Vai trò của trình tự amino acid kỵ nước và phân cực đối với cơ chế cuốn của protein và sự kết tụ của peptide tt

Các nghiên cứu dẫn đến giả thuyết cho rằngamyloid là trạng thái chung của mọi protein, và là trạng thái cơ bản của hệ khicác protein có thể hình thành các tương tác liên phân tử.. Trong

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀM LÂM KHOA HỌC

VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

Công trình này được hoàn thành tại: Học viện Khoa học và Công

nghệ- Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Trịnh Xuân Hoàng

Có thể tìm hiểu luận án tại:

- Thư viện Học viện Khoa học và Công nghệ

- Thư viện Quốc gia Việt Nam

TỔNG QUAN

Trong các vấn đề của sinh học phân tử, vấn đề cuốn của protein luôn có được

sự quan tâm hàng đầu Hầu hết các protein chỉ thể hiện hoạt tính sinh học khichúng nằm ở trạng thái cuốn với cấu trúc 3 chiều bó chặt và duy nhất cho mỗiprotein, gọi là trạng thái tự nhiên (native state) của protein Khi protein bị duỗihoặc cuốn nhầm, chúng không chỉ mất đi các hoạt tính sinh học vốn có mà còn

có thể kết tụ thành các cấu trúc dạng sợi không hòa tan gọi là amyloid, đượcbiết là liên quan tới nhiều loại bệnh thoái hóa với tiến triển nghiêm trọng nhưAlzheimer, Parkinson, tiểu đường tuýp 2, các loại bệnh xốp não, bệnh bò điênv.v Do vậy, việc xác định cấu trúc cuốn và làm rõ cơ chế cuốn của protein có vaitrò to lớn đối với hiểu biết của chúng ta về cơ thể sống cũng như đối với sức khỏecon người

Hiện tượng kết tụ protein và sự hình thành amyloid cũng được nghiên cứumạnh trong những năm gần đây Các nghiên cứu dẫn đến giả thuyết cho rằngamyloid là trạng thái chung của mọi protein, và là trạng thái cơ bản của hệ khicác protein có thể hình thành các tương tác liên phân tử Như vậy, xu hướng kết

tụ và hình thành amyloid luôn tồn tại cho mọi protein, và là một xu hướng cạnhtranh với quá trình cuốn protein Tuy vậy, các thí nghiệm cũng cho thấy rằng khảnăng kết tụ và tốc độ kết tụ phụ thuộc vào các điều kiện dung môi và vào trình

tự amino acid của các protein Một số nghiên cứu cho thấy trong chuỗi protein

có thể tồn tại các đoạn trình tự amino acid nhỏ có ảnh hưởng lớn tới khả năngkết tụ của cả protein Do vậy, việc nghiên cứu để tìm ra mối liên hệ giữa trình tựamino acid và khả năng kết tụ là rất cần thiết, có ý nghĩa cơ bản trong việc tìmhiểu các bệnh liên quan tới amyloid cũng như tìm ra phương hướng để chữa trịcác loại bệnh này

Mặc dù các phương pháp mô phỏng với tất cả các nguyên tử (all-atom lations) hiện nay được sử dụng khá phổ biến trong các nghiên cứu về các hệ sinhhọc phân tử, việc áp dụng các phương pháp này trong nghiên cứu cuốn protein

simu-là không khả thi do giới hạn của tốc độ máy tính Một cách tiếp cận phù hợp đốivới vấn đề cuốn protein đó là dùng các mô hình lý thuyết đơn giản Có khá nhiều

mô hình với các ý tưởng và mức độ đơn giản hóa khác nhau, tuy nhiên đáng kểnhất là mô hình Go và mô hình mạng HP và mô hình ống

