معلومة

تحديد ما إذا كان نموذج البروتين يحتوي على تصادم العمود الفقري

تحديد ما إذا كان نموذج البروتين يحتوي على تصادم العمود الفقري


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.

لدي مجموعة من نماذج التماثل للبروتين ، وأود الآن إزالة تلك النماذج التي بها صدامات في العمود الفقري. من الواضح أنه يمكنني التحقق بالعين ولكن هذا أمر شخصي وربما لن يتم قبوله للنشر.

ما هي أفضل طريقة (قابلة للتكرار) لتحديد ما إذا كان نموذج بروتين معين يحتوي على تصادم في العمود الفقري؟


طريقة التحقق من التصادم الفراغي بين أي ذرتين ، العمود الفقري أو غير ذلك ، هي حساب المسافة الإقليدية. لوأوبتمثل ذرتين (معفأسكونه إحداثيات X للذرةأوما إلى ذلك) ، يمكنك حساب المسافة الإقليدية على النحو التالي.

د (أ ، ب) = الجذر التربيعي ((a_x - b_x) ^ 2 + (a_y - b_y) ^ 2 + (a_z - b_z) ^ 2))

لذا فإن الفكرة الأساسية هي حساب المسافة الزوجية بين كل ذرة من ذرات العمود الفقري. بالنسبة لأي زوج من الذرات ، هناك تصادم فاصل إذا كانت المسافة بينهما أقل من عتبة معينة. إذا كنت أتذكر بشكل صحيح ، فإن هذه العتبة هي مجموع نصف قطر فان دير فالس للذرتين.


تحديد ما إذا كان نموذج البروتين يحتوي على صراع العمود الفقري - علم الأحياء

يتضمن هذا البرنامج التعليمي تحليل موقع الربط ومقارنة الهياكل ذات الصلة عن طريق التراكب والتحول. مطلوب الاتصال بالإنترنت لجلب الهياكل 3w7f و 2zco.

& لار الخلفية والإعداد

الكائن الممرض المكورات العنقودية الذهبية يصنع صبغة تسمى الستافيلوكسانثين. تضفي الصبغة لونًا ذهبيًا (وبالتالي المذهبة) ، ولكن الأهم من ذلك ، يساهم في الفوعة من خلال حماية البكتيريا من القتل من قبل الجهاز المناعي المضيف. ال بكتريا المكورة العنقودية البرتقالية قد يكون إنزيم CrtM هدفًا جيدًا للأدوية لأنه يحفز خطوة رئيسية في تخليق الستافيلوكسانثين:

ابدأ Chimera بالنقر أو النقر المزدوج على ملف الوهم رمز (حسب موقعه). عادة ، سيكون هذا الرمز موجودًا على سطح المكتب. يمكن أيضًا تشغيل ملف Chimera القابل للتنفيذ من موقع التثبيت الخاص به (التفاصيل.).

ستظهر شاشة البداية ، ليتم استبدالها في بضع ثوانٍ بنافذة رسومات Chimera الرئيسية أو الوصول السريع الواجهة (لا يهم أيهما ، ستعمل الإرشادات التالية مع أي منهما). إذا أردت ، قم بتغيير حجم نافذة Chimera عن طريق سحب الزاوية اليمنى السفلية.

  • رؤية جانبية (تحت ضوابط المشاهدة)
  • FindHBond (تحليل الهيكل)
  • البحث عن الاشتباكات / جهات الاتصال (تحليل الهيكل)
  • الروتامير (تحرير الهيكل)
  • سجل الرد (المرافق ، القسم الأخير)

أحضر هيكلًا من بنك بيانات البروتين واستخدم الإعداد المسبق للشرائط:

موقع نشط
يعرض هذا الإعداد المسبق سلسلتي البروتين (A و B) حيث يتم عرض شرائط حمراء وزرقاء مرتبطة بالجزيئات والجزيئات الجانبية المجاورة كعصي. السلاسل نسختان من الإنزيم. حذف السلسلة ب:

يجمع الإنزيم بين جزيئين يحتويان على 15 كربونًا من بيروفوسفات فارنيسيل ليشكل دهنيًا يحتوي على 30 كربونًا. يحتوي هذا الهيكل على farnesyl ثيوبيروفوسفات ، والذي يختلف عن الركيزة باحتوائه على كبريت بدلاً من أكسجين واحد. تظهر ذرات الكبريت باللون الأصفر ، والفوسفور البرتقالي ، والأكسجين الأحمر ، والأزرق النيتروجين. قم بتسمية بقايا الترابط:

احذف الماء ، وقم بتسمية المخلفات بالسلاسل الجانبية المعروضة ، وضع الملصقات بالقرب من & alpha-carbons بدلاً من النقط الوسطى المتبقية:

& لار المسافات ، H-Bonds ، جهات الاتصال

يبدو أن العديد من السلاسل الجانبية يمكن أن تتبرع بروابط هيدروجينية لأكسجين الفوسفات. (على الرغم من أن الهيكل لا يتضمن الهيدروجين ، إلا أننا نعلم أنها موجودة!)

  1. انقر مع الضغط على مفتاح Ctrl لاختيار أكسجين السلسلة الجانبية لـ Ser 21
  2. Shift-Ctrl-double انقر فوق أقرب أكسجين فوسفاتي
  3. انقر عرض المسافة في قائمة السياق الناتجة
  1. حدد بقايا FPS (على سبيل المثال ، مع يختار. بقايا. FPS في القائمة).
  2. يبدأ FindHBond من خلال النقر فوق الرمز الخاص به:
  3. في هذا الحوار ، قم بتشغيل الخيارات:
    • ابحث عن روابط H فقط مع تحديد طرف واحد على الأقل
    • كتابة المعلومات للرد سجل
  4. يضع عرض الخط ل 3.
  5. انقر نعم.
  • اشتباكات - التفاعلات غير المواتية حيث تكون الذرات قريبة جدًا من بعضها البعض على اتصال وثيق
  • جهات الاتصال - جميع أنواع التفاعلات المباشرة: القطبية وغير القطبية ، الإيجابية وغير المواتية (بما في ذلك الاشتباكات)
  1. يبدأ البحث عن الاشتباكات / جهات الاتصال من خلال النقر فوق الرمز الخاص به:
  2. مع استمرار تحديد بقايا FPS ، انقر فوق عين. الآن ، يجب تعيين 48 ذرة للتحقق منها كل الذرات الأخرى.
  3. تعيين معامِلات Clash / Contact إلى الافتراضي اتصل المعايير (عن طريق النقر فوق الزر المحدد اتصل).
  4. تعيين علاج الصدام / ذرات الاتصال إلى:
    • يختار
    • إذا كانت ذرة نقطة النهاية مخفية ، فقم بإظهار بقايا نقطة النهاية
    • كتابة المعلومات للرد سجل
    • (أوقف أي خيارات علاجية أخرى)
  5. انقر تطبيق.

قد يرغب المرء ببساطة في قائمة المخلفات المتفاعلة بدلاً من تفاصيل كل اتصال ذري. يمكن حفظ قائمة المخلفات المحددة. أولاً ، قم بإلغاء تحديد بقايا الأيونات والأيونات ، مع ترك بقايا البروتين المختارة:

سيل يجند
أمر:

افتح ال مفتش الاختيار بالنقر فوق رمز العدسة المكبرة بالقرب من الزاوية اليمنى السفلية من النافذة الرئيسية. تشير إلى أنه تم اختيار 26 من البقايا. انقر فوق ملف قائمة الكتابة. زر (أو اختر أجراءات. قائمة الكتابة من القائمة الرئيسية). في مربع الحوار الناتج ، أشر إلى ذلك المخلفات المختارة يجب أن تكون مكتوبة. انقر سجل لكتابة القائمة إلى سجل الرد بدلا من ملف.

& لار الزوايا ، الروتامير ، الاشتباكات

يمكن عرض قيم زاوية التواء الأحماض الأمينية في مفتش الاختيار. التركيز على صور 248:


خيارات الوصول

احصل على الوصول الكامل إلى دفتر اليومية لمدة عام واحد

جميع الأسعار أسعار صافي.
سيتم إضافة ضريبة القيمة المضافة في وقت لاحق عند الخروج.
سيتم الانتهاء من حساب الضريبة أثناء الخروج.

احصل على وصول محدود أو كامل للمقالات على ReadCube.

جميع الأسعار أسعار صافي.


الهيكل الثانوي

الهيكل الثانوي للبروتين هو أي بنية منتظمة تنشأ عن التفاعلات بين الأحماض الأمينية المجاورة أو القريبة حيث يبدأ البولي ببتيد في الانطواء إلى شكله الوظيفي ثلاثي الأبعاد. تنشأ الهياكل الثانوية عندما تتشكل روابط H بين المجموعات المحلية من الأحماض الأمينية في منطقة من سلسلة البولي ببتيد. نادرًا ما يمتد هيكل ثانوي واحد عبر سلسلة البولي ببتيد. عادة ما يكون فقط في جزء من السلسلة. الأشكال الأكثر شيوعًا للهيكل الثانوي هي هياكل اللولب الحلزوني والصفائح المطوية β وتلعب دورًا هيكليًا مهمًا في معظم البروتينات الكروية والليفية.

الهيكل الثانويشكل اللولب الحلزوني والورق المطوي β بسبب الرابطة الهيدروجينية بين مجموعات الكاربونيل والأمينية في العمود الفقري للببتيد. تميل بعض الأحماض الأمينية إلى تكوين حلزون ألفا ، بينما يميل البعض الآخر إلى تكوين صفيحة مطوية β.

في سلسلة α-helix ، تتشكل رابطة الهيدروجين بين ذرة الأكسجين في مجموعة كربونيل العمود الفقري متعدد الببتيد في حمض أميني واحد وذرة الهيدروجين في المجموعة الأمينية متعددة الببتيد الأساسية لحمض أميني آخر يتكون من أربعة أحماض أمينية أبعد على طول السلسلة. هذا يحمل امتداد الأحماض الأمينية في الملف الأيمن. كل منعطف حلزوني في حلزون ألفا يحتوي على 3.6 بقايا من الأحماض الأمينية. تبرز مجموعات R (السلاسل الجانبية) للبولي ببتيد من سلسلة α-helix ولا تشارك في روابط H التي تحافظ على بنية α-helix.

في الأوراق المطوية على شكل β ، يتم الاحتفاظ بامتدادات من الأحماض الأمينية في شكل ممتد بالكامل تقريبًا & # 8220 مطوي & # 8221 أو متعرج بسبب الطبيعة غير الخطية للروابط التساهمية C-C و C-N الفردية. الملاءات ذات الثنيات β لا تحدث بمفردها أبدًا. يجب أن يثبتوا في مكانهم بواسطة ملاءات أخرى مطوية على شكل β. يتم تثبيت امتدادات الأحماض الأمينية في صفائح مطوية في هيكلها المطوي لأن روابط الهيدروجين تتشكل بين ذرة الأكسجين في مجموعة كربونيل متعددة الببتيد من صفيحة واحدة مطوية وذرة الهيدروجين في مجموعة أمينية من عديد الببتيد العمود الفقري لمجموعة أخرى β -ورقة مطوي. الصفائح المطوية على شكل β والتي تمسك بعضها البعض تتماشى أو تتعارض مع بعضها البعض. مجموعات R من الأحماض الأمينية في ورقة مطوية β تشير بشكل عمودي إلى الروابط الهيدروجينية التي تمسك الصفائح المطوية β معًا ، ولا تشارك في الحفاظ على هيكل الصفيحة المطوية β.


الدقة

الدقة هي مقياس لجودة البيانات التي تم جمعها على البلورة التي تحتوي على البروتين أو الحمض النووي. إذا تم محاذاة جميع البروتينات في البلورة بطريقة متطابقة ، مكونة بلورة مثالية للغاية ، فإن جميع البروتينات ستبعثر الأشعة السينية بنفس الطريقة ، وسيظهر نمط الانعراج التفاصيل الدقيقة للبلورة. من ناحية أخرى ، إذا كانت البروتينات الموجودة في البلورة مختلفة قليلاً ، بسبب المرونة أو الحركة الموضعية ، فلن يحتوي نمط الانعراج على قدر كبير من المعلومات الدقيقة. لذا فإن الدقة هي مقياس لمستوى التفاصيل الموجودة في نمط الانعراج ومستوى التفاصيل التي ستظهر عند حساب خريطة كثافة الإلكترون. يتم ترتيب الهياكل عالية الدقة ، بقيم دقة 1 & Aring أو نحو ذلك ، بدرجة عالية ومن السهل رؤية كل ذرة في خريطة كثافة الإلكترون. الهياكل ذات الدقة المنخفضة ، بدقة 3 & Aring أو أعلى ، تظهر فقط الخطوط الأساسية لسلسلة البروتين ، ويجب استنتاج التركيب الذري. تقع معظم بنى البروتينات المعرَّفة بالتخطيط البلوري بين هذين النقيضين. كقاعدة عامة ، لدينا ثقة أكبر في موقع الذرات في الهياكل ذات القيم الاستبانة الصغيرة ، والتي تسمى & quothigh-Resolution Structures & quot.

يتم عرض خرائط كثافة الإلكترون للهياكل مع مجموعة من الدقة. تظهر الثلاثة الأولى التيروزين 103 من الميوغلوبين ، من الإدخالات 1a6m (1.0 & Aring Resolution) ، 106m (2.0 & Aring Resolution) ، و 108m (2.7 & Aring Resolution). يوضح المثال الأخير التيروزين 130 من الهيموجلوبين (السلسلة B) ، من الإدخال 1s0h (دقة 3.0 & Aring). في الصور ، تحيط الخطوط الزرقاء والصفراء بمناطق ذات كثافة إلكترون عالية ، والنموذج الذري معروض بالعصي. تم تصوير كثافة الإلكترون باستخدام عارض أستر.

