chuỗi polypeptide Đầu lại đầu C Quá trình dịch mã ribosome tiến hành từ đầu N đến đầu C chuỗi để tạo cấu trúc bậc protein Hình 1.2 Chuỗi polypeptide hình thành liên kết peptide amino acid Protein sinh tổng hợp tế bào ribosome Kích thước protein đo số lượng amino acid chứa tổng khối lượng phân tử, mà thông thường tính đơn vị Dalton (đồng nghĩa với đơn vị khối lượng nguyên tử), đơn vị dẫn xuất kilo-Dalton (kDa) Các protein tổng hợp nấm men trung bình dài 466 amino acid có khối lượng trung bình 53 kDa Protein lớn biết đến titin, thành phần đơn vị sợi vân (muscle sarcomere), với khối lượng phân tử 3.000 kDa chứa tới 27.000 amino acid 1.1.2 Cấu trúc protein Cấu trúc bậc 1: Là trình tự amino acid chuỗi polypeptide protein Cấu trúc bậc 2: Là tương tác không gian gốc axit amino gần chuỗi polypeptide Cấu trúc bền vững chủ yếu nhờ liên kết hydro hình thành liên kết peptide kề gần nhau, cách khoảng xác định dọc theo trình tự chuỗi Các cấu trúc bậc phân tử protein bao gồm xoắn α (α-helix), phiến β (β-sheet) khúc ngoặt (turn) Bởi cấu trúc bậc mang tính cục bộ, nhiều vùng với cấu trúc bậc khác tồn phân tử protein Cấu trúc bậc 3: hình dạng chiều tổng thể phân tử protein đơn nhất; hay mối quan hệ không gian cấu trúc bậc với Nói chung cấu trúc bậc giữ ổn định tương tác phi cục bộ, phần lớn hình thành lõi kị nước (hydrophobic core), giữ ổn định cầu muối (salt bridge), liên kết hydro, liên kết disulfide Thuật ngữ “cấu trúc bậc 3” thường sử dụng mang nội dung đồng nghĩa với thuật ngữ gấp protein Cấu trúc bậc kiểm sốt chức protein Hình 2.2: Các biểu đồ biểu diễn số trạng thái N có lượng E tương ứng với mô ba nhiệt độ khác Các nhiệt độ chọn để biểu đồ phủ 31 Chương 3: Một số kết nghiên cứu Trong chương này, trình bày số kết nghiên cứu hiệu ứng đám đông đại phân tử lên protein sử dụng mơ hình phương pháp mơ nêu chương Nghiên cứu thực cho miền protein nhỏ với cấu trúc trạng thái tự nhiên khác biệt miền SH3 miền headpiece protein Villin Cả hai miền protein đểu có khả độc lập nhanh xác thực thực nghiệm Miền SH3 (viết tắt Src Homology Domain) miền protein nhỏ chứa khoảng 60 amino acid với cấu trúc kẹp phiến β minh họa Hình 3.1a Miền SH3 tìm thấy nhiều loại protein protein vCrk virus, phospholipase số họ tyrosine kinase Abl Src Nó xác định số họ protein khác PI3 kinase, protein kích hoạt RasGTPase, CDC24 cdc25 Miền SH3 biết có vai trò điều chỉnh tương tác protein-protein đường truyền tín hiệu tế bào tương tác màng với khung tế bào, chức chưa hiểu biết rõ Khoảng 300 miền SH3 tìm thấy protein khác mã hóa gene người Villin loại protein liên kết đặc hiệu với actin (actin-binding protein) biết có vai trò việc hình thành bó sợi actin khung tế bào động vật có xương sống Villin có nhiều miền cấu trúc, nhiên miền nghiên cứu nhiều nghiên cứu mơ miền headpiece (headpiece domain) có kích thước nhỏ tốc độ nhanh Miền headpiece Villin có cấu trúc bó xoắn a tạo thành lõi kỵ nước đóng gói bên (Hình 3.1 b) Trong luận văn này, xét cấu trúc trạng thái tự nhiên miền SH3 protein spectrin miền headpiece protein Villin gà 32 minh họa Hình 3.1 Các cấu trúc có mã PDB tương ứng 1SHG 2RJX ngân hàng liệu protein (Protein Data Bank – PDB) Để thuận tiện, ký hiệu miền protein 1SHG 2RJX kết mô Chiều dài