Các nghiên cứu về polymer dạng ống gợi ý rằng tính chất đối xứng dạng ống

là đặc trưng cơ bản của phân tử protein, giúp hình thành nên các cấu trúc bậchai của protein (xoắn α và phiến β) Trên cơ sở của ý tưởng này, mô hình ống

cho protein được phát triển bởi Hoàng cùng nhóm nghiên cứu của Maritan, vàđược đề xuất vào năm 2004 Các kết quả của mô hình ống cho thấy đây là một

mô hình đơn giản nhưng mô tả tốt nhiều đặc trưng cơ bản của protein Mô hìnhống cũng là mô hình duy nhất hiện nay có thể đồng thời sử dụng cho nghiên cứu

cả quá trình cuốn và quá trình kết tụ

Trong luận án này, chúng tôi sử dụng mô hình ống để nghiên cứu ảnh hưởngcủa trình tự amino acid lên sự cuốn và sự kết tụ của protein Tính chất lấp đầykhông gian của polymer dạng ống và các liên kết hydro trong mô hình đóng vaitrò các tương tác nền, không phụ thuộc vào trình tự amino acid Trình tự aminoacid được chúng tôi xem xét trong mô hình đơn giản hóa chỉ gồm 2 loại aminoacid, kỵ nước (H) và phân cực (P) Để nghiên cứu ảnh hưởng của trình tự HPlên quá trình cuốn, chúng tôi sẽ so sánh tính chất cuốn của mô hình ống sử dụngtương tác kỵ nước với trình tự HP (mô hình ống HP) với mô hình ống sử dụngcác tương tác cặp giống như trong mô hình Go (mô hình ống Go) Việc so sánhnày giúp làm rõ hơn vai trò của các tương tác cặp kỵ nước không xuất hiện trongtrạng thái tự nhiên (non-native interactions) Để nghiên cứu vai trò của trình tự

HP lên sự kết tụ của protein, chúng tôi sẽ so sánh khả năng kết tụ của các chuỗipeptide với các trình tự HP khác nhau, bao gồm việc xem xét tới hình dạng củacác cấu trúc kết tụ và tính chất của quá trình chuyển pha kết tụ Ngoài ra, trongnghiên cứu về sự kết tụ của protein chúng tôi đề xuất một mô hình cải tiến chotương tác kỵ nước trong mô hình ống, có xét tới tính định hướng của các chuỗibên của các amino acid kỵ nước Nghiên cứu của chúng tôi cho thấy mô hình cảitiến này cho phép thu được các cấu trúc kết tụ có trật tự cao và có dạng sợi dàigiống như sợi amyloid

1 Mục đích nghiên cứu:

ˆ Làm rõ ảnh hưởng của trình tự HP lên tính chất cuốn của protein

ˆ Làm rõ vai trò của trình tự HP lên sự kết tụ của protein và sự hình thànhsợi amyloid

2 Kết cấu của luận án:

Nội dung luận án được chia làm 5 chương không kể các phần mở đầu, kếtluận và tài liệu tham khảo Chương 1 giới thiệu tổng quan về vấn đề cuốnprotein Chương 2 giới thiệu tổng quan về hiện tượng kết tụ protein và sựhình thành amyloid Chương 3 đề cập đến các mô hình, phương pháp môphỏng và phương pháp xử lý số liệu Chương 4 trình bày kết quả nghiên cứu

về vai trò của trình tự HP đối với cuốn protein Chương 5 trình bày kết quảnghiên cứu vai trò của trình tự HP đối với sự kết tụ của peptide

Chương 1

Sự cuốn của protein

1.1 Các đặc trưng cấu trúc của protein

Protein là các đại phân tử được tổng hợp bởi tế bào và chịu trách nhiệm chohầu hết các hoạt động sinh học của tế bào Chúng là những hợp chất hữu cơ caophân tử (polymer) được tạo thành từ các đơn phân (monomer) gồm 20 loại aminoacid khác nhau Các amino acid trong protein chỉ khác nhau ở chuỗi bên (sidechain) của chúng và liên kết với nhau thông qua các liên kết peptide tạo thànhmột chuỗi tuyến tính theo một trình tự cụ thể

Ở các điều kiện bình thường của cơ thể sống phần lớn các protein nằm ở mộttrạng thái có cấu trúc ba chiều gói chặt và duy nhất cho mỗi protein, được gọi làtrạng thái tự nhiên (native state) hoặc trạng thái cuốn (folded state) của protein.Hoạt tính sinh học của protein chỉ được thể hiện khi nó nằm ở trạng thái cuốn.Trình tự amino acid trong protein quyết định cấu trúc và chức năng củaprotein Protein có 4 dạng cấu trúc

