Μελέτη της διηλεκτρικής συνάρτησης α) διαλυμάτων ουρίας διαφόρων συγκεντρώσεων και β) λυσοζύμης σε διάλυμα ουρίας με την βοήθεια προσομοιώσεων μοριακής δυναμικής:
Creators: name: Παπατζέλος, Σταύρος Γεωργίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2014
Subjects: ουρία
λυσοζύμη
διηλεκτρική
urea
lysozyme
dielectric

description: Κατά την παρούσα εργασία μελετήθηκαν με την μέθοδο των προσομοιώσεων Μοριακής Δυναμικής δύο ειδών συστήματα: α) υδατικά διαλύματα ουρίας σε διάφορες συγκεντρώσεις και β) υδατικό διάλυμα λυσοζύμης σε ουρία συγκέντρωσης 4,5Μ. Κύριος σκοπός της μελέτης αυτής ήταν η εξαγωγή της μιγαδικής διηλεκτρικής συνάρτησης των παραπάνω συστημάτων. Όλες οι προσομοιώσεις πραγματοποιήθηκαν με το πρόγραμμα NAMD. Είχαν διάρκεια 25ns και πραγματοποιήθηκαν σε θερμοκρασία 300Κ και σε περιοδικές οριακές συνθήκες. Για την διατήρηση της θερμοκρασίας χρησιμοποιήθηκε ο θερμοστάτης Langevin, για τις ηλεκτροστατικές αλληλεπιδράσεις χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος PME(Protein Mesh Ewald), και ως συνάρτηση δυναμικού χρησιμοποιήθηκε το CHARMM27. Ως μοντέλο για την ουρία χρησιμοποιήθηκε το μοντέλο των A. Caballero-Herrera και L. Nilsson, ενώ ως αρχική δομή για την λυσοζύμη χρησιμοποιήθηκε η δομή με τον κωδικό 2lzt για λυσοζύμη όρνιθας από την βάση δεδομένων «Protein Data Bank». Η εξαγωγή της μιγαδικής διηλεκτρικής συνάρτησης πραγματοποιήθηκε με συνδυασμό της θεωρίας Kirkwood-Fröhlich και της Linear Response Theory. Από τις προσομοιώσεις συμπεραίνονται τα εξής: α) Για τα υδατικά διαλύματα ουρίας γενικά παρατηρείται μία μείωση και διεύρυνση της κορυφής του φανταστικού μέρους της μιγαδικής διηλεκτρικής συνάρτησης, και μετατόπιση της κορυφής προς μικρότερες συχνότητες, όσο αυξάνεται η συγκέντρωση της ουρίας, αλλά με εξαίρεση την κορυφή για το διάλυμα ουρίας συγκέντρωσης 4,5Μ, όπου ενώ παρατηρείται μετατόπιση της κορυφής προς μικρότερες συχνότητες, παρατηρείται επίσης αύξηση του ύψους της. Η αύξηση αυτή πιθανώς μπορεί να αποδοθεί σε μερική καταστροφή της τετραεδρικής διάταξης των μορίων του νερού και είναι μία συνηγορία υπέρ του έμμεσου τρόπου αποδιάταξης των πρωτεΐνών από την ουρία, ή αλλιώς, του μοντέλου Frank και Franks. β) Για το υδατικό διάλυμα λυσοζύμης σε ουρία συγκέντρωσης 4,5Μ παρατηρείται μία μείωση του ύψους των κορυφών του φανταστικού μέρους της μιγαδικής διηλεκτρικής συνάρτησης, σε σύγκριση με το ίδιο διάλυμα χωρίς την παρουσία της ουρίας. Τέλος, από τους χαρακτηριστικούς χρόνους διηλεκτρικής χαλάρωσης που παρουσιάζει το διάλυμα, συμπεραίνεται ότι μόρια νερού και ουρίας σχηματίζουν ένα κέλυφος γύρω από το μόριο της λυσοζύμης με αναλογία 5 προς 1 αντίστοιχα.
description: During this project were studied through Molecular Dynamics simulations two different systems: a) aqueous solutions of urea at different concentrations and b) an aqueous solution of urea at a concentration of 4,5M. The main goal of this study was the deduction of the complex dielectric function of the aforementioned systems. All the simulations were realized with the program NAMD. They had a duration of 25ns and were conducted at a temperature of 300K and in periodic boundary conditions. To keep the temperature stable the thermostat Langevin was used, for the electrostatic interactions was used the Protein Mesh Ewald method, and as a force field was used CHARMM27. As a model for urea was used the model of A. Caballero-Herrera και L. Nilsson, while as an initial structure for lysozyme was used the structure under the code 2lzt for hen egg lysozyme, from the “Protein Data Bank”. The deduction of the complex dielectric function was realized through a combination of the Kirkwood-Fröhlich theory and of the Linear Response Theory. From the simulations can be concluded: a) For the aqueous urea solutions, in general , is observed a decrease and a broadening of the peak of the imaginary part of the complex dielectric function, as well as a relocation of the peak toward lower frequencies, as the concentration of urea is being increased, with the exception of the peak of the for the aqueous solution of urea at a concentration of 4,5M, which while also is being relocated toward lower frequencies, it is also observed an increase of its height. This increase could be attributed to the partial breaking of the tetrahedral structure of the water molecules and is a clue in favor of the indirect mechanism of the protein denaturation that urea causes, or in other words, of the Frank and Franks model. b) For the aqueous solution of lysozyme in urea at a concentration of 4,5M, is observed a decrease of the height of the peaks of the imaginary part of the complex dielectric function, compared to the same solution without the presence of urea. Finally, from the characteristic dielectric relaxation times of the solution, it is being deduced that molecules of water and urea form a shell around the molecule of lysozyme, at a proportion of 5 to 1, respectively.