Model HP: Różnice pomiędzy wersjami

Z BioFizInfo
Przejdź do nawigacji Przejdź do wyszukiwania
← poprzednia edycjanastępna edycja →

Ponadto (dyskusja | edycje)

62 edycje
Ponadto (dyskusja | edycje)
62 edycje
Nie podano opisu zmian
Ponadto (dyskusja | edycje)
62 edycje
Nie podano opisu zmian
Linia 3: Linia 3:
'''Model HP''' (''hydrophobic-polar protein folding model'') to model polimeru wykorzystywany w badaniach nad ogólnymi zasadami rządzącymi procesem zwijania białek. Badania tego typu w przypadku modeli pełnoatomowych wiążą się ze znacznymi kosztami obliczeniowymi, podczas gdy w modelu HP, ze względu na uproszczoną charakterystykę układu, możliwe jest przeprowadzenie krótkiej symulacji (trwającej od kilku minut do kilku godzin), w trakcie której układ jest w stanie osiągnąć wszystkie możliwe mikrostany <ref name="dill1995">{{cite journal |author=Dill K.A. |title=Principles of protein folding - A perspective from simple exact models |journal=Protein science |volume=4 |issue=4 |year=1995 |id={{Entrez Pubmed|7613459}} |pages=561–602 |pmid=7613459}}</ref>.  
'''Model HP''' (''hydrophobic-polar protein folding model'') to model polimeru wykorzystywany w badaniach nad ogólnymi zasadami rządzącymi procesem zwijania białek. Badania tego typu w przypadku modeli pełnoatomowych wiążą się ze znacznymi kosztami obliczeniowymi, podczas gdy w modelu HP, ze względu na uproszczoną charakterystykę układu, możliwe jest przeprowadzenie krótkiej symulacji (trwającej od kilku minut do kilku godzin), w trakcie której układ jest w stanie osiągnąć wszystkie możliwe mikrostany <ref name="dill1995">{{cite journal |author=Dill K.A. |title=Principles of protein folding - A perspective from simple exact models |journal=Protein science |volume=4 |issue=4 |year=1995 |id={{Entrez Pubmed|7613459}} |pages=561–602 |pmid=7613459}}</ref>.  
__TOC__
__TOC__
== Wstęp ==
[[Image:Hp2d 1.png|thumb|upright|right|300px|(1) Dwuwymiarowy model HP o sekwencji: HPHPHHHHHPHP (wizualizacja w PyMOLu). Na niebiesko zaznaczono aminokwasy hydrofobowe (H), na zielono aminokwasy polarne (P). Ponieważ w powyższym mikrostanie nie występują kontakty H-H, energia wynosi 0.]]
[[Image:Hp2d 1.png|thumb|upright|right|300px|(1) Dwuwymiarowy model HP o sekwencji: HPHPHHHHHPHP (wizualizacja w PyMOLu). Na niebiesko zaznaczono aminokwasy hydrofobowe (H), na zielono aminokwasy polarne (P). Ponieważ w powyższym mikrostanie nie występują kontakty H-H, energia wynosi 0.]]
[[Image:Hp2d inter.png|thumb|right|300px|(2) Obrót wokół szóstego aminokwasu skutkuje utworzeniem kontaktu H-H między ósmym i piątym aminokwasem.]]
[[Image:Hp2d inter.png|thumb|right|300px|(2) Obrót wokół szóstego aminokwasu skutkuje utworzeniem kontaktu H-H między ósmym i piątym aminokwasem.]]
[[Image:Hp2d 2.png|thumb|right|300px|(3) Transformacja została zaakceptowana, liczba kontaktów H-H wynosi 1, zatem nowa energia układu wynosi -Ɛ.]]
[[Image:Hp2d 2.png|thumb|right|300px|(3) Transformacja została zaakceptowana, liczba kontaktów H-H wynosi 1, zatem nowa energia układu wynosi -Ɛ.]]
== Wstęp ==
Idea modelu HP opiera się na obserwacji, iż kluczową rolę w procesie zwijania białek pełni efekt hydrofobowy (w tym kontekście spotkać się można z terminem: "oddziaływania hydrofobowe"). W podstawowym modelu HP polimer zbudowny jest z monomerów H (hydrofobowych) oraz P (polarnych), przy czym wkład do energii pochodzi jedynie od H. Można więc myśleć o modelu HP jak o modelu białka, w którym alfabet aminokwasów ograniczony został do zbioru {H,P}. Aminokwasy znajdują się w węzłach sieci kwadratowej (''square lattice'') w przypadku modelu dwuwymiarowego (2D), bądź w węzłach sieci sześciennej (''cubic lattice'') w przypadku modelu trójwymiarowego (3D). Dwa aminokwasy nie mogą znajdować się w tym samym węźle. Natomiast jeśli dwa aminokwasy połączone są wiązaniem (przez analogię do wiązania peptydowego między aminokwasami w białkach), to muszą się one znajdować w sąsiednich węzłach. '''Mikrostan''' układu można określić poprzez: sekwencję peptydu oraz współrzędne poszczególnych aminokwasów.  
Idea modelu HP opiera się na obserwacji, iż kluczową rolę w procesie zwijania białek pełni efekt hydrofobowy (w tym kontekście spotkać się można z terminem: "oddziaływania hydrofobowe"). W podstawowym modelu HP polimer zbudowny jest z monomerów H (hydrofobowych) oraz P (polarnych), przy czym wkład do energii pochodzi jedynie od H. Można więc myśleć o modelu HP jak o modelu białka, w którym alfabet aminokwasów ograniczony został do zbioru {H,P}. Aminokwasy znajdują się w węzłach sieci kwadratowej (''square lattice'') w przypadku modelu dwuwymiarowego (2D), bądź w węzłach sieci sześciennej (''cubic lattice'') w przypadku modelu trójwymiarowego (3D). Dwa aminokwasy nie mogą znajdować się w tym samym węźle. Natomiast jeśli dwa aminokwasy połączone są wiązaniem (przez analogię do wiązania peptydowego między aminokwasami w białkach), to muszą się one znajdować w sąsiednich węzłach. '''Mikrostan''' układu można określić poprzez: sekwencję peptydu oraz współrzędne poszczególnych aminokwasów.  


