Calculation of Phase Behavior of Protein with Shape Factor

Abstract

본 연구에서는 여러 가지 종류의 다양한 고분자 및 고분자 혼합물들의 열역학적인 특성을 계산하는데 있어 용액 내에서 일어나는 분자와 분자 사이의 상호인력을 설명해 줄 수 있는 새로운 분자열역학적인 모델을 제시하는데 중점을 두고 있다. 특히 이러한 상호작용은 황공분야에서 자주, 그리고 널리 다루어지고 있는 재료들인 단백질과 같이 일반 용액과는 전혀 다른 경향을 나타내는 유체들의 경우에 있어 그에 대한 깊이 있는 연구가 필요한 실정임에도 불구하고 그 중요성이 간과되어져 왔기 때문에 본 연구에서는 총 2장에 걸쳐 이러한 상호작용을 설명할 수 있는 새로운 이론적인 접근 방법을 제시하고 제시한 모델이 실제 계에 적용되었을 때 어떠한 결과를 보이는 지에 대해 기술하고 있다. 첫째 장에서는 기존에 정립되어 있던 modified PHSC 상태방정식에 분자간의 상호인력을 설명하는 perturbation term중 GLJ potential과 electrostatic potential을 도입하여 최적의 새로운 상태방정식을 제시하였고, 이 상태방정식을 바탕으로 하여 Partition Coefficient를 계산하였다. 둘째 장에서는 Partition function에 Shape factor를 도입하여 단백질의 모양에 따른 상태방정식에의 영향을 구할 수 있는 식을 제시하였고, 이를 바탕으로 하여 열역학적 물성치를 계산하였다. 특히, 본 연구에서는 새로운 이론의 정립, 실제 실험치 및 시뮬레이션 데이터로부터의 parameter 계산, 그리고 이를 이용한 여러 가지 열역학적 특성을 계산하는 일련의 연구를 수행하였다.; CHAPTER I The equation of state developed in this work is based on a hard-sphere reference with perturbations introduced through a potential function to account for electrostatic forces and for attraction between protein particles. At this process, generalized Lennard-Jones (GLJ) pair potential function is used. The GLJ pair potential function is employed to represent the protein-protein interaction in the two-protein systems. the By using the relation between equation of state and chemical potential, the phase behavior in the aqueous two-protein system can be estimated. In these processes, the partition coefficients are obtained. The calculated values of the coefficients fairly well agree with experimental data in the given pH and ionic strength range with no additional adjustable model parameters. CHAPTER II The modified perturbed hard-sphere (MPHSC) pair potential function is employed to represent the protein-protein interaction in the two-protein systems. The equation of state developed in this work is based on a non-sphere reference based on Song’s equation with perturbations introduced through a potential function to account for electrostatic forces and for attraction between protein particles. To describe phase behavior of protein systems more realistic than existing model, non-spherical shape and the aggregation effect of protein are considered. For calculating the phase transition, energy parameter is fitted to experimental data for corresponding protein/salt systems. Those parameters are then introduced to calculate osmotic second virial coefficient (B23) in the aqueous two-protein system. Agreement with experimental data is reasonable in the given pH and ionic strength range.