تحقیق رایگان درباره سنگين، پروتئينها، توليد

دانلود پایان نامه ارشد

[LVFYS]
CadA
کادميوم
1IHU
57
76
I[IV][FV]DTAPTGHT
ArsA
آرسنيک

121
108
D[LI]G[PS][KL][IL][TL]PIG[ST]LA[ST]L[IL]W[LM][HY][VI]L
ArsB

1J9B
178
39
HP[IAS]L[IL][NER]RPIV[IV]

1J9B

ArsC

144
HNP[AHR]C[GS][TK]SR

1ZX9
237
131

CVN[VI]GCVPSK

237 (138 fragments)
1ZX9

31
41
1S6L

MerA
جيوه
1S6L
41
31
C[CNK][HNEDQ][VI]H[FY]F
MerB

54
AGV[ST]VH[IV]VRDY[LI]
MerD

1AFI, 2HQI
80
76
C{FD}XCP[FI]TV
MerP

102
81
CC[LA]GP[LFI][IVL]L
MerT

106
GXXA[ILV]N[PA]XPR
CbiD
کبالت

91
105
MHSWDYSG
NifD
موليبدنيوم

105
G[IVM][IVL]GATVMPHX[IVL]YLHS
MntH
منگنز
2F5D, 2F5C
22
31
D[VA]EG[IM]EHH[LV]S[WEQ][END][AST][IL]
MnTR

11
21
[MLA][RK]HAFD[AS]DHI[AV][AC]IDNT
NicT/NixA
نيکل

4
4
GAMERVRPVLMT
CnrA
کبالت و نيکل

49
48
FGDTL[AS]H[AS][AS][IL]LG
ZnuB
روي

3-1 کاربرد بيوانفورماتيک در پيشگويي ساختار پروتئين
يکي از کاربردهاي بيوانفورماتيک، مطالعه‌ ساختار و عملکرد ماکرومولکول‌ها از روي توالي آن‌هاست. در اين‌ ميان، پيشگويي ساختار پروتئينها يکي از مهم‌ترين دستاوردهاي بيوانفورماتيک و زيستشناسي محاسباتي ميباشد. پروتئينها از تواليهاي خطي متشکل از بيست نوع اسيدآمينه تشکيل شدهاند. ساختار پروتئينها در چهار سطح اول25، دوم‌26،سوم27 و چهارم‌ 28مطالعه مي‌شود البته ساختار چهارم در همه پروتيئنها مطرح نيست. تحقيقات محققين نشان دادهاست که عملکرد پروتئين فقط به توالي اسيدهايآمينه‌ آن، يعني ساختار اول، بستگي ندارد، بلکه ساختار سوم عملکرد آن را تعيين مي‌کند. از تکنيک‌هاي مختلفي جهت‌ تعيين ساختار سوم پروتئينها استفاده مي‌شوند که از مهم‌ترين‌ آن‌ها ميتوان کريستالوگرافي اشعه‌ي ايکس و تکنيک NMR را نام برد. تكنيكهاي تعيين ساختار پروتئينها فقط مختصات اتمهاي يك پروتئين را مشخص ميكنند و اطلاعاتي در خصوص ساختار دوم آن ارائه نميدهد. در اغلب موارد ساختار دوم پروتئينها توسط محققي که ساختار سوم پروتيئن مربوطه را شناسايي کرده، استخراج ميگردد و يا اينکه اين ساختار را ميتوان با برنامههاي ويژه اي از اطلاعات مختصات سه بعدي اتمهاي يک پروتئين مشخص نمود كه به اين روشها اصطلاحا تخصيص ساختمان دوم پروتئين29 گفته ميشود. مزيت اين برنامهها يکنواخت کردن معيار تعيين ابتدا و انتهاي مارپيچ آلفا ميباشد. از اين برنامهها ميتوان به برنامههاي معروفي چون STRIDE و DSSPاشاره نمود. توضحيات بيشتر در اين خصوص در بخش مواد و روشها ارائه شدهاست.