Cấu trúc bậc một của protein và chuỗi peptide được xác định bởi trình tựtuyến tính của amino acid (a.a) Các a.a trong chuỗi liên kết hóa học với nhaubởi liên kết peptide

Cấu trúc bậc hai là là sự sắp xếp định xứ không gian của các acid amin Cóhai loại cấu trúc bậc hai cơ bản đó là xoắn α (α-helix)và dạng phiến β (β-sheet)

Cả hai cấu trúc dạng này đều nhằm làm bão hòa các liên kết hydro có thể xuấthiện của mạch chính

Cấu trúc bậc ba là sự sắp xếp trong không gian của toàn bộ chuỗi polypeptidehình thành do sự tương tác giữa các chuỗi bên, trong đó các xoắn α và phiến β

có thể cuộn lại với nhau thành từng vùng (domain) có nhiều vòng và nếp gấp,tạo thành hình dạng lập thể đặc trưng cho từng loại protein

Một số protein có thể gồm vài chuỗi polypeptide với các cấu trúc bậc ba riêngbiệt Khi đó sự sắp xếp không gian của các cấu trúc bậc ba trong protein đượcgọi là cấu trúc bậc bốn

Cấu trúc protein được ổn định bởi tương tác giữa các amino acid, bao gồmliên kết hydro, tương tác van der Waals, tương tác kỵ nước

1.2 Hiện tượng cuốn protein

Quá trình cuốn protein là quá trình vật lý ở đó chuỗi polypeptide cuộn gấpthành cấu trúc ba chiều đặc trưng, có chức năng sinh học từ cuộn ngẫu nhiên.Cấu trúc 3 chiều của protein được xác định hoàn toàn bởi trình tự amino acid(giả thuyết nhiệt động lực học)

1.3 Nghịch lý Levinthal

Bằng cách nào đó protein có thể tìm thấy trạng thái gốc của mình trong mộtthời gian có ý nghĩa về mặt sinh học? Nghịch lý Levinthal chỉ ra rằng quá trìnhcuốn của protein không thể là quá trình tìm kiếm ngẫu nhiên

1.4 Phễu cuốn

Dựa trên những kết quả nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm, Onuchic và cáccộng sự đã đưa ra ý tưởng về phễu cuốn (folding funnel) như được mô tả ở hình1.1 Quá trình cuốn protein trong phễu cuốn là quá trình giảm đồng thời cả nănglượng và entropy Khi protein bắt đầu cuốn, năng lượng tự do giảm xuống và sốcấu hình giảm xuống (đặc trưng bởi bề rộng giếng giảm)

N

folding

entropy g

Hình 1.1: Địa hình năng lượng cuốn protein có dạng phễu

Hình 1.2: Sơ đồ năng lượng tự do trong mô hình hai trạng thái D, N, lần lượt là trạng thái duỗi, trạng thái gốc, ∆F N , ∆F D , ∆F lần lượt là độ cao của các bờ thế xuất phát từ các trạng thái duỗi và cuốn và độ chênh lệch năng lượng tự do duỗi cuốn

1.5 Nguyên lý thất vọng tối thiểu

Nguyên lý thất vấp tối thiểu được đưa ra vào năm 1989 bởi Bryngelson vàWolynes dựa trên lý thuyết về spin glass Nguyên lý này cho rằng trình tự aminoacid của protein trong tự nhiên được tối ưu hóa thông qua quá trình chọn lọc tựnhiên sao cho sự vấp gây bởi xung đột tương tác trong trạng thái tự nhiên là nhỏnhất

1.6 Mô hình hai trạng thái cho cơ chế cuốn protein

Các quan sát từ thực nghiệm cho thấy hầu hết các protein nhỏ hình cầu cuốntheo cơ chế hai trạng thái Các protein nhỏ, đơn miền với giả định rằng proteinchỉ có thể nằm ở một trong hai trạng thái cuốn (N) hoặc duỗi (D) Giữa hai trạngthái duỗi và cuốn tồn tại hàng rào thế ngăn cách giữa chúng Độ ổn định củatrạng thái cuốn hay năng lượng tự do cuốn (folding free energy) đặc trưng bởichênh lệch năng lượng tự do giữa hai trạng thái cuốn, duỗi ∆F Tốc độ cuốn kf,duỗi ku phụ thuộc vào độ chênh lệch năng lượng tự do này và tuân theo định luậtvan’t Hooff-Arrhennius:

