คู่มือสำหรับวิธีการทำนายโครงสร้างโปรตีนและซอฟต์แวร์

เพื่อออกแรงฟังก์ชั่นทางชีววิทยาโปรตีนจะทำการพับเป็นรูปแบบเฉพาะอย่างน้อยหนึ่งข้อซึ่งถูกกำหนดโดยปฏิสัมพันธ์ที่ซับซ้อนและผันกลับไม่ได้ การกำหนดโครงสร้างของโปรตีนสามารถทำได้โดยใช้เทคนิคที่ใช้เวลานานและมีราคาค่อนข้างสูงเช่นผลึกศาสตร์สเปคโทรส - เรโซแนนซ์แม่เหล็กนิวเคลียร์ ซอฟต์แวร์ Bioinformatics ได้รับการพัฒนาขึ้นเพื่อคำนวณและทำนายโครงสร้างโปรตีนตามลำดับของกรดอะมิโน

สรุปเกี่ยวกับโครงสร้างโปรตีน

ทางเลือกสำหรับเทคนิคการทดลองการวิเคราะห์โครงสร้างและเครื่องมือทำนายช่วยทำนายโครงสร้างโปรตีนตามลำดับของกรดอะมิโน การแก้โครงสร้างของโปรตีนที่กำหนดมีความสำคัญอย่างมากในทางการแพทย์ (ตัวอย่างเช่นในการออกแบบยา) และเทคโนโลยีชีวภาพ (ตัวอย่างเช่นในการออกแบบเอนไซม์นวนิยาย) การทำนายการคำนวณโปรตีนของสนามจะมีการพัฒนาอย่างต่อเนื่องหลังจากการเพิ่มขึ้นของกำลังการคำนวณของเครื่องจักรและการพัฒนาอัลกอริทึมอัจฉริยะ

โครงสร้างโปรตีนมีสี่ระดับ (รูปที่ 1) ในการทำนายโครงสร้างโปรตีนโครงสร้างหลักจะใช้ในการทำนายโครงสร้างทุติยภูมิและตติยภูมิ

โครงสร้างทุติยภูมิของโปรตีนจะถูกพับเป็นวงในเซลล์โพลีเปปไทด์ซึ่งมีความเสถียรโดยพันธะไฮโดรเจน โครงสร้างโปรตีนรองที่พบมากที่สุดคือ alpha helices และเบต้าชีต

โครงสร้างตติยภูมิเป็นรูปแบบสุดท้ายของโปรตีนเมื่อโครงสร้างทุติยภูมิที่แตกต่างกันได้ทั้งหมดถูกพับเป็นโครงสร้าง 3 มิติ รูปทรงสุดท้ายนี้และถูกรวมเข้าด้วยกันผ่านการปฏิสัมพันธ์อิออนสะพานไดซัลไฟด์และกองกำลังแวนเดอวาลส์

โครงสร้างโปรตีนสี่ระดับ ภาพจาก Khanacademy.org

วิธีการทำนายโครงสร้างโปรตีนและซอฟต์แวร์

ซอฟแวร์การทำนายโครงสร้างจำนวนมากได้รับการพัฒนาสำหรับคุณสมบัติโปรตีนและความเฉพาะเจาะจงเช่นการทำนายความผิดปกติการทำนายพลวัตการทำนายโครงสร้างการอนุรักษ์ ฯลฯ วิธีการรวมถึงการสร้างแบบจำลอง homology การทำเกลียวโปรตีนวิธี ab initio การทำนายโครงสร้างรอง การทำนายสัญญาณเปปไทด์

การเลือกวิธีการที่ถูกต้องเริ่มต้นเสมอโดยใช้ลำดับหลักของโปรตีนที่ไม่รู้จักและค้นหาฐานข้อมูลโปรตีนสำหรับการคล้ายคลึงกัน (รูปที่ 2)

แผนภูมิการตัดสินใจสำหรับวิธีการทำนายโครงสร้างโปรตีน

นี่คือวิธีการอย่างละเอียดสำหรับการทำนายโครงสร้างโปรตีน:

  • เครื่องมือทำนายโครงสร้างทุติยภูมิ

เครื่องมือเหล่านี้ทำนายโครงสร้างทุติยภูมิท้องถิ่นตามลำดับกรดอะมิโนของโปรตีนเท่านั้น โครงสร้างที่คาดการณ์จะถูกนำมาเปรียบเทียบกับคะแนน DSSP ซึ่งคำนวณจากโครงสร้างผลึกของโปรตีน (เพิ่มเติมจากคะแนน DSSP ที่นี่)

วิธีการทำนายโครงสร้างรองส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับฐานข้อมูลของโครงสร้างโปรตีนที่รู้จักและวิธีการเรียนรู้เครื่องจักรที่ทันสมัยเช่นอวนประสาทและเครื่องเวกเตอร์สนับสนุน

นี่คือเครื่องมือที่ยอดเยี่ยมสำหรับการทำนายโครงสร้างรอง

  • โครงสร้างตติยภูมิ

เครื่องมือการทำนายโครงสร้างแบบตติยภูมิ (หรือ 3-D) แบ่งออกเป็นสองวิธีหลักคือ Ab initio และการสร้างแบบจำลองโปรตีนเปรียบเทียบ

Ab predio (หรือเดอโนโว) วิธีการทำนายโครงสร้างโปรตีนพยายามทำนายโครงสร้างระดับอุดมศึกษาจากลำดับบนพื้นฐานของหลักการทั่วไปที่ควบคุมพลังงานการพับโปรตีนและ / หรือแนวโน้มทางสถิติของคุณสมบัติโครงสร้างที่โครงสร้างดั้งเดิมได้มาโดยไม่ต้องใช้แม่แบบที่ชัดเจน

ข้อมูลทั้งหมดเกี่ยวกับโครงสร้างตติยภูมิของโปรตีนจะถูกเข้ารหัสในโครงสร้างหลักของมัน (นั่นคือลำดับของกรดอะมิโน) อย่างไรก็ตามสามารถคาดการณ์ได้จำนวนมากซึ่งมีเพียงพลังงานและความมั่นคงที่จำเป็นในการพับอย่างถูกต้องเท่านั้น การทำนายโครงสร้างโปรตีน Ab initio จึงต้องใช้พลังงานและเวลาในการคำนวณจำนวนมหาศาลเพื่อแก้โครงสร้างของโปรตีนและยังคงเป็นหนึ่งในความท้าทายอันดับต้น ๆ สำหรับวิทยาศาสตร์สมัยใหม่

เซิร์ฟเวอร์ยอดนิยมส่วนใหญ่รวมถึง Robetta (โดยใช้แพ็คเกจซอฟต์แวร์ Rosetta), SWISS-MODEL, PEPstr, QUARK เรียกดูรายการครบถ้วนสมบูรณ์ที่นี่

ถ้าโปรตีนของโครงสร้างตติยภูมิที่รู้จักกันอย่างน้อย 30% ของลำดับของมันด้วย homolog ที่อาจเกิดขึ้นของโครงสร้างบึกบึนวิธีการเปรียบเทียบที่ซ้อนทับโครงสร้างที่ไม่รู้จักสมมุติกับที่รู้จักสามารถนำมาใช้ในการทำนายโครงสร้างที่ไม่รู้จัก การสร้างแบบจำลอง Homology และการทำเกลียวโปรตีนเป็นสองกลยุทธ์หลักที่ใช้ข้อมูลก่อนหน้านี้ในโปรตีนที่คล้ายกันอื่น ๆ เพื่อเสนอการทำนายโปรตีนที่ไม่รู้จักตามลำดับของมัน

แบบจำลอง homology และซอฟต์แวร์เธรดโปรตีนประกอบด้วย RaptorX, FoldX, HHpred, I-TASSER และอื่น ๆ

อ้างอิง

การทำนายโครงสร้างโปรตีนของโนโว วิกิพีเดีย

การทำนายโครงสร้างโปรตีน วิกิพีเดีย