مشاهدات آزمایشگاهی نشان می دهند که در یک محلول پلی الکترولیت ، حضور یون های مخالف چندظرفیتی با غلظت کافی می تواند باعث ایجاد برهم کنش جاذبه بین این ماکرومولکول های با بار همنام شود. در محلول غلیظ پلی الکترولیت های میله ای شکل که در نتیجه? این برهم کنش جاذبه، تعداد زیادی از آنها در فاصله? بسیار کمی از هم قرار می گیرند، آرایش تعادلی و رفتار دسته جمعی این ماکرومولکول ها به راحتی قابل پیش بینی نیست. اف-اکتین یک نمونه از پلی الکترولیت های سخت است که در محلول این پلی الکترولیت در حضور نمک چندظرفیتی، ساختارهای بدیعی در مشاهدات آزمایشگاهی دیده شده است. با هدف درک بهترِ نمونه ای از این ساختارها که ساختار کَلَک مانند نامیده می شود، در قسمت اول پایان نامه مدل ِ ساده ای از اف-اکتین در محلول، با روش های شبیه سازی کامپیوتری دینامیک مولکولی و مونت کارلو مورد بررسی قرار می گیرد. با استفاده از نتایج به دست آمده در مورد رابطه? نظم گیری جهتی اف-اکتین ها با غلظت یون های نمک، علت تشکیل این ساختارهای متنوع، توضیح داده می شود. نشان داده می شود که تشکیل ساختار کلک مانند اف-اکتین ها متناظر با یک حالت شبه پایدار سیستم است و با گذشت زمان کافی، سیستم به حالتی با انرژی پایین تر می رسد که در آن دسته های موازی اف-اکتین ها تشکیل می شود. نکته? دیگر در مورد اف-اکتین ها که ساختار مارپیچی دارند، ارتباط نظم پیچشی این رشته ها با جاذبه? بین آنها در حضور یون های مخالف چندظرفیتی و تشکیل دسته های موازی است. در ادامه? این پایان نامه، سازوکار جاذبه در انباشته های اف-اکتینی بررسی می شود. برای این منظور، برخلاف مدل های ساده ? مورد استفاده در اغلب بررسی های مربوط به این سیستم ها، به ارائه? یک مدل دقیق تر از اف-اکتین می پردازیم. در این مدل از اف-اکتین، انواع آزادی های چرخشی، پیچشی و انتقالی و اندازه? واقعی قطر اف-اکتین، نظم مارپیچی توزیع بار آن و سختی های پیچشی و خمشی اف-اکتین در نظر گرفته می شود. با استفاده از شبیه سازی دینامیک مولکولی این مدل، نشان داده می شود که: · جاذبه? بین اف-اکتین ها در حضور نمک چندظرفیتی، آنها را به صورت دسته های موازی انباشته می کند و محورهای آنها شبکه? هگزاگونال تشکیل می دهند. · ‎رقابت برهم کنش های الکتروستاتیک و سختی پیچشی اف-اکتین ها، نظم مارپیچی آنها را از حالت طبیعی 13/6 منحرف نمی کند. · توزیع یون های مخالف نشان می دهد که در حالت تعادل بیشینه? چگالی این یون ها در وسط خط واصل مراکز اف-اکتین های همسایه است. سازوکار برهم کنش جاذبه بین اف-اکتین ها از روی توزیع یون های مخالف، قابل توضیح است. · بررسی انرژی حالت پایه? دسته? موازی اف-اکتین ها با استفاده از یک مدل ایده آل برای اف-اکتین و استفاده از بارهای مخالف ثابت متناظر با نظم گزارش شده برای یون های مخالف در یک آزمایش، نشان می دهد که نظم مارپیچی ‎24/11‎ انرژی کمتری نسبت به دیگر نظم ها دارد.