1.7 Tính hợp tác của quá trình cuốn

Tính hợp tác (cooperativity) là hiện tượng được mô tả bởi hệ bao gồm cácyếu tố giống nhau hoặc gần giống nhau mà hoạt động phụ thuộc lẫn nhau Quátrình cuốn là quá trình có tính hợp tác cao Trong cuốn protein, tính hợp tácđược dùng đối với quá trình cuốn hai trạng thái và được hiểu là độ sắc nét củaquá trình chuyển pha cuỗn duỗi Trong thực nghiệm, tính hợp tác được xác địnhthông qua thông số đo bởi tỉ số giữa enthapy van’t Hoff và enthalpy nhiệt

Kết quả tương tác kỵ nước là sự liên kết giữa các phần tử kỵ nước Các a.aphân cực có xu hướng xuất hiện trên bề mặt của protein để tiếp xúc với nước.Tương tác kỵ nước được cho là lực dẫn dắt (driving force) cho sự cuốn của protein

1.9 Mô hình HP mạng

Trong mô hình mạng HP các acid amin được phân chia thành một tronghai loai kỵ nước (H-hydrophobic) hoặc phân cực (P-Polar) và sự cuốn của chuỗiprotein được định nghĩa như bước đi ngẫu nhiên trong mạng 2D hoặc 3D Sửdụng mô hình Dill đã thiết kế được trình tự chuỗi mà trạng thái có năng lượngcực tiểu trong các cấu hình gói chặt là duy nhất Quá trình chuyển pha của cáctrình tự được thiết kế có tính kết hợp tốt Nghiên cứu chỉ ra sự co cụm do tươngtác kị nước là động lực chính dẫn dắt quá trình cuốn

protein ở trạng thái cuốn Các kết quả nghiên cứu cho thấy mô hình Go cho cơchế cuốn phù hợp khá tốt với thực nghiệm, đặc biệt là trong việc xác định đónggóp của các vị trí amino acid trong chuỗi polypeptide vào trạng thái chuyển tiếptrong quá trình cuốn protein Do là mô hình được xây dựng dựa trên cấu trúctrạng thái native, mô hình Go không thể phỏng đoán cấu trúc protein từ trình tựamino acid mà chỉ được dùng để nghiên cứu quá trình cuốn về một cấu trúc đãbiết.

1.11 Mô hình ống

Các nghiên cứu về giản đồ pha trạng thái gốc tại không độ đối với các chuỗihomopolymer chiều dài L, bề dày ∆, khoảng tương tác hút R của Banavar chothấy các pha thu được phụ thuộc vào mối tương quan giữa ∆/R và L/R Hoàng

và các cộng sự chỉ ra các cấu trúc thu được phụ thuộc vào tương quan giữa cáctham số năng lượng phạt eR và năng lượng kị nước eW Những thay đổi tươngđối nhỏ trong các tham số eW và eR dẫn đến sự khác biệt đáng kể trong cấu trúcgốc thu được đã nhấn mạnh vai trò quan trọng của tính không đồng nhất hóahọc trong việc lựa chọn từ danh sách các trạng thái cuốn gốc Mô hình chỉ ra địahình năng lượng được tạc bởi các yếu tố hình học và đối xứng của protein Sửdụng trình tự gồm 48 đơn phân acid amin các tác giả đã thiết kế được proteincuốn tới cấu trúc phù hợp cho trước, giống như cấu trúc protein tồn tại trong tựnhiên Mô hình giải thích được sự hữu hạn và sự bảo toàn cấu trúc protein, vaitrò của trình tự amino acid trong việc lựa chọn cấu trúc cuốn, sự tiến hóa trunghòa của protein

Chương 2

Sự hình thành Amyloid

2.1 Cấu trúc sợi amyloid

Hình 2.1: Mô hình cấu trúc của các sợi Alzheimer’s Abeta(1-42) có mã PDB là 2BEG (a) nhìn theo hướng trục sợi (b) nhìn theo hướng vuông góc trục sợi.

