بررسی پیش بینی پارامترهای ترمودینامیکی پایداری پروتئین ها بر اساس اطلاعات مبتنی بر توالی و محدودیت های ساختمانی

Abstract

پروتئین ها در تمام سیستم های بیولوژیک نقش مرکزی داشته و برای فعال بودن از لحاظ بیولوژیک لازم است كه ساختمان سه بعدی ویژه ای را داشته باشند. این ساختمان های سه بعدی طي فرآيند تا خوردگي(Folding) منحصرا توسط توالی اسیدهای آمینه ای آنها مشخص می شود. تاخوردگی یک واکنش برگشت پذیر بوده و در ساده ترين شكل آن به صورت یک تعادل دو وضعیتی طبق معادله ی مقابل بیان می شود. F و U به ترتیب بیانگر حالت تاخورده و حالت دناتوره شده پروتئین می باشند. ساختمان سه بعدی پروتئین ها در حضور عوامل دناتوره کننده مثل اوره و گوانیدیوم هیدروکلراید و تغییرات نسبتاً جزئی pH یا دما میتواند از هم بپاشد. کنش متقابل عوامل دناتورکننده مانند اوره و گوانیدیوم هیدروکلراید با پروتئین ها طبق رابطه خطی زير نشان داده مي شود.اين رابطه انرژی آزاد دناتوره شدن و غلظت عوامل دناتوره کننده را مرتبط مي كند. ∆G = ∆GH2O – meq [denaturant] دراينجا meq که میزان وابستگی انرژی آزاد دناتوره شدن را به غلظت عوامل دناتوره کننده نشان مي دهد. پایداری ترمودینامیکی پروتئین ها اهمیت زیادی در بسیاری از زمینه ها از جمله مهندسی پروتئین، طراحی منطقی دارو و فرمولاسیون های داروئي دارد. چگونگي تبديل پروتئین ها به فرم فعال بیولوژیکي خود و نيز پایداري آنها در این فرم فعال از اهمیت بسیاری برخوردار است. هدف از مطالعه حاضر پیش بینی پایداری ترمودینامیکی پروتئین ها بر مبنا ي توالی اسید آمینه ي آنها و نيز حضور عوامل محدود کننده ساختمانی همانند باندهای دي سولفیدی و گروه هم به وسیله مطالعات کامپیوتری مي باشد. مواد و روش ها: گروهی از پروتئین ها با ساختمان سه بعدی مشخص از بانک اطلاعاتی پروتئین (RCSB) دريافت شده و مورد مطالعه قرار گرفتند. پارامترهای ترمودینامیکی تجربی (meq, ∆CP) مربوط به این پروتئین ها از منابع استخراج گرديدند. مدل های دناتوره شده این پروتئین با استفاده از نرم افزارهای طراحي مولكولي تهيه گرديدند. برای تولید مدل های ساختمانی دناتوره شده براي آن دسته از پروتئین ها كه داراي اتصالات متقاطع در ساختار طبيعي خود مي باشند در فرم دناتوره شده اين اتصالات حفظ گرديدند. مساحت سطح قابل دسترسی (SASA) پروتئین ها با استفاده از نرم افزار DSSP برای مدل هاي ساختماني فرم تاخورده و دناتوره شده محاسبه گردید. نتایج بحث و بررسی: نتایج نشان می دهد که پارامترهای ترمودینامیکی مورد بررسي در اين مطالعه را می توان با استفاده از تغییرات مساحت سطح قابل دسترس (SASA) حین فرايند دناتوره شدن حتی زمانی که پروتئین حاوی اتصالات متقاطع می باشد پیش بینی کرد. اتصالات متقاطع مثل باندهای دی سولفیدی و گروه هم با کاهش بی نظمی پروتئین و در نتیجه کاهش ∆SASA دناتوره شدن، پایداری پروتئین را تحت تاثیر قرار می دهند. تاثیرات این اتصالات متقاطع قبلاً توسط روش های تجربی مورد بررسی گرديده و نتایج مطالعه نظری اخیر تائیدی بر نتایج مطالعات قبلي می باشد.