Single-particle imaging, or SPI, is a method used to obtain the three-dimensional structure of particles. Repeatedly aiming X-rays at samples of a particle produces diffraction patterns, which are combined to a best-fit three-dimensional model of the particle. SPI of proteins can be improved by orienting the protein before imaging. Protein dipole orientation makes use of a protein's dipole moment and an external electric field to generate torque, which can orient the protein. A protein subject to an electric field may however result in damage of the protein's geometrical structure, or insufficient protein orientation, depending on the magnitude of the electric field. Sufficient protein orientation without substantial protein damage is possible in an interval of electric field strengths. The results in this report reveal that the method of SPI can be further improved. With a protein being fully oriented in an electric field, it is possible to reduce the electric field strength and yet sustain sufficient orientation, with some constraints. Longer times for imaging and less structural damage to the protein are hence possible. This study implements Molecular Dynamics (MD) and the most extensively used open-source MD software, GROMACS, with ubiquitin as a sample protein. / Single-particle imaging, eller SPI, är en metod som används för att erhålla den tredimensionella strukturen hos partiklar. Genom att upprepade gånger rikta röntgenstrålar mot prover av en partikel produceras diffraktionsmönster, som kombineras till en anpassad tredimensionell modell av partikeln. SPI av proteiner kan förbättras genom att i förväg rikta proteinet. I dipolorientering av ett protein utnyttjas proteinets dipolmoment och ett yttre elektriskt fält för att generera vridmoment, vilket kan rikta proteinet. Ett protein som utsätts för ett yttre elektriskt fält kan dock resultera i att proteinets geometriska struktur skadas, eller att proteinets riktning avviker avsevärt, beroende på magnituden av det elektriska fältet. Det är möjligt att rikta ett protein inom ett intervall av elektrisk fältstyrka utan att proteinet skadas avsevärt. Resultaten i denna rapport avslöjar att metoden för SPI kan förbättras ytterligare. Med ett protein som i förväg riktats i ett elektriskt fält är det möjligt att sänka fältstryrkan och ändå upprätthålla riktningen, med vissa begränsningar. Längre tid för avbildning och mindre omfattande strukturella skador möjliggörs med detta. Denna studie implementerar Molecular Dynamics (MD) och den mest använda programvaran med öppen källkod för MD-simuleringar, GROMACS, med proteinet ubiquitin som prov.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:uu-443586 |
| Date | January 2021 |
| Creators | Bijedic, Adi |
| Publisher | Uppsala universitet, Kemisk och biomolekylär fysik, Uppsala universitet, Energimaterialens fysik, Man |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | English |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
| Relation | FYSAST ; FYSKAND1140 |
Page generated in 0.0023 seconds