VSE knjižnice (vzajemna bibliografsko-kataložna baza podatkov COBIB.SI)
  • Raziskovanje vloge elektrostatskih interakcij pri encimski katalizi monoamin-oksidaz s pomočjo večnivojskega računskega modela = Exploring the role of electrostatic interactions in monoamine oxidase enzyme catalysis using a multiscale computational model : doktorska disertacija
    Prah, Alja
    Pomembna vloga encimov kot bioloških katalizatorjev je raziskovalcem že desetletja dobro poznana. Kljub pomembnosti tematike pa izvor izjemnega katalitičnega učinka teh makromolekul še vedno ni ... povsem razjasnjen. V glavnem lahko poglede na izvor encimske katalize razdelimo v dva tabora: tiste, ki menijo, da so za katalizo encimov odgovorni njihovi dinamski učinki (vključno s tuneliranjem), in tiste, ki predlagajo, da se razlaga skriva v njihovi predorganizirani elektrostatski okolici. Z raziskavami v okviru te doktorske disertacije smo z uporabo metod računske kemije poskušali razjasniti vlogo, ki jo imajo elektrostatske interakcije pri katalizi encimov monoaminoksidaz (MAO). To so encimi, ki katalizirajo oksidativno deaminacijo monoaminskih živčnih prenašalcev, zato so izjemno pomembni pri ohranjanju homeostaze centralnega živčnega sistema. V okviru prve raziskave smo razvili enostaven, večnivojski računski model, pri katerem smo reaktivni del opisali z metodami kvantne kemije, encimsko okolico pa s točkastimi naboji. S tem smo dosegli, da med tema dvema podsistemoma obstajajo samo elektrostatske interakcije. Ker lahko okolico v obliki točkastih nabojev vključimo ali izključimo iz naših kvantnih izračunov, nam to omogoča ovrednotenje vpliva prisotnosti elektrostatske okolice na nekatere izbrane parametre reaktivnosti (energijska pregrada, prenos naboja, energijska vrzel med reaktivnima orbitalama, dipolni moment). Z izračuni na izbranem modelnem sistemu (MAO A in feniletilamin) smo pokazali, da ima prisotnost elektrostatske okolice na vse opazovane parametre reaktivnosti pomemben katalitičen učinek. Nadalje smo še poenostavili naš model in predstavili reaktivni sistem z vektorjem dipolnega momenta, elektrostatsko okolico pa z vektorjem električnega polja. Ugotovili smo, da sta vektorja v prehodnem stanju preiskovane reakcije bolje poravnana in večja kot v stanju reaktantov, kar vodi v boljšo stabilizacijo sistema v prehodnem stanju kot v stanju reaktantov in pomeni znižanje pregrade proste energije na račun proste energije elektrostatike. Tako smo tudi s to dodatno analizo potrdili naše ugotovitve o ključni vlogi elektrostatske okolice, hkrati pa nam je analiza omogočila dodatno razčlenitev celokupnega katalitičnega učinka encima na prispevke posameznih aminokislinskih ostankov. Posledično smo identificirali tiste aminokislinske ostanke, ki največ oz. najmanj prispevajo h katalizi encima MAO A. V okviru druge raziskave smo s pomočjo razvitega računskega modela primerjali vpliv elektrostatske okolice obeh izooblik encima MAO (A in B) na primeru njunih reakcij s feniletilaminom. Naši rezultati kažejo, da je vpliv elektrostatske okolice izoencima MAO B na vse opazovane parametre reaktivnosti večji (bolj katalitičen) kot vpliv okolice MAO A, kar se sklada z dostopnimi eksperimentalnimi podatki (aktivacijska pregrada za reakcijo feniletilamina z MAO B je nižja kot pri MAO A). Hkrati smo z dodatno analizo interakcije med dipolnim momentom in električnim poljem pokazali, da lahko razliko med izooblikama pripišemo manjši skupini istoležnih aminokislinskih parov, pri katerih pride do večje spremembe prispevka k znižanju pregrade. Pri večini istoležnih aminokislinskih parov je razlika namreč zanemarljivo majhna in tudi njihovo veliko število ne doprinese znatnega prispevka k spremenjeni katalitični aktivnosti. 