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

Распознавание фолда
“Протягивание”

Какую информацию можно извлечь из того факта, что многие последовательности, значительно отличающиеся друг от друга, обладают похожей пространственной структурой? Существует большое количество данных, свидетельствующих, что встречающееся в природе (нативное) состояние белка находится в широкой и глубокой энергетической “яме”. Сворачивание белка в характерную для него (зачастую, но не всегда, уникальную) структуру является результатом энергетически выгодных взаимодействий между аминокислотами внутри структуры, а также между аминокислотами и окружающим растворителем.

Если бы нам удалось понять, какие пространственные взаимодействия и взаимодействия с растворителем стабилизируют данную структуру, это дало бы возможность предсказывать последовательности, совместимые с этой структурой, а также создавать последовательности, соответствующие этой структуре. В этом и состоит концепция протягивания. Имея последовательность, структуру которой необходимо предсказать, исследователь выравнивает, или “драпирует”, исследуемую последовательность относительно всех известных структур баз данных. Для каждого случая рассчитывается оценка, которая дает представление о том, насколько данная структура выгодна для рассматриваемой последовательности. Структура с наиболее выгодной оценкой и становится предсказанием. Но каковы эти выгодные взаимодействия, и как вычислить их величину? К счастью, благодаря упорной работе множества экспериментаторов по всему миру, существует база данных нативных белковых структур - база данных энергетически выгодных взаимодействий.

Путем тщательного статистического анализа распределения различных типов аминокислот в известных белковых структурах можно устанавливать четкие связи “последовательность-структура” и использовать их для решения проблем предсказания. Эти эмпирические, или “основанные на знаниях”, силовые поля широко используются во всех методах предсказания структуры белка, а их ключевая роль в моделировании ab initio означает, что множество деталей, касающихся данной проблемы, можно найти в соответствующей главе. Тем не менее, краткий обзор будет не лишним.