Các sợi amyloid đều có chung cấu trúc phiến β chéo (cross-β sheet structure)

ở vùng lõi với các dãy β nằm song song và vuông góc với trục sợi (hình 2.1) Cáctương tác lặp đi lặp lại giữa các nhóm kỵ nước và phân cực dọc theo theo trụcsợi Đa số các sợi amyloid có vùng lõi bao gồm từ hai tới bốn phiến β tương tácgần với nhau

2.2 Cơ chế hình thành sợi amyloid

Thông thường quá trình hình thành amyloid gồm ba pha: pha trễ - “lag phase”,pha kéo dài – “elongation” và pha bão hòa – “saturation phase” Các nghiên cứucho thấy các cấu trúc được thêm vào một mẫu protein đang trong quá trình tậphợp sẽ làm pha chậm bị thu ngắn lại cho đến khi bị khử hẳn

Chương 3

Các mô hình và phương pháp mô phỏng

3.1 Mô hình ống HP

Mạch chính của protein được mô phỏng như một chuỗi của các nguyên tử

Cα được giữ cách nhau một khoảng xác định bằng 3, 8˚A, tạo thành một ống linhhoạt có đường kính là 2.5˚A đồng thời có một hạn chế với cả bán kính ba vật củaống (địa phương và phi địa phương) Thế năng 3 vật mô tả điều kiện này đượccho bởi (Hình 3.1)

Trong mô hình ống, các liên kết hydro địa phương được tạo bởi các nguyên

tử i và i + 3 và được gán cho năng lượng bằng − Các liên kết hydro phi địaphương được hình thành giữa các nguyên tử i và j > i + 4 và có năng lượng bằng

−0.7  Năng lượng và các ràng buộc hình học của một liên kết hydro địa phươnggiữa nguyên tử i và nguyên tử j được xác định như sau:

(3.3)

Non local radius

of curvature Hydrophobic

Tương tự đối với một liên kết hydro phi địa phương:

Vhydrophobic(i, j) =

(

eW rij ≤ 7.5 ˚A

eW kí hiệu năng lượng tương tác kị nước cho mỗi tiếp xúc, phụ thuộc vào tính

kỵ nước của các amino acid i và j.Trong phần lớn các nghiên cứu, các giá trị nàyđược lựa chọn bằng eHH = −0.5 , eHP = eP P = 0

3.2 Mô hình ống Go

Mô hình ống Go là mô hình ống trong đó năng lượng tương tác kỵ nướcđược thay thế bởi năng lượng tương tác giống như trong mô hình Go (Go-likeinteraction):

Như vậy, mô hình ống Go vẫn giữ nguyên các tính chất hình học và đối xứng của

mô hình ống cùng năng lượng bẻ cong và các liên kết hydro Năng lượng tương táckiểu Go được xây dựng dựa trên cấu trúc của trạng thái native được cho trước.Thế năng tương tác Go được cho bởi:

VGo(i, j) =

(

CijeW rij ≤ 7.5 ˚A

trong đó Cij là các yếu tố của ma trận tiếp xúc native (native contact map)

Cij = 1 nếu giữa i và j tồn tại tiếp xúc trong trạng thái native và Cij = 0 trongtrường hợp còn lại Một tiếp xúc trong trạng thái native được định nghĩa khikhoảng cách giữa hai nguyên tử Cα không liên tiếp nhau là nhỏ hơn 7.5 ˚A

3.3 Mô hình ống với tính định hướng của các chuỗi bên

Để nâng cao tính thực tế của thế năng tương tác kỵ nước, chúng tôi đưa vàođiều kiện ràng buộc đối với sự định hướng của các chuỗi bên : ni · cij < 0.5 và

−ni· cij < 0.5 ở đây ni là vector pháp tuyến tại hạt thứ i và cij là vector đơn vịhướng từ hạt i tới hạt j Các ràng buộc mới này được dựa trên phân tích thống

kê đối với các cấu trúc protein trong ngân hàng PDB

3.4 Các thông số cấu trúc protein

Để nghiên cứu quá trình protein tiến về trạng thái native, chúng ta xét cáctính chất của các cấu hình protein thu được từ mô phỏng thông qua một số đạilượng đặc trưng bao gồm số tiếp xúc cuốn, độ lệch căn quân phương và bán kínhhồi chuyển

