Модель сворачивания гидрофобно-полярного белка

Модель гидрофобно-полярного сворачивания белка представляет собой сильно упрощенную модель для изучения сгибов белка в космосе. Впервые предложенный Кеном Диллом в 1985 году, это наиболее известный тип решетчатого белка : он основан на наблюдении, что гидрофобные взаимодействия между аминокислотными остатками являются движущей силой сворачивания белков в их нативное состояние . ^{[ 1 ]} Все типы аминокислот классифицируются как гидрофобные (H) или полярные (P), а сворачивание белковой последовательности определяется как самоизбегающее блуждание по двумерной или трехмерной решетке . Модель HP имитирует гидрофобный эффект, приписывая отрицательный (благоприятный) вес взаимодействиям между соседними, нековалентно связанными остатками H. Предполагается, что белки, обладающие минимальной энергией, находятся в нативном состоянии.

Модель HP может быть выражена как в двух, так и в трех измерениях, обычно с помощью квадратных решеток , хотя также использовались и треугольные решетки. Он также изучался на общих регулярных решетках. ^{[ 2 ]}

Алгоритмы рандомизированного поиска часто используются для решения проблемы сворачивания HP. Сюда входят стохастические эволюционные алгоритмы, такие как метод Монте-Карло , генетические алгоритмы и оптимизация муравьиных колоний . Хотя ни один метод не смог рассчитать экспериментально определенное минимальное энергетическое состояние для длинных белковых последовательностей, самые передовые методы сегодня способны приблизиться к этому. ^{[ 3 ]}^{[ 4 ]} Для некоторых вариантов модели/решеток можно рассчитать оптимальные структуры (с максимальным количеством контактов HH) с использованием программирования в ограничениях . методов ^{[ 5 ]}^{[ 6 ]} например, реализованный на веб-сервере инструментов CPSP . ^{[ 7 ]}

Несмотря на то, что модель HP абстрагирует многие детали сворачивания белков, она по-прежнему остается NP-сложной проблемой как для двумерных, так и для трехмерных квадратных решеток. ^{[ 8 ]}

Недавно был разработан метод Монте-Карло под названием FRESS, который, похоже, хорошо работает на моделях HP. ^{[ 9 ]}

См. также

Ссылки

^ Дилл К.А. (1985). «Теория сворачивания и стабильности глобулярных белков». Биохимия . 24 (6): 1501–9. дои : 10.1021/bi00327a032 . ПМИД 3986190 .
^ Бечини, А. (2013). «О характеристике и программной реализации общих моделей белковых решеток» . ПЛОС ОДИН . 8 (3): e59504. Бибкод : 2013PLoSO...859504B . дои : 10.1371/journal.pone.0059504 . ПМК 3612044 . ПМИД 23555684 .
^ Буй ТН; Сундаррадж Г. (2005). «Эффективный генетический алгоритм для прогнозирования третичных структур белка в 2D-модели HP». Материалы 7-й ежегодной конференции по генетическим и эволюционным вычислениям . стр. 385–392. дои : 10.1145/1068009.1068072 . ISBN 978-1595930101 . S2CID 13485429 .
^ Шмигельская А.; Хоос ХХ (2003). «Улучшенный алгоритм оптимизации колонии муравьев для двумерной задачи сворачивания белка HP». Достижения в области искусственного интеллекта . Конспекты лекций по информатике. Том. 2671. стр. 400–417. CiteSeerX 10.1.1.13.7617 . дои : 10.1007/3-540-44886-1_30 . ISBN 978-3-540-40300-5 .
^ Юэ К.; Фибиг К.М.; Томас П.Д.; Чан Х.С.; Шахнович Е.И.; Дилл К.А. (1995). «Тест алгоритмов сворачивания решетчатых белков» . Proc Natl Acad Sci США . 92 (1): 325–329. Бибкод : 1995PNAS...92..325Y . дои : 10.1073/pnas.92.1.325 . ПМК 42871 . ПМИД 7816842 .
^ Манн М.; Бакофен Р. (2014). «Точные методы построения моделей решетчатых белков». Биоалгоритмы и медсистемы . 10 (4): 213–225. дои : 10.1515/bams-2014-0014 . S2CID 1238394 .
^ Манн М.; Уилл С.; Бакофен Р. (2008). «CPSP-инструменты — точные и полные алгоритмы для высокопроизводительных исследований 3D-решетчатых белков» . БМК Биоинформатика . 9 :230. дои : 10.1186/1471-2105-9-230 . ПМК 2396640 . ПМИД 18462492 .
^ Крещенци П.; Гольдман Д.; Пападимитриу К.; Пикколбони А.; Яннакакис М. (1998). «О сложности сворачивания белков». Макромолекулы . 5 (1): 27–4 CiteSeerX 10.1.1.122.1898 . дои : 10.1145/279069.279089 . ПМИД 9773342 . S2CID 7783811 .
^ Цзиньфэн Чжан; СК Коу; Цзюнь С. Лю (2007). «Оптимизация и моделирование структуры полимера с помощью повторного выращивания фрагментов Монте-Карло» (PDF) . Дж. Хим. Физ . 126 (22): 225101. дои : 10.1063/1.2736681 . ПМИД 17581081 . S2CID 457506 .

