Przewidywanie struktury

Zrozumienie i przewidzenie sposobu zwinięcia się białka na podstawie sekwencji aminokwasów stanowi jeden z najtrudniejszych i najważniejszych problemów współczesnej obliczeniowej biologii molekularnej. Istniejące metody przewidywania struktury można podzielić na dwie klasy. Pierwsza to metody oparte na porównywaniu sekwencji o nieznanej strukturze z biblioteką wzorców zbudowanych na podstawie struktur znanych. Druga to metody ab initio, których celem jest określenie struktury natywnej poprzez szukanie globalnego minimum energetycznego w przestrzeni konformacyjnej. Metody ab initio są szczególnie pożądane w sytuacji, gdy badana sekwencja ma niski stopień podobieństwa z sekwencjami o poznanych strukturach. Wbrew swej nazwie, większość metod ab initio korzysta z informacji uzyskanych z białkowych baz danych.

Skuteczność metod przewidywania struktury testuje się co dwa lata w konkursie zwanym CASP (Critical Assessment of techniques for protein Structure Prediction), zorganizowanym po raz pierwszy w 1994 r. przez I. Moulta (University of Maryland). Konkurs ten polega na porównaniu wyników niezależnie prowadzonych prac doświadczalnych i teoretycznych nad tym samym zbiorem sekwencji (np. nad około 100-aminokwasowymi fragmentami białek). Grupa D. Bakera z Seattle należy do mistrzów konkursu, osiągając sukces dla około 75% układów. Ich metoda polega na składaniu konformacji z fragmentów znanych struktur z bazy danych. Te fragmenty wyznaczone są na podstawie lokalnego podobieństwa sekwencji do sekwencji badanej, gdzie zakres podobieństwa jest określony na podstawie analizy statystycznej.

Z kolei podejście grupy M. Levitta jest dwustopniowe i polega na określeniu możliwych struktur drugorzędowych, a następnie na znalezieniu najlepszego upakowania tych struktur na uproszczonej sieci. H.A. Scheraga i jego współpracownicy (w tym A. Liwo i J. Pillardy z Polski) używają technik związanych z minimalizacją energii w dużej przestrzeni konformacji. Zaczynają od modelu szkieletu łączącego atomy węgla Cα, a potem przechodzą do pełnego modelu atomowego. A. Koliński i J. Skolnick rozpatrują zdyskretyzowane konformacje białek i nakładają na nie więzy dotyczące przewidywań struktur drugorzędowych oraz te, które wynikają z porównywania sekwencji z sekwencjami z bazy danych.

Wszystkie te metody w dużej mierze zależą od sposobu interpretacji informacji zawartych w bankach danych. Ciekawą, choć średnio skuteczną próbą określania struktury bez informacji z bazy danych jest procedura zwana LINUS, którą wypracowali G.D. Rose i R. Srinivasan w Johns Hopkins University w Maryland. W procedurze tej ustala się skłonności aminokwasów do przynależenia do określonej struktury drugorzędowej na podstawie fizycznych właściwości łańcuchów bocznych i preferencji kątowych, jakie istnieją w białkach i które związane są z brakiem nachodzenia łańcuchów bocznych na siebie (więzy steryczne). Procedura ta nie polega na minimalizacji energii. Wyznaczanie struktury trzeciorzędowej odbywa się dalej poprzez hierarchiczne "składanie" struktur drugorzędowych drogą minimalizacji schematycznych energii oddziaływań.

Copyright © 1997-2021 Wydawnictwo Naukowe PWN SA
infolinia: 0 801 33 33 88