طراحی و شبیه سازی یک نانوعملگر زیستی بوسیله چپرون های مولکولی

در سالیان اخیر انتقال هوشمند نانومحموله ها با استفاده از نانوربات ها مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. برای رسیدن به این هدف، یافتن نانواجزاء مناسب که توانایی بالقوه تبدیل به نانوربات را داشته باشد، قدم اول و مهم این پژوهش است. یکی از گزینه های مناسب در این زمنیه استفاده از پروتئین هاست. در چارچوب رساله حاضر، انواع پروتئین ها و ساختار فیزیکی و شکل ظاهری آنها با هدف یافتن پروتئینی که امکان استفاده از آن به عنوان نانوعملگر وجود داشته باشد، مورد مطالعه و بررسی قرار گرفته است. خانواده ای از این پروتئین ها با عنوان چپرون های مولکولی وجود دارند که کاندیدای مناسبی برای هدف رساله حاضر شناخته شدند. یک چپرون به نام پریفولدین، ویژگی هایی دارد که می تواند وظیفه حمل محموله ها در محیط نانو را به عهده بگیرد. پریفولدین، پروتئینی است با ساختار هندسی مناسب. این پروتئین دارای شش بازوست که با توجه به ابعاد هندسی آن فضای مناسبی را برای گرفتن نانومحموله در ابعاد متعارف ایجاد می کند. تحلیل رفتار سینماتیکی و عکس العمل های این پژوهش، در اثر اعمال ورودی های مشخص نشان می دهد که از آن می توان به عنوان «نانوعملگر» استفاده کرد. بررسی ساختاری این نانوعملگر در اثر ورودی های کنترلی دما و ph نشان دهنده انعطاف پذیری بالای بازوهای نانوعملگر و تغییر دهانه آن است. تغییر دهانه نانوعملگر در ph و دماهای مختلف، آن را برای گرفتن نانومحموله های با اندازه متفاوت مناسب می کند. برای رسیدن به این هدف باید نانوعملگر بتواند محموله های خاصی را گرفته و رها کند. پریفولدین با ساختار معمولی نمی تواند این ماموریت را انجام دهد. به منظور ارتقاء کیفی عملکرد چپرون و ایجاد توانایی لازم در گرفتن و رها کردن محموله های خاص، تغییرات ساختاری در بازوهای شش گانه چپرون طراحی و اجراء شده است. با توجه به اینکه یک نانومحموله مثبت برای حمل به کمک نانوعملگر پریفولدینی انتخاب شده است، بنابراین تغییر آمینواسیدهای پریفولدین اولیه باید مطابق با این نانومحموله باشد. در واقع آمینواسیدها باید به گونه ای تغییر کنند که در شرایط محیطی خنثی توان گرفتن نانومحموله را داشته باشد و در شرایط اسیدی بتواند نانومحموله را رها کند. این خاصیت به کمک نیروهای الکترواستاتیک بین نانوعملگر و نانومحموله قابل اعمال است. در نتیجه در بازوهای نانوعملگر، تعدادی از آمینواسیدها با گلوتامیک اسید، آسپارتیک اسید و هیستیدین جایگزین شده است. دلیل استفاده از این آمنیواسیدها، وجود بار منفی گلوتامیک اسید و آسپارتیک اسید در محیط خنثی و بی بار بودن آنها در محیط اسیدی و تقریبا بی بار بودن هیستیدین در محیط خنثی و وجود بار منفی در محیط اسیدی می باشد. تعداد آمینواسیدهای جابجا شده در هر بازو بین 11 تا 16 عدد می باشد. این مساله سبب تولید نانوعملگر پریفولدینی جدیدی شده است که می تواند وظیفه گرفتن و رها کردن را به طور کامل انجام دهد. در این پژوهش همچنین برای بررسی محدوده نانومحموله های قابل حمل توسط نانوعملگر پریفولدینی، فضای کاری نانوعملگر به کمک سینماتیک مولکولی بررسی شده است.