el en Επίδραση της αρχιτεκτονικής και του περιορισμού στην αυτοοργάνωση και στη δυναμική πολυπεπτιδίων. Effect of architecture and confinement oReport as inadecuate




el en Επίδραση της αρχιτεκτονικής και του περιορισμού στην αυτοοργάνωση και στη δυναμική πολυπεπτιδίων. Effect of architecture and confinement o - Download this document for free, or read online. Document in PDF available to download.

1 University of Ioannina Department of Physics, University of Ioannina

Résumé : Στην εργασία αυτή μελετήθηκε η επίδραση της αρχιτεκτονικής καθώς και του περιορισμού και των επιφανειών στην αυτοοργάνωση και στη δυναμική πολυπεπτιδίων, με σκοπό να απαντηθούν ορισμένα ανοικτά ερωτήματα της βιοφυσικής των πρωτεϊνών. Συγκεκριμένα, δεν είναι απολύτως κατανοητός ο τρόπος που η δευτεροταγής δομή επηρεάζεται από την αυτοοργάνωση. Επιπλέον, υπάρχει έντονο ενδιαφέρον για τρόπους με τους οποίους είναι δυνατός ο έλεγχος της δευτεροταγούς δομής. Ο έλεγχος της δευτεροταγούς δομής αποτελεί κεντρικό σημείο στη σύνθεση φαρμάκων εναντίον εκφυλιστικών ασθενειών που σχετίζονται με ελαττωματικές πρωτεΐνες, καθώς και στη στοχευμένη μεταφορά φαρμάκων. Εκτός από τη δομή, η γνώση της δυναμικής τέτοιων συστημάτων έχει επίσης σημασία σε βιολογικές διεργασίες, διότι έχει επίπτωση στη λειτουργικότητα των πολυπεπτιδίων. Ακόμη, ο μηχανισμός της μετατόπισης των πρωτεϊνών στο κύτταρο εγείρει ερωτήματα για τον τρόπο διέλευσής τους διαμέσου στενών διαύλων. Η εργασία αποτελείται από δύο μέρη: Στο πρώτο μέρος της εργασίας Κεφάλαια 5-8, μελετήθηκε η επίδραση της αρχιτεκτονικής στις δύο κύριες δευτεροταγείς δομές πολυπεπτιδίων α-έλικες-β-φύλλα, καθώς και στη δυναμική τους. Ιδιαίτερα μας απασχόλησε η επίδραση στη σταθερότητα και στο μήκος εμμονής των δευτεροταγών δομών. Γι- αυτόν το σκοπό μελετήθηκαν α πολυπεπτίδια με στατιστική εναλλαγή επαναλαμβανόμενων δομικών μονάδων που παρουσιάζουν και τις δύο δευτεροταγείς δομές, β δισυσταδικά συμπολυπεπτίδια, με μία συστάδα η οποία εμφανίζει μόνο α-έλικες και η άλλη και τις δύο δευτεροταγείς δομές, γ αστεροειδή συμπολυπεπτίδια, με σκοπό τη μελέτη της τοπολογίας στο νανοφασικό διαχωρισμό και στη δευτεροταγή οργάνωση, και δ δενδριμερή πολυφαινυλενίων με προσαρτημένα πεπτίδια, διαφορετικού μεγέθους πυρήνα, πλήθους υποκατεστημένων θέσεων, και βαθμού πολυμερισμού των πεπτιδίων. Χρησιμοποιήθηκαν τεχνικές εξέτασης της δομής σκέδαση ακτίνων-Χ, NMR στερεάς κατάστασης και της δυναμικής Διηλεκτρική Φασματοσκοπία, NMR. Βρέθηκε ότι το ισχυρό θερμοδυναμικό πεδίο που αναπτύσσεται μεταξύ των συστάδων κατά το νανοφασικό διαχωρισμό επιδρά στη σταθερότητα και στο μήκος εμμονής των δευτεροταγών δομών, αφενός βελτιώνοντας τις α-έλικες, και αφετέρου αποσταθεροποιώντας τα β-φύλλα. Στο δεύτερο μέρος της εργασίας Κεφάλαιο 9, μελετήθηκε η επίδραση του περιορισμού και των επιφανειών στην αυτοοργάνωση και στη δυναμική πολυπεπτιδίων, κάτι που παρουσιάζει ενδιαφέρον στη σταθερότητα και στη λειτουργία των πρωτεϊνών κατά τη μεταφορά τους μέσα στο κύτταρο. Για το σκοπό αυτό μελετήθηκε μια σειρά νανοράβδων πολυπεπτιδίου, των οποίων η σύνθεση έγινε στο εσωτερικό πορώδους αλουμίνας. Η μελέτη πραγματοποιήθηκε τόσο σε ελεύθερες όσο και σε ενσωματωμένες νανοράβδους, με χρήση NMR, σκέδασης ακτίνων-Χ, και Διηλεκτρικής Φασματοσκοπίας. Βρέθηκε ότι, ενώ ο γεωμετρικός περιορισμός δεν έχει σημαντική επίδραση στη δυναμική, ο συνδυασμός του περιορισμού με διεπιφανειακές αλληλεπιδράσεις σε νανοπόρους μικρής διαμέτρου 25-35 nm μεταβάλλει σημαντικά τη δυναμική. Λόγω του σχηματισμού δεσμών υδρογόνου μεταξύ της επιφάνειας και του πολυπεπτιδίου, εμφανίζεται ένα διεπιφανειακό στρώμα πολυπεπτιδίου με δυναμική διαφορετική από εκείνη σε μεγαλύτερους νανοπόρους.

