معلومة

RMSD أثناء الانتقال التوافقي في البروتينات

RMSD أثناء الانتقال التوافقي في البروتينات



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

عندما كنت أقوم بالتحقيق في الاختلافات بين الهياكل البروتينية التي تم الحصول عليها عن طريق علم البلورات بالأشعة السينية والتحليل الطيفي للرنين المغناطيسي النووي ، وجدت أن الورقة [1] تم حلها من خلال الهياكل المعقدة للعديد من البروتينات باستخدام كل من الأشعة السينية والرنين المغناطيسي النووي. متوسط ​​انحراف الجذر التربيعي (RMSD) بين بنى NMR و Xray هو 1.4Å (بحد أقصى 3.6Å) ، ومتوسط ​​RMSD بين تراكيب NMR المختلفة لنفس البروتين هو 0.4Å (بحد أقصى 1.3Å). لقد تحققت من بعض البروتينات التي تمت دراستها في هذه الورقة ، وهي في الغالب ضمن 100-200 من البقايا.

ومع ذلك ، هناك الكثير من الأوراق (على سبيل المثال ، [2] ، [3] ، التي تتعامل مع بروتينات متشابهة الحجم) التي تبني بياناتها حول التحولات التوافقية على هياكل ذات اختلاف RMSD 1-2Å.

أتساءل ما الذي يعتبر RMSD موثوقًا بين هيكلين لاستخلاص أي استنتاجات صلبة حول التحولات التوافقية (على سبيل المثال عند الارتباط بالرابط) بدلاً من التقلبات الحرارية البسيطة أو الاضطراب الناجم عن طريقة الحصول على الهيكل؟

بالطبع ، فإن أفضل طريقة (على الأقل في رأيي) للتمييز بين الانتقال المطابق الفعلي من التقلبات الحرارية هي قياس عمرها ، ولكنها غالبًا لا تكون خيارًا.


  1. Andrec M و Snyder DA و Zhou Z و Young J و Montelione GT و Levy RM. 2007. مقارنة مجموعة كبيرة من البيانات لهياكل البروتين المحددة بواسطة علم البلورات والرنين المغناطيسي النووي: اختبار إحصائي للاختلافات الهيكلية وتأثير التعبئة البلورية. البروتينات 69: 449-65.

  2. جرانت بج ، جورف أأ ، ماكامون جا. 2009. التحول التوافقي Ras: محاكاة التحولات التوافقية المعتمدة على النيوكليوتيدات مع الديناميكيات الجزيئية المتسارعة. بلوس علم الأحياء الحسابي 5 (3): e1000325.

  3. كوماراسوامي م ، نيوبيري كج ، برينان رغ. 2010. اللدونة المطابقة لمجال الملف الملفوف لـ BmrR مطلوبة لربط مشغل bmr: هيكل BmrR غير المجنح. مجلة البيولوجيا الجزيئية 398: 264-75.


أفضل طريقة لتمييز "الانتقال المطابق الفعلي من التقلبات الحرارية" في البروتين هي (التحديد و) قارن هياكل الدقة الذرية للبروتين الخالي من الترابط والرابط.

http://www.rcsb.org/pdb/home/home.do


حساب جذر متوسط ​​الانحراف التربيعي للتركيبات الذرية¶

نحسب RMSD للمجالات في adenylate kinase أثناء انتقالها من بنية مفتوحة إلى مغلقة ، وننظر في حساب RMSDs الموزون.

التحديث الاخير: 26 يونيو 2020 مع MDAnalysis 1.0.0

الإصدار الأدنى من MDAnalysis: 1.0.0

الحزم المطلوبة:

ينفذ MDAnalysis حساب RMSD باستخدام خوارزمية QCP السريعة ([The05]). يرجى الاستشهاد بـ ([The05]) عند استخدام وحدة MDAnalysis.analysis.align في العمل المنشور.


ملخص المؤلف

عادة ما يتم قياس حركات البروتين كميا لقياس الاختلافات الهيكلية بين المطابقين. يسمى امتداد هذه الاختلافات بالتنوع التوافقي. هذه الحركات ضرورية لفهم بيولوجيا البروتين. لقد وجدنا أن توزيع التنوع المطابق في مجموعة بيانات كبيرة من البروتينات يمكن تفسيره من حيث ثلاث مجموعات تشترك في الميزات القائمة على الهيكل الناشئة من مجموعة المطابقة لكل بروتين. المجموعة الأولى ، التي أطلقنا عليها اسم "جامدة" ، تشتمل على بروتينات لا تُظهر حركات العمود الفقري تقريبًا ولكن مع تغييرات مهمة في الأنفاق. من أجل زيادة التنوع التوافقي ، يُطلق على المجموعات الأخرى اسم مضطرب جزئيًا وقابل للطرق ، حيث تُظهر المناطق المضطربة والتجاويف المهمة ولكن بسلوك مختلف مع بعضها البعض. يمكن أن تمثل الميزات المشتركة في كل مجموعة آليات التوافق المتعلقة بالوظائف البيولوجية.

