Effects of confinement in the folding of knotted proteins

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Main Author: Especial, João Nuno Correia
Publication Date: 2018
Format: Master thesis
Language: eng
Source: Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
Download full: http://hdl.handle.net/10451/36391
Summary: Tese de mestrado, Mestrado em Física (Física da Matéria Condensada e Nano-Materiais) Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2018
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spelling Effects of confinement in the folding of knotted proteinsDobragemde proteínasProteínas enodadasMonte CarloFísica EstatísticaChaperões molecularesTeses de mestrado - 2018Departamento de FísicaTese de mestrado, Mestrado em Física (Física da Matéria Condensada e Nano-Materiais) Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2018A compreensão detalhada do processo de enrolamento e dobragem de proteínas enodadas permanece um problema em aberto. É consensual que o complexo de chaperoninas GroEL-GroES promove a dobragem correcta de proteínas in vivo. Tem sido defendido que este efeito se deve a que o complexo providencia isolamento do ambiente congestionado do citoplasma, protegendo, desta forma, a proteína de processos de misfolding e agregação. No entanto, experiências in vitro mostram que no caso das proteínas YibK e YbeA, ambas contendo um nó de trevo (31) na sua estrutura nativa, se observa uma aceleração considerável (por um factor de 20) da taxa do processo de dobragem, quando este ocorre no ambiente confinado da chaperonina. O mecanismo de acção da chaperonina sobre o processo de dobragem e enodamento permanece desconhecido. O presente trabalho determinou as consequências do confinamentos estérico e hidrofóbico, que ocorrem durante o ciclo de funcionamento da chaperonina, no contexto de modelos de rede e simulações pelo método de Monte Carlo. Os resultados indicam que quando, para além de confinamento estérico, se passa a considerar interações hidrofóbicas entre a proteína enodada e a superfície interna da chaperonina, se verifica que a temperatura de transição de folding diminui de forma sistemática `a medida que aumenta a intensidade da interacção hidrofóbica. Este resultado sugere que uma das funções da primeira parte do ciclo de funcionamento da chaperonina é diminuir a estabilidade termodinâmica de eventuais estados iniciais mal formados, assegurando que, com elevada probabilidade, a proteína entra na segunda parte do ciclo numa conformação desdobrada. À medida que o ciclo progride e a interação hidrofóbica com a superfície interna da chaperonina enfraquece, a temperatura de transição de folding aumenta progressivamente, o que conjugado com a proteccão contra processos de misfolding e agregação, assegura que a proteína tenha alta probabilidade (aproximadamente 40%) de se encontrar na sua conformação nativa quando o ciclo da chaperonina termina. Demonstra-se ainda no presente trabalho que este nível de eficácia pode explicar as rápidas taxas do processo de folding observadas.Detailed understanding of the knotted protein folding process remains an open problem. It is consensual that the GroEL-GroES chaperonin complex promotes correct protein folding in vivo. It has been argued that this effect may be due to the chaperonin complex providing isolation from the crowded cytoplasm environment, thus protecting the protein from misfolding processes and aggregation. However, in vitro experiments have also shown that in the case of proteins YibK and YbeA, both of which contain a trefoil knot (31) in their native structure, a considerable acceleration (20-fold) is observed in the folding process when it takes place in the confined environment of this chaperonin complex. The mechanism through which the chaperonin acts upon the folding and knotting process is still unknown. The present work determined the consequences of steric and hydrophobic confinement, that occur throughout the working cycle of the chaperonin, in the context of lattice models and Monte Carlo simulations. The results indicate that when hydrophobic interactions between the knotted protein and the internal surface of the chaperonin are considered in addition to steric confinement, the temperature of the folding transition steadily decreases as the intensity of the hydrophobic interaction increases. This finding suggests that one of the functions of the first part of the chaperonin working cycle is to diminish the thermodynamic stability of any misfolded initial states, ensuring that the protein has a high probability of entering the second part of the cycle in an unfolded conformation. As the cycle advances and hydrophobic interaction with the internal surface of the chaperonin weakens, the temperature of the folding transition steadily increases and this, together with protection from misfolding and aggregation, ensures a high probability (approximately 40%) of the protein having its native conformation at the end of the chaperonin cycle. The present work also shows that this effectiveness level can explain the observed fast folding rates.Faísca, PatríciaRepositório da Universidade de LisboaEspecial, João Nuno Correia2019-01-14T16:11:14Z201820182018-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10451/36391TID:202190315enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)instname:FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiainstacron:RCAAP2025-03-17T14:02:23Zoai:repositorio.ulisboa.pt:10451/36391Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireinfo@rcaap.ptopendoar:https://opendoar.ac.uk/repository/71602025-05-29T03:01:06.858687Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) - FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiafalse
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