Abstract : This Thesis presents an investigation of the effect of architecture as well as of confinement and surfaces on the self-assembly and dynamics of synthetic polypeptides. Conformational studies of model polypeptides are an important step towards understanding protein folding. In particular, the mechanism by which the secondary structure depends on self-assembly is still not well-understood. Moreover, methods of controlling the secondary structure favouring α-helices or β-sheets are of great interest, since loss of such controlled behaviour is a key aspect of many protein degradation diseases. Apart from the structure, the dynamic behaviour of such systems is also important in biological processes because it reflects to the polypeptide functionality. Additionally, self-assembly is recognized as being coupled to the protein translocation mechanism and the migration of proteins through cell nanopores. The present work consists of two parts: In the first part Chapters 5-8, the effect of architecture and topology on the two main polypeptide secondary structures α-helices-β-sheets, as well as on dynamics, was investigated. The effect on the stability and the persistence length of the secondary structures was studied in the following model systems: a copolypeptides with statistical alternation of repeat units that form both secondary structures, to study the effect of different side-groups on the secondary structure, b diblock copolypeptides with one block that forms only α-helices and another that forms both secondary structures, aiming at controlling the relative ratio, c star copolypeptides, to study the effect of topology on nanophase separation and secondary structure, and d peptide-functionalized polyphenylene dendrimers, as a function of the core size generation, functionality, and peptide length. We employed structural WAXS, SAXS, site-specific solid-state NMR as well as dynamic Dielectric Spectroscopy, NMR techniques. It was found that the strong thermodynamic field has two consequences: first, to destabilize β-sheets and second, to improve the persistence length of α-helices. The comparison between linear and star copolymers showed that self-assembly provides with a tool of controlling the secondary structure. In the second part Chapter 9, we studied the effect of confinement and surfaces on the self-assembly and dynamics of polypeptides. Protein interactions with nanopores and surfaces are important during translocation in the biological cell. We employed a series of polypeptide nanorods, synthesized inside nanoporous anodic aluminum oxide. The self-assembly and the dynamics of both free-standing and embedded nanorods were investigated, by employing NMR, WAXS, and Dielectric Spectroscopy. It was found that the bulk secondary structure α-helices was preserved in all cases. Additionally, confinement has no effect in the free-standing case, but confinement within small nanopores 25-35 nm together with surface interactions lead to a change of the dynamics. The experimental findings suggest a strong effect of surfaces on the local polypeptide dynamics, due to the formation of hydrogen bonds between the adsorbed polypeptide chains and charged alumina walls, resulting in an interfacial layer with unusual dynamics.

el en

keyword : πολυπεπτίδια αρχιτεκτονική πολυπεπτιδίων αυτοοργάνωση δυναμική περιορισμός διηλεκτρική φασματοσκοπία δισυσταδικά συμπολυπεπτίδια αστεροειδή συμπολυπεπτίδια νανοφασικός διαχωρισμός βιομόρια

Keywords : polypeptides polypeptide architecture self-assembly dynamics confinement dielectric spectroscopy diblock copolypeptides star copolypeptides glass transition structure and dynamics relaxation processes biological macromolecules





Author: Antonis Gitsas -

Source: https://hal.archives-ouvertes.fr/



DOWNLOAD PDF




Related documents