الاقتباس: Monzon AM و Zea DJ و Fornasari MS و Saldaño TE و Fernandez-Alberti S و Tosatto SCE وآخرون. (2017) يكشف تحليل التنوع التوافقي عن ثلاث آليات وظيفية في البروتينات. بلوس كومبوت بيول 13 (2): e1005398. https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1005398

محرر: كريستين أ. أورينغو ، جامعة كوليدج لندن ، المملكة المتحدة

تم الاستلام: 10 سبتمبر 2016 وافقت: 2 فبراير 2017 نشرت: 13 فبراير 2017

حقوق النشر: © 2017 Monzon et al. هذا مقال مفتوح الوصول يتم توزيعه بموجب شروط ترخيص Creative Commons Attribution License ، والذي يسمح بالاستخدام غير المقيد والتوزيع والاستنساخ في أي وسيط ، بشرط ذكر المؤلف والمصدر الأصليين.

توافر البيانات: جميع البيانات ذات الصلة موجودة داخل الورقة وملفات المعلومات الداعمة الخاصة بها.

التمويل: تم توفير التمويل لهذا البحث من قبل COST Action (BM1405) شبكة البروتينات غير الكروية (SCET) و Universidad Nacional de Quilmes (PUNQ 1004/11) (GP). لم يكن للممولين دور في تصميم الدراسة أو جمع البيانات وتحليلها أو اتخاذ قرار النشر أو إعداد المخطوطة.

تضارب المصالح: وقد أعلن الباحثون إلى أن لا المصالح المتنافسة موجودة.


ملخص المؤلف

تقوم الآلات الجزيئية بتحويل الطاقة الكيميائية إلى عمل ميكانيكي في عملية تنفيذ مهامها المحددة. غالبًا ما يتم تغذية هذه البروتينات بربط ATP والتحلل المائي ، مما يتيح التبديل بين التركيبات المختلفة. المرافقة GroEL المعتمدة على ATP هي آلة جزيئية تفتح وتغلق هيكلها الشبيه بالبراميل من أجل توفير قفص قابل للطي للبروتينات غير المطوية. يتم تعزيز السعي لفهم GroEL والآلات الجزيئية الأخرى والتحكم فيها بشكل كامل من خلال استكمال العمل التجريبي بأساليب حسابية. هنا ، نقدم وصفًا للأساس الجزيئي للتغييرات التوافقية في الوحدة الفرعية GroEL من خلال إجراء عمليات محاكاة ديناميكية جزيئية واسعة النطاق. عينات المحاكاة السكان التوافقية لمختلف الحالات الخالية من النوكليوتيدات والمحددة في الوحدة الفرعية المعزولة. تكشف النتائج أن مطابقة الوحدة الفرعية عند عزلها تشبه تلك الخاصة بالوحدة الفرعية المدمجة في مجمع GroEL. علاوة على ذلك ، تسمح محاكاة الديناميكيات الجزيئية باتباع التغييرات التفصيلية في التفاعلات الفردية بين الذرات الناتجة عن ارتباط ATP.

الاقتباس: Skjaerven L و Grant B و Muga A و Teigen K و McCammon JA و Reuter N وآخرون. (2011) أخذ العينات المطابقة والتحولات المعتمدة على النيوكليوتيدات للوحدة الفرعية لـ GroEL التي تم التحقق منها بواسطة محاكاة الديناميكيات الجزيئية غير المتحيزة. بلوس كومبوت بيول 7 (3): e1002004. https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1002004

محرر: جيانبينج ما ، كلية بايلور للطب ، الولايات المتحدة الأمريكية

تم الاستلام: 6 أكتوبر 2010 وافقت: 9 ديسمبر 2010 نشرت: 10 مارس 2011

حقوق النشر: © 2011 Skjaerven et al. هذا مقال مفتوح الوصول يتم توزيعه بموجب شروط ترخيص Creative Commons Attribution License ، والذي يسمح بالاستخدام غير المقيد والتوزيع والاستنساخ بأي وسيلة ، بشرط ذكر المؤلف الأصلي والمصدر.

