Get a site

پایان نامه :مطالعه برهمکنش گرافن و پروتئین ۹۳OTQ

پایان نامه رشته :فیزیک

گرایش :حالت جامد

عنوان : مطالعه برهمکنش گرافن و پروتئین ۹۳OTQ

دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران مرکزی

دانشکده: علوم پایه         گروه: فیزیک

پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشدM.Sc) )

گرایش: حالت جامد

عنوان: مطالعه برهمکنش گرافن و پروتئین ۲OTQ

استادراهنما:

دکترسلیمه کیمیاگر

تابستان ۱۳۹۳

فهرست مطالب
عنوان                                                                                                      صفحه
چکیده۱
پیشگفتار.۲
فصل اول: گرافن
۱-۱- مقدمه .  ۷
۱-۲- معرفی گرافن ۸
۱-۳- تاریخچه کشف گرافن۱۰
۱-۴- ساختار اتمی.۱۴
۱-۵- خواص گرافن.۱۵
۱-۵-۱- خواص الکترونی۱۵
۱-۵-۲- ترابرد الکترونی.۱۷
۱-۵-۳- خواص اپتیکی۱۷
۱-۵-۴- رسانایی الکتریکی.۱۸
۱-۵-۵- رسانایی گرمایی۱۸
۱-۵-۶- چگالی۱۸
۱-۵-۷- شفافیت نوری.۱۸
۱-۵-۸- مقاومت مکانیکی۱۹
۱-۶- کاربردهای گرافن۱۹
۱-۶-۱- ساخت ترانزیستورهای بسیار کوچک و بسیار سریع با بهره گرفتن از گرافن.۱۹
۱-۶-۲- ذخیره بسیار متراکم داده ها۲۰
۱-۶-۳- ذخیره انرژی۲۰
۱-۶-۴- تجهیزات نوری ،سلول های خورشیدی و نمایشگرهای لمسی انعطاف پذیر۲۱
۱-۷- روش های تولید گرافن۲۱
۱-۷-۱- لایه لایه کردن میکرومکانیکی گرافیت.۲۲
۱-۷-۲- تولید گرافن از اکسید گرافیت.۲۲
۱-۷-۳- تولید گرافن از مشتقات دیگر گرافیت۲۴
۱-۷-۴- تولید ورقه های گرافن به روش سنتز الکتروشیمیایی.۲۴
۱-۸- دگر شکل های کربن (آلوتروپ ها).۲۶
۱-۸-۱- الماس۲۶
۱-۸-۲- گرافیت۲۶
۱-۸-۳- فولرن.۲۷
۱-۸-۳-۱- فولرن باکمینستر۲۸
۱-۸-۳-۲- نانو لوله های کربنی۲۸
۱-۸-۴- الیاف کربن۲۹

فصل دوم: پروتئین و مولکول آب
۲-۱- مقدمه .۳۱
۲-۲- ساختار پروتئین.۳۲
۲-۲-۱- ساختار اول۳۲
۲-۲-۲- ساختار دوم۳۲
۲-۲-۲-۱- مارپیچ آلفا.۳۲
۲-۲-۲-۲- صفحه های بتا۳۳
۲-۲-۳- ساختار سوم۳۳
۲-۲-۴- ساختار چهارم.۳۳
۲-۳- اسیدآمینه.۳۴
۲-۴- ساختار اسیدهای آمینه۳۵
۲-۵- ایزومری در اسیدهای آمینه.۳۶
۲-۵-۱- ساختار و نماد تعدادی اسیدآمینه.۳۶
۲-۶- مولکول آب۴۶
۲-۶-۱- مدلهای آب.۴۶
فصل سوم: دینامیک مولکولی
۳-۱- مقدمه.۵۱
۳-۲- معادلات حرکت۵۳
۳-۳- دینامیک نیوتنی۵۴
۳-۴- شرایط مرزی تناوبی۵۶
۳-۴-۱- اثرات سطحی.۵۶
۳-۴-۲- از بین بردن اثرات سطحی.۵۷
۳-۵- نیروهای کوتاه برد.۵۹
۳-۶- محاسبه نیروهای بلند برد۶۰
۳-۷- سازماندهی شبیه سازی.۶۰
۳-۷-۱- شرایط حالت۶۰
۳-۸- شرایط مرزی۶۱
۳-۹- سازماندهی شبیه سازی۶۱
۳-۹-۱- مرحله آغازین۶۱
۳-۹-۲- مقدمات.۶۱
۳-۹-۳- شرایط اولیه برای اتمها۶۲
۳-۱۰- تعادل.۶۲
۳-۱۱- تولید۶۴
۳-۱۲- ارزیابی قابل اطمینان بودن نتایج۶۴
۳-۱۲-۱- تعادل.۶۴
۳-۱۲-۲- بررسی قوانین بقا۶۴
۳-۱۲-۳- بررسی مقادیر خواص مختلف.۶۵
فصل چهارم: معرفی پتانسیل ها و نرم افزارهای بکار رفته
۴-۱- پتانسیل ترسوف۶۷
۴-۲- پتانسیل لنارد-جونز۶۸
۴-۳- میدان نیروی چارم۷۰
۴-۴- ویژگیها و قابلیتهای برنامه لمپس.۷۱
۴-۵- نرم افزار پکمول.۷۲
فصل پنجم: شبیه سازی و نتایج
۵-۱- مقدمه.۷۵
۵-۲- شروع شبیه سازی۷۵
۵-۳- نتایج شبیه سازی۷۸
۵-۳-۱- نوسانات دما بر حسب زمان شبیه سازی.۷۹
۵-۳-۲- نوسانات فشار حول مقدار متوسط یک اتمسفر۸۱
۵-۳-۳- نوسانات چگالی سیستم در طول زمان شبیه سازی.۸۲
۵-۳-۴- تغییرات شعاع ژیراسیون پروتئین۸۳
۵-۳-۵- بررسی انرژی واندروالسی.۸۶
۵-۳-۶- فاصله پروتئین و گرافن بر حسب زمان۸۸
۵-۳-۷- تغییرات فاصله اسیدآمینه ها و گرافن بر حسب زمان.۸۹
۵-۳-۸- بررسی حرکت پروتئین بر روی سطح گرافن.۹۱
۵-۴- نتیجه گیری.۹۲
فهرست منابع۹۴
چکیده انگلیسی۹۷