حول PDB-101

يساعد PDB-101 المعلمين والطلاب وعامة الناس على استكشاف العالم ثلاثي الأبعاد للبروتينات والأحماض النووية. يساعد التعرف على أشكالها ووظائفها المتنوعة على فهم جميع جوانب الطب الحيوي والزراعة ، من تخليق البروتين إلى الصحة والمرض إلى الطاقة البيولوجية.

لماذا PDB-101؟ يتيح الباحثون في جميع أنحاء العالم هذه الهياكل ثلاثية الأبعاد مجانًا في أرشيف بنك بيانات البروتين (PDB). يبني PDB-101 المواد التمهيدية لمساعدة المبتدئين على البدء في الموضوع ("101" ، كما هو الحال في دورة مستوى الدخول) بالإضافة إلى موارد التعلم الموسع.


تحليلات المعلومات الحيوية الإضافية التي تتضمن تسلسل البروتين *

Supratim Choudhuri ، في المعلوماتية الحيوية للمبتدئين ، 2014

8.2 رابطة الببتيد ، ومستوى الببتيد ، ودوران الرابطة ، وزوايا ثنائية السطوح ، ومؤامرة راماشاندران

الأحماض الأمينية مرتبطة ببعضها البعض بواسطة روابط الببتيد. روابط الببتيد أميد الروابط بين NH2 ومجموعات COOH من الأحماض الأمينية المجاورة. رابطة الببتيد (CN) لها طابع رابطة مزدوجة جزئية. وبالتالي ، فهي صلبة ومستوية وليست حرة في الدوران. الطائرة التي تقع عليها تسمى طائرة الببتيد أو أميد الطائرة. روابط الببتيد عبر الروابط - أي ، يوجد أكسجين الكربونيل وأميد الهيدروجين عبر موقع. ومع ذلك ، فإن NCα و جαروابط C ليست جامدة ويمكنها الدوران بحرية ، حيث تكون محدودة فقط بحجم وشخصية المجموعات R. زاوية الدوران (وتسمى أيضًا زاوية الالتواء أو زاوية زوجية) حول نورث كارولايناα يسمى السندات فاي (φ) وذلك حول جαيسمى السندات C رطل (ψ) (الشكل 8.1 أ). تحدد هاتان الزاويتان إلى حد كبير الشكل ثلاثي الأبعاد للعمود الفقري متعدد الببتيد للبروتين.

الشكل 8.1. الرابطة الببتيدية ، والطائرة الببتيدية ، ومؤامرة راماشاندران.

(أ) رابطة الببتيد ، ومستوى الببتيد ، وزوايا phi و psi ، ودوران السندات الذي يشمل اثنين من الأحماض الأمينية. NCα و جαروابط C ليست جامدة ويمكن أن تدور بحرية ، فهي مقيدة فقط بحجم وشخصية المجموعات R. (ب) رسم تخطيطي لمؤامرة راماشاندران النموذجية (φ / مؤامرة). تتوافق المناطق التي تحمل علامة "Core" مع المطابقات التي لا تحتوي على أي عائق صارم. تتوافق المناطق الصفراء المسماة "مسموح بها" مع التوافق الذي يمكن أن يكون ممكنًا إذا كانت الذرات يمكن أن تقترب قليلاً من بعضها البعض. تمثل المناطق البيضاء تشكيلات غير مواتية من الناحية التعقيمية (انظر النص). (ج) في حساب مؤامرة راماشاندران ، تعامل الذرات على أنها كرات صلبة تتوافق أبعادها مع نصف قطر فان دير فال. تم تصوير نصف قطر فان دير فال ونصف القطر التساهمي للمقارنة.

على الرغم من أن φ و أقل تقييدًا من حيث الدوران ، فإن ضخامة مجموعات R للأحماض الأمينية تميل إلى فرض بعض القيود على الدوران من خلال العائق الفراغي. هذا يجعل تركيبات معينة من φ و المفضلة. يُطلق على مؤامرة φ / لبقايا الأحماض الأمينية في الببتيد اسم مؤامرة راماشاندران . إنه ينطوي على رسم قيم على x-محور وقيم على ذ-محور للتنبؤ بالتشكيل المحتمل للببتيد. يتراوح طيف الزاوية في كل محور من -180 درجة إلى + 180 درجة. عند حساب مخطط راماشاندران ، يتم التعامل مع الذرات على أنها كرات صلبة تتوافق أبعادها مع نصف قطر فان دير فال. تعتبر أي زاوية ينتج عنها تصادم الكرات غير مواتية من الناحية التعقيمية ، وبالتالي ، فإن مثل هذه المطابقات غير مسموح بها أيضًا. يوضح الشكل 8.1 ب مخططًا مبسطًا لمؤامرة راماشاندران. تتوافق المناطق التي تحمل علامة "Core" مع المطابقات التي ليس لها أي عائق صارم. تتوافق المناطق الصفراء التي تحمل علامة "مسموح بها" مع المطابقات التي يمكن أن تكون ممكنة إذا تم استخدام أنصاف أقطار فان دير فالس الأقصر قليلاً في الحساب. بمعنى آخر ، إذا كانت الذرات يمكن أن تقترب قليلاً من بعضها البعض ، فإن هذه التطابقات ستكون ممكنة. تمثل المناطق البيضاء تشكيلات غير مواتية من الناحية التعقيمية. تم توضيح نصف قطر فان دير فال ونصف القطر التساهمي في الشكل 8.1 ج. يمكن أن تحتوي البقايا ذات السلسلة الجانبية الأقل حجمًا أو بدون سلسلة جانبية ، مثل الجلايسين (بدون سلسلة جانبية) ، على العديد من التوليفات الممكنة من φ و (على سبيل المثال في العمود الفقري متعدد الجليسين) مما يؤدي إلى مساحة أكبر مسموح بها على قطعة الأرض في الأربعة الأرباع ، في حين أن البقايا ذات السلاسل الجانبية الضخمة ، مثل البرولين أو فينيل ألانين ، لديها عدد أقل من التوليفات الممكنة من و ، وبالتالي مساحة أصغر مسموح بها على قطعة الأرض.

الزاويتان φ و لكل بقايا في بنية حلزونية متشابهة جدًا ، وهذا ما يمنح الانتظام للبنية الحلزونية. تتوافق الزوايا الموجبة مع الدوران في اتجاه عقارب الساعة والزوايا السالبة مع الدوران عكس اتجاه عقارب الساعة. تم تحديد القيم المثالية لـ φ / على النحو التالي: حلزون α الأيمن −57 درجة / −47 درجة أعسر حلزون α + 57 درجة / + 47 درجة يد أيمن 310 اللولب −74 ° / −4 ° يمين π-helix −57 ° / −70 ° متوازي-sheet (غير شائع) −119 ° / + 113 ° مضاد-sheet (مشترك) −139 ° / + 135 °. تختلف القيم الفعلية إلى حد ما عن هذه القيم المثالية. أظهرت البيانات التجريبية الحديثة أن كلا من و يمكن أن يخضعوا لدورات كبيرة ، والتي عادة ما تكون مقترنة. انظر Hovmöller، et al. 6 لمزيد من التفاصيل حول التحديد التجريبي لمطابقات السلسلة الرئيسية في 1042 وحدة بروتينية فرعية.

تتوفر أدوات عبر الإنترنت من عدة مصادر لتحليل قطع راماشاندران للبروتينات. تتوفر إحدى هذه الأدوات في خادم أوبسالا راماشاندران (http://eds.bmc.uu.se/ramachan.html). تعتمد هذه الخدمة على برنامج Moleman2. 7


Phi / Psi باستخدام مجموعة أدوات النمذجة الجزيئية (MMTK)

يستخدم الجزء القصير التالي من كود بيثون مجموعة أدوات النمذجة الجزيئية لكونراد هينسن (MMTK) لتحميل ملف PDB (1HMP) ، وحساب & # 981 و & psi ، وطباعتها على الشاشة (بالراديان). الشفرة موجزة للغاية لأن MMTK لديها دعم لحساب زوايا العمود الفقري للبروتين psi / phi ثنائية السطوح المضمنة:

أو ، يمكنك القيام بهذه البقايا عن طريق البقايا - طباعة المزيد من المعلومات قليلاً مع تقدمنا:

سيبدو الناتج الناتج مثل هذا (اعتمادًا على ملف PDB الذي تستخدمه):

لاحظ أنه بالنسبة للبقايا الأولى لكل سلسلة بروتين ، فإن phi غير محدد ، بينما بالنسبة للبقايا الأخيرة ، فإن psi غير محددة. لاحظ أيضًا أن MMTK تُرجع الزوايا بالتقدير الدائري ، بينما يتم رسم معظم المؤامرات من -180 درجة إلى + 180 درجة.

تأتي هذه البساطة بتكلفة - تعتبر MMTK خاصة جدًا بشأن ملفات PDB الخاصة بها ، ولن تتسامح مع الكثير من الانحراف عن المعيار. في الواقع ، هذا المثال 1HMP هو مثال على ذلك - يوجد بالفعل كسر في السلسلة B ، كما سنكتشف لاحقًا باستخدام BioPython.

على سبيل المثال ، تحتوي العديد من ملفات PDB على & quotfunny & quot الهيدروجين (على سبيل المثال للحامض الهيستيدات البروتونية غير المعلنة) والتي ستؤدي إلى اختناق MMTK. طريقة واحدة للتغلب على هذا هي تجاهل أي هيدروجين في ملف PDB صراحة:

أيضًا ، من واقع خبرتي ، تتواءم MMTK بشكل أفضل مع الملفات التي تم تنزيلها من PDB ، مقارنة بتلك التي تم تحريرها بواسطة برنامج آخر. Howver ، حتى الملفات المباشرة من PDB تحتوي على أخطاء وغرائب ​​(المزيد). كبديل لـ MMTK ، يمكننا استخدام BioPython.


تحديد ما إذا كان نموذج البروتين يحتوي على صراع العمود الفقري - علم الأحياء

أ قسم الكيمياء الحيوية ، المعهد الهولندي للسرطان ، Plesmanlaan 121 ، أمستردام 1066CX ، هولندا
* البريد الإلكتروني بالمراسلات: [email protected]، [email protected]

غالبًا ما تمنع مرونة البروتين المتأصلة أو بيانات الحيود الضعيفة أو منخفضة الدقة أو خرائط كثافة الإلكترون المحددة بشكل سيئ بناء نماذج هيكلية كاملة أثناء تحديد بنية الأشعة السينية. ومع ذلك ، فإن التطورات الحديثة في التنقيح البلوري وبناء النماذج غالبًا ما تسمح بإكمال الأجزاء المفقودة سابقًا. تعرض هذه الورقة الخوارزميات التي تحدد المناطق المفقودة في نموذج معين ولكنها موجودة في الهياكل المتماثلة في بنك بيانات البروتين (PDB) ، و "الكسب غير المشروع" في هذه المناطق ذات الأهمية. يتم تنقيح هذه المناطق الجديدة والتحقق من صحتها في إجراء مؤتمت بالكامل. بما في ذلك هذه التطورات في PDB-REDO مكّن خط الأنابيب من بناء 24 & # 8197962 حلقة مفقودة في PDB. النماذج والإجراءات الآلية متاحة للجمهور من خلال بنك البيانات وخادم الويب PDB-REDO. تمكّن نماذج بنية البروتين الأكثر اكتمالاً من إنشاء أرشيف عام عالي الجودة ولكن أيضًا فهم أفضل لوظيفة البروتين ، ومقارنة أفضل بين الهياكل المتماثلة واستخراج البيانات بشكل أكثر اكتمالاً في مشاريع المعلوماتية الحيوية الهيكلية.

1 المقدمة

تعطي نماذج بنية البروتين رؤى مباشرة ومفصلة للكيمياء الحيوية (Lamb وآخرون. ، 2015) وبالتالي فهي وثيقة الصلة بالعديد من مجالات البيولوجيا والتكنولوجيا الحيوية (Terwilliger & # 38 Bricogne ، 2014).لعقود من الزمان ، كان علم البلورات هو التقنية الرائدة في تحديد نماذج بنية البروتين (Berman وآخرون. ، 2014) وحتى الآن ، يتوفر أكثر من 120 & # 8197000 هيكل بلوري من بنك بيانات البروتين (PDB Burley وآخرون. ، 2017). من المهم أن ندرك أن جميع الهياكل هي تفسيرات للبيانات التجريبية الأساسية (Lamb وآخرون. ، 2015 Wlodawer وآخرون. ، 2013) وبالتالي ينبغي فحص جودة نموذج الهيكل عن طريق التحقق من الصحة (اقرأ وآخرون. ، 2011 ريتشاردسون وآخرون. , 2013 ).

نظرًا للتحسينات العديدة في طرق الصقل والتحقق ، فإن جودة نماذج بنية البروتين تتزايد باستمرار (اقرأ وآخرون. ، 2011) ومع ذلك ، فإن اكتمال النماذج آخذ في التناقص (الشكل 1). تحتوي حوالي 70٪ من جميع تراكيب البروتينات البلورية على مناطق مفقودة (Djinovic-Carugo & # 38 Carugo، 2015) وهذه النسبة آخذة في الازدياد. عادةً ، ولكن ليس بالضرورة ، تكون هذه المناطق المفقودة عبارة عن حلقات بين الحلزونات والخيوط. تشغل الحلقات مساحة توافقية كبيرة وبالتالي يمكن أن تكون مفقودة نتيجة للاضطراب الجوهري ، مما يعني أنه لا يمكن نمذجتها بشكل موثوق في تشكل واحد. ومع ذلك ، هناك العديد من الحالات التي توفر فيها البيانات التجريبية معلومات مفيدة حول تشكيل الحلقة ، وبالتالي يمكن تضمين العديد من الحلقات في نماذج بنية البروتين. سيُستخدم مصطلح "حلقة" في هذه الورقة بتعريفه الأوسع للإشارة إلى منطقة مفقودة من بنية البروتين ، بصرف النظر عن تشكيل البنية الثانوية.