التمويل: تم الاعتراف بمجلس الأبحاث النرويجي لموارد وحدة المعالجة المركزية الممنوحة من خلال برنامج الحوسبة الفائقة NOTUR (http://www.notur.no/) ومركز بيرغن للعلوم الحاسوبية لتوفير مرافق كمبيوتر قوية (http://www.bccs.uni.no /). تم تمويل العمل في CSIC / UPV / EHU من قبل MICINN (منحة BUF2007-64452). لم يكن للممولين دور في تصميم الدراسة أو جمع البيانات وتحليلها أو اتخاذ قرار النشر أو إعداد المخطوطة.

تضارب المصالح: وقد أعلن الباحثون إلى أن لا المصالح المتنافسة موجودة.


تحليل الهيكل

يتم تحديد البنية ثلاثية الأبعاد للبروتينات من خلال العديد من التفاعلات ، مثل الروابط التساهمية والروابط الهيدروجينية والتأثير الكارثي للماء. على الرغم من أن البنية المحلية تظل سليمة خلال معظم التحولات التوافقية ، فقد وجد أن التغييرات التوافقية للبروتينات غالبًا ما ترتبط بفتح واحد أو أكثر من الروابط الهيدروجينية. نظرًا لأن اكتشاف هذه الروابط الهيدروجينية غير المستقرة أمر ضروري للتنبؤ بمرونة البروتين ، فقد طورنا طريقة لتحديد هذه الروابط الهيدروجينية غير المستقرة بناءً على بيئتها المحلية. 4 تعتمد الطريقة على تقدير احتمالية تعرض رابطة الهيدروجين للهجوم بواسطة جزيئات الماء. بصرف النظر عن الهندسة في بنية الإدخال ، من المرجح أن تنفتح الرابطة الهيدروجينية التي يمكن أن تهاجمها جزيئات الماء أكثر من الرابطة الهيدروجينية المحمية ببقايا كارهة للماء. 9-12 في عملية تعريف القيد في tCONCOORD ، نحسب درجة الذوبان لكل رابطة هيدروجينية. إذا تجاوزت هذه الدرجة حدًا محددًا مسبقًا ، يتم تصنيف رابطة الهيدروجين على أنها غير مستقرة ولا يتم تضمينها كقيود هندسية. وبالتالي ، في المجموعة التي تم إنشاؤها لاحقًا ، لا يتم حفظ هذه الروابط الهيدروجينية بشكل ضروري.

يسمح tCONCOORD-GUI بتحميل نتائج عملية تعريف القيد وتصور القيود المحددة (انظر الشكل 2). يتم عرض الهيكل في نافذة PyMOL يتم التحكم فيها بواسطة tCONCOORD-GUI. وبالتالي يتم تمثيل سلسلة البروتين على أنها C مبسطةα نموذج للوضوح. يتم تمثيل الأنواع المختلفة من التفاعلات على شكل أسهم ملونة. علاوة على ذلك ، يتم سرد كل تفاعل في جدول ويتم عرض معلومات مفصلة ، على سبيل المثال ، هندسة أو طاقات رابطة الهيدروجين ، في حقل نصي. يتم أيضًا عرض روابط الهيدروجين التي لا تؤخذ في الاعتبار بسبب احتمالات الذوبان العالية. يمكن تغيير العتبة بشكل تفاعلي لتمكين المستخدم من دراسة جميع روابط الهيدروجين بدقة وإعداد عمليات محاكاة ذات عتبات مختلفة.

اعتمادًا على السؤال المعين ، قد يكون من المفيد إيقاف التفاعلات ، على سبيل المثال ، لدراسة تأثير رابطة هيدروجين معينة على المرونة التوافقية. وبالتالي ، فإن tCONCOORD-GUI يسمح بالتأثير بشكل تفاعلي على عملية تعريف القيد من خلال تمكين وتعطيل التفاعلات بشكل انتقائي.


أساليب

الوظائف المحتملة.

لقد أجرينا حسابات متوازية بناءً على ثلاث وظائف محتملة مختلفة.

وظيفة جهد توافقي بسيطة ، والتي تمثل جميع التفاعلات بين المخلفات داخل نصف قطر القطع (13 Å) مثل الينابيع لحساب مجموعة فرعية من الأوضاع العادية البطيئة (29) ، تعمل كعنصر تحكم. يتم إعطاؤه بواسطة ثابت زنبركي منتظم ك تم اعتماد 1 كيلو كالوري / مول 2 لجميع المخلفات الأقرب من مسافة القطع. صاي جاي يمثل متجه الإزاحة ، و صاي جاي يمثل 0 مسافات التوازن بين مواضع ذرات Cα أنا و ي. ن هو عدد المخلفات.

