Proteiinien elektronisen polarisaation karkeistettu mallinnus
Väitöstilaisuuden tiedot
Väitöstilaisuuden päivämäärä ja aika
Väitöstilaisuuden paikka
Leena Palotie sali 101A Kontinkaan kampus
Väitöksen aihe
Proteiinien elektronisen polarisaation karkeistettu mallinnus
Väittelijä
Filosofian maisteri Outi Lampela
Tiedekunta ja yksikkö
Oulun yliopiston tutkijakoulu, Biokemian ja molekyylilääketieteen tiedekunta, Biocenter Oulu, Biocomputing
Oppiaine
Biokemia
Vastaväittäjä
professori Mikko Karttunen, Western Ontarion yliopisto, London, Kanada
Kustos
Tohtori André Juffer, Biocenter Oulu, Oulun yliopisto
Proteiinien elektronisen polarisaation karkeistettu mallinnus
Laskennallisilla malleilla kyetään simuloimaan systeemien toimintaa ja testaamaan teorioita erityisesti molekyylitasolla, eli nanomittakaavassa, missä kokeelliset menetelmät ovat rajallisia.
Biomolekyylien, kuten proteiinien, sähköiset vuorovaikutukset ovat keskeisiä molekyylien toiminnan kannalta. Proteiineja ovat esimerkiksi solujemme katalyyttisiä tehtäviä hoitavat entsyymit tai kudosten tukirakenteena toimiva kollageeni. Elektroninen polarisaatio on osa sähköistä vuorovaikutusta atomitasolla. Negatiivisesti varautuneet elektronit liikkuvat atomeissa sähkökentän vaikutuksesta synnyttäen atomistisia dipoleja atomiytimien positiivisten protonien kanssa. Polarisoituvuus on tärkeää optisten ominaisuuksien ennustamisessa ja sähköisten vuorovaikutusten mallintamisessa. Ymmärtämällä elektronisen polarisaation molekyylitason vaikutuksia voidaan parantaa proteiinien vuorovaikutusten tutkimusmenetelmiä ja suunnitella parempia vuorovaikutuksia esimerkiksi lääkeaineiden kehityksessä.
Elektronisen polarisaation sisältävät atomitason simulointimallit ovat laskennallisesti raskaita. Proteiinien tutkimuksessa on tarpeen mallintaa ja simuloida yhä suurempia systeemejä, jolloin on tarve tarkastella elektronisen polarisaation sisällyttämistä vähemmän yksityiskohtaisiin, karkeistettuihin malleihin.
Tässä työssä on tarkasteltu yhden atomitasolla käytössä olevan elektronisen polarisaation mallin, dipolimallin, siirrettävyyttä karkeistetun tason laskennallisiin molekyylimalleihin. Tarkastelussa on testattu proteiinien elektronisen polarisoituvuuden sekä vuorovaikutusvoimien laskentaa karkeistettua mallia käyttäen.
Saatujen tulosten perusteella tutkimuksessa käytetty dipoliapproksimaatiomalli on sovellettavissa karkeistettuun laskentaan proteiinien välisten vuorovaikutusten ja optisten ominaisuuksien tarkastelussa. Tulokset tuovat myös esiin tarpeen keskittyä jatkossa elektronisen polarisaation tuottaman sähkökentän vaikutuksen tarkentamiseen karkeistetussa laskennassa.
Biomolekyylien, kuten proteiinien, sähköiset vuorovaikutukset ovat keskeisiä molekyylien toiminnan kannalta. Proteiineja ovat esimerkiksi solujemme katalyyttisiä tehtäviä hoitavat entsyymit tai kudosten tukirakenteena toimiva kollageeni. Elektroninen polarisaatio on osa sähköistä vuorovaikutusta atomitasolla. Negatiivisesti varautuneet elektronit liikkuvat atomeissa sähkökentän vaikutuksesta synnyttäen atomistisia dipoleja atomiytimien positiivisten protonien kanssa. Polarisoituvuus on tärkeää optisten ominaisuuksien ennustamisessa ja sähköisten vuorovaikutusten mallintamisessa. Ymmärtämällä elektronisen polarisaation molekyylitason vaikutuksia voidaan parantaa proteiinien vuorovaikutusten tutkimusmenetelmiä ja suunnitella parempia vuorovaikutuksia esimerkiksi lääkeaineiden kehityksessä.
Elektronisen polarisaation sisältävät atomitason simulointimallit ovat laskennallisesti raskaita. Proteiinien tutkimuksessa on tarpeen mallintaa ja simuloida yhä suurempia systeemejä, jolloin on tarve tarkastella elektronisen polarisaation sisällyttämistä vähemmän yksityiskohtaisiin, karkeistettuihin malleihin.
Tässä työssä on tarkasteltu yhden atomitasolla käytössä olevan elektronisen polarisaation mallin, dipolimallin, siirrettävyyttä karkeistetun tason laskennallisiin molekyylimalleihin. Tarkastelussa on testattu proteiinien elektronisen polarisoituvuuden sekä vuorovaikutusvoimien laskentaa karkeistettua mallia käyttäen.
Saatujen tulosten perusteella tutkimuksessa käytetty dipoliapproksimaatiomalli on sovellettavissa karkeistettuun laskentaan proteiinien välisten vuorovaikutusten ja optisten ominaisuuksien tarkastelussa. Tulokset tuovat myös esiin tarpeen keskittyä jatkossa elektronisen polarisaation tuottaman sähkökentän vaikutuksen tarkentamiseen karkeistetussa laskennassa.
Viimeksi päivitetty: 1.3.2023