 
فهرست شکل ها
عنوان                                                                                                     صفحه
شکل (۱-۱): ساختار شبکه شش ضلعی گرافن۸
شکل(۱-۲): ترکیبات بین لایه ای گرافیت۱۰
شکل(۱-۳-الف): سوسپانسیون ساخته شده به وسیله برودی۱۲
شکل (۱-۳-ب): تصویری از تکه ی خیلی نازک از گرافیت اکسید کاهش یافته در سال ۱۹۶۲۱۲
شکل(۱-۴-الف): نانو مداد۱۴
شکل(۱-۴-ب): تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی از گرافن ضخیم.۱۴
شکل (۱-۵-الف): یک کلوخه از گرافیت.۱۴
شکل(۱-۵-ب): چسب.۱۴
شکل (۱-۶): انرژی الکترون ها با عدد موج kدر گرافن،محاسبه شده به وسیله
تقریب تنگ بست.۱۵
شکل( ۱-۷): ساختار نواری انرژی گرافن در جهت گیری زیک زاکی۱۶
شکل (۱-۸): ساختار نواری انرژی گرافن در جهت گیری صندلی دسته دار.۱۶
شکل (۱-۹): اولین تصویر میکروسکوپی منتشر شده از گرافن.۱۹
شکل(۱-۱۰): طول پیوند کربن-کربن در گرافن.۱۹
شکل(۱-۱۱): شمای کلی از فرآیندHummers  ۲۲
شکل( ۱-۱۲): امواج ماورای صوت ۲۳
شکل(۱-۱۳): نمایی کلی از مراحل تولید گرافن از گرافیت۲۳
شکل(۱-۱۴): تصویر میکروسکوپی الکترونی روبشی از صفحات انباشته شده و کاهش یافته
اکسیدگرافیت۲۶
شکل(۱-۱۵): سلول الکتروشیمیایی.۲۵
شکل( ۱-۱۶): نمونه ای از الگوی آزمایشگاهی سلول الکتروشیمیایی برای تولید گرافن.۲۵
شکل(۱-۱۷): ساختار مکعبی الماس.۲۶
شکل (۱-۱۸): کانی گرافیت.۲۷
شکل(۱-۱۹): توپ باکی ،فولرن.۲۸
شکل(۱-۲۰): تصویر سه بعدی از یک لوله کربنی۲۹
شکل(۱-۲۱): پارچه ساخته شده از الیاف کربن۲۹
شکل(۲-۱): نمایشی سه بعدی از ساختار میوگلوبین.۳۱
شکل(۲-۲): ساختار دوم قسمتی از یک پروتئین.۳۳
شکل(۲-۳): ساختارعمومی آلفا آمینواسید با گروه آمینو در چپ و گروه کربوکسیل در راست.۳۵
شکل(۲-۴): آلانین۳۶
شکل(۲-۵): آرژنین.۳۷
شکل(۲-۶): آسپاراژین.۳۷
شکل(۲-۷): اسید آسپارتیک۳۸
شکل(۲-۸): سیستئین۳۸
شکل(۲-۹): اسیدگلوتامیک.۳۹
شکل(۲-۱۰): گلوتامین.۳۹
شکل(۲-۱۱): گلیسین۳۹
شکل(۲-۱۲): هیستیدین۴۰
شکل(۲-۱۳): ایزولوسین.۴۱
شکل(۲-۱۴): لوسین.۴۱
شکل(۲-۱۵): لیزین.۴۱
شکل(۲-۱۶): متیونین۴۲
شکل(۲-۱۷): فنیل آلانین۴۲
شکل(۲-۱۸): پرولین.۴۲
شکل(۲-۱۹): ترئونین۴۳
شکل(۲-۲۰): تریپتوفان۴۴
شکل(۲-۲۱): تیروزین۴۴
شکل(۲-۲۲): والین۴۵
شکل(۲-۲۳): سلنوسیستئین.۴۵
شکل(۲-۲۴): پیرولیزین.۴۵
شکل(۲-۲۵): مولکول آب۴۶
شکل(۲-۲۶): مدلهای آب.۴۸
شکل(۲-۲۷): مدل  SPCانعطاف پذیر.۴۹
شکل(۳-۱): شرایط مرزی تناوبی.۵۸
شکل(۳-۲): تقریب قطع کروی برای محاسبه ی نیروهای کوتاه برد در دو بعد۵۹
شکل(۳-۳): محاسبه ی نیرو های بلند برد۶۰
شکل(۴-۱): پتانسیل لنارد-جونز.۷۰
شکل(۵-۱): سیستم شامل: آب، پروتئین و گرافن.۷۶
شکل(۵-۲): اتم کربن حلقه فنیل۷۷
شکل(۵-۳): حالت اولیه سیستم شبیه سازی بعد از تعادل گرمایی t=079
شکل(۵-۴): حالت نهایی سیستم شبیه سازی در t=2ns.79