يتم اتباع نهج بديل لإدخال قيود إضافية على ذرات Cα المجاورة لنمذجة الروابط الزائفة بين كل بقايا. تصبح الإمكانات المعدلة في هذا النموذج المقيد بالسندات ، كرابطة هو ثابت الربيع للتفاعل بين ذرات Cα المجاورة ، و كغير مقيد هو ثابت الربيع للتفاعل بين ذرات Cα المجاورة غير المقيدة. تم اعتماد قيمة 70 كيلو كالوري / مول 2 ل كرابطة بناءً على التحليل الإحصائي وانعكاس بولتزمان لبيانات علم البلورات.

إن مجال قوة VAMM المفصل بالكامل هو المكان الذي يتم فيه تعريف كل مصطلح في ورقة مصاحبة (19). باختصار، الخامسالمستعبدين هو نفس مصطلح تقييد السندات كما هو الحال في الخامسمقيد بوند في مكافئ. 2، بما في ذلك تعريفات منفصلة لـ عبر- و رابطة الدول المستقلة- روابط الببتيد ولروابط ثاني كبريتيد الخامسزاوية للقيود على زوايا الرابطة الافتراضية τ ، والتي تعتمد على نوع الهيكل الثانوي الخامسثنائي السطوح للقيود على الزوايا الافتراضية ثنائية الأضلاع θ ، والتي تعتمد أيضًا على البنية الثانوية الخامسغير مقيد للقيود المفروضة على التفاعلات غير المقيدة بين أزواج الذرة أكثر من خمس بقايا متباعدة ، والتي تكون خاصة بهويات الأحماض الأمينية و الخامسمحلي هو للقيود التي تحافظ على الأشكال الهندسية المحلية.

انتقالات تكرارية مدفوعة بالوضع العادي.

قمنا بحساب مسار الانتقال بين اثنين من المطابقات البديلة ، أ (على سبيل المثال ، حالة ADK المفتوحة) و ب (على سبيل المثال ، حالة ADK المغلقة) ، عن طريق تحريك كل هيكل نحو الآخر في تكرارات الحركات الموجهة في كل خطوة على طول الوضع العادي لأكبر تفاعل مع الهيكل المستهدف. فقط بقايا البروتين المصممة على شكل روابط ربط ضمنية. لكل هيكل ، من نقاط البداية في أ0 و ب0 من خلال الوسطاء أأنا و بأنا في كل خطوة أنا، يتم إنشاء مصفوفة هسي من الوظيفة المحتملة المعينة المستخدمة في هذا التحليل (مكافئ. 1, 2، أو 3) وقطريًا لحساب الأوضاع العادية (30 ، 31).

بشكل عام ، تعتبر 20 طريقة بطيئة كافية لتمديد التقلبات البطيئة للجزيئات الكبيرة التي تأخذ عينات من الحركات الوظيفية (17). وبالتالي ، قمنا بفحص 20 وضعًا عاديًا للتردد الأدنى لكل من المطابقة أأنا و بأنا للعثور على الوضع الطبيعي من كل حالة اهتزاز بها أكبر عامل تداخل ماركيز-سانجوان (32) مع الحالة المستهدفة البديلة. يقيس هذا العامل ، المسمى أيضًا معامل التورط بواسطة Ma و Karplus (33) ، مقدار مساهمة الوضع الطبيعي المعين في الإزاحة الجزيئية بين اثنين من المطابقات. معامل المشاركة ، أناik، هو إسقاط متجه الوضع العادي على الإزاحة الخطية: أين في الخطوة أنا, إلكيلوجول هو المكون من eigenvector ك يعمل على الذرة يو Δصي هو متجه الإزاحة بين الحالات الوسيطة المتولدة من هياكل البدء البديلة. كلاهما للوضع من أأنا مع أعلى معامل مشاركة في اتجاه بأنا وللنمط بأنا مع أعلى معامل مشاركة في الاتجاه أأنا، يجب اختبار كل اتجاه للوضع ، وهو ما نقوم به من خلال حساب قيم rmsd الزوجية بين أربعة مطابقات محتملة تم إنشاؤها من الحالات أأنا و بأنا بعد تطبيق التحولات التي تمليها الأوضاع المعنية في كل اتجاه من الاتجاهات البديلة.