Wersja z 15 lut 2011, 15:51

Model HP

Model HP (hydrophobic-polar protein folding model) to model polimeru wykorzystywany w badaniach nad ogólnymi zasadami rządzącymi procesem zwijania białek. Badania tego typu w przypadku modeli pełnoatomowych wiążą się ze znacznymi kosztami obliczeniowymi, podczas gdy w modelu HP, ze względu na uproszczoną charakterystykę układu, możliwe jest przeprowadzenie krótkiej symulacji (trwającej od kilku minut do kilku godzin), w trakcie której układ jest w stanie osiągnąć wszystkie możliwe mikrostany [1].


Wstęp

(1) Dwuwymiarowy model HP o sekwencji: HPHPHHHHHPHP (wizualizacja w PyMOLu). Na niebiesko zaznaczono aminokwasy hydrofobowe (H), na zielono aminokwasy polarne (P). Ponieważ w powyższym mikrostanie nie występują kontakty H-H, energia wynosi 0.
(2) Obrót wokół szóstego aminokwasu skutkuje utworzeniem kontaktu H-H między ósmym i piątym aminokwasem.
(3) Transformacja została zaakceptowana, liczba kontaktów H-H wynosi 1, zatem nowa energia układu wynosi -Ɛ.

Idea modelu HP opiera się na obserwacji, iż kluczową rolę w procesie zwijania białek pełni efekt hydrofobowy (w tym kontekście spotkać się można z terminem: "oddziaływania hydrofobowe"). W podstawowym modelu HP polimer zbudowny jest z monomerów H (hydrofobowych) oraz P (polarnych), przy czym wkład do energii pochodzi jedynie od H. Można więc myśleć o modelu HP jak o modelu białka, w którym alfabet aminokwasów ograniczony został do zbioru {H,P}. Aminokwasy znajdują się w węzłach sieci kwadratowej (square lattice) w przypadku modelu dwuwymiarowego (2D), bądź w węzłach sieci sześciennej (cubic lattice) w przypadku modelu trójwymiarowego (3D). Dwa aminokwasy nie mogą znajdować się w tym samym węźle. Natomiast jeśli dwa aminokwasy połączone są wiązaniem (przez analogię do wiązania peptydowego między aminokwasami w białkach), to muszą się one znajdować w sąsiednich węzłach. Mikrostan układu można określić poprzez: sekwencję peptydu oraz współrzędne poszczególnych aminokwasów.