protein cho số amino acid N = 57 1SHG N = 67 cho 2RJX 1SHG 2RJX Hình 3.1: Cấu hình trạng thái tự nhiên miền SH3 protein spectrin (1SHG) miền headpiece protein Villin (2RJX) Hình 3.2: Cấu hình mơ protein 1SHG trạng thái duỗi (màu xanh) với có mặt phân tử đám đơng hình cầu (màu vàng) Tỷ lệ thể tích phân tử đám đơng hình 0.2 33 Các protein mô với có mặt đám đơng đại phân tử Hình 3.2 mơ tả cấu hình protein 1SHG trạng thái duỗi với đại phân tử xung quanh Tỷ lệ thể tích đại phân tử hình 0.2 Chúng nghiên cứu ảnh hưởng đám đơng đại phân tử lên hai tính chất cân protein nhiệt độ chuyển pha độ ổn định trạng thái 3.1 Ảnh hưởng đám đông đại phân tử lên nhiệt độ chuyển pha Nhiệt độ chuyển pha Tf nhiệt độ mà xảy q trình chuyển pha Khi T > Tf protein nằm trạng thái duỗi, T < T f protein nằm trạng thái Nhiệt độ chuyển pha xác định thơng qua phép đo nhiệt dung, Tf xác định nhiệt độ đỉnh nhiệt dung đồ thị nhiệt dung phụ thuộc vào nhiệt độ Hình 3.3 cho thấy kết khảo sát phụ thuộc nhiệt dung C protein vào nhiệt độ cho protein 1SHG protein 2RJX tỷ lệ thể tích đám đơng ϕc khác Sự có mặt đám đơng đại phân tử làm thay đổi đỉnh nhiệt dung riêng nhiệt độ tương ứng protein khảo sát Cụ thể, với tăng lên tỷ lệ đám đơng đại phân tử đỉnh nhiệt dung riêng dịch chuyển nhiệt độ cao giảm dần Hình dạng phụ thuộc nhiệt dung riêng vào nhiệt độ tỷ lệ thể tích đám đơng khơng cho thấy có biến dạng hình dáng đồ thị Bảng 3.1 cho ta giá trị độ cao đỉnh nhiệt dung C max nhiệt độ chuyển pha Tf nồng độ đám đông đại phân tử khác Sự gia tăng nhiệt độ chuyển pha Tf gợi ý có mặt đám đông làm cho protein bền vững tác động nhiệt 34 Hình 3.3: Sự phụ thuộc nhiệt dung riêng vào nhiệt độ protein 1SHG (a) protein 2RJX (b) tỷ lệ thể tích đám đơng c khác Tỉ lệ thể tích Nhiệt dung đỉnh Cmax (kB) Nhiệt độ Tf (ɛ/kB) đám đông ϕc 1SGH 2RJX 1SGH 2RJX ϕc = 0.0 2590 1000 1.05 0.89 ϕc = 0.1 2450 980 1.0625 0.91 ϕc = 0.2 2250 960 1.08 0.925 ϕc = 0.3 2125 910 1.1 0.935 Bảng 3.1: Các giá trị đỉnh nhiệt dung Cmax nhiệt độ chuyển pha Tf thu từ mô cho protein 1SHG 2RJX với có mặt đám đơng đại phân tử với tỷ lệ thể tích ϕc 35 Hình 3.4 cho ta kết khảo sát phụ thuộc protein 1SHG vào thời gian quỹ đạo mô nhiệt độ chuyển pha cho trường hợp c = (a) c = 0.2 (b) Có thể thấy nhiệt độ chuyển pha cuốn, protein chuyển đổi qua lại nhiều lần pha lượng thấp pha duỗi lượng cao Ngoài ra, ta thấy khoảng thời gian mô số lần chuyển đổi qua lại pha pha duỗi c = 0.2 nhiều đáng kể so với c = Điều giải thích rào lượng tự trạng thái duỗi giảm độ cao có mặt đám đơng đại phân tử, làm cho trình chuyển đổi pha trở nên dễ dàng Hình 3.4: Sự phụ thuộc protein 1SHG vào thời gian quỹ đạo mô nhiệt độ ứng với đỉnh nhiệt dung riêng cho trường hợp c = (a) c = 0.2 (b) 36 3.2 Ảnh hưởng đám đông đại phân tử lên độ ổn định trạng thái Hình 3.5 cho ta thấy phụ thuộc lượng tự F vào số tiếp xúc Q khảo sát cho protein 1SHG nhiệt độ T = 1.05 /kB protein 2RJX nhiệt độ T = 0.89 /kB (các nhiệt độ ứng với cực đại nhiệt dung riêng khơng có đám đơng) với tỷ lệ thể tích đám đơng c = 0, 0.1, 0.2 0.3 Do lượng tự xác định với độ xác tới số bất kỳ, đồ thị lượng tự cho trường hợp khác dịch chuyển cho lượng tự trạng thái có giá trị Ở ta quan tâm tới độ chênh lệch lượng tự trạng thái