Водич за методе и софтвер за предвиђање структуре протеина

Да би извршили своје биолошке функције, протеини се савијају у једну или више специфичних конформација, диктиране сложеним и реверзибилним нековалентним интеракцијама. Одређивање структуре протеина може се постићи временом дуготрајно и релативно скупо техником као што су кристалографија, нуклеарно-магнетна резонанца и интерферометрија са двоструком поларизацијом. Биоинформатички софтвер развијен је за рачунање и предвиђање протеинских структура на основу њихових аминокиселинских секвенци.

Преиспитивање структуре протеина

Као алтернатива експерименталној техници, анализа структуре и алати за предвиђање помажу у предвиђању структуре протеина у складу са њиховим аминокиселинским низовима. Решавање структуре датог протеина је веома важно у медицини (на пример, у дизајну лекова) и биотехнологији (на пример, у дизајну нових ензима). Поље рачунарске предвиђања протеина се на тај начин непрестано развија, услед повећања рачунске снаге машина и развоја интелигентних алгоритама.

Постоје четири нивоа протеинске структуре (слика 1). У предвиђању структуре протеина, примарна се структура користи за предвиђање секундарних и терцијарних структура.

Секундарне структуре протеина су локализоване савијањем унутар полипептидног ланца који је стабилизован водоничним везама. Најчешће секундарне протеинске структуре су алфа хелике и бета листови.

Терцијарна структура је коначни облик протеина након што се различите секундарне структуре саграде у 3Д структуру. Овај коначни облик формира се и држи се заједно ионском интеракцијом, дисулфидним мостовима и силама Ван де Ваалса.

Четири нивоа структуре протеина. Слика са Кханацадеми.орг.

Методе и софтвер предвиђања структуре протеина

Велики број софтвера за предвиђање структуре развијен је за наменске карактеристике и посебности протеина, као што су предвиђање поремећаја, предвиђање динамике, предвиђање очувања структуре итд. Приступи укључују хомологно моделирање, навој протеина, аб инитио методе, предвиђање секундарне структуре и хемијску хемикалију и предвиђање сигналних пептида

Одабир праве методе увек започиње коришћењем примарне секвенце непознатог протеина и претрагом базе података протеина за хомологе (слика 2).

Табела одлучивања за методу предвиђања структуре протеина.

Ево неких детаљних метода за предвиђање структуре протеина:

  • Алати за предвиђање секундарне структуре

Ови алати предвиђају локалне секундарне структуре засноване само на аминокиселинском низу протеина. Предвиђене структуре се затим упоређују са ДССП резултатом, који се израчунава на основу кристалографске структуре протеина (више о ДССП оцени овде).

Методе предвиђања за секундарну структуру углавном се ослањају на базе података познатих протеинских структура и савремене методе машинског учења, попут неуронских мрежа и машина за подршку вектора.

Ево неколико сјајних алата за предвиђање секундарне структуре.

  • Терцијарна структура

Алат за предвиђање терцијарне (или 3-Д) структуре спада у две главне методе: Аб инитио и упоредно моделирање протеина.

Аб инитио (или де ново) методе предвиђања протеинске структуре покушавају предвидјети терцијарне структуре из низа заснованих на општим принципима који регулишу енергију пресађивања протеина и / или статистичке тенденције конформацијских карактеристика које нативне структуре стјечу, без кориштења експлицитних образаца.

Све информације о терцијарној структури протеина кодирају се у њеној примарној структури (то је аминокиселинском низу). Међутим, може се предвидјети огроман број њих, међу којима само један има минималну слободну енергију и стабилност потребну за правилно склапање. Предвиђање структуре протеина Аб инитио захтева огромну количину рачунарске снаге и времена да се реши изворна конформација протеина и остаје један од главних изазова савремене науке.

Најпопуларнији сервери укључују Робетта (коришћење софтверског пакета Росетта), СВИСС-МОДЕЛ, ПЕПстр, КУАРК. Овде потражите исцрпан списак.

Ако протеин познате терцијарне структуре дели најмање 30% његове секвенце са потенцијалним хомологом неодређене структуре, упоредни поступци који прекривају претпостављену непознату структуру са познатим могу се користити за предвиђање вероватне структуре непознатог. Хомолошко моделирање и стругање протеина две су главне стратегије које користе претходне информације о другим сличним протеинима да би предложиле предвиђање непознатог протеина на основу његовог низа.

Софтвер за моделирање и наношење протеина укључује софтвер РапторКс, ФолдКс, ХХпред, И-ТАССЕР и још много тога.

Референце

Де ново предвиђање структуре протеина. Википедиа.

Предвиђање структуре протеина. Википедиа