Computer modeling of ion protein interactions: Allo steric effects of phenolic ligands and ions on insulin hexamer struct ure

Abstract

Název práce: Počítačové modelování interakcí iontů s proteiny: Allosterický efekt iontů a fenolických ligandů na strukturu insulinového hexameru Autor: Vladimír Palivec Katedra: Katedra fyzikální a makromolekulární chemie PřF UK Vedoucí diplomové práce: prof. RNDr. Pavel Jungwirth, DSc., UOCHB AV ČR, v.v.i. Email vedoucího: pavel.jungwirth@uochb.cas.cz Abstrakt: Insulinový hexamer je alosterický protein, který můžeme nalézt ve třech různých konformacích (T6, T3R3, R6). Tvorbu a konformaci inzulinového hexameru můžeme ovlivnit například vazbou iontů, či takzvaných fenolických ligandů. V této práci jsem zkoumal inzulinové hexamery v různých konformacích za pomoci molekulové dynamiky. Studie je rozdělena na dvě části. V první části zkoumám efekt vazby kationtů (Zn2+ , Ca2+ , K+ and Na+ ) na T6 a T3R3 inzulinové hexamery. V druhé části se zaměřím na neurotransmitery serotonin a dopamin, které by mohly sloužit jako fenolické ligandy v in vivo podmínkách. Výsledky první části výzkumu ukazují, že ionty s vysokou nábojovou hustotou (Zn2+ , Ca2+ ) jsou mnohem více lokalizované v kavitě, která se nachází uprostřed hexameru. Toto vede ke zpomalení difuze vodních molekul, což se projeví také tím, že uvnitř se nachází vždy pouze jeden kation. Monovalentní kationty tento efekt nemají. V druhé části práce ukáži, že z obou...

Title: Computer modeling of ion protein interactions: Allosteric effects of phenolic ligands and ions on insulin hexamer structure Author: Vladimír Palivec Department: Department of Physical and Macromolecular Chemistry Faculty of Science UK Advisor: prof. RNDr. Pavel Jungwirth, DSc., IOCB AS CR, v.v.i. Advisor's email address: pavel.jungwirth@uochb.cas.cz Abstract: Insulin hexamer is an allosteric protein capable of undergoing conformational changes between three states: T6, T3R3, and R6. Transitions between them, as well as the formation of insulin hexamers, are mediated through binding of phenolic ligands or ions. This thesis presents a molecular dynamics study of allosteric behavior of insulin using empirical force fields. Two effects are closely inspected - cation (Zn2+ , Ca2+ , K+ , and Na+ ) binding to the insulin hexamers and a possible binding of two neurotransmitters - dopamine and serotonin to the phenolic pocket. The results show that high charge density cations (Zn2+ and Ca2+ ) are mostly localized in the B13 glutamate cavity, slow- down diffusion, while preventing other cations from entering. In contrast, low charge density cations (Na+ and K+ ) do not have this effect. Concerning neurotransmitters, dopamine does not bind to the phenolic pocket whereas serotonin binds in a similar way like...