Структура и функционирование белков. Применение методов биоинформатики - Джон Ригден 2014

Предсказание структуры белков ab initio
Отбор моделей
Эмпирическая энергетическая функция

В 1990 году Сиппл, используя статистические данные о белках известной структуры, размещенные в базе данных PDB, разработал потенциал парных взаимодействий остатков (Sippl 1990); последняя версия метода - PROSA ІІ (Sippl 1993; Wiederstein and Sippl 2007). С тех пор появилось множество различных эмпирических потенциалов, в том числе потенциал атомных взаимодействий, потенциал сольватации, потенциал водородных связей, потенциал торсионных углов и др. В крупнозернистых потенциалах каждый остаток представлен либо одиночным атомом, либо несколькими атомами. Так, существуют потенциалы на основе атомов С_а (Melo etal. 2002), атомов C_ß (Hendlich et al. 1990), центров масс боковых цепей (Bryant and Lawrence 1993; Kocher et al. 1994; Thomas and Dill 1996; Skolnick et al. 1997; Zhang and Kim 2000; Zhang et al. 2004), центров масс боковых цепей и атомов Cа (Веrrеrа et al. 2003). Один из наиболее широко используемых потенциалов - RAPDF - является полноатомным, учитывает характерные особенности остатков и зависит от расстояния (Samudrala and Moult 1998). При расчете потенциала учитывается расстояние между 167 специфическими псевдоатомами аминокислот. Позже появились другие атомные потенциалы с различными исходными состояниями, в том числе КВР (Lu and Skolnick 2001), DFIRE (Zhou and Zhou 2002), self-RAPDF (Wang et al. 2004), victor/FRST (Tosatto 2005), DOPE (Shen and Sali 2006). По утверждениям создателей использование этих потенциалов позволяет выявлять нативную структуру белка среди структурных макетов. Однако проблема отбора моделей, близких к нативной структуре, среди множества макетов в этих методах по-прежнему не решена (Skolnick 2006). Эта проблема, по сути, является более важной, чем распознавание нативной структуры, поскольку фактически на сегодняшний день не существует белковых молекул, структура которых была бы определена методами компьютерного моделирования. Согласно результатам экспериментов CAFASP4-MQAP 2004 года (Fischer 2006), наиболее высокой производительностью отличались энергетические функции Victor/FRST (Tosatto 2005) и MODCHECK (Pettitt et al. 2005). Функция Victor/FRST содержит полноатомный потенциал парных взаимодейстий, потенциал сольватации и потенциал водородных связей. В состав MODCHECK входит потенциал взаимодействий атомов C_ß. На соревнованиях CASP7-MQAP в 2006 году лучшую производительность показал метод Peons, разработанный группой Элофссона (Wallner and Elofsson 2007).