التحولات لكل حركة للمخلفات ي من أين ج هو ثابت تم اختياره على أنه 0.005، λك هي القيمة الذاتية للوضع ك, إلكيه هو المتجه الذاتي للوضع ك يتصرف في ذرة ي، و ± تشير إلى الاتجاهات البديلة لهذا الوضع. أظهرت الاختبارات أن طبيعة التحولات التوافقية غير حساسة نسبيًا لقيمة ج خلال فترة زمنية معينة (الجدول S2) ، وتم اختيار 0.005 بحيث يتم إجراء العمليات الحسابية في غضون وقت معقول لوحدة المعالجة المركزية وبدون تشوهات غير واقعية بسبب أحجام الخطوات الكبيرة.

ثم يصبح المطابقان الجديدان من مجموعات الإزاحة التي تعطي قيمًا قليلة لجذر متوسط ​​التربيع (rmsd) هي هياكل الإدخال لخطوة التكرار التالية. تستمر العملية حتى المطابقين المتوسطين أأنا و بأنا تتلاقى ضمن معايير التقارب ، والتي يتم تحديدها عادةً كقيمة rmsd بقيمة 1. قيمة القطع هذه مناسبة لأن الأنماط العادية المحسوبة من بنيتين أقرب من 1 Å rmsd لا تختلف اختلافًا كبيرًا (34) ، وهذان الهيكلان متشابهان جدًا بشكل عام ، باستثناء الحلقات المرنة. يمكن وضع معيار أكثر تساهلاً في الحالات التي تكون فيها الحركات المعقدة ، مثل الحلقات المرنة أو أحداث الطي المحلية ، متضمنة أيضًا على عكس الانتقال الملحوظ في ADK.

خوارزمية التحكم.

حسابات التحولات التوافقية مع الإمكانات التوافقية البسيطة (مكافئ. 1) أو الجهد التوافقي المقيد بالرابطة (Eq. 2) استخدم الخوارزمية الموضحة في الشكل S3. يتم إجراء الأوضاع العادية والحركات التكرارية على النحو الموصوف أعلاه ، وأخذ عينات من أقل 20 وضعًا للتردد والتحرك في اتجاه الأوضاع العادية التي لها مشاركة أكبر في الاتجاهات نحو الهياكل المستهدفة المعنية.

خوارزمية VAMM.

حسابات المسارات الانتقالية المطابقة مع وظيفة VAMM المحتملة (مكافئ. 3) استخدم الخوارزمية الموضحة في الشكل S4. تشبه خوارزمية VAMM خوارزمية التحكم ، ولكن يتم فرض متطلبات إضافية. في الخطوة الأولية ، يتم تعيين الهياكل الثانوية اللازمة لـ VAMM من إحداثيات التركيب البلوري للمطابقة أ0 و ب0 باستخدام خوارزمية DSSP (35). يتبع هذه الخطوة تصغير نيوتن مبتور لنظام Cα في مجال قوة VAMM إلى تدرج من 0.1 kcal / molÅ (36). يتم إنشاء المصفوفات Hessian من كل من هذه الهياكل المصغرة باستخدام VAMM ثم يتم تحديدها قطريًا لتقييم الوضع العادي. يتم تكرار الإجراء كما هو موضح أعلاه لإنشاء وسيطة متتالية أأنا و بأنا. مع استمرار الحساب ، يتم تحديث الهياكل الثانوية للحالات الوسيطة المحسوبة على فترات 0.1 rmsd (rmsdتحديث) بين الحالات الوسيطة المحسوبة. ملف rmsdتحديث القيم بين 0.1 و 0.5 ولدت نتائج موثوقة ومتسقة عند حساب انتقال ADK. بالإضافة إلى ذلك ، يتم إجراء عمليات تقليل الطاقة للحالات الوسيطة كلما ارتفع تدرج الطاقة فوق 1 كيلو كالوري / مول. هذا النهج يحافظ على النظام بالقرب من الحدود الدنيا للطاقة المحلية ويساعد أيضًا على استرخاء السلالات العالية بشكل مصطنع. معيار التقارب هو مرة أخرى 1 Å rmsd.

توزيعات معلمات التشكل الملتصقة فعليًا.

تم تقييم مخططات كفاف الاحتمالية للمعلمات المطابقة ذات الصلة من نفس قاعدة بيانات Top500 (21) المستخدمة لإنتاج قطع أراضي Ramachandran بواسطة برنامج MolProbity (37). التفاصيل في نص SI.