فهرست جدول ها
عنوان                                                                                                      صفحه
جدول(۲-۱): پارامترهای مرتبط با مدلهای سه نقطه ای آب.۴۸
جدول( ۴-۱): ضرایب پتانسیل ترسوف برای اتم کربن۶۸

فهرست نمودارها
عنوان                                                                                                                                                        صفحه
نمودار(۵-۱): دما بر حسب زمان در محیط آبی.۸۰
نمودار(۵-۲): دما بر حسب زمان در محیط بدون آب۸۱
نمودار(۵-۳): فشار بر حسب زمان در محیط آبی.۸۲
نمودار(۵-۴): چگالی بر حسب زمان در محیط آبی۸۳
نمودار(۵-۵): تغییرات شعاع ژیراسیون بر حسب زمان در محیط آبی.۸۵
نمودار(۵-۶): تغییرات شعاع زیراسیون در محیط بدون آب.۸۶
نمودار(۵-۷): کاهش ارتفاع بر حسب کاهش انرژی برهمکنشی واندروالسی۸۷
نمودار(۵-۸): تغییرات انرژی برهمکنشی واندروالسی بر حسب زمان۸۸
نمودار(۵-۹): تغییرات فاصله پروتئین بر حسب زمان۸۹
نمودار(۵-۱۰): فاصله اسیدآمینه ها از سطح گرافن بر حسب زمان۹۰
نمودار(۵-۱۱): مسیر حرکت پروتئین در فضای بالای گرافن در حضور آب.۹۱
نمودار(۵-۱۲): نمودار مربوط به این بررسی در محیط بدون آب می باشد.۹۲

چکیده فارسی
در این پژوهش حرکت پروتئین در حضور گرافن به روش دینامیک مولکولی مورد بررسی قرار گرفته است. سیستم شامل یک پروتئین و یک گرافن است که درون جعبه ای قرار گرفته اند. پتانسیل های مناسبی برای بر همکنش های بین مولکولی، از جمله پتانسیل ترسوف و میدان نیروی چارم استفاده شده است. در این تحقیق نشان داده شده است که پروتئین می تواند در روی سطح گرافن مقید شود. در این پایان نامه به بررسی انرژی بر هم کنشی واندروالسی بین پروتئین و گرافن پرداختیم و نشان دادیم که انرژی واندروالسی با کاهش فاصله پروتئین از گرافن کاهش می یابد که این می تواند دلیلی بر مقید شدن پروتئین به گرافن باشد. شعاع ژیراسیون پروتئین، آبدوستی و آبگریزی اسیدهای آمینه پروتئین، مساحتی که پروتئین بیشترین زمان را روی سطح گرافن می گذارد، از کمیت های دیگری است که به آنها پرداخته شده است. یافته هایی که به دست می آیند در حوزه پزشکی و زیست مولکولی می تواند مورد استفاده قرار گیرد.