Внешние ссылки

Веб-сервер CPSP-tools для оптимального прогнозирования структуры в неограниченных трехмерных решетках

[dill1985-1] Дилл К.А. (1985). «Теория сворачивания и стабильности глобулярных белков». Биохимия . 24 (6): 1501–9. дои : 10.1021/bi00327a032 . ПМИД 3986190 .

[2] Бечини, А. (2013). «О характеристике и программной реализации общих моделей белковых решеток» . ПЛОС ОДИН . 8 (3): e59504. Бибкод : 2013PLoSO...859504B . дои : 10.1371/journal.pone.0059504 . ПМК 3612044 . ПМИД 23555684 .

[bui2005-3] Буй ТН; Сундаррадж Г. (2005). «Эффективный генетический алгоритм для прогнозирования третичных структур белка в 2D-модели HP». Материалы 7-й ежегодной конференции по генетическим и эволюционным вычислениям . стр. 385–392. дои : 10.1145/1068009.1068072 . ISBN 978-1595930101 . S2CID 13485429 .

[shmygelska2003-4] Шмигельская А.; Хоос ХХ (2003). «Улучшенный алгоритм оптимизации колонии муравьев для двумерной задачи сворачивания белка HP». Достижения в области искусственного интеллекта . Конспекты лекций по информатике. Том. 2671. стр. 400–417. CiteSeerX 10.1.1.13.7617 . дои : 10.1007/3-540-44886-1_30 . ISBN 978-3-540-40300-5 .

[yue1995-5] Юэ К.; Фибиг К.М.; Томас П.Д.; Чан Х.С.; Шахнович Е.И.; Дилл К.А. (1995). «Тест алгоритмов сворачивания решетчатых белков» . Proc Natl Acad Sci США . 92 (1): 325–329. Бибкод : 1995PNAS...92..325Y . дои : 10.1073/pnas.92.1.325 . ПМК 42871 . ПМИД 7816842 .

[mann2014-6] Манн М.; Бакофен Р. (2014). «Точные методы построения моделей решетчатых белков». Биоалгоритмы и медсистемы . 10 (4): 213–225. дои : 10.1515/bams-2014-0014 . S2CID 1238394 .

[7] Манн М.; Уилл С.; Бакофен Р. (2008). «CPSP-инструменты — точные и полные алгоритмы для высокопроизводительных исследований 3D-решетчатых белков» . БМК Биоинформатика . 9 :230. дои : 10.1186/1471-2105-9-230 . ПМК 2396640 . ПМИД 18462492 .

[crescenzi1998-8] Крещенци П.; Гольдман Д.; Пападимитриу К.; Пикколбони А.; Яннакакис М. (1998). «О сложности сворачивания белков». Макромолекулы . 5 (1): 27–4 CiteSeerX 10.1.1.122.1898 . дои : 10.1145/279069.279089 . ПМИД 9773342 . S2CID 7783811 .

[zhang2007-9] Цзиньфэн Чжан; СК Коу; Цзюнь С. Лю (2007). «Оптимизация и моделирование структуры полимера с помощью повторного выращивания фрагментов Монте-Карло» (PDF) . Дж. Хим. Физ . 126 (22): 225101. дои : 10.1063/1.2736681 . ПМИД 17581081 . S2CID 457506 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]