Ocena roli wiązań wodorowych w stabilności α-helikalnych peptydów poprzez symulacje dynamiki molekularnej
[ 1 ] Instytut Fizyki, Wydział Inżynierii Materiałowej i Fizyki Technicznej, Politechnika Poznańska | [ P ] pracownik
EN Evaluation of the role of hydrogen bonds in the stability of α-helical peptides using molecular dynamics simulations
polski
- dynamika molekularna
- α-helisa
- dynamiczna spektroskopia sił
- molecular dynamics
- α-helix
- dynamic force spectroscopy
PL Celem pracy było określenie wpływu wiązań wodorowych na stabilność α-helikalnej struktury peptydów oraz wyznaczenie wielkości energetycznych i kinetycznych charakteryzujących pojedyncze wiązania wodorowe. Głównymi narzędziami stosowanymi w badaniach były metody dynamiki molekularnej i sterowanej dynamiki molekularnej, opartych na polu siłowym. Jako peptydy modelowe wybrano dwa niewielkie polipeptydy – dekaalaninę oraz peptyd o sekwencji AAKA(AEAAKA)5AC. Peptydy te zostały wybrane z uwagi na ich dużą zdolność do tworzenia stabilnej drugorzędowej konformacjiα-helikalnej. Dzięki przeprowadzonym eksperymentom obliczeniowym udało się wyznaczyć udział sieci wiązań wodorowych w sztywności α-helikalnego peptydu, jako C ≈ 67 %. Dzięki zastosowaniu modeli termicznie aktywowanej ucieczki z jamy potencjału udało się wyznaczyć parametry energetyczne i kinetyczne pojedynczego wiązania wodorowego w badanym układzie m.in. średni czas życia wiązania wodorowego t(0) = (82 ± 25) ps oraz energię wiązania ΔGbu = (1,59 ± 0,51) kcal•mol-1. Dzięki zaproponowanej modyfikacji modelu Dudko-Hummera-Szabo wyznaczono energię swobodną wiązania wodorowego ΔGβ = (2,04 ± 0,21) kcal•mol-1, a także jej skład entalpowy ΔH = (3,69 ± 0,36) kcal•mol-1 i entropowy TΔS= (1,64 ± 0,38) kcal•mol-1 dla T = 300 K.
EN The aim of the work was to determine the influence of hydrogen bonds on the stability of the α-helical structure of peptides and to determine the energetic and kinetic quantities characterizing individual hydrogen bonds. Molecular dynamics and steered molecular dynamics based on a force field were used in the research. Two small peptides – decaalanin and the AAKA(AEAAKA)5AC polypeptide – were selected as model peptides due to their high ability to form a stable α-helical conformation. Thanks to computational experiments, the contribution of hydrogen bond network to the stiffness of α-helical peptides was determined to be C ≈ 67 %. It was also shown that without the hydrogen bond network, the α-helix structure is unstable and quickly degrades. By using the models of thermally activated escape from potential well, the energetic and kinetic parameters of a single hydrogen bond in the studied system were determined, including the average life time t HB(0) = (82 ± 25) ps and the bond energy ΔGbu = (1.59 ± 0.51) kcal•mol-1. By proposing a modification of the Dudko-Hummer-Szabo model, the free energy of hydrogen bond ΔGβ = (2.04 ± 0.21) kcal•mol-1, as well as the enthalpic and entropic contributions of this energy: ΔH = (3.69 ± 0.36) kcal•mol-1and TΔS = (1.64 ± 0.38) kcal•mol-1 for T = 300 K, were determined.
113
inżynieria materiałowa
DrOIN 2314
publiczny
Michał Cichomski
Łódź, Polska
15.08.2023
polski
publiczny
Małgorzata Lekka
Kraków, Polska
26.08.2023
polski
publiczny
rozprawa doktorska
Poznań, Polska
10.11.2023
Rada Dyscypliny Inżynieria Materiałowa Politechniki Poznańskiej
doktor nauk inżynieryjno-technicznych w dyscyplinie: inżynieria materiałowa