Bulk properties of intrinsically disordered proteins

Abstract

The aim of this thesis was to study how the structure and the electrostatic interactions within the chain of α-casein are affected by phosphorylations and the ionic strength of the buffer. To do so, Small Angle X-ray Scattering measurements together with Circular Dichorism measurements were used to experimentally determine the stucture of α-casein. The theoretical model was then adjusted to fit the experimental results by adding an angular potential to restrict the flexibility of the chain. How the α-casein chain was affected by changes in ionic strength was then investigated with Monte Carlo simulations in the program MOLSIM. The results showed that the conformational entropy of the α-casein chain increased with increasing ionic strength. The results for α-casein were compared with the results of dephosphorylated α-casein, which showed that the phosphorylations are important for the electrostatic interactions within the chain. Dephosphorylated α-casein displays a less prominent change in Full Width Half Maximum (FWHM) of the probability distribution of the radius of gyration than the phosphorylated α-casein does. This was used to indicate the changes in conformational entropy of the chains, and hence, the restrictions due to electrostatic interactions within the chains when changing the ionic strength of the buffer.

Popular Abstract (Swedish)

I människokroppen sker hela tiden viktiga processer, flera av dem på cellnivå. Dessa cellulära processer innefattar bland annat celldelning, där nya celler skapas, reparation av DNA, samt när cellerna upptar näring från maten vi äter. En viktig reaktion för att dessa processer ska fungera är fosforylering av molekyler. Det innebär att en fosforylgrupp sätts fast på en molekyl. Detta är extra viktigt för proteiner, då det påverkar dess funktion. Eftersom fosforyleringar är viktiga i många biologiska processer är det viktigt att förstå hur dessa påverkar proteinerna.
Kaseiner är en grupp proteiner som finns i mjölk. De består främst av tre proteiner, α-, β-, och κ-kasein (alfa, beta, kappa), som förekommer i följande förhållande: 50:40:10. Kaseinerna är fosforylerade till olika grad. Alla tre av dessa proteiner tillhör en grupp proteiner som kallas intrinsically disordered proteins, dvs oordnade proteiner. Dessa proteiner har en oordnad tredimensionell struktur, antingen är hela proteinkedjan oordnad, eller endast en del av den. Att de är oordnade innebär att de inte antar någon specifik konformation, utan beter sig mer som en flexibel kedja. Det har även visat sig att dessa oordnade proteiner har en viktig roll inom biologin, bland annat är de inblandade i cellsignalering, samt att det finns oordnade proteiner som är inblandade i sjukdomar, såsom Alzheimers sjukdom och Parkinsons sjukdom.
Målet med den här studien var att undersöka hur strukturen samt växelverkan inom kedjan för α-kasein beror på hurvida proteinet är fosforylerat eller inte, samt hur det påverkas av saltkoncentrationen av lösningen den befinner sig i. Detta har gjorts med hjälp av datorsimuleringar samt två experimentella metoder, SAXS (Small Angle X-ray Scattering) och CD (Circular Dichroism). Information om sekundärstrukturen, alltså olika sätt aminosyrorna interagerar på, erhölls från CD-mätningarna. Resultaten från SAXS-mätningarna gav information som användes till att anpassa simuleringsmodellen, då α-kasein faktiskt har lite struktur och därför inte beter sig helt som en flexibel kedja. Simuleringsresultaten visade att fosforyleringar spelar en stor roll för både strukturen och de elektrostatiska interaktionerna för α-kasein.

• author: Eriksson Skog, Amanda
• supervisor: Marie Skepö
• organization: Department of Chemistry
• course: KEML08 20181
• year: 2018
• type: M2 - Bachelor Degree
• subject: Chemistry
• keywords: IDP, protein, theoretical chemistry, teoretisk kemi
• language: English
• id: 8958473
• date added to LUP: 2019-02-26 10:43:45
• date last changed: 2019-02-26 10:43:45