3.5 Phương pháp mô phỏng Monte Carlo

Để mô phỏng quá trình cuốn protein và kết cụm chuỗi peptide chúng tôi sửdụng phương pháp mô phỏng Monte Carlo (MC) với thuật toán Metropolis Sựchuyển trạng thái của hệ trong các mô hình sử dụng được thực hiện nhờ cácphép quay điểm (pivot), quay trục (crank-shaft) và tịnh tiến (tranlocation) đốivới quá trình kết cụm protein và phép quay điểm, quay trục đối với quá trìnhcuốn protein

3.6 Phương pháp điều nhiệt song song

Phương pháp điều nhiệt song song hay Parallel tempering là phương pháp môphỏng đưa ra để cải thiện tính chất động học của phương pháp mô phỏng MCcủa hệ vật lý, và phương pháp lấy mẫu chuỗi Markov MC tổng quát bằng cáchtráo đổi các bản sao (replica) tại các nhiệt độ khác nhau

Sử dụng thuật toán Metropolis để tráo hai cấu hình

kBA = min {1, exp [(βi − βj) (Ei− Ej)]} (3.8)

Với kBA chính là xác suất chuyển từ A sang B Phương pháp này rất hiệuquả để tìm trạng thái cơ bản đồng thời tại mỗi nhiệt độ vẫn thu được tập hợpcân bằng và chúng dễ dàng áp dụng trên các máy tính song song

3.7 Phương pháp phân tích đa biểu đồ có trọng số

Phương pháp phân tích đa biểu đồ có trọng số (WHAM) cho phép phân tíchtối ưu dữ liệu thu được từ các mô phỏng theo phương pháp MC cũng như các môphỏng khác trên một khoảng rộng các tham số bằng cách kết hợp nhiều histogramlại với nhau

Xắc suất tìm thấy hệ tại nhiệt độ T

Chương 4

Vai trò của trình tự amino acid kỵ nước và phân cực đối

với cơ chế cuốn của protein

Trong chương này chúng tôi nghiên cứu quá trình cuốn của protein trong hai

mô hình: Mô hình ống HP và mô hình ống Go Hai mô hình được lựa chọn saocho trạng thái cuốn của protein trong cả hai mô hình là như nhau Nghiên cứuđược thực hiện với hai protein có cùng chiều dài N = 48 Protein thứ nhất cótrạng thái cuốn có dạng bó tạo bởi 3 xoắn α, ký hiệu là 3HB Protein thứ hai cótrạng thái cuốn tạo bởi một xoắn α và một phiến β với 4 dải β, được ký hiệu làGB1 Hình 4.1 chỉ ra trạng thái gốc protein GB1 và 3HB

Hình 4.1: Cấu hình trạng thái gốc của protein 3HB (a), GB1 (b)

Trong mô hình ống HP, eHH = −0.5, eHP = eP P = 0 với  là đơn vị nănglượng bằng độ lớn của năng lượng của 1 liên kết hydro địa phương

4.1 Nhiệt động lực học cuốn protein trong mô hình ống HP

Hình 4.2a–c là đồ thị bán kính hồi chuyển trung bình, năng lượng trung bình

và nhiệt dung riêng của protien 3HB phụ thuộc vào nhiệt độ trong mô hình ống

HP Năng lượng trung bình, bán kính hồi chuyển giảm khi nhiệt độ giảm Đồ thịnhiệt dung riêng có cực đại Cmax = 1526kB tại Tf = 0, 296/kB Đồ thị có một

bờ vai tại T ≈ 0.5 /kB tương ứng với sự giảm mạnh của bán kính hồi chuyểntrung bình khi nhiệt độ giảm Tại T ≈ 0.5 /kB xảy ra sự co giảm mạnh về kíchthước của protein trong khi năng lượng không giảm nhiều Sự thay đổi kích thướcnày của protein tương ứng với chuyển pha sụp đổ (collapse transition) Tương tựvới protein GB1 (hình 4.2d–f), đỉnh chuyển pha của nhiệt dung riêng của proteinGB1 nằm ở nhiệt độ Tf = 0.243 /kB và có độ cao Cmax = 509.7 kB, đều thấp hơn

