Wikipedia talk:WikiProject Molecular Biology/Computational Biology/13th ISCB Wikipedia competition entries

Protein–Protein Yerleştirmesi (Docking) ve Kullanılan Araçlar
Giriş

Proteinler, biyolojik sistemlerde yaygın olarak bulunan ve enzim aktivitesi, taşıma, depolama ve membran bileşimi gibi çeşitli özel görevleri yerine getiren biyokimyasal bileşiklerdir. Proteinler nadiren tek başına çalışır; bunun yerine diğer kimyasalların ve proteinlerin yoğun ortamında çalışırlar. Metabolik düzenleme, proteaz inhibisyonu, DNA replikasyonu ve transkripsiyonu, hücre yapışması, hormon-reseptör bağlanması, antikorların antijene karşı etkisi, hücreler arası iletişim, sinyal iletimi ve hücrelerdeki gen ifadelerinin düzenlenmesi dahil olmak üzere birçok biyolojik süreç, protein etkileşimlerine bağlıdır. Bu nedenle, çeşitli protein-protein etkileşimlerinin ve etkileşim mekanizmalarının kapsamlı bir şekilde anlaşılması, biyolojik süreçlerin anlaşılması için esastır.

Protein-Protein Etkileşimleri

Protein-protein etkileşimleri bir proteinin yüzeyinde meydana gelir ve moleküllerin esnekliği, şekli ve kimyasal tamamlayıcılığı tarafından kontrol edilen biyofiziksel olaylardır. Protein-protein etkileşimleri, hücresel kontrolün birçok mekanizmasında, protein lokalizasyonu, rekabetçi inhibisyon, allosterik düzenleme, gen düzenlemesi ve sinyal iletimi dahil olmak üzere hayati öneme sahiptir. Protein-protein etkileşimlerinin bozulması, bu fonksiyonlarla ilişkili hastalıklara neden olabilmektedir. Protein-protein etkileşimlerinin doğru ve tutarlı bir şekilde tahmin edilmesi, biyolojik olarak önemli komplekslerin işlevini anlamak için mevcut yapısal bilginin miktarını oldukça artırabilir. Protein komplekslerinin üç boyutlu yapıları, önemli biyolojik yollarda yer alan protein-protein etkileşimlerinin moleküler mekanizmalarına dair paha biçilmez bir içgörü sağlayabilir ve elde edilen bilgilerin kullanılmasına izin vererek protein etkileşimlerini kontrol eden moleküllerin tasarımına olanak tanımaktadır.

Protein–Protein Yerleştirmesi (Docking)

Protein-protein komplekslerinin üç boyutlu yapılarını tahmin etme (docking), bunların hücredeki işlevsel mekanizmalarını ve rollerini anlamak için ışık tutabilir. Protein komplekslerinin yapıları, protein arayüzleri hakkında bilgi sağlar ve ilaç tasarımına yardımcı olmaktadır. Protein-protein yerleştirme (docking), protein-protein etkileşimlerini tahmin etme, sinyal yolaklarını anlama ve komplekslerin afinite değerlendirmesinde yardımcı olabilmektedir. İki proteinin yerleştirilmesi (dockingi), proteinlerin uygun dönme ve çevirme pozisyonlamasını gerektirir bu da hızlı Fourier dönüşüm teknikleri (FFT) veya geometrik eşleştirme teknikleriyle etkili bir şekilde çözülebilmektedir. Her iki yöntem de rijit cisim yerleştirmesi (dockingi) olarak adlandırılır. Protein-protein yerleştirmesi yöntemlerinin yaygın bir varsayımı, protein-protein etkileşiminin şekil uygunluğuna dayanarak ve basitleştirilmiş amino asit modellerini kullanarak modellenebileceğidir. Rijit cisim yerleştirmesi programları genellikle bir proteinin sabit bir konumda bulunduğu ve diğerinin hareket ettirildiği bir konumda çalışır böylelikle etkileşen proteinlerin rota-translasyonel alanını keşfeder. Yerleştirme işlemi genellikle iki veya üç adımdan oluşmaktadır. Bunlar: (a) arama aşaması, muhtemel protein-protein komplekslerinin oluşturulmasını içerir (b) örneklem aşaması, ilk aşamadan elde edilen komplekslerin kümeleme ve puanlama işlemlerini içerir ve (c) son aşama, potansiyel çözümlerin (puanlama, filtreleme) rafine edilmesini (isteğe bağlı ve sıralamasını içermektedir.

Protein–Protein Yerleştirme (Docking) Süreç Akışı

Genel olarak protein-protein yerleştirmesi (dockingi), poz üretimi ve puanlama olmak üzere iki adımdan oluşmaktadır.

1-) Poz Üretimi: Bu aşamada yer alan temel adımlar, etkileşen proteinlerin çevrilmesi ve döndürülmesi işlemleridir. Bunlar genellikle kapsamlı veya stokastik bir yöntem kullanılarak yapılır. Kapsamlı arama, sistemli arama olarak da adlandırılan bir algoritmanın yakın doğal yapıları atlamasının eğilimini, ligand ve reseptörün tüm olası dönüşümlerini belirli bir aralıkta düşünerek azaltmaktadır. Bu, farklı bir bakış açısından zaman ve alanı önemli ölçüde artırır ve bu nedenle daha iyi örnekleme yöntemlerine olan talebi artırır. Yöntem, aramanın muhtemelen yakın doğal yapıların bulunmasına yol açabilecek bölgelere sınırlanmasını sağlayacak şekilde değiştirilir. Şekil tamamlayıcılığı ve elektrostatik tamamlayıcılık gibi kısıtlamaların tanıtılması, potansiyel bağlanma bölgelerini bulmaya yardımcı olmaktadır. Stokastik yöntemler, kapasiteleri doğrultusunda yakın doğal yapıların doğru tahminine de yol açabilir ve puanlama aşamasının daha doğru olmasını zorlamaktadır.

2-) Puanlama: Genel olarak puanlama, belirli bir etkileşimin farklı olası durumları arasında en düşük enerji durumunu belirlemeyi amaçlar ve bu nedenle yerleştirme (docking) durumunda, ideal olarak protein-protein birlikteliğinin enerjik yönlerini açıklayabilmelidir . Protein–protein yerleştirmesi (dockingi) ile elde edilen örnekleme yapıları havuzundan en iyi doğal benzeri kompleks yapısını seçmek için birçok puanlama fonksiyonu geliştirilmiştir. Genellikle puanlama fonksiyonlarının geliştirilmesinde; kovalent olmayan etkileşimlerden kaynaklanan katkılar, çözünme etkileri, istatistiksel ve temas potansiyelleri, tahmin edilen bağlanma bölgeleri, şekil tamamlayıcılığı, geometri, bilgi temelli yaklaşımlar, fiziksel prensipler ve deneysel metotlar kullanılmaktadır . Protein-protein yerleştirmesi algoritmaları genellikle protein-protein arayüzlerinin geometrik uygunluğuna dayanmaktadır. Bağlanma için temel bölgeler genellikle etkileşen proteinlerde önceden oluşturulmuştur ve bu nedenle bir protein kompleksinin arayüzü, protein yapılarının içsel geometrik bir özelliği olarak düşünülebilir. Bu şekil uygunluğunu yakın doğal çözümleri tanımlamak için popüler bir sıralama kriteri haline getirmiştir.