شكل 1
النسبة المئوية التراكمية (يسار) والعدد المطلق (يمين) للمخلفات المفقودة في النهايات وفي الحلقات لجميع الهياكل على مر السنين.

وعادة ما يتم نمذجة مناطق البروتين أو "الحلقات" المفقودة في نهاية تحديد البنية البلورية. بحلول هذه المرحلة ، تم نمذجة جميع الميزات الواضحة ، وتحسنت خرائط كثافة الإلكترون ومن الممكن نمذجة الحلقات. تتوفر العديد من البرامج لحلقات النمذجة إما بشكل تفاعلي (Emsley وآخرون. ، 2010) أو تلقائيًا (Terwilliger وآخرون. ، 2008 Joosten وآخرون. ، 2008 Cowtan ، 2012 Kleywegt & # 38 Jones ، 1998 DePristo وآخرون. ، 2005). لإكمال بنية البروتين عن طريق نمذجة جميع الحلقات التي يمكن نمذجتها ، ميزتان: محليًا ، تصبح الكثافة غير متاحة لنمذجة السمات الهيكلية الخاطئة مثل الأجزاء الأخرى من البروتين ( على سبيل المثال السلاسل الجانبية) وعوامل التبلور وجزيئات الماء وعالميًا ، ستقلل الحلقة المجهزة بشكل صحيح خطأ الطور وتعطي تحسينًا شاملاً لخرائط كثافة الإلكترون. تعتمد مناهج بناء الحلقات المتاحة على شكل أو آخر من أشكال أخذ العينات المطابقة الذي يحاول العثور على أفضل التشكل المناسب للحلقات بناءً على كثافة الإلكترون المحلية ومعرفتنا العامة ببنية البروتين.

غالبًا ما تكون حلقات البناء واحدة من أصعب مراحل بناء النماذج البلورية وتتطلب وقتًا وأحيانًا محبطة. إذا كانت الحلقات مضطربة للغاية بحيث لا تنتج كثافة إلكترونية يمكن تتبعها ، فلا يمكن بناؤها ولا توجد مشكلة. ومع ذلك ، في كثير من الحالات ، تكون الحلقات صلبة بما يكفي لإنتاج كثافة قابلة للتفسير. عادةً ما تكون كثافة الإلكترون هذه غير واضحة كما هو مطلوب ، مما يجعل من الصعب على علماء البلورات وبرامج بناء النماذج أن يصمموا حلقة في شكل واقعي. يعتمد نجاح هذا الأمر في النهاية على العديد من العوامل مثل مثابرة ومهارة عالم (علماء) البلورات والجودة الحسابية وسهولة استخدام برامج بناء الحلقات. تجدر الإشارة إلى الخوارزميات التي تحاول تفسير كثافة الإلكترون بتوافق متعدد الحلقات (Burnley وآخرون. ، 2012 ليفين وآخرون. ، 2007). على الرغم من أن هناك القليل من الشك في أنه في كثير من الأحيان يمكن أن تمثل المطابقات المتعددة البيانات التجريبية بشكل أفضل ، فقد أردنا هنا التعامل مع المشكلة حيث لا يتم تصميم حلقة على الإطلاق على الرغم من الأدلة التجريبية القوية على أنه يمكن نمذجتها.

في السابق ، قمنا بتطوير خوارزميات لنقل المعلومات حول هياكل البروتين المتجانسة للحصول على قيود هندسية للتنقية منخفضة الدقة (van Beusekom وآخرون. ، 2018). هنا نستغل العلاقة بين البروتينات المتماثلة لبناء الحلقة. لقد استنتجنا أنه نظرًا لأن البروتينات المتشابهة للغاية (من حيث التسلسل) لها بنية متشابهة جدًا ، فإن تشكيل حلقة في بنية متجانسة يمكن أن يساعد في تحديد موقع الحلقة في بنية متجانسة أخرى يتم بناؤها. إن وجود حلقة في بنية متجانسة هو أيضًا مؤشر على أن بناء الحلقة قابل للتطبيق. إذا لم يتم تصميم منطقة في أي من المتجانسات ، فمن غير المرجح أن تكون قابلة للبناء في الهيكل الجديد (بشرط أن يكون هناك العديد من النماذج المتماثلة التي تم حلها بواسطة علماء بلورات مختلفين) ، ولكن إذا تم بناؤها مرة واحدة على الأقل ، فهناك فرصة جيدة لذلك. يمكن نمذجة نفس المنطقة في الهيكل المعني. بالطبع هناك استثناءات للتشابه بين الحلقات المتجانسة ، حيث يمكن للحلقات أن تتبنى تطابقات مميزة غالبًا ما تكون ذات أهمية عالية للوظيفة: هناك أمثلة لا حصر لها تصف حركات الحلقة المرتبطة بتفاعلات الترابط أو تغيير في سياق الاتصالات البلورية المختلفة.

لقد تم عرضه بالفعل لمجموعة من 16 & # 8197370 هياكل PDB (Le Gall وآخرون. ، 2007) أنه على الرغم من أن 92.2٪ من جميع المخلفات المتبلورة تم طلبها دائمًا في جميع المتجانسات و 4.4٪ كانت دائمًا مضطربة ، فإن 3.3٪ `` غامضة '' تم تصميم هذه البقايا في بنية واحدة على الأقل ولكنها مضطربة في أخرى (ق). مسح آخر (Zhang وآخرون. ، 2007) أن هذه المناطق ، المسماة شظايا "الشخصية المزدوجة" ، تحدث في 45 في المائة من مجموعات الهياكل المتطابقة في التسلسل. من مناطق الحلقة الغامضة ، من المتوقع أن يتم ترتيب 59 ٪ من قبل جميع المتنبئين باضطراب البروتين الثلاثة المستخدمة في دراسة ثالثة (DeForte & # 38 Uversky ، 2016). وهكذا ، فإن التكرار المتزايد للمتجانسات في PDB ، والنسبة المتزايدة للمخلفات غير النموذجية (الشكل 1) وتنبؤات الاضطراب لهذه المناطق ، تجادل بأن استخدام مناطق "الشخصية المزدوجة" بين الهياكل المتماثلة هي استراتيجية قابلة للتطبيق لزيادة اكتمال نماذج بنية البروتين.

لذلك قررنا تطوير إجراء لبناء الحلقات في الحالات التي تكون فيها الحلقة متاحة في بنية (هياكل) متجانسة أخرى. وقد تم تنفيذ هذه الأفكار الجديدة في سياق PDB-REDO ، وهو إجراء نعمل على تطويره من أجل (إعادة) صقل وإعادة بناء نماذج بنية البروتين جزئيًا ، وكلاهما بأثر رجعي [عن طريق تحديث إدخالات PDB الحالية (Joosten وآخرون. ، 2012)] وبشكل استباقي [يتوفر برنامجنا كخادم ويب (Joosten وآخرون. ، 2014) وللتثبيت المحلي]. نظرًا لأن خرائط الكثافة الإلكترونية PDB-REDO غالبًا ما تكون أفضل من الخرائط الأصلية ويمكن إعادة حسابها ببساطة من إدخالات PDB ، فإن دمج هذا العمل في إطار عمل PDB-REDO يسمح لنا بالحصول على أفضل الخرائط الممكنة لبناء والتحقق من صحة المفقودين الحلقات. لكل بنية معنية ، يتم تحديد الحلقة المفقودة أولاً ، ثم يتم بناؤها عن طريق تطعيمها من هيكل متماثل ، وتنقيحها لتلائم خريطة كثافة الإلكترون في الفضاء الحقيقي ، وأخيراً التحقق من صحتها وفقًا للمعايير الهندسية وكثافة الإلكترون. لقد قمنا ببناء والتحقق من صحة عدة آلاف من الحلقات المفقودة من الهياكل المودعة في PDB. نناقش هنا الطرق ونعرض بعض الأمثلة التي تحدث فيها إجراءاتنا اختلافًا ملحوظًا في نموذج الهيكل.

2. الطرق

2.1. مبنى الحلقة

لقد طورنا خوارزميات لنقل الحلقات من هياكل البروتين المتماثلة إلى البنية المستهدفة (الشكل 2). طريقة التعامل مع المتجانسات في حلقة يكاد يكون مطابقًا لبرنامجنا السابق HODER (Beusekom وآخرون. ، 2018) ، والذي يولد قيود رابطة الهيدروجين القائمة على التماثل. الاختلاف الوحيد هو أن المتماثلات لا يتم ترشيحها بدقة في حلقة . الطول الأقصى الافتراضي لمحاولة نقل الحلقة هو 30 حمضًا أمينيًا.


الشكل 2
توضيح تدريجي لملف حلقة خوارزمية مطبقة على ثلاثة جلايسينات مفقودة (إدخال PDB 1dmn Kim وآخرون. ، 2000). كل 2 مف امدافع ج و مف امدافع ج تظهر خرائط كثافة الإلكترون في 0.7 & # 963 و 3.0 & # 963 ، على التوالي. ( أ ) لا توجد فجوة واضحة في بنية PDB: هناك بقايا مرتبطة بشكل خاطئ ببعضها البعض (مظللة باللون البني). تم الكشف عن الفجوة من التسلسل. ( ب ) تتم إزالة البقايا المتاخمة مباشرة للحلقة المفقودة ، لأنها غالبًا ما تكون في شكل خاطئ. ( ج ) يتم محاذاة جميع السلاسل المتجانسة مع وجود الحلقة هيكليًا مع نموذج الهيكل المستهدف (يظهر أربعة متماثلات فقط). ( د ) إذا كانت البقايا المحيطة محاذاة جيدًا ، يتم تطعيم الحلقة في نموذج الهيكل المستهدف. بشكل افتراضي ، يتم الاحتفاظ بالمحاذاة العشرة الأولى (تظهر واحدة فقط). ( ه ) بعد تحسين الفضاء الحقيقي ، يتم الاحتفاظ بالحلقة ذات أفضل ملاءمة للكثافة بشرط أن تتناسب الكثافة والجودة الهندسية مع معايير المرشح.

قبل محاولة إنشاء أي حلقة ، يتم تقييم ملاءمة الكثافة لكل سلسلة باستخدام EDSTATS (تيكل ، 2012). في الحالة النادرة التي يكون فيها معامل الارتباط في الفضاء الحقيقي (RSCC) لسلسلة كاملة أقل من 0.80 ، لا نحاول بناء حلقات في تلك السلسلة ، ولكن بدلاً من ذلك نحذر المستخدم من أن ملاءمة الكثافة منخفضة مما يجعل التشكل الكلي للسلسلة غير موثوق به .

هناك نوعان من المتطلبات الأولية لنقل الحلقة: وجود حلقات غير مُشكلة في بنية الإدخال وحلقات مكافئة منمذجة في المتجانسات. تم الكشف عن حلقات غير منمذجة باستخدام pdb2fasta في PDB-REDO والمتماثلات عالية الهوية تتم محاذاتها بالتسلسل. تم وصف تفاصيل هذه الخوارزميات مسبقًا (van Beusekom وآخرون. ، 2018). إذا تم استيفاء كلا المطلبين ، تتم محاولة نقل الحلقة لكل من المتماثلات التي لديها نموذج العمود الفقري الكامل لهذا التماثل. يجب أن يكون لكل من نموذج الإدخال والمتماثل خمس وحدات بنائية متتالية على الأقل على كل جانب من جوانب الحلقة. من بين هذه البقايا العشرة ، يتم إعادة تشكيل البقايا المتاخمة مباشرة للحلقة مع الحلقة لأنه تم العثور عليها في كثير من الأحيان في شكل دون المستوى الأمثل. يتم استخدام البقايا الثمانية المتبقية للمحاذاة. لتحضير المخلفات للمحاذاة ، يتم حذف ذرات السلسلة الجانبية عند وجود طفرات ، ويتم إجراء التقلبات الإدارية لبقايا Asp و Glu و Phe و Tyr (تقلبات DEFY) لضمان وجود ذرات مكافئة في مواقع مكافئة. يتم تخطي التماثل إذا كانت هوية التسلسل في الحلقة أو المخلفات المحاذية أقل من 50٪ ، والاستثناء عبارة عن حلقة بقايا مفردة ، يُسمح بتغييرها. أخيرًا ، يتم إجراء المحاذاة الهيكلية باستخدام الكواتيرنيونات (Kuipers ، 2002).

إذا كان العمود الفقري RMSD للمحاذاة أقل من 2.0 & # 197 (في الإعدادات الافتراضية) ، يتم تنفيذ نقل الحلقة الأولي. يتم حذف المتبقيين المتجاورين مباشرة للحلقة ويتم إدخال الحلقة المحاذية ، بما في ذلك البقايا المتجاورة والمحاذية مباشرة ، في نموذج البروتين. في الحلقة المنقولة ، يتم اقتصاص السلاسل الجانبية حيثما كان ذلك مناسبًا في حالة الطفرات ، يتم ضبط شغل جميع الذرات على 1.00 و ب يتم ضرب العامل لكل ذرة في نسبة المتوسط ب العوامل بين بنية الإدخال والمتجانسة. تم تحور Me & # 173thio & # 173nine إلى seleno & # 173methio & # 173nine و والعكس صحيح بناءً على المخلفات الأخرى الموجودة في نموذج الإدخال.

