Model HP: Różnice pomiędzy wersjami

Z BioFizInfo
Przejdź do nawigacji Przejdź do wyszukiwania
Ponadto (dyskusja | edycje)
Nie podano opisu zmian
Ponadto (dyskusja | edycje)
Nie podano opisu zmian
Linia 1: Linia 1:
=Model HP=
=Model HP=
[[Plik:Hp2d 1.png|thumb|right|300px|(1) Dwuwymiarowy model HP o sekwencji: HPHPHHHHHPHP (wizualizacja w PyMOLu). Na niebiesko zaznaczono zminokwasy hydrofobowe (H), na zielono aminokwasy polarne (P). Ponieważ w powyższym mikrostanie nie występują kontakty H-H, energia wynosi 0.]]
[[Plik:Hp2d 1.png|thumb|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.]]
[[Plik:Hp2d inter.png|thumb|right|300px|(2) Obrót wokół szóstego aminokwasu skutkuje utworzeniem kontaktu H-H między ósmym i piątym aminokwasem.]]
[[Plik:Hp2d inter.png|thumb|right|300px|(2) Obrót wokół szóstego aminokwasu skutkuje utworzeniem kontaktu H-H między ósmym i piątym aminokwasem.]]
[[Plik:Hp2d 2.png|thumb|right|300px|(3) Transformacja została zaakceptowana, liczba kontaktów H-H wynosi 1, zatem energia układu wynosi -Ɛ.]]
[[Plik:Hp2d 2.png|thumb|right|300px|(3) Transformacja została zaakceptowana, liczba kontaktów H-H wynosi 1, zatem nowa energia układu wynosi -Ɛ.]]


'''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, możliwe jest przeprowadzenie krótkiej symulacji (trwającej od kilku minut do kilku godzin), w trakcie której układ osiąga 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>.  


== Wstęp ==
== 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). Jeżeli między dwoma aminokwasami występuje wiązanie (przez analogię do wiązania peptydowego między aminokwasami w białkach), to muszą się one znajdować w sąsiednich węzłach. Ewolucję układu w modelu HP zadaje zestaw dozwolonych transformacji struktury ("ruchów") oraz rozkład prawdopodobieństwa przejść między stanami. Przykładem dozwolonej transformacji może być obrót części białka o pewien kąt wokół jednego z aminokwasów (przykład przedstawiono po prawej). Jeżeli Prawdopodobieństwo akceptacji nowego stanu zależy jedynie od zmiany wartości energii, wynikającej z dokonanego ruchu. Proces stochastyczny, w którym prawdopodobieństwo zdarzenia zależy jedynie od wyniku poprzedniego nazywany jest '''procesem Markowa'''.
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 określa sekwencja peptydu i współrzędne poszczególnych aminokwasów.
 
Ewolucję układu w modelu HP zadaje zestaw dozwolonych transformacji struktury ("ruchów") 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 (transformację) uznajemy za dozwoloną.
 
Prawdopodobieństwo akceptacji nowego mikrostanu zależy jedynie od zmiany wartości energii, wynikającej z dokonanej transformacji. Innymi słowy: to, czy zaakceptujemy nowy mikrostan zależy jedynie od mikrostanu poprzedzającego; 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'''.






== Linki zewnętrzne ==
== Linki zewnętrzne ==
* [http://en.wikipedia.org/wiki/Hydrophobic-polar_protein_folding_model Model HP w wikipedii]
* [http://en.wikipedia.org/wiki/Hydrophobic-polar_protein_folding_model Model HP w Wikipedii]
* [http://www.pymol.org/ Strona www projektu PyMOL]
* [http://en.wikipedia.org/wiki/Microstate_%28statistical_mechanics%29 Mikrostan w Wikipedii]
* [http://en.wikipedia.org/wiki/Stochastic_process Proces stochastyczny w Wikipedii]
* [http://en.wikipedia.org/wiki/Markov_Chain Łańcuch Markowa w Wikipedii]
* [http://www.pymol.org/ Strona WWW projektu PyMOL]

Wersja z 12 lut 2011, 23:05

Model HP

(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.

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

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 określa sekwencja peptydu i współrzędne poszczególnych aminokwasów.

Ewolucję układu w modelu HP zadaje zestaw dozwolonych transformacji struktury ("ruchów") 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 (transformację) uznajemy za dozwoloną.

Prawdopodobieństwo akceptacji nowego mikrostanu zależy jedynie od zmiany wartości energii, wynikającej z dokonanej transformacji. Innymi słowy: to, czy zaakceptujemy nowy mikrostan zależy jedynie od mikrostanu poprzedzającego; 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.


Linki zewnętrzne