سلالة الطاقة من الدول الوسيطة.

يتم حساب السلالات التي تتراكم أثناء التحولات التوافقية بإمكانية البئر المزدوج المشابهة لتلك الخاصة بنموذج الشبكة البلاستيكية (18). التفاصيل في نص SI.


RMSD أثناء الانتقال التوافقي في البروتينات - علم الأحياء

يتم توفير جميع المقالات المنشورة بواسطة MDPI على الفور في جميع أنحاء العالم بموجب ترخيص وصول مفتوح. لا يلزم الحصول على إذن خاص لإعادة استخدام كل أو جزء من المقالة المنشورة بواسطة MDPI ، بما في ذلك الأشكال والجداول. بالنسبة للمقالات المنشورة بموجب ترخيص Creative Common CC BY ذي الوصول المفتوح ، يجوز إعادة استخدام أي جزء من المقالة دون إذن بشرط الاستشهاد بالمقال الأصلي بوضوح.

تمثل الأوراق الرئيسية أكثر الأبحاث تقدمًا مع إمكانات كبيرة للتأثير الكبير في هذا المجال. يتم تقديم الأوراق الرئيسية بناءً على دعوة فردية أو توصية من قبل المحررين العلميين وتخضع لمراجعة الأقران قبل النشر.

يمكن أن تكون ورقة الميزات إما مقالة بحثية أصلية ، أو دراسة بحثية جديدة جوهرية غالبًا ما تتضمن العديد من التقنيات أو المناهج ، أو ورقة مراجعة شاملة مع تحديثات موجزة ودقيقة عن آخر التقدم في المجال الذي يراجع بشكل منهجي التطورات الأكثر إثارة في العلم. المؤلفات. يوفر هذا النوع من الأوراق نظرة عامة على الاتجاهات المستقبلية للبحث أو التطبيقات الممكنة.

تستند مقالات اختيار المحرر على توصيات المحررين العلميين لمجلات MDPI من جميع أنحاء العالم. يختار المحررون عددًا صغيرًا من المقالات المنشورة مؤخرًا في المجلة والتي يعتقدون أنها ستكون مثيرة للاهتمام بشكل خاص للمؤلفين أو مهمة في هذا المجال. الهدف هو تقديم لمحة سريعة عن بعض الأعمال الأكثر إثارة المنشورة في مجالات البحث المختلفة بالمجلة.


إمكانية الوصول إلى البيانات

المعلومات (AIRs) المستخدمة لدفع الالتحام مع أرقام i-RMSD و l-RMSD و fnat لأنظمة البروتين والبروتين والحمض النووي في مرحلة ما بعد أخذ العينات متاحة كمواد تكميلية (البيانات S1). جميع النماذج التي تم إنشاؤها للمجمعات المختلفة مع إحصاءاتها متاحة للتنزيل من مستودع بيانات SBGrid 36 (https://data.sbgrid.org/labs/32/ ، https://doi.org/10.15785/SBGRID/707 ).

يرجى ملاحظة ما يلي: الناشر غير مسؤول عن محتوى أو وظيفة أي معلومات داعمة مقدمة من المؤلفين. يجب توجيه أي استفسارات (بخلاف المحتوى المفقود) إلى المؤلف المقابل للمقالة.


توليد مسارات انتقالية توافقية مع حواجز طاقة محتملة منخفضة للبروتينات

يمكن أن تكون معرفة مسارات الانتقال التوافقية في البروتينات مفيدة لفهم آليات البروتين. في الآونة الأخيرة ، قدمنا ​​طريقة الاستيفاء As-Rigid-As-Possible (ARAP) ، لتوليد مسارات الاستيفاء بين اثنين من مطابقة البروتين. تم إثبات أن الطريقة تحافظ جيدًا على صلابة التشكل الأولي على طول المسار. ومع ذلك ، نظرًا لأن الطريقة تعتمد تمامًا على الهندسة ، فقد تكون المسارات المولدة غير متسقة بسبب تجاهل تفاعلات الذرة. لذلك ، في هذه المقالة ، نود أن نقدم طريقة جديدة لإنشاء مسارات انتقالية توافقية مع حواجز طاقة محتملة منخفضة للبروتينات. تتكون الطريقة من ثلاث مراحل معالجة. أولاً ، يتم استخدام الاستيفاء ARAP لتوليد مسار أولي. بعد ذلك ، يتم تحسين توافق المسار بواسطة مزيل الصدام. أخيرًا ، يتم استخدام Nudged Elastic Band ، وهي طريقة لتحسين المسار ، لإنتاج مسار منخفض الطاقة. تم العثور على تخفيضات كبيرة في الطاقة في المسارات التي تم الحصول عليها من الطريقة مقارنة بتلك التي تم الحصول عليها من طريقة الاستيفاء المختصرة في إعادة التوطين وحدها. تظهر النتائج أيضًا أن الاستيفاء ARAP هو مرشح جيد لتوليد مسار أولي لأنه يؤدي إلى مسارات طاقة محتملة أقل من طريقتين شائعتين أخريين لاستيفاء المسار.

