İçeriğe atla

Yapısal biyoinformatik

Bir proteinin üç boyutlu yapısı

Yapısal biyoinformatik bir biyoinformatik dalı. Protein, RNA ve DNA gibi biyoloji makromolekülleriin 3D yapılarının tahmini ve analizi ile ilgilenir.

Özet

Yapısal biyoinformatikte kullanılan informatik yaklaşımlar şunlardır:

  • Hedef seçimi - Bilinen yapılar ve dizilerin veri tabanları ile karşılaştırmalar yapılarak potansiyel hedefler tanımlanır. Hedefin önemi yayımlanmış yayınlar temelinde (temel alınarak) belirlenebilir. Hedef aynı zamanda protein domaini temelinde de seçilebilir. Protein domainleri tekrar düzenlenerek yeni bir proteinin oluşturlmasına izin veren yapı taşlarıdır. Bu yapı taşları başlangıç olarak izolasyonda çalışılabilir.
  • X ışını kristalografisi denemeleri - X-Ray crystallography can be used to reveal three-dimensional structure of a protein. But, in order to use X-ray for studying protein crystals, pure proteins crystals must be formed, which can take a lot of trials. This leads to a need for tracking the conditions and results of trials. Furthermore, supervised machine learning algorithms can be used on the stored data to identify conditions that might increase the yield of pure crystals.
  • X ışını kristalografisi verilerinin analizi - Elektronlar üzerine X ışını bombardımanın bir sonucu olan kırınım örneği elektron yoğunluk dağılımının Fourier transformudur. Fourier transformunu kısmi bilgi(kayıp faz bilgisi ve detektörlerin sadece kırınmış X ışınlarının büyüklüğünü ölçebilmesi yüzünden) ile çözebiliecek algoritmalara ihtiyaç vardır. Multidalgaboyu aykırı dağılım gibi ekstrapolasyon teknikleri elektron yoğunluk haritaları oluşturmak için kullanılabilir. Elekrtron yoğunluk haritaları selenyum atomlarının konumlarını referans olarak kullanarak yapının geri kalanını belirler. Standart Top ve Çubuk modeli elektron yoğunluk haritalarından oluşturulur.
  • NMR spektrokpi verilerinin analizi- Nükleer Manyetik Rezonans Spektroskopisi deneyleri iki(veya daha fazla) boutlasal veri üretir. Bu verilerde her zirve numunedeki bir kimyasal gruba aittir. Spektrayı 3D yapılara dönüştürmek için optimizasyon metotları kullanılır.
  • Fonsiyonel bilgi ile yapısal bilginin bağdaştırılması - Yapısal çalışmalar yapısal-fonksiyonel ilişkiler için prob olarak kullanılabilirler.

Ayrıca bakınız

  • MMDB
  • Protein Data Bank
  • Protein veri bankalarının yapısal sınıflandırılması
  • STING
  • Moleküler modelleme
  • Moleküler mekanik modellemesi yazılımlarının listesi
  • Moleküler Konseptör
  • Protein yapı tahmini
  • CASP

Kaynakça

Kitaplar

  • Bourne, P. E. ve Gu, J. (2009) Yapısal Biyoenformatik (2. edition), John Wiley & Sons, New York, 978-0-470-18105-8
  • Bourne, P. E. ve Weissig, H. (2003) Yapısal Biyoenformatik, Wiley 0-471-20199-5
  • Leach, Andrew (2001) Moleküler Modelleme: İlkeler ve Uygulamalar (2. Baskı), Prentice Hall, 978-0-582-38210-7
  • Peitsch, M. C. ve Schwede, T. (2008) Hesaplamalı Yapısal Biyoloji: Yöntemler ve Uygulamalar Dünya Bilimsel, 978-9812778772

Önemli yayınlar

Dış bağlantılar

Veritabanları

Yazılımlar

İlgili Araştırma Makaleleri

<span class="mw-page-title-main">Protein</span> polipeptitlerin işlevsellik kazanması sonucu oluşan canlıların temel yapı birimi

Proteinler, bir veya daha fazla uzun amino asit artık zincirini içeren büyük biyomoleküller ve makromolekül'lerdir. Proteinler organizmalar içinde, hücrelere yapı ve organizmalar sağlayarak ve molekülleri bir konumdan diğerine taşıyarak metabolik reaksiyonları katalizleme, DNA kopyalama, uyaranlara yanıt verme dahil olmak üzere çok çeşitli işlevler gerçekleştirir. Proteinler, genlerinin nükleotit dizisi tarafından dikte edilen ve genellikle faaliyetini belirleyen özel 3D yapıya protein katlanmasıyla sonuçlanan amino asit dizilimlerinde birbirlerinden farklıdır.

