Një udhëzues për metodat dhe programin e parashikimit të strukturës së proteinave

Për të ushtruar funksionet e tyre biologjike, proteinat palosen në një ose më shumë konformime specifike, të diktuara nga ndërveprime jo-kovalente komplekse dhe të kthyeshme. Përcaktimi i strukturës së një proteine ​​mund të arrihet me teknikë që kërkojnë kohë dhe relativisht të shtrenjta, siç janë kristografia, spektroskopia e rezonancës magnetike bërthamore dhe interferometria e polarizimit të dyfishtë. Softueri bioinformatik është zhvilluar për të llogaritur dhe parashikuar strukturat e proteinave bazuar në sekuencat e tyre të aminoacideve.

Një përmbledhje e strukturës së proteinave

Si një alternative për teknikën eksperimentale, analiza e strukturës dhe mjetet e parashikimit ndihmojnë në parashikimin e strukturës së proteinave sipas sekuencave të tyre aminoacide. Zgjidhja e strukturës së një proteine ​​të caktuar është shumë e rëndësishme në mjekësi (për shembull, në hartimin e ilaçeve) dhe bioteknologjinë (për shembull, në hartimin e enzimave të reja). Fusha e parashikimit të proteinave llogaritëse po evoluon vazhdimisht, pas rritjes së fuqisë llogaritëse të makinave dhe zhvillimit të algoritmeve inteligjente.

Ekzistojnë katër nivele të strukturës së proteinave (figura 1). Në parashikimin e strukturës së proteinave, struktura parësore përdoret për të parashikuar strukturat sekondare dhe terciare.

Strukturat sekondare të proteinave janë palosje të lokalizuara brenda zinxhirit polipeptid që stabilizohet nga lidhjet e hidrogjenit. Strukturat më të zakonshme të proteinave sekondare janë helpa alfa dhe fletë beta.

Struktura terciare është forma përfundimtare e proteinës pasi strukturat dytësore të ndryshme të gjitha janë palosur në një strukturë 3D. Kjo formë përfundimtare formon dhe mbahet së bashku përmes bashkëveprimit jonik, urave disulfide dhe forcave van de Waals.

Katër nivele të strukturës së proteinave. Imazhi nga Khanacademy.org.

Metodat dhe programi i parashikimit të strukturës së proteinave

Një numër i madh i programeve të parashikimit të strukturës janë zhvilluar për veçoritë dhe veçoritë e proteinave të dedikuara, siç janë parashikimi i çrregullimit, parashikimi i dinamikës, parashikimi i ruajtjes së strukturës, etj. Përqasjet përfshijnë modelimin e homologjisë, fillimin e proteinave, metodat ab fillio, parashikimin e strukturës sekondare, dhe spiralen transmembrane etj. parashikimi i peptidit sinjal.

Zgjedhja e metodës së duhur fillon gjithmonë duke përdorur sekuencën primare të proteinës së panjohur dhe duke kërkuar bazën e të dhënave të proteinave për homologët (figura 2).

Grafiku i vendimmarrjes për metodën e parashikimit të strukturës së proteinave.

Këtu janë disa metoda të hollësishme për parashikimin e strukturës së proteinave:

  • Mjetet e parashikimit të strukturës sekondare

Këto mjete parashikojnë strukturat sekondare lokale bazuar vetëm në sekuencën e aminoacideve të proteinave. Strukturat e parashikuara krahasohen më pas me rezultatin DSSP, i cili llogaritet bazuar në strukturën kristalografike të proteinës (më shumë në rezultatin DSSP këtu).

Metodat e parashikimit për strukturën sekondare mbështeten kryesisht në bazat e të dhënave të strukturave të njohura të proteinave dhe metodave moderne të mësimit të makinerive siç janë rrjetat nervore dhe makinat vektoriale mbështetëse.

Këtu janë disa mjete të shkëlqyera për parashikimin e strukturës sekondare.

  • Struktura terciare

Mjetet e parashikimit të strukturës terciare (ose 3-D) bien në dy metoda kryesore: Ab fillimi, dhe modelimi krahasues i proteinave.

Metodat e parashikimit të strukturës së proteinave Ab initio (ose de novo) përpiqen të parashikojnë strukturat terciare nga sekuencat bazuar në parime të përgjithshme që rregullojnë energjinë e palosshme të proteinave dhe / ose tendencat statistikore të tipareve konformuese që i marrin strukturat vendase, pa përdorimin e shablloneve të qarta.

Të gjitha informacionet në lidhje me strukturën terciare të një proteine ​​janë të koduara në strukturën e tij parësore (d.m.th., sekuencën e tij të aminoacideve). Megjithatë, një numër i madh i tyre mund të parashikohet, midis të cilave vetëm një ka energjinë minimale të lirë dhe stabilitetin e kërkuar për t'u palosur siç duhet. Parashikimi i strukturës së proteinave Ab fillio kërkon kështu një sasi të madhe të fuqisë llogaritëse dhe kohë për të zgjidhur konformitetin amtare të një proteine, dhe mbetet një nga sfidat kryesore për shkencën moderne.

Serverët më të njohur përfshijnë Robetta (duke përdorur paketën e softuerit Rosetta), SWISS-MODEL, PEPstr, QUARK. Shfletoni një listë shteruese këtu.

Nëse një proteinë me strukturë terciare të njohur ndan të paktën 30% të sekuencës së saj me një homolog të mundshëm të strukturës së papërcaktuar, metodat krahasuese që mbivendosin strukturën e panjohur supozuese me të njohurin mund të përdoren për të parashikuar strukturën e mundshme të të panjohurës. Modelimi i homologjisë dhe fillimi i proteinave janë dy strategji kryesore që përdorin informacione paraprake mbi proteina të tjera të ngjashme për të propozuar një parashikim të një proteine ​​të panjohur, bazuar në sekuencën e saj.

Modelimi i homologjisë dhe programet për fillimin e proteinave përfshijnë RaptorX, FoldX, HHpred, I-TASSER, dhe më shumë.

Referencat

Parashikimi i strukturës së proteinave de novo. Wikipedia.

Parashikimi i strukturës së proteinave. Wikipedia