Ewolucję układu w modelu HP zadaje zestaw dozwolonych transformacji struktury oraz rozkład prawdopodobieństwa przejść między mikrostanami. Przykładem dozwolonej transformacji może być obrót części białka o pewien kąt wokół wybranego aminokwasu (przykład przedstawiono po prawej). W przypadku modelu 2D istnieją trzy możliwe nietrywialne obroty. Jeżeli po dokonaniu obrotu żadne dwa aminokwasy nie zajmują tego samego punktu w przestrzeni, obrót uznajemy za dozwolony.

Po dokonaniu dozwolonej transformacji prawdopodobieństwo akceptacji nowego mikrostanu zależy jedynie od zmiany wartości energii. Innymi słowy: to, czy zaakceptujemy mikrostan uzyskany w wyniku transformacji zależy jedynie od mikrostanu przed transformacją; wcześniejsza historia układu nie ma tu znaczenia. Zatem ewolucja peptydu (ciąg mikrostanów wygenerowany w toku symulacji) jest realizacją procesu stochastycznego, w którym prawdopodobieństwo zdarzenia (akceptacja nowego mikrostanu) zależy jedynie od wyniku poprzedniego. Proces stochastyczny tego typu w przypadku dyskretnej przestrzeni stanów nazywany jest łańcuchem Markowa.

Sieć

Niech:

𝐞x=(1,0),𝐞y=(0,1)

będą wektorami bazowymi w przypadku dwuwymiarowym, zaś:

𝐞x=(1,0,0),𝐞y=(0,1,0),𝐞z=(0,0,1)

wektorami bazowymi w przypadku trójwymiarowym. Siecią kwadratową nazywać będziemy zbiór:

LATTICE2D={x𝐞x+y𝐞y∣x,y∈ℤ}

zaś zbiór:

LATTICE3D={x𝐞x+y𝐞y+z𝐞z∣x,y,z∈ℤ}

nazwiemy siecią sześcienną. Element sieci (węzeł) opisujemy przez podanie dwóch, bądź trzech liczb całkowitych (współrzędnych węzła), przykładowo dla sieci sześciennej: (0,1,-10).

Powiemy, że węzły a i b sąsiadują ze sobą na siatce (ozn. a ~ b), jeżeli istnieje wektor bazowy e taki, że:

𝐚=𝐛+𝐞∨𝐛=𝐚+𝐞.

Niech CHAINn={1,...,n} będzie zbiorem aminokwasów tworzących peptyd, gdzie n - długość peptydu. Wówczas strukturę przestrzenną wyrażać będziemy przez funkcję:

𝐬:CHAINn→LATTICE

spełniającą warunki:

𝐬(1)=(0,0,0)
∀i<n𝐬(i+1)∼𝐬(i)
∀i≠j𝐬(i)≠𝐬(j)

Podanie struktury (w postaci funkcji s) nie wystarcza do określenia miktrostanu układu, potrzebna jest jeszcze sekwencja.

Sekwencja

Sekwencja łańcucha określona jest przez wzorzec hydrofobowy Pat:CHAINn→{H,P}. Rozważany model dzieli aminokwasy ze względu na właściwości oddziaływań dalekozasięgowych na dwie kategorie: hydrofobowe (H) oraz polarne (P). Dalekozasięgowość oddziaływań odnosi się do wzajemnych położeń aminokwasów w sekwencji, a nie w przestrzeni. Przykładowo: o obecności oddziaływań dalekozasięgowych możemy mówić w przypadku pary aminokwasów o numerach 1 i 4, bądź: 2 i 9, ale nie w przypadku par: 1 i 3, czy też 4 i 5. Szczegóły w poniższej sekcji Oddziaływania.

Oddziaływania

Ino, ino...


Linki zewnętrzne

  1. ↑ Szablon:Cite journal
Źródło: „http://bioexploratorium.pl/index.php?title=Model_HP&oldid=110”