Proteiinien laskostuminen

Esitys aiheesta: "Proteiinien laskostuminen"— Esityksen transkriptio:

1 Proteiinien laskostuminen
Laskennallisia näkökulmia

2 Proteiinien rakenne rakennuspalikoina n. 20 erilaista aminohappoa
liittyvät peptidisidoksin aminohapposekvenssiksi sekvenssi laskostuu kolmiulotteiseksi rakenteeksi, joka määrää proteiinin toiminnan proteiinin primaari-, sekundaari- ja tertiaarirakenne

3 Laskostumisongelma aminohapposekvenssi määrää laskoksen: natiivi konformaatio yksikäsitteinen aminohappojärjestyksen selvittäminen huomattavasti edullisempaa ja nopeampaa kuin 3D-rakenteen miten rakenne voidaan ennustaa sekvenssistä käsin? mitä reittiä laskostuminen etenee?

4 Fysikaalinen näkökulma
proteiinin avaruusrakenne esitettävissä muutamalla parametrilla eri rakenteilla eri energiatilat Anfinsenin hypoteesi: natiivi konformaatio minimoi potentiaalienergiafunktion aminohapposekvenssistä päästään siis laskokseen minimoimalla potentiaalienergiafunktion arvo

5 Laskennallisia lähestymistapoja
jako osaongelmiin datan tilastollinen luokittelu, solmuteoria, graafiteoria, stokastinen ja tavanomainen differentiaalilaskenta optimointi oppivat mallit threading topologiset tarkastelut

6 Optimointi energia on monimuuttujafunktio: standardimenetelmiä (steepest descent) lokaalien minimien määrä valtava, jumiutumisvaara frozing, smoothing geneettiset algoritmit menetelmien yhdistely eri vaiheissa rajoitusehtoja proteiinidatapankista? energiafunktion suunnittelu tärkeää

7 Kompleksisuus laskostumisongelma NP-täydellinen: Levinthalin paradoksi
osaako luonto ratkoa NP-täydellisiä ongelmia polynomiajassa? onko luonto valinnut ”helpot” sekvenssit? tapahtuuko laskostuminen pienemmissä osissa? onko laskostumismekanismi koodattu aminohapposekvenssiin?

8 Oppivat menetelmät sekvenssijoukon ja yksittäisen sekvenssin tutkimisen rajapinnalla harjoitus tunnettujen tapausten avulla hahmontunnistus, neuroverkot piilotetut Markovin mallit (HMM) laskostumisreittien etsinnässä

9 Threading etsitään datapankista tutkittavan proteiinin sekvenssiä vastaavia sekvenssejä, joiden laskokset tai niiden osia tunnetaan etsitään paras vastaavuus tutkittavan ja tunnettujen rakenteiden välille samalla löydetään samankaltaisia proteiineja ja voidaan ennustaa tutkittavan proteiinin ominaisuuksia menetelmän luotettavuus kasvaa datapankin mukana tiettyä sekundaarirakennetta puoltavat, ehkäisevät ja indifferentit aminohapot? tulosten valossa lupaava lähestymistapa

10 Topologiset tarkastelut
sovellettu menestyksellisesti RNA:n tutkimisessa globaali laskostumisfunktio on kuvaus sekvenssiavaruudelta laskosavaruuteen määritellään avaruuksiin sopiva rakenne (ympäristö, reuna, esitopologiset joukot, yhtenäisyys, ekvivalenssiluokat jne.) voi olla riippumaton molekyylien fysikaalisista, kemiallisista ja biologisista ominaisuuksista tutkitaan avaruuksien rakenteen ja kuvauksen ominaisuuksien seurauksia

11 Neutraalijoukot neutraalijoukko, -polku ja -verkko
neutraalijoukkojen klusterointia sekvenssiavaruudessa ei ole havaittu sekvenssiavaruus täynnä neutraalipolkuja? satunnaisgraafimallit: neutraaliverkot lähellä toisiaan ainakin jossakin avaruuden osassa?

12 Eksoottisia avaruusrakenteita
Hammingin metriikka tai euklidiset etäisyysmäärittelyt eivät ole riittäviä tarvitaan tavanomaista eksoottisempia topologisia rakenteita esitopologiat, suodatinavaruudet, probabilistiset konvergenssiavaruudet ja sumeat topologiat? evoluutio muokkaa myös kuvausta ja avaruutta

13 Tulevaisuus olemassa olevien menetelmien parantelu
topologisten menetelmien tutkimus proteiiniperheiden tutkimus yksittäisten sekvenssien sijasta ennustuskisat (Asilomar, Kalifornia) kvanttilaskenta

14 J. Neumaier: ”Molecular biology is mankind's attempt to figure out how God engineered His greatest invention - life. As with all great inventions, details are top secret; however, even top secrets may become known. I find it a great privilege to live in a time where God allows us to gain some insight into His construction plans, only a short step away from giving us the power to control life processes genetically. I hope it will be to the benefit of mankind, and not to its destruction.”