2 V okviru tretje raziskave smo z uporabo metode empirične valenčne vezi (EVB) simulirali stopnjo, ki omejuje hitrost reakcije med encimom MAO A in substratom serotoninom. To je pomembna reakcija, ki pomaga ohranjati homeostazo v centralnem živčnem sistemu in s tem zmanjša možnost za nastanek nevropsihiatričnih obolenj. S simulacijami molekulske dinamike smo izračunali aktivacijsko pregrado proste energije v višini 14,8 ± 0,8 kcal mol–1, kar se zelo dobro sklada z eksperimentalno določeno pregrado. Ta raziskava je bila osnova za četrto študijo, v okviru katere smo primerjali reakcijo serotonina z divjim tipom encima MAO A in z njegovo mutirano obliko, ki je odgovorna za pojav Brunnerjevega sindroma, tj. genetsko pogojene nevrološke motnje s klinično sliko visoke agresivnosti in duševne zaostalosti. Izračunali smo, da se v mutirani obliki encima aktivacijska pregrada poviša za približno 5 kcal mol–1, kar se ujema z zmanjšano aktivnostjo encima, ki jo povezujejo z Brunnerjevim sindromom. Hkrati smo preko primerjave z našim računskim modelom ugotovili, da do večje razlike na nivoju prispevkov posameznih aminokislin pride tudi pri mutaciji arginina v triptofan. V okviru pete raziskave smo se lotili analize vloge jedrskih kvantnih učinkov pri katalizi encimov MAO in izračuna kinetičnega izotopskega učinka (KIE) za reakcijo med MAO A in feniletilaminom. V ta namen smo uporabili tako uveljavljeno metodologijo klasične kvantne poti (QCP) kot tudi naš lastni pristop, ki temelji na kvantizaciji gibanja jeder. Izračunani KIE znaša 8,7 in se izjemno dobro ujema z eksperimentalno določenim. Hkrati smo KIE izračunali tudi za reakcijo med feniletilaminom in flavinom v plinski fazi kot tudi v vodni raztopini. V obeh okoljih je izračunani KIE primerljiv s tistim v encimski okolici, iz česar lahko sklepamo, da jedrski kvantni učinki (predvsem tuneliranje) ne igrajo pomembne vloge pri katalitični funkciji encimov MAO. V okviru šeste raziskave smo podobno analizo naredili za reakcijo med benzilaminom in MAO A. Tudi za to reakcijo se je izračunani KIE (6,5 ± 1,4) dobro ujemal z eksperimentalno določenim. Z raziskavami v okviru doktorske disertacije smo potrdili vse štiri hipoteze, ki jih naslavlja ta naloga, z razvitim večnivojskim računskim modelom pa smo potrdili ključno vlogo elektrostatskih interakcij pri encimski katalizi monoamin-oksidaz in s tem prispevali k boljšemu razumevanju pomembnega in še vedno odprtega vprašanja o izvoru encimske katalize.
    Vrsta gradiva - disertacija ; neleposlovje za odrasle
    Založništvo in izdelava - Ljubljana : [A. Prah], 2021
    Jezik - slovenski, angleški
    COBISS.SI-ID - 91896067

Knjižnica/institucija Kraj Akronim Za izposojo Druga zaloga
Centralna tehniška knjižnica Univerze v Ljubljani Ljubljana CTK na dom 1 izv.
Fakulteta za farmacijo, Ljubljana Ljubljana FFALJ v čitalnico 1 izv.
Narodna in univerzitetna knjižnica, Ljubljana Ljubljana NUK v čitalnico 1 izv.
ni za izposojo 1 izv.
loading ...
loading ...
loading ...

Vnos na polico