پیشگفتار
اخیراً برهمکنش گرافن عامل دار با چند نوع آنزیم مورد بررسی قرار گرفته است. عامل دار کردن گرافن موجب شد تا پایداری گرمایی و عملکرد آنزیم ها بهبود یابد. این یافته هم در صنعت و هم حوزه زیست مولکولی می تواند مورد استفاده قرار گیرد. یکی از حوزه های کاری در نانو زیست فناوری، طراحی و ساخت نانو مواد برای استفاده در زیست شناسی است. تاکنون گزارش های متعددی از اثر نانو مواد روی بافت ها، سلول ها و زیست مولکول ها منتشر شده است که مکانیسم این تاثیرات غالباً شناخته شده نیست. بنابراین لازم است تا برهمکنش میان نانو مواد و زیست مولکول ها مورد بررسی قرار گیرد. آنزیم ها نوعی از زیست مولکول ها هستند که واکنش های زیستی را مدیریت می کنند. آنچه اکنون مورد توجه پژوهشگران بوده است تنظیم فعالیت  و پایداری آنزیم ها است. درسال های اخیر تنظیم کننده های آنزیمی مختلفی از پروتئین ها گرفته تا پپتیدها و مولکول های آلی سنتزی کشف شده است که به نظر می رسد نانو مواد می توانند به عنوان جایگزینی برای این تنظیم کننده ها باشد.از طرف دیگر شبیه سازی دینامیک مولکولی سیستم های ابعاد کوچک که شامل مولکول های زیستی هستند، اهمیت زیادی در علم نانو،  بیوفیزیک و بیوشیمی دارند. در این پایان نامه سعی خواهیم کرد به بررسی دینامیک پروتئین آنتی میکروبیال(۲OTQ) در مجاورت گرافن و آب با بهره گرفتن از شبیه­سازی دینامیک مولکولی (MD) بپردازیم این پروتئین در طول شبیه سازی اثرات جالبی از خود نشان می دهد.
تبیین مسئله
در این پایان نامه حرکت و دینامیک پروتئین در سطح گرافن را یکبار در محیط آبی و یکبار هم در محیط بدون آب  شبیه سازی کرده ایم. این مسئله با بهره گرفتن از دینامیک مولکولی شبیه سازی شده است. در اینجا سیستم شبیه سازی حاوی یک گرافن، یک پروتئین و مقداری آب است که در یک جعبه ی مکعبی شکل قرار دارند. بررسی ها در راستای محور z انجام شده است. پروتئین و گرافن را در داخل جعبه شبیه سازی قرار داده می شوند. سپس یکبار تعداد زیادی مولکول آب تقریبآ(۱۴۷۰۰) را در این جعبه قرار داده تا مولکول های پروتئین و گرافن در داخل آب قرار بگیرند. تعداد این مولکول های آب بستگی به ابعاد جعبه، گرافن و پروتئین دارد و بعد برهمکنش را بررسی می شود. بار دوم برهمکنش پروتئین و آب را در محیط بدون آب بررسی شده و بعد پتانسیل ها را تعریف می شود. بعد سیستم تحت تاثیر این پتانسیل ها و نیروهایی که وارد می شود شروع به حرکت می کند. در حین حرکت مولکول ها خواص ترمودینامیکی و هندسی مسئله را حساب کرده و بصورت خروجی دریافت می شود. نرم افزاری که این شبیه سازی را با آن انجام شده لمپس۱[۱] بوده و از کد  C++نیز استفاده شده است. پروتئینی که در این پایان نامه استفاده شده (۲OTQ) می باشد. سایز این پروتئین کوچک و دارای طول شش رزیجو است. تعداد اتم های موجود در این پروتئین در حدود ۱۴۳ اتم می باشد. این پروتئین دارای خاصیت ضد باکتری و ضدمیکروب است و معروف به آنتی میکروبیال می باشند. از میدان نیرویی(میدان نیروی چارم۲۲۷) [۲و۳] که مخصوص پروتئین ها است نیز استفاده شده است. توضیحات کامل این میدان نیرو در فصل ۴ آورده شده است [۱۲و۴و۸] .
تعداد صفحه : ۱۳۲
قیمت : ۱۴۷۰۰ تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می شود.

پشتیبانی سایت :        ****       [email protected]

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.