Hình 4.2: Đồ thị bán kính hồi chuyển R g , năng lượng

E trung bình và nhiệt dung riêng của protein 3HB,

GB1 trong mô hình ống HP phụ thuộc nhiệt độ

-60 -40 -20 0

4.2 Nhiệt động học cuốn protein trong mô hình ống Go

Hình 4.3 là năng lượng trung bình, bán kính hồi chuyển trung bình và nhiệtdung riêng phụ thuộc vào nhiệt độ của protein 3HB và GB1 trong mô hình ống

Go Các quá trình chuyển pha cuốn và chuyển pha sụp đổ đều sắc nét hơn so với

mô hình ống HP Cho cả 2 protein, năng lượng trung bình và bán kính hồi chuyểntrung bình đều có sự thay đổi mạnh tại vùng nhiệt độ chuyển pha với độ dốc lớnhơn so với mô hình ống HP Nhiệt dung riêng chỉ có một đỉnh duy nhất tại nhiệt

độ chuyển pha Tf và đặc biệt không xuất hiện bờ vai ở vùng nhiệt độ lớn hơnnhiệt độ chuyển pha Trong mô hình ống Go, chuyển pha sụp đổ xảy ra tại cùngnhiệt độ Tf như chuyển pha cuốn Pha sụp đổ trong mô hình ống Go cũng chính

là pha cuốn Mô hình ống Go có nhiệt độ chuyển pha cuốn Tf cao hơn so với môhình ống HP: 0.345 /kB so với 0.296 /kB cho protein 3HB và 0.291 /kB so với0.243 /kB cho protein GB1 Đỉnh nhiệt dung riêng Cmax trong mô hình ống Gocũng cao hơn so với mô hình ống HP 2.8 lần (4269 kB so với 1526 kB cho protein3HB) và 4.1 lần (2104 kB so với 509.7 kB cho protein GB1) Các kết quả này chothấy mô hình ống Go có tính hợp tác cuốn cao hơn rõ rệt so với mô hình ống HP

0 0.05 0.1 normalized histogram

0 0.1 0.2 normalized histogram (e)

0 0.05 0.1 0.15 normalized histogram (f)

Hình 4.4: Quỹ đạo, biểu đồ chuẩn hóa thu được từ một

mô phỏng dài 2 × 109 bước MC tại nhiệt đô chuyển

pha T f = 0.296 /k B của protein 3HB trong mô hình

ống HP

-50 -40 -30 -20

8 10 12

0 0.03 0.06 normalized histogram

0 0.04 0.08 normalized histogram (e)

0 0.05 0.1 0.15 normalized histogram (f)

Hình 4.5: Tương tự như hình 4.4 nhưng cho GB1 tại

0 0.02 0.04 normalized histogram (d)

0 0.03 0.06 normalized histogram (e)

0 0.1 0.2 normalized histogram (f)

Hình 4.6: Quỹ đạo, biểu đồ chuẩn hóa thu được từ một

mô phỏng dài 2 × 10 9 bước MC tại nhiệt đô chuyển

pha T f = 0.345 /k B của protein 3HB trong mô hình

ống Go

-40 -20 0

0 5 10 15 20 25

8 12 16 20 24 28

0 0.03 0.06 normalized histogram (d)

0 0.03 0.06 normalized histogram (e)

0 0.05 0.1 0.15 normalized histogram (f)

Hình 4.7: Tương tự như hình 4.6 nhưng cho GB1 tại

T f = 0.291 /k B trong mô hình ống Go

4.3 Chuyển pha cuốn trong mô hình ống HP và mô hình ống Go

Hình 4.4 và Hình 4.5 mô tả các quỹ đạo dài 2 × 109 bước MC tại nhiệt độ

Tf = 0.296 /kB cho protein 3HB và Tf = 0.243 /kB cho protein GB1 trong môhình ống HP Năng lượng và rmsd biến thiên mạnh tại nhiệt độ chuyển pha, trongkhi bán kính hồi chuyển Rg chỉ dao động xung quanh một giá trị trung bình Cho