Leiðbeiningar fyrir aðferðir til að spá fyrir um próteinbyggingu og hugbúnað

Til að beita líffræðilegum aðgerðum sínum brjóta prótein í eina eða fleiri sértækar samstillingar, ráðist af flóknum og afturkræfum ósamgildum milliverkunum. Að ákvarða uppbyggingu próteins er hægt að ná með tímafrekum og tiltölulega dýrum tækni svo sem kristöllun, kjarnafjölvu resonance spectroscopy og tvöföldum polarization truflunum. Lífsupplýsingatæknihugbúnaður hefur verið þróaður til að reikna og spá fyrir um próteinbyggingu út frá amínósýruröð þeirra.

Endurgerð á próteinbyggingu

Sem valkostur við tilraunatækni hjálpar byggingargreining og spátæki til að spá fyrir um próteinbyggingu í samræmi við amínósýruröð þeirra. Að leysa uppbyggingu tiltekins próteins er mjög mikilvægt í læknisfræði (til dæmis í lyfjahönnun) og líftækni (til dæmis við hönnun nýrra ensíma). Svið reiknipróteinsspá er þannig að þróast stöðugt í kjölfar aukningar á reikniskrafti véla og þróun greindra reiknirita.

Það eru fjögur stig próteinsbyggingar (mynd 1). Í spá um uppbyggingu próteina er aðalbyggingin notuð til að spá fyrir um efri og háþróaða uppbyggingu.

Secondary uppbygging próteina er staðbundin leggja saman í fjölpeptíðkeðjunni sem er stöðug með vetnisskuldabréfum. Algengustu efri próteinbyggingarnar eru alfa helices og beta blöð.

Hámarksbygging er lokaform próteins þegar mismunandi efri uppbyggingin hefur öll verið felld í 3D uppbyggingu. Þetta endanlega form myndast og er haldið saman í gegnum jónísk samskipti, súlfíðbrýr og van de Waals sveitir.

Fjögur stig próteinbyggingar. Mynd frá Khanacademy.org.

Prótein uppbygging spá aðferðir og hugbúnaður

Mikill fjöldi hugbúnaðar um forspá fyrir uppbyggingu er þróaður fyrir sérstaka prótein eiginleika og sérstöðu, svo sem spár um truflanir, forspá um virkni, spá um uppbyggingu verndar osfrv. Aðferðirnar fela í sér eins og líkanafræði, próteinþræðingu, ab initio aðferðir, annarri uppbyggingu spá og himnuflæði og spá um peptíð.

Að velja rétta aðferð byrjar alltaf með því að nota aðalröð óþekktu próteinsins og leita í prótein gagnagrunninum fyrir samsvaranir (mynd 2).

Tafla ákvarðanatöku fyrir aðferð til að spá fyrir um próteinbyggingu.

Hér eru nokkrar nákvæmar aðferðir til að spá próteinbyggingu:

  • Spá um verkfæri fyrir aukabundna uppbyggingu

Þessi verkfæri spá fyrir um staðbundið aukafyrirtæki byggð eingöngu á amínósýruröð próteinsins. Spáum byggingum er síðan borið saman við DSSP stig, sem er reiknað út frá kristöllunaruppbyggingu próteins (meira um DSSP stig hér).

Spáspáaðferðir fyrir efri uppbyggingu treysta aðallega á gagnagrunna með þekktum próteinsbyggingum og nútímalegum vélinámsaðferðum eins og taugarneti og stuðningsvektarvélar.

Hér eru nokkur frábær tæki til að spá fyrir um efri uppbyggingu.

  • Skipulag háskólastigsins

Spá fyrir verkfæri fyrir háþróaða (eða 3-D) uppbyggingu eru í tveimur meginaðferðum: Ab initio og samanburðarprótíngerð.

Ab initio (eða de novo) prótein uppbygging spáaðferða reynir að spá fyrir um háþróaða byggingu frá röð sem byggjast á almennum grundvallarreglum sem stjórna próteinfellingu orku og / eða tölfræðileg tilhneigingu til sköpulag sem innfædd mannvirki öðlast, án þess að nota skýr sniðmát.

Allar upplýsingar um háþróaða byggingu próteina eru kóðaðar í aðalbyggingu þess (það er amínósýruröðin). Hins vegar er hægt að spá fyrir um gífurlegan fjölda þeirra, þar á meðal aðeins einn sem hefur lágmarks ókeypis orku og stöðugleika sem þarf til að hægt sé að brjóta saman á réttan hátt. Spá um ab initio próteinbyggingu krefst þess vegna mikils reikniaðferðar og tíma til að leysa innbyggingu próteins og er áfram ein helsta áskorun nútímavísinda.

Vinsælastir netþjónar eru Robetta (með Rosetta hugbúnaðarpakkanum), SWISS-MODEL, PEPstr, QUARK. Skoðaðu tæmandi lista hér.

Ef prótein með þekkta háþróaða uppbyggingu deilir að minnsta kosti 30% af röð þess með hugsanlegri samsvarandi óákveðinni uppbyggingu, er hægt að nota samanburðaraðferðir sem leggja yfirlagningu óþekktu uppbyggingarinnar með hinu þekkta til að spá fyrir um líklega uppbyggingu hins óþekkta. Líkanagerð fyrir einsleitni og próteinþráður eru tvær meginaðferðir sem nota fyrri upplýsingar um annað svipað prótein til að spá fyrir um óþekkt prótein, byggt á röð þess.

Hugbúnaður fyrir líkanafræði fyrir homology og próteinþráður er meðal annars RaptorX, FoldX, HHpred, I-TASSER og fleira.

Tilvísanir

De novo prótein uppbygging spá. Wikipedia.

Spá um uppbyggingu próteina. Wikipedia