1-3-1 پيشگويي ساختار دوم پروتئينها
پيشگويي ساختار دوم بر اساس اين حقيقت است که ساختارهاي دوم داراي آرايش منظمي از اسيدهاي آمينه هستند و با الگوهاي پيوندهاي هيدروژني و ساير نيروهاي بين اتمي(دافعه، واندروالس و ….) پايدار ميشوند. منظم بودن ساختار، پايه اصلي الگوريتم پيشگويي است. پيشگويي ساختار دوم پروتئين داراي برخي کاربردهاست که ميتواند در طبقهبندي پروتئينها و نيز جداسازي دمينها و موتيفهاي عملکردي بکاررود .(xiong, 2006) سرورهاي مختلفي که هر روز نيز بر تعداد آنها افزوده ميشود براي پيشگويي ساختار دوم پروتئينها وجود دارد که در بخشهاي مربوطه به چند مورد از آنها اشاره شدهاست.
2-3-1 پيشگويي ساختار سوم پروتئينها
حجم بسيار زيادي از تواليها ي پروتئيني از پروژههاي بزرگي چون تعيين توالي DNA در مقياس وسيع کل پروژه ژنوم انسان بدست آمدهاست، ولي به سبب محدوديتهاي روشهاي x-ray و 30NMR(وقت گير و پرهزينه)، ساختار سه بعدي بسياري از پروتئينهاي مهم همچنان نامشخص است و با وجود تلاشهاي زياد تعيين ساختار برخي از پروتئينها بويژه پروتئينهاي غشايي توسط تکنيک X-ray و NMR با مشکلاتي زيادي مواجه است. از طرفي ساختمان سوم يک پروتئين در حالت طبيعي خود ممکن است به راحتي و بدون کمک عوامل کمکي صورت نگيرد. يک توالي مشخص ممکن است با توجه به محيط خود چندين ساختار بخود بگيرد و يا اينکه ساختار زيستي فعال آن در حالت مطلوب ترموديناميکي نباشد. شبيه سازي مستقيم تاخوردگي شدن پروتئينها با استفاده از روش ديناميک ملکولي راحت نيست و جز در مورد پروتئينهاي بسيار کوچک مورد استفاده قرار نميگيرد.
از آنجائيکه درک ساختارسه بعدي ماکروملکولها از جمله پروتئينها جهت فهم کامل نقش زيستي آنها حائز اهميت است و يک مدل سه بعدي کامپيوتري از يک پروتئين ميتواند در طراحي آزمايشات بيوشيميايي مانند جهش هدايت شده، پايداري پروتئين و آناليز عملکردي بکار رود، از اين رو پيشگويي ساختار پروتئينها از توالي آمينواسيدي با استفاده از ابزارهاي قدرتمند بيوانفورماتيک بيش از گذشته اهميت پيدا کردهاست (xiong, 2006).
روشهاي محاسباتي پيشگويي ساختار سوم پروتئينهارا به 3 دسته ميتوان تقسيم کرد: (1) مدلسازي مقايسهاي31، (2) مدلسازي با شناسايي تاخوردگي32 (3) مدلسازي ابتدا به ساکن33 (Floudas, 2007). در اين تحقيق از روشهاي مقايسهاي و شناسايي تاخوردگي استفاده شدهاست. ابزارها، برنامهها و چگونگي بکارگيري آنها جهت پيشگويي ساختار سوم پروتئينها در بخش مواد و روشها بطور مفصل ارائه شدهاست.

4-1 نمايش ساختار پروتئين
براي مشاهده ساختار سهبعدي و چرخش آن در فضا، نياز به نرمافزارهاي نمايشگر است که از آنها ميتوان به نرمافزارها و برنامههايي مانندDiscovery Studio, Rasmol ، Swiss-PDB Viewer و VMD34 اشاره نمود.
5-1 مقايسه ساختار سوم پروتئينها
مقايسه ساختماني پروتئين‌ها يكي از روش‌هايي است كه براي ارزيابي يك روش پيشگويي بكار مي‌رود. روش‌ها و الگوريتم‌هاي مختلفي به اين منظور وجود دارد. معياري كه بطور معمول براي مقايسه دوساختار بكار مي‌رود RMSD35 است. در توالي‌هايي كه طول مساوي داشته باشند، جفت توالي كه RMSD كمتري داشته باشند نشان‌دهنده شباهت بيشتر خواهد بود. از نرمافزارها و برنامههايي که جهت مقايسه ساختار سه بعدي پروتئينها بکار ميروند ميتوان به نرم افزار Swiss-PDB Viewer و برنامه تحت شبکه 36CE اشاره نمود.