در این پایان نامه، به مطالعه ی سازوکار انتقال انتخابیِ نانو منفذهای غشای هسته با استفاده از شبیه سازی دینامیک مولکولی درشت دانه پرداخته شده است. کمپلکس های منفذ هسته گذرگاه های دوطرفه انتخابی بین هسته و سیتوپلاسم هستند. درحالیکه مولکول های کوچک (کوچکتر از ? نانومتر) آزادانه از میان این نانو منفذها انتشار می یابند، مولکول های بزرگ (بزرگتر از ? نانومتر تا ?? نانومتر) تنها با اتصال به گیرنده های انتقالی مخصوص می توانند از میان این گذرگاه ها عبور کنند. کانال مرکزی کمپلکس منفذ هسته با پروتئین های نامنظم دارای موتیف تکرار fg، که به عنوان ناپ های fg شناخته می شوند، فرش شده است که مسئول عملکرد انتخابی کمپلکس های منفذ هسته هستند. به منظور مطالعه ی سازوکار انتقال انتخابی این نانو منفذها، رفتار انفرادی و دسته جمعی یکی از ناپ های fg فرش کننده ی کانال مرکزی، به نام nsp1 مورد مطالعه قرار گرفته است. نتایج شبیه سازی ما نشان می دهند درحالیکه قطعات انفرادی nsp1 ساختارهای کروی مانند را تشکیل می دهند، اما آرایه ی ?×? از قطعات nsp1 متصل شده به سطح صفحه ای، ساختار برس مانندی را تشکیل می دهند که به نظر می رسد، لازمه ی برقرار بودن مدل دروازه مجازی (برس پلیمری) برای عملکرد انتخابی کمپلکس های منفذ هسته است. اضافه کردن ntf2 به عنوان یک گیرنده انتقالی به ساختار برس مانند منجر به فروریختن ساختار کشیده شده ی آن می شود و ntf2 می تواند از این سد آنتروپی عبور کند. در مقابل، اگزونوکلئاز به عنوان یک پروتئین غیرگیرنده، نمی تواند عبور کند. بنابراین، ساختار برس مانند قادر است بین گیرنده های انتقالی و پروتئین های غیرگیرنده در مدخل خودش، تبعیض قائل شود. در پایان، یک آرایه ی nsp1 جهش یافته که در آن همه ی فنیل آلانین های غیرقطبی با سرین های قطبی تعویض شده، برای بررسی نقش تکرارهای fg در تشکیل ساختار برس مانند مورد مطالعه قرار گرفت. با اضافه کردن گیرنده انتقالی ntf2 به ساختار برس جهش یافته، تغییر محسوسی در ارتفاع برس جهش یافته دیده نمی شود و ntf2 نمی تواند از آن عبور کند. بنابراین، می توان نتیجه گرفت که برهمکنش تکرارهای fg در ناپ های fg با گیرنده های انتقالی، مسئول انتخابی بودن کمپلکس های منفذ هسته است.

در این پایان نامه با استفاده از شبیه سازی دینامیک ملکولی درشت دانه به مطالعه ?پایداری فیبرهای اف?اکتین تشکیل? ?شده توسط لیزوزیم در بیماری سیستیک? ?فیبروز? پرداخته شده است. رشته اکتین (اف-اکتین )، یکی از اجزای اصلی اسکلت سلولی، رشته ای پلیمری با بار منفی است، که به واسطه پروتئین های اتصالگر، انباشته های مختلفی تشکیل می دهد و این انباشته ها مسئول بسیاری از عملکردهای سلول هستند. از طرف دیگر در مخاط ریه? افراد مبتلا به بیماری ارثی سیستیک فیبروز، انباشته هایی مشابه در حضور پروتئین کاتیونیِ لیزوزیم که یک پروتئین ضد میکروبی است تشکیل می شود. بر اثر تشکیل فیبرهای اکتین-لیزوزیم، علاوه بر اینکه عملکرد ضد میکروبی پروتئین های لیزوزیم مهار می شود، چسبندگی و تشدید عفونت میکروبی را در مخاط ریه? این بیماران نیز در پی دارد. هدف از این پایان نامه یافتن روشی برای ناپایدار کردن فیبرهای اف- اکتینی به عنوان درمانی برای این بیماری است. در این پایان نامه با ارائه? مدلی درشت دانه از رشته های اکتین و پروتئین های لیزوزیم نشان داده شد که در حضور لیزوزیم نوع وحشی با بار سطحی +9 الکترون، فیبرهای پایداری از اف- اکتین تشکیل می شود. با کاهش بار لیزوزیم (تا 4+ الکترون)، مشاهده می شود که فیبرهایی با پایداری کمتر تشکیل می شوند. علاوه بر این در این پایان نامه تا?ثیر حضور نمک بر پایداری فیبرهای اف-اکتینی بررسی شده است. به طوری که دیده می شود با افزودن نمک تک ظرفیتی پایداری فیبرهای اف-اکتین کمتر می شود. نتایج بدست آمده در این تحقیق نشان می دهد، دو فاکتور بار لیزوزیم و غلظت نمک می تواند به عنوان دو عامل برای کنترل پایداری فیبرهای تشکیل شده در بیماری سیستیک فیبروز مورد توجه قرار بگیرد. با کاهش بار لیزوزیم (به نحوی که خاصیت ضد میکروبی آن را تحت تا?ثیر قرار ندهد) و همچنین با افزودن مقدار اندک نمک می توان فیبرها را از بین برد و علائم بیماری سیستیک فیبروز را کاهش داد.

