ساز و کار خوداجتماعی پپتیدهای eak16 و تشکیل نانوساختارها در حضور و عدم حضور یک سطح آبگریز: مطالعه تجربی و شبیه سازی کامپیوتری

خوداجتماعی مولکولی فرآیندی است که در آن مولکولها توسط برهمکنشهای غیرکوالانسی، مانند برهمکنشهای الکترواستاتیک، آبگریزی و پیوند هیدروژنی، گردهم می آیند و اجتماعات اَبَرمولکولی تشکیل می دهند. تشکیل مایسل، وزیکول و ساختارهای دولایه به وسیله ی مولکولهای دوگانه دوست و همچنین تشکیل دسته های پلی الکترولیتی که عامل آن برهمکنشهای الکترواستاتیک است، مثالهایی از این پدیده هستند. در این میان خوداجتماعی پپتیدها، که توالی های کوتاهی از اسیدهای آمینه هستند، به دلایل مختلف از اهمیت خاصی برخوردار است و در سالهای اخیر توجه زیادی را به سوی خود معطوف کرده است. این پدیده کاربردهای فراوانی در ساخت بافت مصنوعی، انتقال دارو، ساخت داربستهایی برای رشد سلول و مهندسی سطح می تواند داشته باشد. اولین بار در سال 1993 تشکیل نانوساختارهایی به شکل لوله هایی با دو انتهای باز که نتیجه ی خوداجتماعی یک پپتید حلقوی با هشت اسیدآمینه بود گزارش شد. پس از آن، مطالعات نظری و تجربی فراوانی با انواع دیگری از پپتیدها انجام شده است. در میان انواع پپتیدها، گروه خاصی به نام پپتیدهای مکمل یونی که به دلیل داشتن توالی خاص اسیدهای آمینه خواص دوگانه دوستی و مکمل یونی بودن را به طور همزمان دارند، مورد توجه زیادی قرار گرفته اند. این گروه از پپتیدها دسته ی مهمی از مولکولهای با قابلیت خوداجتماعی را تشکیل می دهند. در این پپتیدها اسیدهای آمینه ی آبدوست و آبگریز به صورت یک در میان و بارهای مثبت و منفی به تعداد برابر و با توالی منظم قرار می گیرند، بطوریکه به ازای هر قسمت یونی شامل اسیدهای آمینه ی با بار مشخص یک قسمت مکمل از اسیدهای آمینه با بار مخالف وجود دارد. در سیستمهای تشکیل شده از این پپتیدها، به دلیل حضور همزمان برهمکنشهای مختلف مانند برهمکنشهای الکترواستاتیک، آبگریزی، پیوند هیدروژنی و دافعه ی حجمی، رفتارهای غنی خوداجتماعی انتظار می رود. در این پایان نامه رفتار خوداجتماعی یک خانواده از پپتیدهای مکمل یونی به نام پپتیدهای eak16 که شامل سه نوع پپتید eak16-i، eak16-ii وeak16-iv است، مورد مطالعه قرار گرفته است. این سه پپتید از اسیدهای آمینه ی یکسانی تشکیل شده اند و تنها تفاوت آنها در ترتیب قرارگیری اسیدهای آمینه در طول پپتید است که سبب ایجاد توالی متفاوت بار الکتریکی در آنها می شود. در آزمایشها مشاهده شده است که خوداجتماعی این پپتیدها در محلول و یا در کنار سطوح مختلف (آبگریز یا باردار) ساختارهایی با ابعاد نانومتری تشکیل می دهد. در این آزمایشها تأثیر عوامل مختلفی مانند ph محلول، قدرت یونی محلول و غلظت پپتیدها بررسی شده است. با وجود تعداد زیاد آزمایشها، شبیه سازیهای اندک و ساده ای برای مطالعه ی این سیستمها تا کنون انجام شده است. از طرفی می دانیم یکی از روشهای مناسب برای مطالعه ی پدیده ی خوداجتماعی در این سیستمها، استفاده از شبیه سازیهای دینامیک مولکولی تمام اتمی و یا درشت دانه است. هدف اصلی این پایان نامه، مطالعه ی پیکربندیهای تعادلی تک رشته ای پپتیدهای eak16 در محلول و نحوه ی تشکیل دیمر در سیستمهای دورشته ای و همچنین بررسی سازوکار خوداجتماعی و فرآیند انباشتگی آنها در کنار سطوح آبگریز با استفاده از شبیه سازیهای دینامیک مولکولی در شرایط مختلف ph است. در قسمت اول، به دلیل اهمیت برهمکنشهای میان اتمها (مانند برهمکنشهای الکترواستاتیک، آبگریزی، پیوند هیدروژنی و دافعه ی حجمی) در تعیین پیکربندی تعادلی یک پپتید و بررسی جزئیات تشکیل دیمر، شبیه سازیهای تک رشته ای و دورشته ای به صورت تمام اتمی انجام شده اند. در قسمت دوم، برای بررسی سازوکار خوداجتماعی به شبیه سازی تعداد بیشتری پپتید (سیستم بس پپتیدی) نیاز داریم. در این سیستمها پپتیدها، که پیکربندی تعادلی خود را یافته اند، در هنگام برهمکنش با یکدیگر با جزئیات تمام اتمی همدیگر سروکار ندارند و به طور موثر با یکدیگر برهمکنش می کنند. به همین دلیل در نظر گرفتن درجه ی آزادی تمام اتمها ضروری نیست و می توان به طور متوسط مجموعه ای از چندین اتم که در کنار یکدیگر قرار دارند را به صورت یک ذره ی بزرگتر در نظر گرفت. از طرفی شبیه سازی اتمی سیستمهای بس پپتیدی هزینه ی محاسباتی بالایی دارد. بنابراین در این قسمت، از شبیه سازی درشت دانه استفاده شده است. ساختار پایان نامه به شکل زیر است: در فصل اول به معرفی پدیده ی خوداجتماعی مولکولی می پردازیم و در فصل دوم به طور خاص به خوداجتماعی پپتیدها و کاربردهای آن اشاره می کنیم. علاوه بر این، در این فصل پپتیدهای مکمل یونی eak16 معرفی و ویژگیهای آنها بیان می شود. چند آزمایش خوداجتماعی با دو پپتید eak16-ii و eak16-iv در شرایط مختلف ph برای بررسی امکان انجام این آزمایشها در دانشگاه انجام شده است. جزئیات این آزمایشها و نتایج حاصل از آن در فصل سوم ارائه می شود. فصل چهارم به مطالعه ی پیکربندی تک رشته ای پپتیدهای eak16 و نحوه ی تشکیل دیمر توسط آنها به وسیله ی شبیه سازیهای دینامیک مولکولی تمام اتمی اختصاص دارد. رفتار خوداجتماعی پپتیدهای eak16 در سه محدوده ی مختلف ph در کنار سطح آبگریز و فرآیند رشد اجتماعات تشکیل شده در فصل پنجم مطالعه و نتایج حاصل ارائه می شود. در فصل آخر (فصل ششم)، مرور نتایج کارهای انجام شده در این پایان نامه و چشم انداز آینده آورده می شود.