الفحص التالي للنقل الأولي للحلقة هو تقييم الاشتباكات مع الذرات النموذجية الموجودة بالفعل ، أو مع نسخ التماثل منها. نحن نميز بين سلسلة الذرات الرئيسية والسلسلة الجانبية. نظرًا لأن موضع C & # 946 محدود بشكل كبير بتشكيل السلسلة الرئيسية ، فإننا ندرج ذرة السلسلة الجانبية هذه في السلسلة الرئيسية لتحليل الصدام. يتم تعريف الاشتباكات الشديدة على أنها ذرة & # 8211 مسافات ذرية & # 602.1 & # 197 والاشتباكات الصغيرة & # 602.6 & # 197.

في حالات الاشتباكات ، يجب الاحتفاظ بذرة (ذرات) مهمة. في حلقة نستخدم القواعد الهرمية ذات الأهمية الذرية لنقرر كيفية المضي قدمًا. الذرات التي يتم الاحتفاظ بها دائمًا هي ذرات السلسلة الرئيسية ومعظم الروابط [الاستثناءات هي الجلسرين والإيثانول و 1،2-إيثان & # 173 ديول وأشكاله البوليمرية (PEG)]. عندما تتعارض ذرة السلسلة الرئيسية من مرشح الحلقة مع العمود الفقري المصمم مسبقًا أو معظم الروابط ، يتم تجاهل الحلقة المرشحة. في المقابل ، إذا كانت السلسلة الرئيسية لحلقة مرشح تتعارض مع مركب من قائمة الاستثناءات (مثل الجلسرين) ، يتم تجاهل هذا المركب. المجموعة الثانية الأكثر أهمية هي السلاسل الجانبية: يمكن التخلص منها مؤقتًا لإضافتها مرة أخرى لاحقًا بواسطة البرنامج مساعد مساعد (جوستين وآخرون. ، 2011). تعتبر السلاسل الجانبية المصممة مسبقًا أكثر أهمية من السلاسل الجانبية الحلقية. تعتبر السلاسل الجانبية ، بدورها ، أكثر أهمية من جزيئات الماء وأي ذرات ذات شغل 0.01 أو أقل. أدت هذه المبادئ إلى القرارات التالية.

لا تتم إزالة السلاسل الجانبية المصممة سابقًا إلا إذا اصطدمت بشدة مع العمود الفقري للحلقة ، ما لم تكن تشكل جسر سيستين: في مثل هذه الحالات يتم التخلص من الحلقة المرشحة. يتم حذف السلاسل الجانبية الحلقية [من & # 947 -ذرة (ذرة) فصاعدًا] إذا كانت تتعارض بشدة مع أي بروتين تم تصميمه مسبقًا (السلسلة الرئيسية أو السلسلة الجانبية) أو مع أي مركب آخر باستثناء الماء. تتم إزالة الروابط من قائمة الاستثناءات عندما تتعارض بشدة مع السلسلة الرئيسية للحلقة. تتم إزالة المياه والذرات ذات الإشغال 0.01 أو أقل حتى في حالات الصدامات الصغيرة مع أي ذرة علقية.

إذا لم تكن هناك اشتباكات لا يمكن التغلب عليها ، فسيتم حفظ الحلقة المرشحة ويتم فرز المرشحين الحاليين وفقًا لـ RMSD. إذا كان اثنان من المرشحين الحلقيين متشابهين جدًا (RMSD & # 60 0.1 & # 197) ، فسيتم تجاهل المرشح صاحب أسوأ RMSD من المحاذاة. مرة واحدة فقط انفجار يتم تقييم النتائج ، ويخضع أفضل المرشحين (افتراضيًا ، العشرة الأوائل) لتحسين المساحة الحقيقية بواسطة coot-mini-rsr (إمسلي وآخرون. ، 2010) باستخدام قيود زاوية الالتواء. تتم إضافة بقايا إضافية من البروتين الموجود على جانبي الحلقة إلى منطقة التكرير في الفضاء الحقيقي ، مما يسمح لنموذج البروتين الحالي بالتكيف بشكل أفضل مع الحلقة الجديدة. في ال coot-mini-rsr إدخال ملف PDB ، تتم إزالة الذرات المتضاربة ، وتحديث الترقيم الذري (بما في ذلك تسجيلات CONECT) وحذف سجلات LINK "الفجوة". في بعض الأحيان ، لا تزال هناك فجوات صغيرة عند حدود الحلقة المنقولة والنموذج الحالي. لزيادة معدل نجاح coot-mini-rsr لسد هذه الفجوات ، يتم نقل ذرات العمود الفقري N على حواف الحلقة إلى هذه الفجوة. يمكن أن يؤدي هذا مؤقتًا إلى إنشاء أطوال وزوايا رابطة ذرية غير محتملة ، ولكن سيتم حلها في صقل الفضاء الحقيقي (أو في صقل الفضاء المتبادل اللاحق).

بعد تشغيل coot-mini-rsr ، يتم فحصه مرة أخرى للتأكد من عدم وجود اشتباكات لا يمكن التغلب عليها بين الحلقة والبروتين ، لأننا لاحظنا أنه يمكن وضع الحلقة في كثافة شقوق أخرى في صقل الفضاء الحقيقي ، مثل نسخة متماثلة من نفسها .

في هذه المرحلة ، يتم تجاهل كل الحلقة المرشحة المتبقية ذات الهندسة الرديئة. أولاً ، المرشحون حيث لا توجد رابطة ببتيدية بين بقايا متتالية أو أين coot-mini-rsr لم تتقارب إلى الحد الأدنى تتم إزالتها. الناتج RMS ض عشرات من coot-mini-rsr تُستخدم لتصفية المرشحين الهندسيين السيئين: يتم رفض الحلقات إذا كانت الرابطة أو الزاوية RMS ض تتجاوز القيم 1.2 ، chirality RMS ض يتجاوز 1.5 ، أو إذا كان المستوى أو الالتواء RMS ض تتجاوز القيم 2.0. في هذا المرشح ، فإن ملف RMS ض يُسمح بأن تكون القيم عالية نسبيًا لأن التنقيح المتبادل للفضاء اللاحق سيؤدي إلى زيادة تحسين الحلقة. لا يُسمح لمرشحي الحلقة إلا بالحصول على رابطة الدول المستقلة - الببتيدات إذا كانت البقايا المقابلة في الحلقة الأصلية للمتماثل هي أيضًا أ رابطة الدول المستقلة - الببتيد. يتم تجاهل الحلقات التي تحتوي على زوايا أوميغا متعددة مشوهة متسلسلة (الحد الأقصى للانحراف 30 & # 176 من 0 أو 180 & # 176) ، ولكن يُسمح بالتشوهات الفردية حيث يتم حلها عادةً في التنقيح اللاحق. أخيرًا ، يتم تقييم الحلقة المرشحة على Ramachandran الخاصة بهم ض نتيجة. إذا كان ض النتيجة ضعيفة (أقل من & # 87225) ، يتم مقارنتها بـ ض عشرات من المرشحين الحلقة الأخرى وكذلك ض عشرات الحلقة في نماذج البنية المتجانسة التي تم تكييفها منها. بعد ذلك ، يتم تجاهل المرشح إذا كان 2 & # 963 خارجيًا سلبيًا [وفقًا لاختبار Grubbs (Grubbs ، 1950)] ، إما بالمقارنة مع الحلقة المرشحة الأخرى أو بالتشكيل الأصلي للحلقة. راماشاندران ض - يتم إجراء حساب الدرجات باستخدام خوارزميات الجديد PDB-REDO برنامج سلحفاة . تعتمد هذه الخوارزمية على التنفيذ في WHAT_CHECK (هوفت وآخرون. ، 1997) وتم وصفه في المعلومات الداعمة.

ثم يتم حساب كثافة كل مرشح متبقي باستخدام دالة الاستيفاء التكعيبي من مجز أو مقلمة (كاوتان ، 2003). يتم حسابه فقط لذرات السلسلة الرئيسية للحلقة المرشحة للتأكد من أن المقياس لا يتأثر بوجود أو غياب أو طول السلاسل الجانبية للحلقة. بالإضافة إلى ذلك ، يتم حساب الكثافة لجميع ذرات السلسلة الرئيسية التي تم ترتيبها في جميع المتجانسات ، بمعنى آخر. مجموعة الذرات التي يتم ترتيبها دائمًا. إذا كان هناك أقل من 30 ذرة في هذه المجموعة ، يتم أخذ كل ذرات السلسلة الرئيسية غير الحلقية في نموذج بنية الإدخال. ثم تُحسب النسبة بين متوسط ​​كثافة الحلقة المرشحة ومتوسط ​​كثافة مجموعة التحكم. يجب أن تكون هذه النسبة أكثر من 0.25 لكي يكون مرشح الحلقة مقبولاً. تم تحديد القطع بعد الفحص اليدوي لعدة مئات من الحلقات المرشحة.

أخيرًا ، هناك خيار لإخضاع عدد من المرشحين (افتراضيًا فقط الحلقة ذات الكثافة الأفضل ملاءمة) إلى PDB-REDO البرامج مساعد مساعد و بيبفليب (جوستين وآخرون. ، 2011) لإكمال السلاسل الجانبية والتحقق من تقلبات الببتيد المحتملة في منطقة الحلقة. ومع ذلك ، هذا ليس السلوك الافتراضي لأن هذه البرامج تعمل بالفعل بعد ذلك حلقة في ال PDB-REDO تطبيق. لكن، حلقة يكتب قائمة بالأحماض الأمينية التي تكون سلاسلها الجانبية غير مكتملة: بدقة منخفضة ، مساعد مساعد لا يتم تشغيله افتراضيًا على جميع الأحماض الأمينية في PDB-REDO ، ولكن فقط على الأحماض الأمينية في القائمة ، والتي تضاف إليها المخلفات الجديدة في الحلقة.

بعد التشغيل الاختياري لـ مساعد مساعد و بيبفليب ، يتم الاحتفاظ بالحلقة ذات أفضل ملاءمة لكثافة السلسلة الرئيسية.

هناك بعض الحالات الخاصة التي يكون فيها اكتشاف أو بناء حلقة مفقودة أكثر تعقيدًا. أولاً ، هناك احتمال أن تكون حلقة نموذجية في الواقع ، ولكن مع نمذجة جميع الذرات عند شغل صفري أو عند شغل 0.01. نحن نعتبر مثل هذه الحلقات غير مُصممة ومتابعة كما هو موضح أعلاه ، ومع ذلك ، فإننا نتعامل مع حلقة الإشغال الصفري الحالية نفسها كمرشح إضافي.نظرًا لأن هذه الحلقة موجودة بالفعل في الموقع الصحيح في النموذج ، فلا داعي للمحاذاة بصرف النظر عن ذلك ، يتم التعامل مع المرشح مثل الآخرين.

حالة خاصة أخرى هي التعامل مع البدائل في الحلقات القريبة. إذا كان هناك أي بدائل رئيسية بين البقايا التي يجب محاذاة مع المتماثلات ، يتم تخطي الحلقة المفقودة لأن هدف المحاذاة غامض. يُستثنى من ذلك إذا كانت الذرات البديلة الوحيدة للعمود الفقري هي ذرات C & # 945 (وهو أمر شائع بالنسبة للبقايا ذات مطابقة السلسلة الجانبية البديلة) ثم يتم اختيار الذرة الأولى ببساطة. في مثل هذه الحالات ، تكون مواضع ذرات C & # 945 البديلة قريبة جدًا من بعضها البعض. يتم قطع السلاسل الجانبية البديلة قبل المحاذاة. في المتجانسات ، يتم التعامل مع المطابقات البديلة للعمود الفقري كمرشحين منفصلين: يتم إجراء محاذاة الهيكل لكل بديل في التماثل و / أو يتم زرع كل حلقة بديلة. إذا كانت هناك امتدادات متعددة تحتوي على بدائل مع ذرات شغل كاملة بينهما ، فيجب محاذاة مجموعات هذه البدائل من أجل الاكتمال والزيادة الأسية للمجموعات تجعل الحساب مكلفًا ، ومن ثم يتم استبعاد هذه الحالات (النادرة).

أخيرًا ، هناك حالات حيث تكون البقايا الموجودة بجوار الحلقة موجودة جزئيًا فقط. في مثل هذه الحالات ، تتم أيضًا إزالة البقايا المصممة جزئيًا قبل تركيب الحلقة. أي أن الحلقة يتم تمديدها بواسطة بقايا أخرى ويتم استبدال البقايا الجزئية.

2.2. إضافة الذرات المفقودة أو أزواج الذرة أو ثلاثية الذرة: الإصلاح

لاحظنا أن بعض نماذج البروتين تفتقد إلى ذرة واحدة أو عدة ذرات من العمود الفقري للببتيد. من أجل تصحيح هذه الأجزاء المفقودة الأصغر أيضًا ، البرنامج fixDMC (إصلاح السلسلة الرئيسية "dat") يصحح هذه الإغفالات ، ويضيف ذرات C-terminal O المفقودة ، ويعيد تعيين الإشغال إلى 1.0 في المناطق التي لا يوجد فيها بدائل ويتم نمذجة الذرات المحيطة بالشغل الكامل.