هذه معاينة لمحتوى الاشتراك ، والوصول عبر مؤسستك.


أساليب

مبنى مجموعة البيانات

لا تتوفر دائمًا المعلومات حول تركيز المذيب والإجراءات التجريبية المطبقة على بلورة البروتين من ملفات PDB (أي المعلومات غير الكاملة أو الغائبة). لحل هذه المشكلة ، قمنا ببناء قائمة إجماعية للمذيبات العضوية ووسائط التبلور غير المائية التي تستخدم بشكل شائع في عملية التبلور للقيام بذلك ، أشرنا إلى الكتيبات البلورية والمقالات البحثية. بعد ذلك ، استخدمنا هذه القائمة للبحث في الهياكل البلورية (بدون طفرات ودقة & lt 4 Å) من قاعدة بيانات التنوع المطابق في الحالة الأصلية للبروتينات (CoDNaS) (قاعدة بيانات التنوع التوافقي ، استنادًا إلى مجموعة من الهياكل الزائدة عن الحاجة لنفسه. البروتين المرتبط بالمعلومات الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية) [26]. تم استخدام وجود هذه الجزيئات العضوية في البلورة ، المشار إليها في حقل HETATOM لملفات PDB ، لتمييز تركيبات البيئة المائية عن غير المائية ، وبناء مجموعة البيانات "الكبيرة". تحتوي مجموعة البيانات الكبيرة بعد ذلك على 1737 بروتينًا مع 3474 من المطابقات. لقد نظرنا أيضًا في مجموعة بيانات أخرى ناتجة عن طريقة تخريد الويب ومعالجة اليد لجمع الهياكل المتعلقة بطرق النقع والتبلور المشترك في المذيبات العضوية ، والتي تحتوي على 33 بروتينًا و 2755 بنية. في هذه الحالة ، تم جمع الهياكل باستخدام طريقة تخريد الويب ، حيث تم استكشاف قواعد البيانات الببليوغرافية لجمع المقالات البحثية المتعلقة بطرق النقع والتبلور المشترك في المذيبات العضوية و / أو الوسائط غير المائية. باستخدام طريقة التنقيب عن النص ، تم تحليل جميع المقالات الموجودة وربطها بهيكل PDB. تم ربط الهياكل التي تم الحصول عليها بإدخالات CoDNaS الخاصة بهم على التوالي من أجل الحصول على المطابقات لكل بروتين. تم اعتبار مجموعة البيانات الأخيرة هذه على أنها مجموعة "تحكم" وكانت جميع ميولها متناقضة مع تلك الموجودة في الاتجاهات "الكبيرة". تم استكشاف أزواج من المطابقات لوجود روابط ملزمة ، من أجل الحصول على أزواج من المطابقات المقيدة وغير المقيدة لتجنب التحيز في تحليل التنوع المطابق. تم تقييم وجود الروابط المرتبطة باستخدام قاعدة بيانات BioLiP [42].

تم تقديم كلتا مجموعتي البيانات وتحليلهما على أنهما يحتويان على ثلاث مجموعات فرعية من أزواج المطابقة: تلك التي يحتوي فيها كلا المطابقين على أي من المذيبات العضوية الشائعة و / أو الوسائط غير المائية المستخدمة في تقديرات بنية البروتين في قائمتنا (انظر الملف الإضافي 1: الجدول S1 ) أو تم الحصول عليها من المقالات البحثية المتعلقة بالتبلور المشترك والنقع في المذيبات العضوية (OO) تلك التي تحتوي على جزيئات عضوية في بلور واحد منها فقط (AO) وتلك التي لا يوجد فيها مذيب عضوي (AA) . في كل مجموعة ، اعتبرنا فقط أعلى متوسط ​​انحراف مربع لجذر C-alpha (RMSD) بين المطابقات المقابلة لبروتين معين. لذلك ، حصلنا على ثلاث مجموعات فرعية لمجموعة البيانات الكبيرة (AA و AO و OO مع 9680 و 1737 و 2062 زوجًا من المطابقات على التوالي) وثلاث مجموعات فرعية لمجموعة بيانات التحكم (AA و AO و OO مع 33 و 31 و 25 زوجًا من المطابقات ، على التوالى).

