Theoretical study of conformational changes in albumins by binding of bioactive food ligands

Humani serum albumin (HSA), usled velikog kapaciteta vezivanja različitih liganada, imaprimenu u medicini i biotehnologiji. Protein mleka, -laktalbumin (ALA), takođe pokazujevisok afinitet vezivanja za bioaktivne ligande i privlači veliku pažnju kao model-protein zaispitivanje struktura sličnih konformaciji “stopljene globule”. Bioaktivne komponentehrane su neesencijalni molekuli, koji imaju blagotvorne efekte po zdravlje. Stoga suinterakcije albumina sa bioaktivnim molekulima hrane poslednjih godina u fokusuistraživanja.U ovoj disertaciji teorijskim pristupom su izučavani efekti vezivanja bioaktivnih liganada izhrane, fikocijanobilina (PCB) iz alge Spiruline i epigalokatehin-3-galata (EGCG), izzelenog čaja, na konformaciju i stabilnost HSA i ALA. Molekulsko-dinamičkim (MD)simulacijama pokazano je da vezivanje PCB za bilo koje od dva vezujuća mesta na HSA,povećava njegovu stabilnost, čineći strukturu HSA manje fleksibilnom, kao i da vezivanjePCB za HSA utiče i na vezivanje drugih fiziološki relevantnih liganada/lekova.Molekulskim dokingom je pokazano da se EGCG vezuje za apo ALA na istom mestu kao iza holo formu. MD simulacijom je pokazano da uklanjanje Ca2+-jona smanjujekonformacionu stabilnost ALA. Međutim, vezivanje EGCG povećava stabilnost ALAvraćanjem njene konformacije u konformaciju sličnu kao kod holo forme i na taj načinmože odložiti prelaz nativnog apo ALA u konformaciju ‘’stopljene globule’’. Obe formeALA mogu služiti kao nosači EGCG.Temeljnim teorijskim pristupom dobijeni su rezultati od značaja za biodostupnost itransport bioaktivnih liganada, kao i povećanu stabilnost albumina pri vezivanju ovihliganada. Objašnjeni su i mehanizmi bazirani na konformacionim promenama proteina, kojise samo eksperimentalnim pristupom teško mogu uočiti.Human serum albumin (HSA) is widely used in medical applications and biotechnologydue to its extraordinary ligand binding properties. Small milk protein α-lactalbumin (ALA),used as a model-protein for the investigation of molten globule-like states, is known to bindbioactive ligands with high affinity. Bioactive food components are nonessential moleculeswith a variety of benefits for human health. Recently, there is a growing interest ininvestigating interactions of albumins and bioactive food molecules.The aim of this thesis was to investigate the effects of bioactive food ligands binding,phycocyanobilin (PCB), from algae Spirulina and green tea catechin, epigallocatechin-3-gallate, on stability and conformation of HSA and ALA, by theoretical methods. Moleculardynamics (MD) simulations revealed that binding of PCB at either subdomain IB or IIA,results in higher HSA stability, making its structure more rigid. Also, the binding of PCBmay affect the binding of other physiologically relevant ligands/drugs of HSA.The docking simulation indicated the same binding site for EGCG to both ALA forms. MDresults demonstrated that removal of Ca2+ resulted in higher flexibility of ALA. However,EGCG binding improves ALA stability by reverting its conformation similar to that ofholoALA and delaying the transition of the native apoALA in molten-globuleconformation. These results demonstrate that both ALA forms can be used as a vehicle forthe delivery of EGCG.A thorough theoretical approach provides insight into the bioavailability and transport ofbioactive ligands, as well as the influence of PCB and EGCG binding on the higherstability of albumins. The mechanisms based on the protein conformational changes thatare difficult to observe only experimentally are explained