نستفيد من حقيقة أن C & # 945 أنا ، ج أنا يا أنا ، ن أنا و C & # 945 أنا +1 الكذب في الطائرة. عند وجود ثلاث ذرات على الأقل من مستوى واحد ، فإن هذا الاستواء مع الهندسة المعروفة للحمض الأميني يعطي معلومات كافية لحساب إحداثياته. تقع ذرة C & # 945 في مستويين: ذرة بقايا الأحماض الأمينية السابقة والتالية. لذلك ، يمكن إضافته بناءً على أي من هذه البقايا. من خلال تطبيق القواعد الهندسية للسطح على نطاق واسع ، يمكننا حساب أي مجموعة من ذرة واحدة أو اثنتين أو ثلاث ذرات بشرط أن يتم نمذجة المخلفات السابقة والتالية.

بالإضافة إلى، الإصلاح يستخدم وظائف من pdb2fasta في PDB-REDO (فان بيوسكوم وآخرون. ، 2018) لإضافة المحطة C الثانية O (`` OXT '') إذا كانت سجلات SEQRES أو ملف FASTA الذي أدخله المستخدم تشير إلى أن بقايا الطرف C الكامل قد تم تصميمها باستثناء هذه الذرة. يمكن أيضًا أن تعتمد إضافة هذه الذرة على مستوى الببتيد.

أخيرًا ، يتم إعادة تعيين شغل ذرات البروتين إلى شغل كامل إذا لم تحتوي البقايا على بدائل ، ويتم نمذجة كل من الذرات السابقة واللاحقة عند شغل كامل. يوجد استثناء لذرة الكربونيل O: نظرًا لأن هذه الذرة مرتبطة فقط بذرة C واحدة ، يلزم فقط نمذجة ذرة C عند شغل كامل.

2.3 التنفيذ في PDB-REDO

البرنامج الإصلاح يتم تشغيله في المراحل الأولى من PDB-REDO بعد حساب خرائط كثافة الإلكترون الأولية ، قبل أي إحداثيات ذرية فردية أو ب صقل عامل. تتم إضافة ذرات OXT فقط إذا كان بإمكانك الاعتماد على حقيقة أن البقايا النهائية النموذجية هي النهاية C الفعلية للبنية المتبلورة. لذلك ، لا يتم تنفيذ هذه الخطوة إلا إذا كان رأس ملف PDB المدخل يحتوي على سجلات SEQRES أو إذا كان من الممكن تعيين التسلسل (التسلسلات) التي يوفرها المستخدم إلى الإحداثيات الذرية النموذجية.

حلقة يتم تشغيله بعد التنقية الأولية في PDB-REDO . السلوك الافتراضي هو محاولة بناء الحلقات دائمًا ، ولكن يمكن إيقاف تشغيل هذا إذا لزم الأمر. وتجدر الإشارة إلى أنه على خادم الويب PDB-REDO ، لا يمكن إنشاء الحلقات إلا إذا كان تسلسل المخلفات المفقودة معروفًا. أي ، يجب على المستخدمين توفير التسلسل كملف FASTA أو كسجلات SEQRES في ملف PDB. لو حلقة يبني أي بقايا ، ريفماك 5 (مرشدوف وآخرون. ، 2011) للحصول على دقة أكبر ب تقديرات العوامل ومعاملات خريطة كثافة الإلكترون الجديدة. يستخدم هذا الصقل ترجيحًا آليًا لضبط النفس وخمس دورات صقل إذا كانت الحلقة تحتوي على RSCC أقل من 0.60 ، يتم التخلص منها ويتم استعادة أي جزيئات ماء أو مركبات أخرى تم حذفها مبدئيًا لتلائم الحلقة. ثم مراحل إعادة البناء الأخرى PDB-REDO (جوستين وآخرون. ، 2011) يتم تشغيلها.

ملفات التسلسل بتنسيق PDB-REDO ضع علامة على المخلفات بعمود فقري كامل بأحرف كبيرة وبقايا غير مكتملة أو غير مشكّلة بأحرف صغيرة (فان بيوسكوم وآخرون. ، 2018) ، وهي فكرة مأخوذة من خادم SEQATOMS (Brandt وآخرون. ، 2008). لذلك ، كلاهما حلقة و الإصلاح كتابة ملفات FASTA المحدثة لتعكس التغييرات في اكتمال البقايا أو وجودها. بالإضافة إلى، حلقة يقوم بتحديث مجموعات TLS بتنسيق PDB-REDO . إذا كانت مجموعة TLS تحيط بالحلقة ، تتم إضافة الحلقة إلى تلك المجموعة إذا كانت الحلقة على حدود مجموعتي TLS ، تتم إضافتها إلى المجموعة الأولى.

في المرحلة النهائية من PDB-REDO ، البرنامج موديل كومبير يكتب ملف البيانات الذي يستخدمه أبله (إمسلي وآخرون. ، 2010) و 3D بيونوتيس (سيجورا وآخرون. ، 2017 تاباس مدريد وآخرون. ، 2016) لتسليط الضوء على الحلقات الجديدة.

2.4 اختبارات

حلقة تم تشغيله على جميع الإدخالات المتاحة في PDB-REDO لتحديد الحلقات التي يمكن بناؤها. تم تحليل المئات من الحلقات المختارة عشوائيًا يدويًا لتحديد فترات التحقق من الصحة المذكورة أعلاه بشكل تجريبي. أخيرًا ، من جميع الإدخالات التي حلقة حلقات مدمجة ، تم اختيار 2000 إدخال عشوائيًا لمزيد من التحليل في PDB-REDO. خضعت هذه الإدخالات إلى PDB-REDO خط الأنابيب مرتين: مرة مع بناء حلقة ومرة. بسبب قيود مختلفة (لا تتعلق ببناء الحلقة) ، عشرة PDB-REDO لم تكتمل الوظائف ، وبالتالي تألفت مجموعة الاختبار النهائية من إدخالات 1990.

3. النتائج

3.1. مبنى الحلقة

برنامج الكمبيوتر حلقة تم تطويره لبناء حلقات البروتين على أساس التماثل (الشكل 2). قدمنا ​​لأول مرة حلقة للهياكل المتاحة في PDB (الجدول 1). متي حلقة تم تطبيقه بعد ذلك على بنك بيانات PDB-REDO ، ولاحظنا زيادة بنسبة 11 ٪ في عدد الحلقات المبنية. من المحتمل أن يكون هذا بسبب أن نماذج الهيكل وخرائط كثافة الإلكترون في PDB-REDO (التي يتم الحصول عليها بعد إعادة الصقل وإعادة البناء الحديثة) ذات جودة أعلى من نظيراتها PDB "الثابتة". إجمالي عدد الحلقات المفقودة في بنك بيانات PDB-REDO كان 148 & # 8197919. تم إنشاء حلقة أولية بواسطة حلقة في 66 & # 8197035 حالة (44٪). بالنسبة للـ 56 في المائة الأخرى ، إما لم تكن هناك حلقات متماثلة متاحة ، أو أن تشكيل الحلقة كان مختلفًا للغاية بين الهياكل "المانحة" و "المستقبلة" نتيجة للاختلافات الهيكلية الحقيقية ، أو بسبب أخطاء "تسجيل التسلسل". تم التخلص من حلقات 41 & # 8197073 أخرى (28 ٪ من الإجمالي) وفقًا لمعايير التحقق المختلفة (الشكل 3) ، مع الاحتفاظ بـ 24 & # 8197962 حلقات تم بناؤها بنجاح في النموذج النهائي. تم رفض العديد من الحلقات لأن ملاءمتها لكثافة الإلكترون كانت ضعيفة للغاية (الشكل 3 ب ) ، وفي كثير من الأحيان على أساس معايير هندسية أو لأن كلا من تناسب الكثافة والهندسة كانا ضعيفين. الحلقات المتبقية لها هندسة ممتازة ، وعادة ما تكون أفضل من الحلقة في الهيكل الأصلي (الشكل 3 ج ) ومناسب للكثافة.

الجدول 1
عدد الحلقات المبنية والهياكل المتأثرة في بنوك بيانات PDB و PDB-REDO. استخدمنا إدخالات 112 & # 8197385 PDB-REDO المتوفرة في فبراير 2018


الشكل 3
التوزيعات التراكمية لخصائص الحلقات التي يمكن بناؤها في PDB. (يسار) معظم الحلقات القابلة للبناء قصيرة. (الوسط) نسبة الكثافة لمرشحات الحلقة على عكس الشكلين الفرعيين الآخرين ، وهذا يشمل الحلقات التي لم يتم إنشاؤها. يمثل هذا المقياس الكثافة المرصودة لسلسلة الحلقة الرئيسية مقسومة على متوسط ​​كثافة السلسلة الرئيسية. يشار إلى الحد الأدنى لنسبة الكثافة المطلوبة البالغة 0.25 بالخط الأحمر العمودي. من بين جميع الحلقة الأولية المرشحة ، 60٪ ليس لديها كثافة كافية وبالتالي يتم التخلص منها. (يمين) راماشاندران ض نقاط للحلقات المرشحة ونظيراتها في نموذج الهيكل الذي تم أخذها منه. يعتبر تشكيل العمود الفقري للحلقات المبنية ممتازًا وأفضل من تشكيل الحلقات في الهياكل التي تم أخذها منها ، والذي هو إلى حد كبير نتيجة لتطبيق قيود Ramachandran في صقل الفضاء الحقيقي للحلقات في coot-mini-rsr (إمسلي وآخرون. , 2010 ).

الإصدار الحالي من حلقة كان قادرًا على إنشاء ما مجموعه 24 & # 8197962 حلقة مفقودة في 11 & # 8197571 إدخالات. بالنسبة لـ 359 حالة تم فيها بناء حلقة ، كانت حلقة الإشغال الصفري موجودة في النموذج الأصلي. لوضع الحلقات ، تمت إزالة 18 & # 8197449 جزيئات الماء بالإضافة إلى ذلك ، تمت إزالة الجزيئات الصغيرة مثل الجلسرين أو الإيثان & # 173 ديول في 22 حالة. يظهر توزيع طول الحلقات المدمجة في الشكل .3 ( أ ).

بعد ذلك ، قمنا بفحص ما إذا كان الدمج حلقة في ال PDB-REDO كان لخط الأنابيب تأثير على أداء PDB-REDO ككل. هكذا ركضنا PDB-REDO في عام 1990 ، تم اختيار الهياكل بشكل عشوائي حيث يمكن بناء الحلقات ، مرة واحدة مع مبنى بدون حلقة ومرة ​​واحدة. تأثير بناء الحلقة على مقاييس التحقق القياسية (اقرأ وآخرون. ، 2011) مثل ر مجانا ، راماشاندران ض النتيجة والتعبئة ض كانت النتيجة ضئيلة (الشكل S1). ترتبط قيم RSCC المتوسطة (التي تشير إلى ملاءمة الكثافة) جيدًا بالمتوسط ب عامل الحلقات في معظم الحالات (الشكل S2). كانت قيم RSCC و RSR المتوسطة للحلقات نفسها 0.75 و 0.14 ، على التوالي (الشكل 4). هذه القيم أقل بشكل طبيعي من الأجزاء المحددة جيدًا من نموذج الهيكل ، ولكنها على سبيل المثال ، متوافقة مع معايير الكثافة للروابط المقبولة (Weichenberger وآخرون. ، 2013 Cereto-Massagu & # 233 وآخرون. ، 2013 وارين وآخرون. ، 2012). ومع ذلك ، فإن بعض الحلقات المبنية لديها قيم أقل من المتوقع RSCC. بعد الفحص اليدوي لحالات الأمثلة ، قررنا تجاهل الحلقات مع RSCC أقل من 0.60 (الشكل 4). من بين 3419 حلقة مدمجة في مجموعة الاختبار ، تم تجاهل 305 حلقة في هذه الخطوة ، مما أسفر عن إجمالي 3114 حلقة مدمجة في إدخالات الاختبار. بعد ذلك ، قمنا يدويًا بفحص أمثلة الحلقات التي اجتازت قطع RSCC ، ولكن كانت لديها نسب كثافة بين قيمة القطع 0.25 و 0.3. خلصنا إلى أن هذه الحلقات "الأقل جودة" لا تزال تناسب الكثافة جيدًا ويجب الاحتفاظ بها في النموذج ستة أمثلة مختارة عشوائيًا موضحة في الشكل 5. وهكذا ، حلقة البناء في PDB-REDO تم تمكينه الآن بشكل افتراضي. لأسباب عملية (نقص وقت وحدة المعالجة المركزية) ، يتم "إعادة تصميم" إدخالات PDB المتبقية تدريجياً ووضعها في بنك بيانات PDB-REDO.


الشكل 4
توزيع RSCC لجميع الحلقات التي بنيت في عام 1990 مداخل PDB-REDO. تم حساب RSCC على نماذج هيكل PDB-REDO النهائية. كل الحلقات ذات RSCC أقل من 0.6 ملونة باللون الأحمر ويتم التخلص منها.

الشكل 5
ستة أمثلة من الحلقات بنسبة كثافة بين قيمة القطع (0.25) و 0.30. 2 مف امدافع ج تظهر الخرائط في 0.8 & # 963 مف امدافع ج تظهر الخرائط في 3.0 & # 963. ( أ ) 4fc9 C474 & # 8211476 ، نسبة الكثافة 0.27 ( ب ) 5h8p A151-152 ، نسبة الكثافة 0.29 ( ج ) 2d31 A266-267 ، نسبة الكثافة 0.25 ( د ) 2y1t F18 ، نسبة الكثافة 0.27 ( ه ) 2y7q B480 & # 8211484 ، نسبة الكثافة 0.26. بالنسبة لجزء من الحلقة ، لم يتم ملاحظة كثافة عند 0.8 & # 963 ومع ذلك ، فإنها تظهر عند 0.6 & # 963 ( F ) 4w9x A121 & # 8211123 ، نسبة الكثافة 0.26. من أجل الوضوح ، لا تظهر السلسلة الجانبية لـ TrpA124.

