Structural Analysis of Lipid Molecules in Cell Membranes by Self-Organizing Maps
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Helsinki University of Technology |
Master's thesis
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Instructions for the author
Location:
P1 Ark TF80
P1 Ark TF80
Authors
Date
Major/Subject
Mcode
Tfy-105
Degree programme
Language
en
Pages
83
Series
Abstract
Solukalvot ympäröivät kaikkia eläviä soluja ja soluelimiä, ja ne ovat siten äärimmäisen tärkeitä rakenteita kaikille elollisille organismeille. Biomembraanit eivät ole passiivisia rakenteita, vaan niillä on tärkeä rooli muun muassa säätelemässä molekyylien kulkua solun ja sen ympäristön välillä. Biomembraanin tärkein rakenneosa on lipidikaksoiskerros, joka muodostuu miljardeista yksittäisistä lipidimolekyyleistä. Lipidimolekyyleillä on useita vapausasteita, ja niitä voi siten kuvata suuri määrä erilaisia konformaatioita. Lipidimolekyylien konformaatiotilojen oletetaan liittyvän moniin tärkeisiin biomembraanien rakenteellisiin, dynaamisiin ja funktionaalisiin ominaisuuksiin. Pienestä mittakaavasta johtuen konformaatioiden yksityiskohtaisia ominaisuuksia ei voida tutkia kokeellisesti. Tietokonesimulaatiot kuitenkin tarjoavat atomitason tietoa konformaatiotilojen käyttäytymisestä. Tässä työssä on tutkittu itsejärjestyvien karttojen käyttämistä lipidikonformaatioiden analysoimisessa. Lähtötietona on käytetty molekyylidynamiikkasimulaatiosta saatavaa atomitason dataa. Työssä on keskitytty menetelmän kehittämiseen, tutkittu koulutusparametrien vaikutusta tulosten laatuun, sekä selvitetty kartan koon vaikutusta lopputulokseen. Menetelmää on sovellettu 50 nanosekunnin pituisen PLPC-lipidikaksoiskerrossimulaation konformaatioiden tutkimiseen. Työssä PLPC:n pääryhmän, glyseroliosan ja tyydyttymättömän hiilivetyhännän konformaatioita on tutkittu erikseen. Tärkeimmät konformaatiotilat sekä tietyt pienemmät yksityiskohdat löytyivät vaivatta jokaisessa tapauksessa. Työssä on myös tutkittu konformaatioiden dynamiikkaa ja verrattu tuloksia aiempaan tutkimukseen. Tulokset osoittavat, että itsejärjestyvät kartat ovat suhteellisen yksinkertainen ja luotettava menetelmä, jolla voidaan nopeasti selvittää systeemin tärkeimmät ominaispiirteet kvalitatiivisella tasolla. Menetelmän käyttö ei vaadi lainkaan ennakkotuntemusta systeemin käyttäytymisestä. Tulevalle tutkimukselle on monia suuntia. Menetelmän käyttämän algoritmin toteuttamista voidaan kehittää, mikä mahdollistaisi laajempien systeemien analysoimisen. Mielenkiintoinen kohde jatkotutkimukselle on tarkastella tässä työssä esitellyillä menetelmillä muita lipidisysteemejä, esimerkiksi monityydyttymättömän lipidihännän käyttäytymistä. Itsejärjestyviä karttoja voisi myös käyttää eri lipidityyppien välisten vuorovaikutusmekanismien tutkimiseen. Kohteena voisi olla esimerkiksi fosfolipidin ja kolesterolin vuorovaikutus. Mielenkiintoista olisi myös käyttää analyysistä saatuja systeemin tärkeimpiä konformaatiotiloja esittämään konformaatiovapausasteita karkeistetussa simulaatiomallissa.Description
Supervisor
Ala-Nissilä, TapioThesis advisor
Vattulainen, IlpoFalck, Emma