Determining the factors in protein stability and identifying how amino acid typescontribute to the protein folding mechanism are hot topics in biomolecular sciences. Bydetermining these factors and amino acid types, protein structures and their functionscan be better understood. Our motivation is to detect the importance of the net chargedistribution and the amino acid interactions in protein stability and to find importantamino acid types that play key roles in protein folding. In the first part of this thesis, thestability of proteins is inspected by analyzing the charge distribution. In the second part,interactions in proteins are evaluated by constructing amino acid networks. Oncegenerated, the redundant part of these networks is deleted by breaking the interactionsbetween amino acids choosen by several sets of predetermined criteria. Thesesubnetworks are compared to each other through analyzing their matrix structures bymaking use of singular value decomposition. In the first part of the thesis, the structure of the protein is examined according tothe charge distribution at different accessible surface areas (ASAs) and depths of aminoacids. ASA does not discriminate between atoms just below the protein surface andthose in the core of the protein. In order to differentiate the location of such buriedresidues, the depths of amino acids from the protein surface are calculated. It is inferredfrom these calculations that there is a layer composition of protein structures. At theinnermost and the outermost parts of the protein, there is a net negative charge, whilethe middle has nearly neutral. This layered composition gives stability to the protein.Also, the ASA and depths are evaluated based on subsets of proteins with differentsecondary structure types. It is inferred from these analyses that the layered structuredoes not display any tracktable differences for different protein secondary structuretypes (α, β, α/β, α+β); i.e. this distribution is universal to all proteins. In the second part of thesis, the amino acid network of all proteins areconstructed using each amino acid as node and the interaction between them as an edge.The interactions between amino acids are deleted (either randomly, or according topredetermined rules) to identify the redundancies in the network. We conclude thatwhen seventy percent of the edges is randomly deleted, the path length does not changemore compared to the full amino acid network. In addition, the amino acid subnetworks which consist of specific type of aminoacids are constructed and these subnetworks are compared according to their similarityto the whole amino acid network. The subnetworks which are composed of long-rangeinteractions between the hydrophobic amino acids only are more similar to the aminoacid networks constructed from using all interactions. This result supports a proteinfolding mechanism where a hydrophobic core is formed, followed by the rearrangementof the rest of the amino acids around this core. Also, all amino acid subnetworks andwhole amino acid network are evaluated by projecting their contact maps onto a set oflarge eigenvectors that are related to the collective motions in proteins. The projectionresults show that the hydrophobic amino acid subnetwork is more similar to full aminoacid network in this projected space. The amino acids in this subnetwork are also foundto be more conserved than others.

Protein kararlılığında rol oynayan faktörleri kararlaştırma ve protein katlanmamekanizmasına aminoasit tiplerinin katkısını belirleme, biyomoleküler bilimde önemlikonulardır. Bu faktörleri ve amino asit tiplerini analiz ederek, proteinlerin yapısı vefonksiyonları daha iyi anlaşılabilir. Bizim amacımız, net yük dağılımı ve aminoasitetkileşiminin protein kararlığında önemini bulma ve protein katlanmasında önemli roloynayan aminosit tiplerini belirlemektir. Bu tezin ilk kısmında, net yük dağılımı analizedilerek protein kararlılığı incelenmiştir. İkinci kısımda, proteinlerdeki etkileşimleraminoasit ağları kurularak değerlendirilmiştir. Protein yapılarından amino asit ağlarıoluşturulduktan sonra, amino asit arasındaki etkileşimler önceden belirlenmiş bazıkriterlere göre rastgele kırılarak gereksiz kısımlar ayrıştırılmıştır. Bu alt aminoasitağları matrix yapılarının tekil değer ayrışımı yapılarak analiz edilmesiylekarşılaştırılmıştır. İlk kısımda protein yapısı, yüzey erişim alanında ve aminoasitlerin derinliğindeolan yük dağılımı incelenerek değerlendirilmiştir. Yüzey erişim alanı protein yüzeyininhemen altında olan atomları ve protein çekirdeğindeki olan atomları ayırt edemez. Bugömülmüş alanların yerini ayırt etmek için, aminoasitlerin yüzeyden olan derinliklerihesab edilmiştir. Bu analizlerden, protein yapısının katmanlı bir yapıdan oluştuğuçıkarılmıştır. Orta kısımları neredyse yüksüzken, iç ve dış protein kısımları negatifyüklüdür. Bu katmanlı yapı, proteinlere kararlılık vermektedir. Ayrıca, yüzey erişimalanı ve derinlik farklı ikincil yapıladaki proteinlere göre değerlendirilmiştir. Buanalizlerden, katmanlı yapının farklı ikincil yapılarda gözlenebilir sonuçlargöstermediği çıkarılmıştır. İkinci kısımda, bütün aminoasitleri düğüm ve birbiri arasındaki etkileşimlerikenar olarak kullanarak proteinlerin aminoasit ağları oluşturulmuştur. Aminoasitarasındaki etkileşimler rastgele ya da önceden belirlenen kurallara kırılarak ağdakiboşluklar bulunmuştur. Kenarların %70 rastgele kırıldığında, yol uzunluğunun bütünağa göre kıyaslandığı duruma göre fazla değişmediği çıkarılmıştır. Ayrıca, belirli tip aminoasitleri kullanarak oluşturulan alt ağlar sayesinde, tümamino asit ağına benzerliği baz alınarak alt ağlar karşılaştırılmıştır. Bu alt ağkıyaslamasına göre, hidrofobik aminoasitlerden oluşan alt ağın tüm etkileşimlerdenoluşan ağa en çok benzediği gözlemlenmiştir. Bu sonuç, hidrofobik çekirdek oluşur vediğer aminoasitler bu çekirdek etrafında konumlandırıldığını söyleyen protein katlanmamekanizmasını destekler. Ayrıca, belirli amino asitleri içeren alt ağlar ve tüm aminoasitleri içeren ağ, etkileşim haritalarının korunmuş kısımlara işaret eden en büyük özdeğere yansıtılarak değerlendirilmiştir. Hesaplamalar, hidrofobik aminoasit alt ağınıntam ağa en çok benzediğini göstermiştir. Bu alt ağlardaki aminoasitlerin diğerlerindendaha çok korunduğu bulunmuştur.