khác so với trạng thái Hình 3.5a cho thấy cho trường hợp c khác nhau, đồ thị lượng tự protein 1SHG có cực tiểu ứng với trạng thái giá trị Q cao trạng thái duỗi giá trị Q thấp Có thể thấy tỷ lệ thể tích đám đơng c tăng, độ chênh lệch lượng tự trạng thái duỗi trạng thái tăng lên Như đám đông đại phân tử làm tăng tính ổn định trạng thái so với trạng thái duỗi Hình 3.5b cho thấy đám đơng đại phân tử có ảnh hưởng tương tự tới lượng tự cho trường hợp protein 2RJX: trạng thái duỗi bị ổn định so với trạng thái tỷ lệ thể tích đám đơng tăng Khi c > 0.1 trí cực tiểu lượng tự ứng với trạng thái duỗi bị triệt tiêu, hệ cực tiểu ứng với trạng thái 37 Hình 3.5: Sự phụ thuộc lượng tự vào số tiếp xúc native (Q) cho protein 1SHG nhiệt độ T = 1.05 /kB (a) protein 2RJX nhiệt độ T = 0.89 /kB (b) với tỷ lệ thể tích đám đơng c = 0, 0.1, 0.2 and 0.3 Để nghiên cứu kỹ ảnh hưởng đám đông đại phân tử tới trạng thái protein, chúng tơi khảo sát bán kính hồi chuyển Rg cấu hình protein thu từ mơ Hình 3.6 cho ta phân bố bán kính hồi chuyển Rg protein 1SHG 2RJX nhiệt độ chuyển pha cho tỷ lệ thể tích đám đơng khác Hình 3.6 cho thấy mức độ bó chặt protein có xu hướng tăng lên có mặt đám đơng Tuy nhiên, khơng có thay đổi đáng kể với bán kính có xác suất cực đại 10 A với 1SHG 12 A với 2RJX Điều cho thấy mức độ bó chặt trạng thái không thay đổi với tăng lên thể tích đám đơng Trong đó, bán kính hồi chuyển cấu hình duỗi bị giảm mạnh tỷ lệ thể tích đại phân tử tăng 38 Hình 3.6: Phân bố bán kính hồi chuyển Rg protein 1SHG (a) protein 2RJX (b) nhiệt độ chuyển pha cho tỷ lệ thể tích đám đơng c khác Sự thay đổi lượng tự ΔΔFN-U có mặt đám đơng đại phân tử định nghĩa chương 1, ΔΔFN-U (c) = ΔFN-U (c) - ΔFN-U (0) , với ΔFN-U (c) = FN (c) - FU (c) lượng tự có đám đông ΔFN-U (0) = FN () - FU () lượng tự khơng có đám đơng Hình 3.7 mơ tả phụ thuộc thay đổi lượng tự vào tỷ lệ thể tích đám đơng c cho protein 1SHG protein 2RJX Sự thay đổi lượng tự thu từ mơ khớp tốt với lý thuyết hạt tỷ lệ Minton trình bày chương với giả thiết bán kính hiệu dụng RU trạng thái duỗi tỷ lệ tuyến tính với c Sự phù hợp kết mơ với lý thuyết hạt tỷ lệ cho thấy thể tích loại trừ đóng vai 39 trò chủ đạo ảnh hưởng đám đông đại phân tử lên trình protein Các kết cho phù hợp tốt với nghiên cứu lý thuyết thực nghiệm trước Hình 3.7: Sự phụ thuộc thay đổi lượng tự vào tỷ lệ thể tích đám đơng c cho protein 1SHG protein 2RJX Các điểm hình vẽ thu từ liệu mô Đường liền nét đường đứt nét đường khớp với lý thuyết hạt tỷ lệ Hình 3.7 cho thấy thay đổi lượng tự protein 1SHG lớn so với protein 2RJX Điều cho thấy đám đông đại phân tử ảnh hưởng tới protein hình thành phiến β mạnh protein hình thành xoắn a 40 Chương 4: Kết luận Trong luận văn này, nghiên cứu ảnh hưởng đám đơng đại phân tử tới tính chất protein Các kết mô thu cho mơ hình đơn giản hóa dẫn tới kết luận sau đây: Đám đông đại phân tử làm tăng nhiệt độ chuyển pha protein, làm tăng tính ổn định protein thay đổi nhiệt độ Tại nhiệt độ cố định, đám đơng đại phân tử làm tăng tính ổn định trạng thái so với trạng thái duỗi, làm cấu hình duỗi bị bó hẹp Các kết mô thay đổi lượng tự cho phù hợp tốt với lý thuyết hạt tỷ lệ Minton Sự phù hợp cho thấy thể tích loại trừ đóng vai trò chủ đạo ảnh hưởng