پس از آشنايي مختصر با توان و پتانسيل دانش بيوانفورماتيک در زمينه مهندسي پروتئين به مطالعه چگونگي بهرهبرداري و استفاده از اين دانش جديد به همراه روشهاي مهندسي ژنتيک در جهت جذب و حذف فلزات سنگين از آبهاي آلوده ميپردازيم.
6-1 فلزات سنگين و اثرات زيستمحيطي آنها
افزايش جمعيت و بدنبال آن رشد فعاليتهاي طبيعي و صنعتي بشر منجر به افزايش آلودگي اکوسيستمهاي آبي و خاکي با فلزات سنگين، ترکيبات معدني و آلي و راديونوکلئوئيدها شدهاست. صنايع عمدهترين منابع آلاينده مربوط به فلزات سنگين هستند. کارخانجاتي از قبيل آبکاري، باطريسازي و توليد قطعات الکترونيک از مهمترين آنها ميباشند (Serencam et al., 2008, Saleem et al., 2008).
تخليه کنترل شده و غيرکنترل شده پسماندهاي مايع و جامد کارخانجات و نيز نشتهاي تصادفي مواد نفتي باعث حضور فلزات سنگين بيش از استاندارهاي تعريف شده در محيط و بروز مشکلات و عوارض جدي براي انسان و جانداران ساکن آن اکوسيستم ميگردد (Zheng et al., 2005, Rani 2003).
اگرچه تعريف واضحي براي فلزات سنگين وجود ندارد برخي آنها را بر اساس وزن اتمي، عدهاي بر اساس عدد اتمي و تعدادي براساس خصوصيات شيميايي تعريف ميکنند، ولي در بيشتر مواقع دانسيته به عنوان يک فاکتور تعريفي بکار ميرود. بدين ترتيب عناصري با دانسيته مخصوص بيش از g/cm3 5 به عنوان فلزات سنگين تعريف ميشوند. اين عناصر پايدار بوده، وارد زنجيره غذايي انسان ميشوند و در بافت زنده جمع ميگردند (Wang and Chen, 2006).
بطور کلي فلزات سنگين شامل عناصر واسطه، برخي از متالوئيدها، آکتنيدها و لانتيدها ميباشند(Weast, 1984, Nies, 1999) شکل (1-2) .
اکثر فلزات سنگين عناصر واسطه (انتقالي) هستند که اربيتالهاي d آنها به طور کامل پر نشدهاست. اربيتالهاي d موجب ايجاد کاتيونهاي فلزي سنگين ميشوند که اين کاتيونها توانايي تشکيل ترکيبات پيچيده را داشته و ممکن است داراي فعاليت احيا و يا فاقد آن باشند. در غلظتهاي بالاتر، يونهاي فلزات سنگين، ترکيبات پيچيده غيراختصاصي را در سلول تشکيل ميدهند که منجر به اثرات سمي ميشود. برخي از کاتيونهاي فلزات سنگين مانند Cd2+ و Hg2+ کمپلکسهاي سمي تشکيل ميدهند که براي اعمال حياتي سلول بسيار خطرناک است. از طرفي فلزات سنگين به سبب اربيتال d آزاد موجب توليد راديکالهاي آزاد ميشوند و راديکالهاي آزاد ميتوانند باعث تخريب بافت در سراسر بدن شده و بيماريهاي فساد بافتي را موجب شوند(Nies, 1999).
اين مواد همچنين ميتوانند واکنشهاي حساسيتي را افزايش دهند و جهشهاي ژنتيکي ايجاد نمايند و با عناصر کمياب مفيد براي بدن در واکنشهاي شيميايي رقابت کنند و نيز مانند آنتيبيوتيکها عمل ميکنند و هر دو دسته باکتريهايي مفيد و مضر را از بين ميبرند.
از اثرات ديگر فلزات سنگين ميتوان به مواردي چون مختل کردن عوامل مغزي-عصبي، تاثير بر رفتارهاي زيستي موجودات زنده اشاره نمود. فلزات سنگين بر انتقال دهندههاي پيامهاي عصبي و بر عملکرد آنها نيز تاثير ميگذارند و فرايندهاي متابوليکي بيشماري را در بدن تغيير ميدهند. همچنين اين عناصر بر روي سيستمهاي مانند خون و عروق قلبي و مسيرهاي سم زدايي در بدن (کولون، کبد، کليه و پوست) و غدد هورموني درون ريز، مسيرهاي توليد انرژي، آنزيمها، سيستم گوارش، ايمني، اعصاب مرکزي و محيطي اثر مخرب و زيانبار دارند.
با اين حال بسياري از آنها مانند مس، کبالت، آهن و روي در غلظتهاي بسيار کم براي فعاليتهاي سوخت و سازي سيستمهاي زنده ضروري ميباشند. براي مثال آهن، از آنمي (نوعي کمخوني) جلوگيري ميكند و روي، در بيش از 100 واكنش آنزيمي نقش كوفاكتور را بازي ميكند. در حالت طبيعي؛ آنها در غلظتهاي پائين وجود دارند و به عنوان فلزات كممصرف شناخته ميشوند. ولي در مقادير بالا، ممكن است براي بدن سمي باشند يا باعث ناكارايي و كمبود در ديگر فلزات كممصرف شوند. مثلا مقادير بالاي روي، ميتواند باعث كمبود مس، فلز ديگري كه براي بدن لازم است، شود (Wang and Chen, 2006, Nies, 1999)
از ميان 91 عنصر موجود در طبيعت، 21 تا از آنها غير فلز، 16 تا فلز سبک و 53 مورد از آنها فلزات سنگين ميباشند. (Weast, 1984)
(Sherman, 2002)
شکل 1-2. برخي از عناصر سنگين مهم در طبيعت

