پیش بینی ساختار سه بعدی پروتئین (Prediction of Protins 3D Structure)

ساختار سه بعدی پروتئین منبع مهم اطلاعاتی برای درک بهتر عملکرد پروتئین ، اینترکشن آن با اجزای دیگر (لیگاندها ، پروتئین ، DNA و ... ) و فهم اثرات فنوتیپیکی جهش ها می باشد. ساختار سه بعدی پروتئین براساس سه روش اصلی طبقه بندی شود :
1.     مدل سازی همولوژیکی (homology modelling): اساس پیش بینی توسط مدل سازی همولوژیکی این است که توالی پروتئین با یک یا تعداد بیشتر پروتئین با ساختار شناخته شده شباهت داشته باشد. این روش، مدل سازی مقایسه ای (CA)  نیز نامیده می شود بر اساس این واقعیت که پروتئین هایی با توالی ها ی مشابه ، ساختار های مشابه دارند .  این روش بر آن اساس که ، پروتئین های یک خانواده، بیشترتوالی های آمینو اسیدی شان حفاظت شده است، آسان  می باشد. چرا که وقتی ساختار یک پروتئین از یک خانواده به وسیله ی آزمایش تعیین شود، اعضای دیگر آن خانواده می توانند بر اساس تطابق شان با ساختار شناخته شده مدل سازی شوند. دقت پیش گویی با این روش به میزان تشابه بین توالی پروتئین هدف و ساختار های الگو بستگی دارد. مشکل عمده مدل سازی همولوژیکی پیدا کردن توالی هدفی است که به عنوان الگو استفاده می شود. تقریبا 57% همه ی توالی های شناخته شده حداقل یک دمین دارند که به یک پروتئین با ساختار شناخته شده وابسته می باشد.
2.   تکنیک  AB initio: در این روش سعی می شود تا مدل ساختار سه بعدی پروتئین تنها با استفاده از توالی و بررسی نیروها ایجاد گردد.و از اطلاعات ساختاری موجود استفاده نمی شود.
 
 
 
 
 روش اب انیشیو (AB initio method)، همچنین روش دنو نامیده می شود. اصطلاح AB initio methodدر ابتدا اشاره به  روش هایی داشت  که برای پیش بینی ساختار پروتئین انجام می شد و از دانسته های آزمایشگاهی مربوط به ساختار استفاده نمیکرد. بعد ها این اصطلاح با به وجود آمدن روش هایی بر اساس فراگمنت ها مبهم شد، چرا که این روش ها براساس این واقعیت به کار می روند که گر چه ما نمی توانیم همه ی فولد ها ی استفاده شده در بیولوژی را ببینیم ، احتمالا قادر خواهیم بود تقریبا همه ی زیر ساختار ها را ببینیم . در این روش فرض  می شود که کمترین انرژی آزاد در طول عمر پروتئین می بایست در دسترس باشد و تلاش می شود تا این مقدار کم را به وسیله بررسی بسیاری از کانفورماسیون های ممکن پروتئین به دست آورند.  AB initio method به دو کلاس عمده تقسیم می شود :
1.      AB initio method به وسیله ی اطلاعات پایگاه داده
2.      AB initio method بدون اطلاعات پایگاه داده
اگر چه روش های این گروه از لحاظ کامپیوتری بسیار پیچیده و هنوزفاقد دقت هستند، به چند دلیل به طور مداوم استفاده می شوند و گسترش می یابند. اولا این که در برخی از موارد حتی یک ساختار همولوگ وابسته خیلی دورهم ممکن است در دسترس نباشد. در این موارد ab initio تنها روش می باشد . دوما این که ممکن است ساختار های جدیدی کشف شوند که به وسیله ی روش هایی که اساس شان مقایسه ی ساختار های شناخته شده است قابل شناسایی نباشند.
 
3.     بندکشی پروتئین (threading ): که گاهی نیز تشخیص فولد (FR ) نامیده می شود.این روش یک رویکرد حد واسط دو روش قبلی است که هم از تشابه توالی در صورت وجود و هم از اطلاعات مربوط به تطابق های ساختاری استفاده می کند. هدف این روش  تطابق توالی هدف با ساختار شناخته شده در کتابخانه ای از فولد ها می باشد .

روند کلی پیش بینی ساختار پروتئین در شکل زیر نشان داده شده است.

 

 

به دلیل تمایل زیاد پژوهشگران به پیش بینی ساختار پروتئین به وسیله ی روش های کامپیوتری ، جوامع علمی تلاشهای زیادی را در حل مشکلات مختلف و محدودیت های هر کدام از این روش ها دارند. که درنهایت پروتئین مورد نظر با بهترین ساختار استخراج گردد.

 

 مرجع:

Christophe lambert  nl, xavier de bollee and Eric Depiereux: Esypred3D: prediction of protein 3D structers. 2002, 18:1250-1256.

MIHĂŞAN M, Cuza AI: BASIC PROTEIN STRUCTURE PREDICTION FOR THE BIOLOGIST. 2010, 62(4):857 - 871