3.2 استكمال السلسلة الرئيسية

وبدلاً من ذلك ، وجدنا أن العديد من الهياكل في PDB تفتقد إلى الذرات الفردية في السلسلة الرئيسية. لذلك ، أنشأنا البرنامج الإصلاح يمكن أن يضيف واحدًا إلى ثلاث ذرات مفقودة من السلسلة الرئيسية بناءً على هندسة الذرات الموجودة (انظر & # 1672 للحصول على التفاصيل). عند تشغيله في نفس مجموعة بيانات PDB-REDO كما هو مذكور أعلاه ، تمت إضافة ذرات مفردة في 1500 حالة (منها ، 1281 ذرة كربونيل O) ، تمت إضافة أزواج من الذرات في 55 حالة وفي 40 بقايا تمت إضافة ثلاث ذرات. بالإضافة إلى ذلك ، كانت هناك 38 & # 8197101 حالة مع ذرات العمود الفقري الفردية التي تم تعيين إشغالها على قيم أقل من 1.00 دون أن تكون جزءًا من شكل بديل أو ليجند ببتيد مشغول جزئيًا ، منها 2926 حالة بها إشغال صفر. أخيرًا ، وجدنا أن ذرة O C-terminal الثانية (OXT في تسمية PDB) مفقودة في العديد من إدخالات PDB الإصلاح تمت إضافة OXTs إلى 41 & # 8197120 سلاسل بروتينية ، حيث تتزامن البقايا النهائية في الهيكل مع المخلفات النهائية في تسلسل الإنشاء المعلن. والجدير بالذكر أن النسبة المئوية لسلاسل البروتين التي تحتوي على ذرات O مفقودة من طرف C كانت تزداد باطراد على مر السنين (الشكل 6). في عام 2017 ، فقد OXT من 44٪ من السلاسل التي تحتوي على حمض أميني C- طرفي.


الشكل 6
النسبة المئوية لذرات C-terminal O (OXT): موجودة في PDB تفتقد إلى الحمض الأميني C- الطرفية وبالتالي غير قابلة للبناء وتمت إضافتها حديثًا إلى الحمض الأميني C-terminal.

3.3 أمثلة على حلقات مدمجة

لتوضيح أهمية حلقات البناء في PDB ، نعرض هنا العديد من الأمثلة التي حلقة يحسن تفسير الهيكل بشكل واضح.

أولاً ، هيكل & # 946 -glucosidase (إدخال PDB 3abz Yoshida وآخرون. ، 2010) سبع مناطق مفقودة ، يمكن إضافة خمس منها. اكتملت أول نسخ NCS فقط من أصل أربع. يظهر في الشكل 7 إحدى المناطق المفقودة ، وهي امتداد من 14 وحدة بنائية ( أ ). كثافة الإلكترون لهذه الحلقة واضحة جدًا. من خلال إضافة الحلقات إلى الهيكل ، أصبح نموذج الهيكل الآن أكثر اكتمالًا وبالتالي يسهل تفسيره.


الشكل 7
أمثلة على حلقات مدمجة. الأجزاء المبنية حديثًا موضحة باللون الوردي. ( أ ) 3abz chain B بقايا 497 & # 8211510. & # 8197 قيمة RSCC لهذه الحلقة هي 0.76 في خريطة OMIT وهي 0.55. ( ب ) سلسلة 5iro I بقايا 243 & # 8211249. قيم RSCC (عادي / OMIT) هي 0.84 و 0.98. ( ج ) 2amj سلسلة D مخلفات 108 & # 8211117. قيم RSCC (عادي / OMIT) هي 0.80 و 0.61. التفاصيل موضحة في النص الرئيسي. 2 مف امدافع ج تظهر الخرائط في 0.8 و 1.2 و 1.0 & # 963 ، على التوالي. ال مف امدافع ج تظهر الخرائط في 3.0 & # 963 في جميع الحالات.

يوضح المثال الثاني كيف يمكن للتحسين العام للملاءمة مع البيانات البلورية في PDB-REDO أن يسهل عند تضمين بناء الحلقة. كما هو مبين في الشكل 7 ( ب ) ، خصلة مفقودة من & # 946-ورقة للوحدة الفرعية & # 945 3 من HLA في إدخال PDB 5iro (Li وآخرون. ، 2016) ، مركب بروتيني من نوع الفيروس الغدي 4 E3-19K مع مستضد التوافق النسيجي من الفئة الأولى HLA. عن طريق تحسين نموذج الهيكل بواسطة PDB-REDO بما في ذلك بناء حلقة ، و ر / ر مجانا تنخفض من 0.220 / 0.236 إلى 0.182 / 0.190. & # 8197 التحسين الشامل للنموذج يؤدي إلى خرائط أكثر وضوحًا يمكن فيها بناء الشريط المفقود بشكل لا لبس فيه.

أخيرًا ، هناك حلقتان مفقودتان من إدخال PDB 2amj ، نموذج بنية apo لمعدل نشاط الدواء B (MdaB) ، وهو DT-diaphorase المفترض (Adams & # 38 Jia ، 2006). في هذه الورقة ، يناقش المؤلفون أيضًا بنية الحالة المرتبطة بـ FAD (2b3d Adams & # 38 Jia ، 2006) ، حيث يتم ترتيب كلتا الحلقتين: يُذكر أن هذه الحلقات تصبح مرتبة عند ربط FAD نتيجة لإعادة الترتيب. في شبكة الرابطة الهيدروجينية. ومع ذلك ، هناك كثافة واضحة لإحدى الحلقات (L2). تم بناء ما لا يقل عن 13 جزيء ماء في كثافة الحلقة المفقودة في السلسلة D (الشكل 7 ج ). تم اقتراح (Adams & # 38 Jia ، 2006) أن ربط FAD يحفز تثبيت الحلقة من خلال التغييرات في شبكة الرابطة الهيدروجينية. لذلك ، فإن الدليل البنيوي لا يدعم بالضرورة هذا الادعاء.

4. مناقشة

يمكن أن يُعزى العدد المتزايد من المخلفات التي لم يتم تضمينها في هياكل بروتينية جديدة إلى العديد من العوامل: الهياكل الأكبر حجمًا التي يحددها علم البلورات بالأشعة السينية (van Beusekom وآخرون. ، 2016) من المرجح أن تحتوي على مناطق مرنة داخل السقالات المستقرة شرح توضيحي أفضل لتسلسل التركيبات المتبلورة (Henrick وآخرون. ، 2008 دوتا وآخرون. ، 2009) يسلط الضوء على المناطق المفقودة بشكل أفضل ويتم تجاهل فرص إنشاء حلقات مدعومة بكثافة الإلكترون بسبب التسرع أو نقص الخبرة (Mowbray وآخرون. ، 1999) حيث تقوم الأجيال الجديدة من علماء البلورات بتحديد الهياكل ذات الإنتاجية العالية. ملاحظة مقلقة أثناء التدريس هي أن بعض الطلاب قد حذفوا أجزاء من نموذج لتحسين إحصائيات التحقق من الصحة (اقرأ وآخرون. ، 2011) مثل النسبة المئوية لـ RSR ض القيم المتطرفة.

من المقبول عمومًا أن الحلقات ذات الكثافة الإلكترونية الأقل تحديدًا تحدث في تشكيلات متعددة. في كثير من الحالات ، يتم تمثيل نموذج واحد بهامش خطأ كبير بدرجة كافية في ملف ب العوامل المناسبة لتمثيل البيانات التجريبية. قد تكون هناك حالات يمكن فيها نمذجة أكثر من حلقة منفصلة. في الوقت الحاضر في مثل هذه الحالات ، نقوم ببناء شكل واحد لهذه الحلقات. على الرغم من إمكانية وجود امتداد نحو بناء مطابقة متعددة لمثل هذه الحلقات ، يمكن استخدام الحلول الحالية لنمذجة هذا التباين التوافقي بشكل صريح ( على سبيل المثال بيرنلي وآخرون. ، 2012 ليفين وآخرون. , 2007 ).

نحن نجادل بأن النماذج يجب أن تُبنى على أكمل وجه ممكن في ضوء البيانات ، لأن الاكتمال العالي سيزيد من فائدتها لمجتمع المستخدمين. على سبيل المثال ، قد تتحسن عمليات محاكاة تكوين مركب البروتين عندما يكون نموذج بنية البروتين كاملًا (وصحيحًا) قدر الإمكان: من الأفضل أن يكون لديك تشكيل تجريبي مبتدئ متاح حتى لو كان مدعومًا فقط بكثافة إلكترون ضعيفة ، بدلاً من التنبؤ بحت. الأساليب الحسابية. أيضًا ، يؤدي وجود الحلقات في الصقل إلى تحسين جودة البنية المحلية لمحيط الحلقة لأن الذرات المضافة تفرض قيودًا توافقية أفضل في الحي الهيكلي.

في بعض الحالات ، لم تكن طرائقنا قادرة على بناء حلقة مفقودة في منطقة ذات كثافة إلكترون واضحة نسبيًا. كان لهذا علاقة إما بعدم وجود حلقات متجانسة محاذاة جيدًا أو هندسة رديئة للأجزاء المجهزة. في بعض الحالات ، قد يشير هذا إلى تسجيل أخطاء (تم محاذاة عدد قليل من المخلفات بشكل خاطئ في التسلسل). مقارنة أفضل بين الهياكل المتماثلة ، على سبيل المثال ، باستخدام أدوات مثل phenix.structure_comparison (موريارتي وآخرون. ، 2018) ، لتحديد هذه المناطق بشكل أكثر موثوقية ، وهذا غير ممكن بطريقة آلية مع الأساليب الحالية.

يمكن أيضًا تطبيق الخوارزميات التي طورناها لتحديد ما إذا كان يجب الاحتفاظ بالحلقات أم لا على الأجزاء الموجودة من نماذج بنية البروتين. لقد أكدنا في هذه الورقة على عدد الحلقات الموجودة ليس بنيت في PDB ولكن قد تكون قابلة للبناء ، ومع ذلك ، قد تكون هناك أيضًا حالات قام فيها علماء البلورات بنمذجة الحلقات بحماس مفرط. لتقدير مدى هذا ، قمنا بتحليل توزيع نسبة الكثافة بين الذرات في الحلقات والذرات العشوائية في هياكل القوالب (الهياكل التي تم نسخ الحلقات منها). تعد نسبة الكثافة هذه أفضل بالنسبة لحلقات القالب من حد عتبة الكثافة للحلقات المبنية حديثًا في معظم الحالات (الشكل 8) وهذا متوقع لأن الحلقات عادةً ما تكون مفقودة على وجه التحديد لأن كثافة إلكترونها لم تكن واضحة جدًا. ومع ذلك ، هناك أيضًا حالات يكون فيها تناسب كثافة حلقة القالب فحصًا ضعيفًا للعديد من الحالات يوضح أن غالبية هذه الحلقات من المحتمل أن يكون لها شكل صحيح مدعوم بكثافة الإلكترون. ومع ذلك ، هناك أيضًا حالات لا ينبغي فيها تصميم الحلقة.


الشكل 8
تردد نسب الكثافة المحددة للعمود الفقري للحلقة عكس باقي العمود الفقري للحلقات التي تم استخدامها كقالب من الهياكل المتماثلة. تتمتع معظم حلقات القوالب بكثافة كافية ، وبالتالي كان من المفترض بناؤها أيضًا بواسطة حلقة : تقع هذه الحلقات على الجانب الأيمن من الخط الأحمر مما يشير إلى نسبة كثافة مقطوعة تبلغ 0.25.

إضافة محتملة إلى الطرق المعروضة هنا هي بناء حلقات جزئية أو توسيع النهاية. في البداية ، سمحنا بإنشاء حلقات جزئية بواسطة حلقة إذا كانت الكثافة المناسبة لذلك الجزء من الحلقة أعلى من حد الكثافة. على الرغم من أن غالبية الحلقات الجزئية البالغ عددها 8217 التي قمنا ببنائها قد تم تصميمها بشكل صحيح ، إلا أن بناء الحلقات الجزئية لم يكن موثوقًا بشكل كافٍ لأتمتة. في كثير من الأحيان ، يتم نمذجة الحمض الأميني في الكثافة المجاورة لجزيئات الماء أو الروابط غير المحددة مثل PEG. ستنشأ نفس المشكلة بالنسبة لتمديدات المحطات الطرفية مع صعوبتين إضافيتين. أولاً ، عدد المخلفات التي يمكن إضافتها ليس واضحًا دائمًا. يمكن أن تكون العديد من المخلفات مفقودة من النهاية ، ولأنها غير واضحة بداهة إلى أي مدى يمكن تمديد النهاية ، يجب إضافة البقايا واحدة تلو الأخرى. هذا أقل كفاءة من تركيب الحلقة وبالتالي من المحتمل أن يكلف وقتًا أكبر بكثير لوحدة المعالجة المركزية لكل بقايا مضافة. ثانيًا ، بدلاً من نقطتي ربط على طرفي حلقة مفقودة ، تحتوي النهاية على نقطة ربط واحدة فقط: المحطة الحالية. يعني عدم وجود نقطة ربط ثانية فقدانًا شديدًا للمعلومات حول الاتجاه العام الذي يجب أن تُبنى فيه المخلفات. لذلك ، يكون من الصعب اكتشاف الحالات التي لا يتم فيها تضمين الجزء الموسع في كثافة الإلكترون الصحيحة. لقد منعنا الجمع بين هذين المحددين من تنفيذ تمديد المصطلح في الوقت الحالي.

