بررسي تاثير تغييرات پي اچ بر نيروي بازشدگي بيست و هفتمين قلمروي ايمونوگلوبولين پروتئين تايتين با استفاده از شبيه سازي ديناميك مولكولي هدايت شده

The effect of pH changes on the unfolding force of titin immunoglobulin domain I27 using steered molecular dynamic simulation

تايتين طويل‌ترين پروتئين بدن است كه در ميوفيبريل‌هاي عضله‌ها‌ي قلبي و اسكلتي يافت مي‌شود. اين پروتئين با طولي حدود يك ميكرومتر شامل ناحيه‌هاي PEVK(دربردارنده‌ي آمينو اسيدهاي پرولين، گلوتاميك اسيد، والين و ليزين)، قلمروهاي ايمونوگلوبولين و فيبرونكتين است. در عضلات، تايتين داراي خاصيت الاستيك منحصر به فردي در ناحيه‌ي باند I در ساركومر بوده واز اين رو مسئول بازگرداندن عضله به طول استراحت خود در حين انقباض‌هاي برون گرا است.I27 (بيست و هفتمين قلمروي ايمونوگلوبولين) به عنوان يكي از ناحيه‌هاي پر اهميت تايتين معرفي شده و از ويژگي‌هاي مهم اين ناحيه اتصال با يون كلسيم است. حضور يون كلسيم در I27، اين ناحيه را باردار كرده و سبب تغيير پي اچ مي شود. در اين پژوهش با استفاده از شبيه سازي ديناميك مولكولي هدايت شده، تغييرات نيروي باز شدگي براي قلمروي I27 با در نظر گرفتن پي اچ‌هاي مختلف در سه حالت خنثي، اسيدي و بازي بررسي شده است. نتايج نشان دادند كه نيروي بازشدگي قلمرو I27 به صورت قابل توجهي وابسته به تغييرات پي اچ بوده و از اين رو با افزايش و يا كاهش مقدار پي اچ و فاصله گرفتن از حالت خنثي مقدار آن كاهش مي يابد. بدين ترتيب كه در حالت خنثي بيشترين نيرو براي شكستن پيوندهاي هيدروژني و آغاز فرآيند بازشدگي مورد نياز است. با توجه به نتيجه حاصله از اين پژوهش، مي توان در صورت سخت‌تر شدن بيش از حد تايتين و بروز مشكل در باز شدگي، با تغييرات پي اچ در محدوده‌ي مورد نظر عملكرد مناسب‌تري براي تايتين ايجاد نمود.

Titin is the longest protein found in striated skeletal and cardiac muscle myofibrils. This protein with a length of about 1μm, has multiple domains consisting of PEVK region (proline, glutamic acid, valine, and lysine residues), and immunoglobulin-like (Ig) and fibronectin domains. In muscles, titin owns unique elastic properties in the I-band region and it is responsible for restoration of muscle to its slack length during the passive contractions. I27 (27th immunoglobulin domain) is one of the important regions of titin which has been studied extensively by researchers. An important feature of this region is the connection with calcium ion which charges the region and causes pH to change. In this paper the unfolding force of I27 domain has been investigated by considering various pHs in three states of neutral, acidic and basic, using steered molecular dynamic simulations. The results showed that unfolding stiffness of I27 domain depends significantly on pH changes. It decreases by increasing or decreasing pH value and getting away from the neutral state. In the neutral state the highest value of force is needed to break the hydrogen bonds and start the unfolding process. According to the results, titin’s performance can be improved by changing pH. This proves useful in cases where titin is stiffer than usual or there is a malfunction in the unfolding process.