प्रोटीन संरचना भविष्यवाणी विधियों और सॉफ्टवेयर के लिए एक गाइड

अपने जैविक कार्यों को निष्पादित करने के लिए, प्रोटीन एक या एक से अधिक विशिष्ट अनुरूपताओं में बदल जाता है, जटिल और प्रतिवर्ती गैर-सहसंयोजक बातचीत द्वारा निर्धारित होता है। प्रोटीन की संरचना का निर्धारण समय लेने वाली और अपेक्षाकृत महंगी टेकनीक जैसे कि क्रिस्टलोग्राफी, परमाणु-चुंबकीय अनुनाद स्पेक्ट्रोस्कोपी और दोहरी ध्रुवीकरण इंटरफेरोमेट्री द्वारा किया जा सकता है। जैव सूचना विज्ञान सॉफ्टवेयर को उनके अमीनो एसिड अनुक्रमों के आधार पर प्रोटीन संरचनाओं की गणना और भविष्यवाणी करने के लिए विकसित किया गया है।

प्रोटीन संरचना पर एक पुनर्कथन

प्रायोगिक टेकनीक के विकल्प के रूप में, संरचना विश्लेषण और भविष्यवाणी उपकरण उनके अमीनो-एसिड अनुक्रमों के अनुसार प्रोटीन संरचना की भविष्यवाणी करने में मदद करते हैं। किसी दिए गए प्रोटीन की संरचना को हल करना दवा में महत्वपूर्ण है (उदाहरण के लिए, दवा डिजाइन में) और जैव प्रौद्योगिकी (उदाहरण के लिए, उपन्यास एंजाइमों के डिजाइन में)। कम्प्यूटेशनल प्रोटीन भविष्यवाणी का क्षेत्र इस प्रकार लगातार विकसित हो रहा है, मशीनों की कम्प्यूटेशनल शक्ति में वृद्धि और बुद्धिमान एल्गोरिदम के विकास के बाद।

प्रोटीन संरचना के चार स्तर हैं (आंकड़ा 1)। प्रोटीन संरचना भविष्यवाणी में, प्राथमिक संरचना का उपयोग माध्यमिक और तृतीयक संरचनाओं की भविष्यवाणी करने के लिए किया जाता है।

प्रोटीन की माध्यमिक संरचनाएं पॉलीपेप्टाइड श्रृंखला के भीतर स्थानीयकृत तह हैं जो हाइड्रोजन बांड द्वारा स्थिर होती हैं। सबसे आम माध्यमिक प्रोटीन संरचनाएं अल्फा हेलिकॉप्टर और बीटा शीट हैं।

तृतीयक संरचना प्रोटीन का अंतिम रूप है क्योंकि विभिन्न माध्यमिक संरचनाएं सभी 3 डी संरचना में बदल गई हैं। यह अंतिम आकार बनाता है और आयनिक इंटरैक्शन, डिसल्फ़ाइड पुल और वैन डे वाल्स बलों के माध्यम से एक साथ आयोजित किया जाता है।

प्रोटीन संरचना के चार स्तर। Khanacademy.org से छवि।

प्रोटीन संरचना भविष्यवाणी के तरीके और सॉफ्टवेयर

समर्पित प्रोटीन सुविधाओं और विशिष्टता के लिए बड़ी संख्या में संरचना पूर्वानुमान सॉफ़्टवेयर विकसित किए जाते हैं, जैसे कि विकार भविष्यवाणी, गतिकी भविष्यवाणी, संरचना संरक्षण भविष्यवाणी, आदि दृष्टिकोणों में होमोलॉजी मॉडलिंग, प्रोटीन थ्रेडिंग, एब इनिटियो विधियों, द्वितीयक संरचना पूर्वानुमान और ट्रांसमिम्ब्रेन हेलिक्स और शामिल हैं। संकेत पेप्टाइड भविष्यवाणी।

सही विधि का चयन हमेशा अज्ञात प्रोटीन के प्राथमिक अनुक्रम का उपयोग करके और होमोलॉग्स के लिए प्रोटीन डेटाबेस (चित्रा 2) की खोज करके शुरू होता है।

प्रोटीन संरचना भविष्यवाणी विधि के लिए निर्णय लेने का चार्ट।

यहाँ प्रोटीन संरचना भविष्यवाणी के लिए कुछ विस्तृत तरीके दिए गए हैं:

  • माध्यमिक संरचना भविष्यवाणी उपकरण

ये उपकरण केवल प्रोटीन के अमीनो एसिड अनुक्रम के आधार पर स्थानीय माध्यमिक संरचनाओं की भविष्यवाणी करते हैं। पूर्व निर्धारित संरचनाओं की तुलना DSSP स्कोर से की जाती है, जिसकी गणना प्रोटीन के क्रिस्टलोग्राफिक संरचना (यहां DSSP स्कोर पर अधिक) के आधार पर की जाती है।

माध्यमिक संरचना के लिए भविष्यवाणी के तरीके मुख्य रूप से ज्ञात प्रोटीन संरचनाओं और आधुनिक मशीन सीखने के तरीकों जैसे कि तंत्रिका जाल और समर्थन वेक्टर मशीनों के डेटाबेस पर निर्भर करते हैं।

यहाँ माध्यमिक संरचना भविष्यवाणी के लिए कुछ महान उपकरण हैं।

  • तृतीयक संरचना

तृतीयक (या 3-डी) संरचना भविष्यवाणी उपकरण दो मुख्य तरीकों में आते हैं: एब इनिटियो, और तुलनात्मक प्रोटीन मॉडलिंग।

Ab initio (या de novo) प्रोटीन संरचना भविष्यवाणी के तरीके सामान्य सिद्धांतों पर आधारित अनुक्रमों से तृतीयक संरचनाओं की भविष्यवाणी करने का प्रयास करते हैं, जो कि प्रोटीन संरचना के ऊर्जावान और / या सांख्यिकीय प्रवृत्तियों को नियंत्रित करते हैं, जो कि देशी संरचनाओं को स्पष्ट टेम्पलेट्स के उपयोग के बिना प्राप्त करते हैं।

एक प्रोटीन की तृतीयक संरचना के बारे में सभी जानकारी इसकी प्राथमिक संरचना (यानी, इसके अमीनो एसिड अनुक्रम) में एन्कोडेड है। हालांकि, उनमें से एक बड़ी संख्या की भविष्यवाणी की जा सकती है, जिसमें से केवल एक को कम से कम मुफ्त ऊर्जा और स्थिरता की आवश्यकता होती है जिसे ठीक से मोड़ा जाना चाहिए। अब इनिटियो प्रोटीन संरचना की भविष्यवाणी के लिए एक प्रोटीन की मूल संरचना को हल करने के लिए कम्प्यूटेशनल शक्ति और समय की बड़ी मात्रा की आवश्यकता होती है, और आधुनिक विज्ञान के लिए शीर्ष चुनौतियों में से एक बनी हुई है।

अधिकांश लोकप्रिय सर्वरों में रोबेटा (रोज़ेटा सॉफ़्टवेयर पैकेज का उपयोग करके), SWISS-MODEL, PEPstr, QUARK शामिल हैं। यहां एक संपूर्ण सूची ब्राउज़ करें।

यदि ज्ञात तृतीयक संरचना का प्रोटीन अनिर्धारित संरचना के संभावित समरूपता के साथ अपने अनुक्रम का कम से कम 30% साझा करता है, तो ज्ञात के साथ उपचारात्मक अज्ञात संरचना को ओवरले करने वाले तुलनात्मक तरीकों का उपयोग अज्ञात की संभावित संरचना की भविष्यवाणी करने के लिए किया जा सकता है। होमोलोजी मॉडलिंग और प्रोटीन थ्रेडिंग दो मुख्य रणनीतियाँ हैं जो किसी अज्ञात प्रोटीन की भविष्यवाणी करने के लिए उसके अनुक्रम के आधार पर अन्य समान प्रोटीन पर पूर्व सूचना का उपयोग करती हैं।

होमोलॉजी मॉडलिंग और प्रोटीन थ्रेडिंग सॉफ्टवेयर में RaptorX, FoldX, HHpred, I-TASSER और बहुत कुछ शामिल हैं।

संदर्भ

डे नोवो प्रोटीन संरचना की भविष्यवाणी। विकिपीडिया।

प्रोटीन संरचना की भविष्यवाणी। विकिपीडिया