در مخاط ریه ی افراد مبتلا به بیماری ارثی سیستیک فیبروز، انباشته هایی فیبری شکل از اف-اکتین ها در حضور پروتئین های کاتیونیِ لیزوزیم که یک پروتئین ضد میکروبی است تشکیل می شود. تشکیل فیبرهای اکتین-لیزوزیم، علاوه بر اینکه عملکرد ضد میکروبی پروتئین های لیزوزیم را مهار می کند، چسبندگی و تشدید عفونت میکروبی در مخاط ریه ی این بیماران را نیز در پی دارد. هدف از این پایان نامه مطالعه ی ارتباط بین پایداری این فیبرهای اف-اکتینی با بار الکتریکی لیزوزیم و غلظت نمک موجود در محیط است. در این پایان نامه با استفاده از روش شبیه سازی دینامیک مولکولی و با ارائه مدلی درشت دانه از اف-اکتین و لیزوزیم نشان داده شد که با آزاد گذاشتن موقعیت مکانی و پیچش و چرخش اف-اکتین ها، در حضور لیزوزیم های با بار 9e،+11e+ و 7e+ جاذبه دیده می شود که نشان دهنده تشکیل فیبر در حضور این لیزوزیم ها است. در حالیکه در حضور لیزوزیم 4e+ اف-اکتین ها یکدیگر را جذب نمی کنند و فیبری تشکیل نمی شود. فاصله ی تعادلی اف-اکتین ها در حضور لیزوزیم های 9e+ محاسبه شد که تطابق خوبی با نتایج تجربی داشت. در یک چیدمان شبیه سازی مجزا، پتانسیل نیروی میانگین بین دو اف-اکتین در حضور لیزوزیم های مختلف و در غلظت واقعی mm 50 نمک محاسبه شد و از مقایسه نتایج به دست آمده برای غلظت های مختلفِ نمک و بارهای مختلف لیزوزیم این نتیجه حاصل شد که کاهش بار لیزوزیم و افزایش غلظت نمک باعث ناپایداری فیبرهای تشکیل شده می شود. سپس در قسمت بعدی پایان نامه، برای توجیه این رفتارها، در شبیه سازی جداگانه ای توزیع یون های مثبت نمک و توزیع لیزوزیم ها رسم شد و سازوکار جاذبه بین اف-اکتین ها و دلیل رابطه بین پایداری فیبرها با بار لیزوزیم و غلظت نمک از روی توزیع پروتئین های لیزوزیم و نمک تک ظرفیتی، توضیح داده شد. نتایج به دست آمده در این پایان نامه بیان می کنند که بار الکتریکی لیزوزیم و غلظت نمک تک ظرفیتی فاکتورهایی هستند که می توان با دستکاری آنها به ناپایدار کردن فیبرهای تشکیل شده در ریه بیماران و در نتیجه درمان بیماری سیستیک فیبروز کمک کرد.