Modelling protein interactions in solution

Abstract

Die Dissertation ist gesperrt bis zum 31. Dezember 2025 !

Die Wechselwirkungen zwischen Makromolekülen in Lösung können aufgrund ihrer hohen Komplexität schwer zu verstehen und zu charakterisieren sein. Proteine besitzen insbesondere eine hierarchische Struktur, bei der mehrere Aminosäuren verbunden sind, um ein Molekül zu bilden, das eine spezifische Struktur aufweist. Daher hängen die effektiven Wechselwirkungen zwischen Proteinen stark von der Struktur und der relativen Ausrichtung der Teilchen ab, was wesentlich komplexer ist als bei einfachen isotropen Teilchen mit einer kurz- oder langreichweitigen Wechselwirkung. In dieser Arbeit versuchen wir, die Wechselwirkungen zwischen Proteinen mithilfe der klassischen Thermodynamik und der Theorie der assoziierenden Flüssigkeiten zu modellieren. Der erste Teil der Arbeit bezieht sich auf das grundlegende Verständnis von Proteinen und der Thermodynamik von Phasenübergängen, mit einem kurzen Überblick über die Theorien von Gasen und Lösungen. Diese Rahmenbedingungen dienen als Referenz für das Verständnis des komplizierten Phasenverhaltens in Protein-Salzlösungen. Der zweite Teil der Arbeit ist im Wesentlichen eine Zusammenfassung der Ergebnisse meiner Doktorarbeit. Um Protein-Salzlösungen zu modellieren, ist ein Schlüsselparameter der zweite Virialkoeffizient. Dieser Parameter ist direkt mit dem mittleren Wechselwirkungspotential zwischen Teilchen in Lösung verbunden und erhellt das thermodynamische Verhalten des Systems. Der zweite Virialkoeffizient \(B_2\) wurde unter Verwendung eines alternativen Ansatzes berechnet, der die Gleichgewichtsthermodynamik und die McMillan-Mayer-Theorie der Lösung nutzt. Die Ergebnisse zeigen, wie die Werte des zweiten Virialkoeffizienten von Humanem Serumalbumin (HSA) und Bovinem Serumalbumin (BSA) mit den Werten übereinstimmen, die unter Verwendung von Kleinwinkel-Röntgenstreuung (SAXS) bestimmt wurden. Im zweiten Teil des Ergebnisteils haben wir das ionenaktivierte ’patchy’ Partikelmodell erweitert, um die Abstoßung zwischen ’patchy’ Teilchen einzubeziehen. Dies ermöglicht eine bessere Rationalisierung der experimentellen Beobachtungen für Protein-Salzlösungen. Wir schließen den Ergebnisteil mit einem kinetischen Modell ab, das effektiv zur Modellierung des Nukleationsdichteplots verwendet wurde, der durch Zählen der Anzahl von Kristallen auf der Glasplatte erhalten wurde. Aus diesem Modell können charakteristische Ratenkonstanten und zusätzliche Parameter extrahiert werden, die verwendet werden können, um den Gesamtmechanismus hinter der Proteinkristallisation besser zu verstehen.