تتم إضافة نماذج هيكلية جديدة إلى PDB كل أسبوع ، مما يثري مجموعة بيانات البنية المتجانسة. وبالتالي ، فإن توافر المرشحين المناسبين لنقل الحلقة سيزداد فقط ، مما يسهل نمذجة الحلقة للهياكل الجديدة. يضمن التحديث الاستباقي لنماذج الهيكل الحالية من قبل PDB-REDO أن تستفيد نماذج الهيكل الأقدم أيضًا من زيادة توافر المتجانسات. سيبقى النضال الأصلي لإيجاد تشكيل حلقة جيدة لأول نموذج هيكلي منشور في عائلة بروتينية ، لكنه أصبح مشكلة مؤقتة ، حيث يوفر حل الهيكل الأول للبروتين مقابلاً للكثير من الأبحاث الهيكلية المستقبلية والآن في المقابل هذا المستقبل يوفر البحث أيضًا وسائل لجعل هذا الهيكل الأول أكثر اكتمالًا. لقد أظهرنا بوضوح أنه يمكن استخدام التوافر المتزايد للبيانات المتماثلة لتحسين اكتمال نماذج بنية البروتين في الماضي والحاضر والمستقبل.

5. التوافر

تتم استضافة كل من بنك بيانات PDB-REDO وخادم الويب على https://pdb-redo.eu. على خادم الويب ، يمكن لخبراء البلورات إرسال نماذج العمل قيد التقدم للتشغيل PDB-REDO بما في ذلك إجراء بناء الحلقة الجديدة. تتوفر طرازات 1990 من مجموعة الاختبار من خلال بنك البيانات. يتم تحديث إدخالات بنك البيانات الحالية تدريجيًا لتشمل إجراء بناء الحلقة. في صفحات إدخال بنك البيانات PDB-REDO ، يمكن للمستخدمين المسجلين إرسال طلب تحديث لتحديد أولويات تحديث ذلك الإدخال. الملفات التنفيذية الثنائية حلقة , الإصلاح و سلحفاة متوفرة من الموقع وكود المصدر متاح عند الطلب.

6. المؤلفات ذات الصلة

تم الاستشهاد بالمرجع التالي في المعلومات الداعمة لهذه المقالة: Wang & # 38 Dunbrack (2005).


تحديد ما إذا كان نموذج البروتين يحتوي على صراع العمود الفقري - علم الأحياء

يوضح الشكل أدناه زوايا التواء السلسلة الرئيسية الثلاث لعديد ببتيد. Phi (& Phi C، N، C&ألفا، C) و psi (& Psi N، C&ألفا، C، N) على جانبي الحرف C&ألفا ذرة وأوميغا (& أوميغا سي&ألفا، ج ، ن ، ج&ألفا) يصف زاوية رابطة الببتيد. بينما تتمتع & Phi و & Psi بحرية دوران كبيرة ، وأوميغا مستوية. هذا نتيجة لخاصية الرابطة المزدوجة الجزئية لرابطة الببتيد التي تسببها تأثيرات الرنين ، أي الإلكترونات غير الموضعية (N-C = O N + = C-O-). يُفضل تكوين غير قابل للتغيير (تقريبًا 180 درجة) لأسباب فاصلة. تكوين رابطة الدول المستقلة (& تقريبًا 0 درجة) نادر ، باستثناء البرولين. زوايا التواء الببتيد. سلسلة من اثنين من الأحماض الأمينية مع زوايا الالتواء الثلاثة فاي (& فاي) ، رطل (& بسي) وأوميغا (& أوميغا). يشار إلى صدى تأثير رابطة الببتيد والأوميغا باللون الأزرق الفاتح.

تسمى الرابطة "C-N" الرابطة الأمينية ، بينما "O = C-N" هي أميد (مع هيدروجين واحد أو مجموعة عضوية على الكربون واثنتان على النيتروجين). رابطة الببتيد ليست رابطة C-N نقية ، ولا هي رابطة C = N. بدلاً من ذلك ، يوجد هيكلان أساسيان أساسيان (N-C = O و N + = C-O-) في وقت واحد.

1.2 مؤامرة راماشاندران

في حين أن زوايا & أوميغا مقيدة ، فإن سلسلة البولي ببتيد الرئيسية تُظهر حرية كبيرة في الدوران حول N-C&ألفا (و Phi) و C.&ألفا- سندات C (& Psi). تم تصور هذا في مؤامرة راماشاندران. استخدم GN Ramachandran (Ramachandran، Ramakrishnan، and Sasisekharan 1963) نماذج الكمبيوتر من البولي ببتيدات الصغيرة لأخذ عينات منهجية لمساحة & Phi / & Psi بهدف إيجاد مطابقة مستقرة. لكل شكل ، تم فحص الهيكل بحثًا عن اتصالات وثيقة بين الذرات. تم التعامل مع الذرات على أنها كرات صلبة ذات أبعاد تتوافق مع نصف قطرها فان دير فال (تم استخدام مجموعتين مختلفتين من معلمات VdW ، بما في ذلك بعض المرونة في العمود الفقري في حالة واحدة). لذلك تم حساب ثلاثة أجزاء من المؤامرة ، الجزء المسموح به بالكامل (المفضل) ، الحد الخارجي (المسموح به) والجزء غير المسموح به ، حيث تتصادم الذرات في كلتا الحالتين. يوجد أدناه مؤامرة راماشاندران بناءً على الأصل [من ويكيميديا] مؤامرة راماشاندران من ويكيميديا ​​بناءً على الحبكة الأصلية بواسطة Ramachandran et al. يتم تمييز المنطقة المفضلة أو المسموح بها بالكامل بخطوط سوداء خالصة أو مسموح بها أو منطقة الحد الخارجي ويتم تمثيلها بخط أسود منقط.

راماشاندران وآخرون يمكن تعيين الهياكل الثانوية الرئيسية لمناطق محددة في المؤامرة. في المنطقة المفضلة (أو المسموح بها بالكامل ، كما أطلقوا عليها) تحدث صفائح بيتا ، حلزون البولي برولين ولولب ألفا (اليد اليمنى). أدى الحد الخارجي ، الذي تم حسابه بنصف قطر أصغر VdW ، إلى ظهور منطقة إضافية تتوافق مع حلزون ألفا الأيسر.

لا يمكن أن تشكل الأحماض الأمينية L مناطق ممتدة من اللولب الأيسر ولكن في بعض الأحيان تتبنى البقايا الفردية هذا التشكل. عادة ما تكون هذه البقايا جليكاين ولكن يمكن أيضًا أن تكون أسباراجين أو أسبارتاتي ، حيث تشكل السلسلة الجانبية رابطة هيدروجينية مع السلسلة الرئيسية وبالتالي تثبت هذا التشكل غير المواتي. 310 يحدث اللولب بالقرب من الجزء العلوي الأيمن من المنطقة الحلزونية ألفا ويقع على حافة المنطقة المسموح بها مما يشير إلى ثبات أقل. تشتمل المناطق غير المسموح بها عمومًا على عائق فاصل بين ذرات السلسلة الجانبية وذرات السلسلة الرئيسية. لا يحتوي الجليسين على سلسلة جانبية ، وبالتالي يمكنه تبني زوايا & Phi و & Psi في الأرباع الأربعة لمؤامرة Ramachandran. ومن ثم فإنه يحدث بشكل متكرر في مناطق البروتينات حيث يتم إعاقة أي بقايا أخرى بشكل تعقيم.

مع تزايد أعداد هياكل البروتين المحددة تجريبياً ، تستند التكرارات الأحدث لمؤامرة راماشاندران إلى التوزيعات المستخرجة من البيانات التجريبية. تتوافق الحالة العامة إلى حد كبير مع العمل الأصلي المعروض أعلاه. ومع ذلك ، فإن الجلايسين والبرولين يحملان خصائص مميزة للغاية تدين بها إلى سلاسلهما الجانبية. يحتوي الجليسين على هيدروجين واحد فقط كسلسلة جانبية مما يؤدي إلى عائق أقل استقامة وبالتالي زيادة حرية الدوران حول زوايا التواء السلسلة الرئيسية. ترتبط السلسلة الجانبية للبرولين بالنيتروجين مكونًا حلقة. والنتيجة هي صلابة توافقية استثنائية.

عام (بدون البرولين أو الجلايسين)
& بسي
& فاي
جليكاين فقط
& بسي
& فاي
البرولين فقط
& بسي
& فاي
قبل البرولين فقط
& بسي
& فاي

تمثل مخططات Ramachandran المعروضة أعلاه جميع زوايا الالتواء Phi / & Psi المستخرجة من 12521 بنية تجريبية غير زائدة عن الحاجة (قطع هوية التسلسل الزوجي بنسبة 30 ٪ ، دقة قطع الأشعة السينية 2.5 & # 8491) كما تم استبعادها من PISCES.

1.3 حلزون ألفا.

1.3.1 تطوير نموذج هيكل ألفا الحلزون.

قام كل من Pauling و Corey بتبديل نماذج البولي ببتيدات لإيجاد طرق لجعل العمود الفقري في مطابقة منتظمة تتوافق مع بيانات حيود ألياف الكيراتين ألفا. الترتيب الأكثر بساطة وأناقة هو الشكل اللولبي الأيمن المعروف باسم "alpha-helix".

ألفا الحلزون. إلى اليسار: منظر جانبي للحلزون ألفا. يقع الجزء N- طرفي من الببتيد على اليسار. أعلى اليسار: تم تصوير الجزيئات في عرق السوس. تظهر الروابط الهيدروجينية بخطوط خضراء منقطة. أسفل اليسار: نفس العرض بنمط VdW. إلى اليمين: عرض في حلزون ألفا. الجزء N-terminal في المقدمة. من أجل الوضوح فقط العمود الفقري وج& بيتا يظهر الكربون من البروتين.

مثال على بروتين بمحتوى حلزون ألفا يزيد عن 80٪ اليسار: منظر كارتوني لمستقبل الأدينوزين A1 البشري A1AR-bRIL ، إدخال pdb: 5UEN. إلى اليمين: مخطط راماشاندران لجميع المخلفات غير البرولين / الجلايسين.

1.3.2 خصائص alpha-helix.

يكرر الهيكل نفسه كل 5.4 على طول محور اللولب ، أي نقول أن حلزون ألفا له درجة 5.4 Å. تحتوي حلزونات ألفا على 3.6 من بقايا الأحماض الأمينية في كل دورة ، أي أن اللولب الذي يبلغ طوله 36 حمضًا أمينيًا سيشكل 10 لفات. يكون فصل المخلفات على طول محور اللولب 5.4 / 3.6 أو 1.5 ، أي أن اللولب ألفا له ارتفاع لكل بقايا 1.5 Å.

  • كل سلسلة رئيسية C = O و N-H مجموعة مرتبطة بالهيدروجين برابطة الببتيد 4 بقايا (أي Oأنا إلى N.أنا + 4). هذا يعطي ترتيبًا منتظمًا ومستقرًا للغاية.
  • تكون مستويات الببتيد متوازية تقريبًا مع محور اللولب ويتم محاذاة ثنائيات الأقطاب داخل اللولب ، أي تشير جميع مجموعات C = O في نفس الاتجاه وجميع مجموعات NH تشير إلى الاتجاه الآخر. تشير السلاسل الجانبية إلى الخارج من محور اللولب وهي موجهة بشكل عام نحو نهايتها الأمينية الطرفية.
  • & Phi و & Psi كلاهما سلبي.

1.3.3 تشوهات حلزونات ألفا.

  • تغليف الحلزونات المدفونة ضد عناصر البنية الثانوية الأخرى في لب البروتين.
  • تؤدي بقايا البرولين إلى حدوث تشوهات تبلغ حوالي 20 درجة في اتجاه محور اللولب. هذا لأن Proline لا يمكن أن تشكل α-helix منتظم بسبب عائق ستيري ناشئ عن سلسلتها الجانبية الحلقية والتي تمنع أيضًا السلسلة الرئيسية من ذرة N وتمنعها كيميائيًا من تكوين رابطة هيدروجينية. يتسبب البرولين في كسر روابط H في اللولب حيث يتم منع مجموعة NH من البقايا التالية أيضًا من تكوين رابطة هيدروجينية جيدة (اقرأ المزيد). عادة ما تكون الحلزونات التي تحتوي على البرولين طويلة ربما لأن الحلزون الأقصر قد يتزعزع بسبب وجود بقايا البرولين أكثر من اللازم. يحدث البرولين بشكل أكثر شيوعًا في المناطق الممتدة من عديد الببتيد.
  • غالبًا ما تنحني اللوالب المكشوفة للمذيبات بعيدًا عن منطقة المذيب. وذلك لأن مجموعات C = O المكشوفة تميل إلى الإشارة إلى المذيب لتعظيم قدرتها على الترابط H ، أي تميل إلى تكوين روابط H للمذيبات وكذلك مجموعات NH. هذا يؤدي إلى انحناء في محور اللولب.

1.4 310- هيليس.

310- تشكل الحلزونات فئة مميزة من الحلزون ولكنها بشكل عام قصيرة وتحدث بشكل متكرر عند أطراف حلزونات ألفا العادية. الاسم 310 ينشأ لأن هناك ثلاث بقايا لكل دور وعشر ذرات محاطة بحلقة مكونة من كل رابطة هيدروجينية (لاحظ أن ذرة الهيدروجين مدرجة في هذا العدد). توجد روابط هيدروجينية رئيسية بين المخلفات مفصولة بثلاث بقايا على طول السلسلة (أي Oأنا إلى N.أنا + 3). في هذه التسمية ، يكون Pauling-Corey alpha-helix هو 3.613- حلزوني. ثنائيات أقطاب 310- الحلزون غير محاذٍ بشكل جيد كما هو الحال في حلزون ألفا ، لذلك فهو هيكل أقل ثباتًا وتعبئة السلسلة الجانبية أقل ملاءمة.