7-1 منابع توليد کننده آلودگيهاي فلزات سنگين
صنايع عمدهترين منابع آلاينده مربوط به فلزات سنگين هستند. صنايع استخراج معادن، فعاليتهاي هستهاي و کارخانجاتي از قبيل آبکاري، باطريسازي و توليد قطعات الکترونيک از مهمترين آنها ميباشند.آلودگي ناشي از کادميوم عمدتا مربوط به معادن، باطريهاي نيکل-کادميوم و کود فسفاته ميباشد. برخي از آلياژها، محصولات PVC و دانههاي رنگ نيز داراي کادميوم هستند. جدول (1-2) برخي از منابع اصلي توليد كننده فلزات سنگين را نشان ميدهد (Newman MC, 1991, Jarup, 2003).
اکثر قريب به اتفاق واحدهاي توليد کننده فاضلاب صنعتي آلوده به فلزات سنگين فاقد سيستمهاي تصفيه هستند و روزانه مقادير فراواني فاضلاب صنعتي را وارد محيط زيست يا شبکه فاضلاب شهري مينمايد که باعث آلودگي منابع آبي ميشوند. در مواردي نيز که فاضلاب صنعتي تصفيه ميشوند دفع و دفن لجن توليد شده مشکل بزرگي است که ميتواند از طريق گياهان، جذب و وارد چرخه غذايي شود. بنابراين حذف فلزات سنگين ميبايستي در خصوص لجن تصفيه خانههاي فاضلاب نيز انجام گيرد(Grommen and Verstraete, 2002, Beltran Heredia and Sanchez Martin, 2009)
جدول 1-2. مهمترين صنايع توليد كننده فاضلاب حاوي فلز سنگين
فلز سنگين
صنايع توليد کننده فلز سنگين
ارسنيك
متالوژي، شيشه، سراميك، دباغي، رنگ، آفتكش، مواد آتشبازي، شويندهها، داروسازي و نيروگاه ذغالسوز
آلومينيوم
توليد آلومينيوم از بوكسيت، قطعات آلومينيومي و كندهكاري با اسيد
اورانيوم
نيروگاه‌هاي اتمي و توليد پلوتونيوم
آهن
معادن، صنايع شيميايي، رنگ

پایان نامه
Previous Entries تحقیق رایگان درباره ثبت اختراعات Next Entries تحقیق رایگان درباره کادميوم، زيستي، فلزي