đám đông đại phân tử lên q trình protein Đám đơng đại phân tử gây ảnh hưởng tới protein hình thành phiến β mạnh protein hình thành xoắn a Các kết thu tiếp tục phát triển nghiên cứu mơ hình có tính thực tế cao 41 Tài liệu tham khảo [1] Minton AP, “The effect of volume occupancy upon the thermodynamic activity of proteins: some biochemical consequences”, Mol Cell Biochem 55, 119140 (1983) [2] Minton AP, “Implications of macromolecular crowding for protein assembly”, Curr Opin Struct Bio 10, 34-39 (2000) [3] Ellis RJ, “Macromolecular crowding: an important but neglected aspect of the intracellular environment”, Curr Opin Struct Bio 11, 114-119 (2001) [4] Zhou HX, Rivas G, Minton AP, “Macromolecular crowding and confinement: biochemical, biophysical, and potential physiological consequences”, Annu Rev Biophys 37, 375–397 (2008) [5] Zimmerman SB, Minton AP, “Macromolecular crowding: biochemical, biophysical, and physiological consequences”, Annu Rev Biophys Biomol Struct 22, 27-65 (1993) [6] van den Berg B, Ellis RJ, Dobson CM, “Effects of macromolecular crowding on protein folding and aggregation”, EMBO J 18, 6927 (1999) [7] Van den Berg B, Wain R, Dobson CM, Ellis RJ, “Macromolecular crowding perturbs protein refolding kinetics: implications for folding inside the cell”, EMBO J 19, 3870-3875 (2000) [8] Lebowitz JL, Helfand E, and Praestgaard E, “Scaled particle theory of fluid mixtures”, J Chem Phys 43, 774-779 (1965) [9] Minton AP, “Models for Excluded Volume Interaction between an Unfolded Protein and Rigid Macromolecular Cosolutes: Macromolecular Crowding and Protein Stability Revisited”, Biophys J 88, 971-985 (2005) [10] Zhou HX, “Protein folding in confined and crowded environments”, Arch Biochem Biophys 469, 76-82 (2008) 42 [11] Cheung MS, Klimov D, Thirumalai D, “Molecular crowding enhances native state stability and refolding rates of globular proteins”, Proc Natl Acad Sci USA 102, 4753–4758 (2005) [13] Cheung MS, Thirumalai D, “Effects of crowding and confinement on the structures of the transition state ensemble in proteins”, J Phys Chem B 111, 8250 (2007) [14] McGuffee SR, Elcock AH, “Diffusion, crowding & protein stability in a dynamic molecular model of the bacterial cytoplasm”, PLoS Comput Biol 6, e1000694 (2010) [15] Marenduzzo D, Finan K, and Cook P, “The depletion attraction: an underappreciated force driving cellular organization”, Journal of Cell Biology 175, 681-686 (2006) [16] Miklos AC, Li CG, Sharaf NG and Pielak GJ, “Volume exclusion and soft interaction effects on protein stability under crowded conditions”, Biochemistry 49, 6984–6991 (2010) [17] Miklos AC, Sarkar M, Wang Y and Pielak GJ, “Protein crowding tunes protein stability”, J Am Chem Soc 133, 7116–7120 (2011) [18] Qu Y and Bolen DW, “Efficacy of macromolecular crowding in forcing proteins to fold”, Biophys Chem 101-102, 155-165 (2002) [19] Roberts A and Jackson SE, “Destabilised mutants of ubiquitin gain equal stability in crowded solutions”, Biophys Chem 128, 140–149 (2007) [20] Zhou HX, “Polymer crowders and protein crowders act similarly on protein folding stability”, FEBS Lett 587, 394-7 (2013) [21] Denos S, Dhar A and Gruebele M, “Crowding effects on the