امتداد صغير من 310- حلزوني. يظهر اللولب بأسلوب عرق السوس. فقط العمود الفقري و C.& بيتا يتم عرض الذرة من أجل الوضوح. اليسار: منظر جانبي ، الذرات العشر من الأحماض الأمينية الثلاثة مرقمة ويشار إلى الرابطة الهيدروجينية على أنها خط منقط أخضر. يمينًا: منظر علوي (طرف N فوق مستوى القطع).

1.5 ورقة بيتا.

1.5.1 هيكل ورقة بيتا.

اشتق باولينج وكوري نموذجًا لتشكيل البروتينات الليفية المعروفة باسم بيتا كيراتين. في هذا التشكل ، لا يشكل عديد الببتيد ملفًا. وبدلاً من ذلك ، فإنها تتعرج في شكل أكثر شمولاً من حلزون ألفا. بقايا الأحماض الأمينية في تكوين بيتا لها زوايا سلبية و Phi وزوايا & Psi موجبة. القيم النموذجية هي & Phi = -140 درجة و & Psi = 130 درجة. في المقابل ، تحتوي بقايا alpha-helical على زوايا سالبة و Phi و & Psi. يُشار إلى قسم من عديد ببتيد مع بقايا في تكوين بيتا على أنه خيط بيتا ويمكن لهذه الخيوط أن ترتبط من خلال تفاعلات الرابطة الهيدروجينية الرئيسية لتكوين صفيحة.

في ورقة بيتا ، هناك سلسلتان أو أكثر من سلاسل البولي ببتيد تعمل جنبًا إلى جنب مع بعضها البعض وترتبط بطريقة منتظمة بواسطة روابط هيدروجينية بين مجموعات السلسلة الرئيسية C = O و N-H. لذلك تكون جميع روابط الهيدروجين في ورقة بيتا بين أجزاء مختلفة من عديد الببتيد. هذا يتناقض مع alpha-helix حيث تشتمل جميع الروابط الهيدروجينية على نفس عنصر البنية الثانوية. المجموعات R (السلاسل الجانبية) للمخلفات المجاورة في نقطة بيتا ستراند في اتجاهين متعاكسين.

غالبًا ما يتم تصوير أوراق بيتا على شكل أسهم. تقليديا يشير السهم نحو الجزء C- الطرفي من الببتيد.
منظر لشريط بيتا واحد. يشير المربع الأخضر الداكن إلى سهل ورقة بيتا. في الجزء العلوي من السهل يتماشى مع الشاشة. يتم تدوير الشريط السفلي بزاوية 90 درجة ويخرج الشريط العادي من الشاشة.

تخيل وجود خيطين متوازيين مع الخيوط الموضحة أعلاه ، إما في المستوى الذي يحتوي على الشريط (الشريط العلوي) ، أو واحد أمام مستوى الشاشة والآخر خلفه (الشريط السفلي). هذه هي الطريقة التي ينشأ بها المظهر المطوي للورقة التجريبية. لاحظ أن مجموعات الببتيد من البقايا المجاورة تشير في اتجاهين متعاكسين بينما مع حلزونات ألفا ، فإن روابط الببتيد تشير جميعها في اتجاه واحد.

المسافة المحورية بين المخلفات المجاورة هي 3.5 Å. هناك نوعان من البقايا لكل وحدة متكررة والتي تعطي حبلا بيتا درجة 7 درجات. يقارن هذا مع alpha-helix حيث تكون المسافة المحورية بين المخلفات المجاورة 1.5 Å فقط. من الواضح أن عديد الببتيدات في تشكيل بيتا ممتدة أكثر بكثير من تلك الموجودة في التشكل ألفا الحلزوني.

1.5.2 صفائح بيتا متوازية ومضادة للتوازي ومختلطة.

في الصفائح التجريبية المتوازية ، تعمل جميع الخيوط في اتجاه واحد ، بينما تعمل الصفائح المجاورة المتجاورة في الاتجاه المعاكس. في الأوراق المختلطة ، تكون بعض الخيوط متوازية وبعضها الآخر غير متوازي.

أنواع مختلفة من أوراق بيتا. يتم تمثيل الروابط الهيدروجينية بخطوط منقطة. يتم عرض كل من التمثيل التخطيطي والمقتطفات من هياكل البروتين. من أجل الوضوح فقط ذرات العمود الفقري الثقيلة و C& بيتا تظهر الذرات ، عند الاقتضاء. (الورقة المضادة المتوازية عبارة عن قطع من كود PDB 5KO0 ، متوازي من 1DAB ومختلط من 4TVW)

في نماذج Pauling-Corey الكلاسيكية ، تحتوي ورقة بيتا المتوازية على روابط هيدروجينية أكثر تشوهًا إلى حد ما ، وبالتالي تكون روابط هيدروجينية أضعف بين الخيوط.

تعتبر صفائح بيتا شائعة جدًا في البروتينات الكروية وتحتوي معظمها على أقل من ستة خيوط. يبلغ عرض ورقة بيتا ذات ستة خيوط حوالي 25. لم يلاحظ أي تفضيل للصفائح بيتا المتوازية أو المضادة للتوازي ، لكن الصفائح المتوازية التي تحتوي على أقل من أربعة خيوط نادرة ، وربما تعكس ثباتها المنخفض. تميل الأوراق إلى أن تكون إما متوازية أو كلها مضادة للتوازي ، لكن الصفائح المختلطة تحدث.

نموذج Pauling-Corey للورقة التجريبية مستوٍ. ومع ذلك ، فإن معظم صفائح بيتا الموجودة في هياكل الأشعة السينية للبروتين الكروي ملتوية. هذا الالتواء أعسر كما هو موضح أدناه. ينتج الالتواء الكلي للورقة من الدوران النسبي لكل بقايا في الخيوط بمقدار 30 درجة لكل حمض أميني بمعنى اليد اليمنى.

عرض في ورقة بيتا. لاحظ الدوران بين الخيوط. عرض تخطيطي (أعلى) وجزء من ورقة بيتا (إدخال PDB: 4TVW). من أجل الوضوح فقط العمود الفقري الثقيل والذرة ج& بيتا معروض.

تكون الألواح المتوازية ملتوية أقل من الموازاة ودائمًا ما تكون مدفونة. في المقابل ، يمكن للصفائح المضادة للتوازي أن تتحمل تشوهات أكبر (التواء وانتفاخات بيتا) وتعرض أكبر للمذيبات. هذا يعني أن الصفائح المضادة للتوازي أكثر ثباتًا من الألواح المتوازية والتي تتوافق مع كل من هندسة رابطة الهيدروجين وحقيقة أن الصفائح المتوازية الصغيرة نادرًا ما تحدث (انظر أعلاه).

1.6 لفائف والمنعطفات

1.6.1 بيتا المنعطفات (المنعطفات العكسية)

دورة بيتا هي منطقة من أربع بقايا متتالية مع (غالبًا) رابطة هيدروجينية بين أكسجين الكربونيل لبقايا السلسلة الرئيسية ومجموعة NH لبقايا i + ثالث على طول السلسلة (Oأنا إلى نيو هامبشايرأنا + 3). يتم تحديد النوع الفرعي بزوايا & Phi و & Psi للمتبقيين الأوسطين (i + 1 و i + 2). غالبًا ما تُعتبر الرابطة الهيدروجينية إلزامية ولها دوافع فقط مع C&ألفا المسافة بين ith و i + رابع بقايا أقل من 7Å تؤخذ في الاعتبار. يتم تخصيص كل دور لواحد من تسعة فصول. يتم استبعاد المناطق الحلزونية من هذا التعريف وتشكل المنعطفات بين خيوط بيتا فئة خاصة من المنعطفات تُعرف باسم دبوس الشعر بيتا (انظر لاحقًا). في الأربع أدوار بيتا المتكررة التالية موصوفة.

النوعان الأول والثاني الموضحان في الشكل أدناه هما المنعطفات العكسية الأكثر شيوعًا ، والفرق الأساسي بينهما هو اتجاه رابطة الببتيد بين البقايا في (i + 1) و (i + 2). النوعان الأول والثاني هما شكلهما الأيسر المحترم.

بيتا (عكس) هياكل الانعطاف. يتم عرض المنعطفات من النوع الأول والثاني (أعلى) مع نظرائهم من اليد اليسرى (أسفل).يتم تحديد نوع دورة بيتا بواسطة زاويتَي & Phi و & Psi للبقايا i + 1 و i + 2. يشار إلى الروابط الهيدروجينية بين أكسجين بقايا ith ومجموعة NH من بقايا i + 3 بخط أخضر منقط. لاحظ أن المنعطف الموجود أعلى اليسار لا يشكل رابطة هيدروجينية (يشار إليها بواسطة //) في هذا المثال. إلى اليمين ، تظهر الزوايا المثالية ثنائية السطوح لبقايا i + 1 (أرجواني) و i + 2 (أحمر) في مخطط راماشاندران. علامات الصليب ± 30 درجة.

لاحظ أن بقايا (i + 2) من النوع الأول والثاني تقع في منطقة من مؤامرة Ramachandran والتي نادرًا ما تشغلها الأحماض الأمينية غير الجلايسينية. من الرسم التخطيطي لـ I 'turn ، يمكن ملاحظة أن البقايا (i + 2) لها سلسلة جانبية ، سيكون هناك عائق فاصل مع أكسجين الكربونيل من البقايا السابقة.

لمزيد من التفاصيل ، انظر أيضًا أوصاف بيتا truns في PDBeMotif أو PDBsum.


خطوات تجربة هيرشي ومطاردة

قدم هيرشي وتشيس دليلاً كاملاً على أن الحمض النووي مادة وراثية من خلال تجاربهما. لإجراء التجربة ، أخذ هيرشي وتشيس T-2 العاثية (غزاة بكتريا قولونية بكتيريا). تتضمن التجربة الخطوات التالية:

العلامات المشعة للجراثيم

قام هيرشي وتشيس بتنمية عاثيات T-2 على دفعتين. في الدفعة 1 ، نحتاج إلى زراعة العاثيات في الوسط الذي يحتوي على الكبريت المشع (S 35) والفوسفور المشع (P 32) في الدفعة 2. بعد الحضانة ، يمكننا أن نرى أن الكبريت المشع (S 35) سيميز بروتين الملتهمة. سيقوم الفوسفور المشع (P 32) بتمييز الحمض النووي للعاثية.

الآن سيكون هناك سؤال حول سبب تسمية الكبريت المشع ببروتين الملتهمة فقط ، وليس الحمض النووي. وضع العلامات على بروتين فج بواسطة ق 35 هو لأن الكبريت عنصر هيكلي للبروتين سوف يميز بروتين فج، وليس الحمض النووي للعاثية.

على العكس من ذلك ، فإن وضع العلامات على الحمض النووي للعاثية بواسطة ص 32 لأن الفوسفور يشكل العمود الفقري للحمض النووي لذا فإنه سيضع علامة على DNA Phageوليس بروتين فج.

عدوى

بعد وضع العلامات المشعة للحمض النووي للعاثية والبروتين ، أصاب هيرشي وتشيس البكتيريا ، أي بكتريا قولونية باستخدام الملتهمة المشعة T-2. في الدفعة 1 ، تم السماح لـ T-2 phage الموسومة بـ S 35 وفي الدفعة 2 T-2 phage المسمى بـ P 32 تصيب الخلايا البكتيرية بكتريا قولونية.

بعد إرفاق T-2 العاثية إلى بكتريا قولونية، سوف يدخل الحمض النووي للعاثية السيتوبلازم بكتريا قولونية. سيشغل الحمض النووي للعاثية آلية الخلية المضيفة. يحدث تدهور الجينوم البكتيري بواسطة T2-phages حيث يستخدمون الريبوسومات لتكوين بروتينات هيكلية للقفيصة وألياف الذيل ولوحة القاعدة وما إلى ذلك.

مزج

في وقت المزج أو التحريض ، يتم تحريك الخلايا البكتيرية لإزالة المعاطف الفيروسية. نتيجة للتحريض ، نحصل على محلول يحتوي على خلايا بكتيرية وجزيئات فيروسية مثل القفيصة وألياف الذيل ولوحة القاعدة والحمض النووي وما إلى ذلك.

الطرد المركزي

تفصل هذه المرحلة الجزيئات الفيروسية والخلايا البكتيرية عن المحلول أعلاه. نتيجة للطرد المركزي ، فإن الجسيمات الثقيلة ، أي الخلايا البكتيرية سوف تودع في شكل "الكريات". الجسيم الأخف ، أي الجسيمات الفيروسية ، سيظهر في "طاف"من الحل.

الملاحظة

بعد الطرد المركزي ، يمكننا ملاحظة النتائج لتحديد عامل وراثي. سينقل الحمض النووي للعاثية المسمى P 32 النشاط الإشعاعي في الخلية المضيفة. وهكذا ، يدخل P 32 المشع إلى خلية بكتيرية ويتواجد في شكل "كريات". لن ينقل بروتين الملتهمة الموسومة بـ S 35 نشاطه الإشعاعي في الخلية المضيفة. نتيجة لذلك ، سيظهر S 35 المشع في شكل "طاف" في المحلول.


شاهد الفيديو: شوف الفرق بين الجراحة التقليدية وجراحة المنظار من أستاذ جراحة العظام والعمود الفقري بجامعة عين شمس (كانون الثاني 2023).