Analitik ve simülasyon yöntemler kullanılarak protein katlanmasının incelenmesi
Investigation of protein folding by using analytical and simulation methods
Yazar: ETHEM AKTÜRK
Danışman: DOÇ. DR. OĞUZ GÜLSEREN ; PROF. DR. TARIK ÇELİK
Hacettepe Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2008
Konu: Fizik ve Fizik Mühendisliği = Physics and Physics Engineering

Özet:
Proteinlerin katlandığında titreşim özelliklerinin nasıl değiştiği ve proteinlerin temel yapıtaşları olan amino asitlerin yarıiletken yüzeylerle etkileşmesinin incelenmesi güncel araştırma konuları arasındadır. Tezde öncelikle proteinlerin titreşim özellikleri Tsallis istatistik mekanik yöntemi kullanılarak analitik olarak incelenmiş ve titreşimleri deneysel verilerle kıyaslamaya yarayan genel bir ifade elde edilmiştir. Bunun yanısıra uzun zincirler için kullanılan örgü dışı modelin serbest enerji yüzeyi elde edilerek katlanma sırasında meydana gelen helis-kangal geçişleri incelenmiştir.Diğer yandan, nanoteknolojideki son gelişmeler, yarıiletken yüzeyler üzerine biyolojik malzemelerin diziliminin kontrol edilebilmesinin mümkün olduğunu göstermiş ve ileri düzey elektronik ile uyumlu biyoteknolojinin yeni bir türünün oluşmasını sağlamıştır. Literatürde, bu konuyla ilgili detaylı teorik çalışma bulunmadığından, tezde ayrıntılı bir biçimde ele alınmıştır. Proteinleri oluşturan aminoasitlerin yarıiletken yüzeylerle etkileşerek kendilerinin ve yüzeyin elektriksel, yapısal gibi fiziksel özelliklerini nasıl değiştirdiği incelenmeye çalışılmıştır. Bu çalışmada kuantum mekaniği temelleri üzerine kurulmuş Yoğunluk Fonksiyonu Teorisi (YFT)' ne dayanan sanki potansiyel düzlem dalga yöntemi kullanarak aminoasitlerin silisyum yüzeyi ile etkileşmeleri ve bu etkileşmeler sonucunda yüzey ve molekülün fiziksel özellikleri incelenerek, deneylerle uyumlu olup olmadığına bakılmıştır. Bu incelemeler sonucunda yarıiletken yüzeyden moleküle veya molekülden yüzeye yük geçişi olduğu ve bunun sonucunda yüzeyin metalik özellik gösterdiği bulunmuştur.

Abstract:
The vibrational properties of folding proteins and interactions of amino acids, which are the main building blocks of protein structure, with semiconductor surfaces are among recent research subjects. Firstly, vibrational properties of proteins were investigated analitically by using Tsallis formalism of statistical mechanics, and a general expression was obtained in order to compare the vibration modes with experimental data. Furhermore, the free energy surface of the off-lattice model, which is used for larger chains, was constructed and helix-coil transitions in folding process were investigated.On the other side, the latest developments in nanotechnology have shown the possibility of the control of assembly of biological materials on semiconductor surfaces and have provided a new trend in biotechnology which is concordant with the high level electronics. This subject was taken into account in thesis due to absence of detailed theoretical studies in the literature. It is an open problem, how the amino acids change the electronic and structural properties of surfaces via interacting with them. In this study, the interactions of amino acids with silicon surfaces were investigated in the framework of plane-wave pseudopotential method of the Density Functional Theory (DFT) which is based on quantum mechanics. The physical properties of the surface and molecule were studied in view of the effects of interactions and also compared with the experimental findings. As a result of these investigations, the occurence of the charge transport between the surface and the molecule was observed yielding a surface with metallic property.