small, fastfolding protein lambda 6-85”, Faraday Discuss 157, 451–462 (2012) [22] Gruebele M, Dave K, Sukenik S, “Globular Protein Folding In Vitro and In Vivo”, Annu Rev Biophys., 45, 233-251 (2016) 43 [23] Van den Berg B, Ellis RJ, Dobson CM, “Effects of macromolecular crowding on protein folding and aggregation”, EMBO J 18, 6927-33 (1999) [24] Van den Berg B, Wain R, Dobson CM, Ellis RJ, “Macromolecular crowding perturbs protein refolding kinetics: implications for folding inside the cell”, EMBO J 19, 3870-3875 (2000) [25] Monterroso B, and Minton AP, “Effect of High Concentration of Inert Cosolutes on the Refolding of an Enzyme Carbonic Anhydrase B in Sucrose and Ficoll 70”, J Biol Chem 282, 33452-33458 (2007) [26] Homouz D, Perham M, Samiotakis A, Cheung MS, and WittungStafshede P, “Crowded, cell-like environment induces shape changes in aspherical protein”, Proc Nati Acad Sci USA 105, 11754-11759 (2008) [27] Homouz D, Stagg L, Wittung-Stafshede P and Cheung MS, “Macromolecular Crowding Modulates Folding Mechanism of α/β Protein Apoflavodoxin”, Biophys J 96, 671-680 (2009) [28] Ai X, Zhou Z, Bai Y, and Choy WY, “ 15 N NMR Spin Relaxation Dispersion Study of the Molecular Crowding Effects on Protein Folding under Native Conditions”, J Am Chem Soc 128, 3916-3917 (2006) [29] Ma Q, Fan JB, Zhou Z, Zhou BR, Meng SR, Hu JY, Chen J, Liang Y, “The Contrasting Effect of Macromolecular Crowding on Amyloid Fibril Formation”, Plos one 7, 36288-4 (2012) [30] Reiss H, Frisch HL, and Lebowitz JL, “Statisticalmechanics of rigidspheres”, J Chem Phys 31, 369-380 (1959) [31] Boublik T, “Statistical thermodynamics of convex molecule fluids”, Mol Phys 27, 1415-1427 (1974) [32] Minton AP, “The effect of volume occupancy upon the thermodynamic activity of proteins: some biochemical consequences”, Mol Cell Biochem 55, 119140 (1983) 44 [33] Zhou HX, “Protein folding in confined and crowded environments”, Arch Biochem Biophys 469, 76-82 (2008) [34] Go N, Abe H, “Noninteracting local-structure model of folding and unfolding transition in globular proteins I Formulation.”, Biopolymers 20, 9911011(1981) [35] Bui PT and Hoang TX, “Folding and escape of nascent proteins at ribosomal exit tunnel”, J Chem Phys 144, 095102 (2016) [36] Alder BJ and Wainwright TE, “Studies in Molecular Dynamics I General Method”, J Chem Phys 31, 459 (1959) [37] Hoang TX and Cieplak M, “Sequencing of folding events in Go-like proteins”, J Chem Phys 113, 8319 (2000) [38] Bui PT and Hoang TX, “Additive effects of macromolecular crowding and confinement on protein stability”, Communications in Physics 28, 351-360 (2018) 45 ... đơng đại phân tử tính chất protein Nghiên cứu hiệu ứng đám đông đại phân tử lên tính chất protein giúp ta hiểu rõ hành xử protein môi trường tế bào, tạo sở cho việc tìm chế gây bệnh nghiên cứu ứng. .. tử protein M đại phân tử đám đông hộp lập phương với kích thước cạnh Lbox = 100 Å Điều kiện biên tuần hoàn áp dụng cho phân tử đám đông đại phân tử Tỷ lệ thể tích đám đơng đại phân tử cho bởi:... tác động hiệu ứng đám đông đại phân tử lên ổn định protein cần xem xét đại lượng lượng tự cuốn, hiệu lượng tự trạng thái trạng thái duỗi, trường hợp vắng mặt có mặt đại phân tử đám đông Sự thay