التوصيف الهيكلي

لتقدير الاختلاف الهيكلي بين المطابقين ، استخدمنا C-alpha RMSD ، والذي تم حسابه باستخدام MAMMOTH [43]. مساحة السطح التي يمكن الوصول إليها (ASA) هي مساحة سطح الجزيء الحيوي التي يمكن للمذيب الوصول إليها. تم الحصول على حسابات ASA لكل أداة مطابقة باستخدام NACCESS (S. Hubbard and J. Thornton. 1993. NACCESS ، برنامج الكمبيوتر ، قسم الكيمياء الحيوية البيولوجيا الجزيئية ، كلية لندن الجامعية). يتوافق ASA العالمي مع مجموع قيم ASA المطلقة لكل بقايا ويتم حساب ASA النسبي لكل حمض أميني في البروتين من خلال التعبير عن الأسطح المختلفة التي يمكن الوصول إليها من البقايا والتي تم جمعها كنسبة مئوية من تلك التي لوحظت في ثلاثي الببتيد ALA-X-ALA.

للحصول على قياس حركات الأحماض الأمينية ، قمنا بحساب كمية الأحماض الأمينية المدفونة (تم اعتبار ASAs أقل من 25 ٪ مدفونة ، واعتبرت ASAs التي تزيد عن 25 ٪ مكشوفة) للمجموعات الثلاثة. تمت معالجة جميع البيانات باستخدام البرامج النصية الخاصة بنا المشفرة في Python.

لاستكشاف التحولات بين الهياكل الثانوية المختلفة ، قمنا بتعريف البنية الثانوية لكل أداة مطابقة باستخدام DSSP [44]. تم حساب ذرات C-alpha والبقايا RMSD لكل موضع باستخدام ProFit (Martin ، A.C. R. and Porter ، C. T. http://www.bioinf.org.uk/software/profit/). تم افتراض أن الاضطراب يمثله فقدان إحداثيات كثافة الإلكترون في بنية يحددها حيود الأشعة السينية [45]. لتحديد المناطق المضطربة جوهريًا (IDRs) ، نظرنا فقط في تلك الأجزاء التي تحتوي على خمسة أو أكثر من المخلفات المفقودة المتتالية والتي لم تكن في النهايات الطرفية الأمينية أو الكربوكسيلية لتسلسل البروتين (تم استبعاد أول وآخر 20 بقايا من السلسلة). تمت دراسة فئة الطيات والأسرة الكبيرة باستخدام قاعدة بيانات CATH [46]. نظرًا لأن التحكم ومجموعة البيانات الكبيرة أظهرت نفس الاتجاه من حيث العمود الفقري RMSD ، فقد تم إجراء هذه التحليلات الهيكلية فقط في مجموعة البيانات الكبيرة.

تم استرداد جميع البيانات التي تم الحصول عليها ومعالجتها باستخدام البرامج النصية محلية الصنع المشفرة في Python.

أنصاف أقطار الدوران وروابط H.

تم تقدير نصف قطر الدوران لجميع هياكل PDB باستخدام أدوات MMTSB (//blue11.bch.msu.edu/mmtsb/Main_Page). لحساب عدد روابط الهيدروجين ، استخدمنا HBPLUS [47]. تم إجراء مقارنات بين المطابقات باستخدام نصوص Python الخاصة بنا.

حساب الأنفاق والفجوات

تم تقدير عدد التجاويف والأنفاق بالإضافة إلى خصائصها لجميع المطابقات باستخدام Fpocket [48] و MOLE [49]. تم استرداد جميع البيانات التي تم الحصول عليها ومعالجتها باستخدام البرامج النصية الخاصة بنا المشفرة في Python.

الاختبارات الإحصائية

تم افتراض أن توزيعات مجموعة البيانات مستمرة وليست معلمية ، وهو ما أكده اختبار D’Agostino و Pearson العادي. تم إجراء مقارنات داخل المجموعات بواسطة اختبار Kolmogorov-Smirnov ، حسب الاقتضاء. تم استخدام ANOVA أحادي الاتجاه للمقارنات متعددة المجموعات. أ ص- تم أخذ القيمة & lt 0.05 لتدل على دلالة إحصائية.


شاهد الفيديو: protein purification شرح عزل وتصفية البروتينات (أغسطس 2022).