<span class="mw-page-title-main">DNA</span> Canlıların genetik bilgilerini barındıran molekül

Deoksiriboz nükleik asit veya kısaca DNA, tüm organizmaların ve bazı virüslerin canlılık işlevleri ve biyolojik gelişmeleri için gerekli olan genetik talimatları taşıyan bir nükleik asittir. DNA'nın başlıca rolü bilgiyi uzun süre saklamasıdır. Protein ve RNA gibi hücrenin diğer bileşenlerinin inşası için gerekli olan bilgileri içermesinden dolayı DNA; bir kalıp, şablon veya reçeteye benzetilir. Bu genetik bilgileri içeren DNA parçaları gen olarak adlandırılır. Bazı DNA dizilerinin yapısal işlevleri vardır, diğerleri ise bu genetik bilginin ne şekilde kullanılacağının düzenlenmesine yararlar.

<span class="mw-page-title-main">Biyofizik</span> Fiziksel bilimlerdeki yöntemleri kullanarak biyolojik sistemlerin incelenmesi

Biyofizik, biyolojik olayları incelemek için fizikte geleneksel olarak kullanılan yaklaşım ve yöntemleri uygulayan disiplinler arası bir bilimdir. Biyofizik, moleküler seviyeden organizma ve popülasyon seviyesine kadar tüm biyolojik organizasyon ölçeklerini kapsar. Biyofiziksel araştırmalar biyokimya, moleküler biyoloji, fizikokimya, fizyoloji, nanoteknoloji, biyomühendislik, hesaplamalı biyoloji, biyomekanik, gelişim biyolojisi ve sistem biyolojisi ile önemli ölçüde örtüşmektedir.

<span class="mw-page-title-main">Moleküler biyoloji</span> Canlı yapılarını moleküler düzeyde inceleyen bilim dalı.

Moleküler biyoloji, canlılardaki olayları moleküler seviyede inceleyen biyoloji dalıdır.

<span class="mw-page-title-main">Kloroplast</span> Fotosentezi gerçekleştiren bitki organeli

Kloroplast, fotosentezin gerçekleştiği sitoplazmik organeldir. Bitkilerin sadece yeşil kısımlarında bulunur. Bitkide besin ve oksijen üretilmesini sağlar. Genellikle yeşil renkli olduğu için bitkilerin çoğunun yeşil renkli olmasının temel sebebidir. Güneş enerjisini moleküler bağlar halinde saklayabilen tek yapı kloroplastlardır ve senede bu yolla dünyada 200 milyar ton organik madde üretilmektedir. Fotosentez yapma yeteneği kazanmış bir çekirdeksiz ve organelsiz ilkin hücre ve heterotrof (adrıbeslek) canlıların içerisine girerek simbiyoz yaşama uymuş bu şekilde kloroplastları meydana getirmiştir. Yani mavi algler kloroplastların evrimsel olarak atasıdır.

<span class="mw-page-title-main">Ribozom</span> Tüm canlı hücrelerde bulunan zarsız organel.

Ribozom, tüm canlı hücrelerde bulunan karmaşık moleküler yapıya sahip ve protein oluşturma sürecinde hayati bir rol oynayan bir organeldir. Bu süreç, mRNA çevirisi olarak bilinen bir biyolojik mekanizma aracılığıyla gerçekleşir. Kısaca ribozomlar, haberci RNA (mRNA) molekülleri tarafından sağlanan talimatları takip ederek amino asitleri birbirine bağlar ve polipeptit adı verilen amino asit zincirlerini oluşturur.

Structural Classification of Proteins veritabanı, protein yapısal bölgelerinin amino asit dizleri ve üç boyutlu yapılarına dayanarak protein yapısal bölgelerinin (domain) elle yapılmış bir sınıflandırmasıdır. İlk kez 1995'te yayımlanmış olan bu veritabanı en az yılda bir yenilenmektedir.

Biyomoleküler yapı biyomoleküllerin yapısıdır. Bu moleküllerin yapısı genelde birincil, ikincil, üçüncül ve dördüncül yapı olarak ayrılır. Bu yapının iskeleti, molekül içinde birbirine hidrojen bağları ile bağlanmış ikincil yapı elemanları tarafından oluşturulur. Bunun sonucunda protein ve nükleik asit yapı bölgeleri oluşur.

Proteinler her organizmada bulunan önemli bir makromolekül sınıfıdır. Proteinler, 20 farklı tip L-α-amino asitten meydana gelen polimerlerdir. Amino asitler birbiriyle reaksiyona girdikten sonra meydana gelen polimerde bu amino asitlerden arta kalan birimlere amino asit kalıntısı denir. 40 kalıntıdan daha kısa olan zincirler için protein yerine genelde peptit terimi kullanılır. Biyolojik fonksiyonlarını yerine getirebilmek için proteinler uzay içinde belli bir biçim alacak şekilde katlanırlar. Bu katlanmayı yönlendiren güçler, protein atomları arasındaki hidrojen bağı, iyonik etkileşimler, van der Waals kuvvetleri ve hidrofobik istiflenme gibi, kovalent olmayan etkleşimlerdir. Proteinlerin işlevlerini moleküler düzeyde anlayabilmek için genelde onları üç boyutlu yapısının çözülmesi gerekir. Protein yapısını çözmek için X-ışını kristalografisi ve NMR spektroskopisi kullanılır, bunlar yapısal biyolojinin başlıca yöntemleri arasında yer alır.

<span class="mw-page-title-main">Protein ikincil yapısı</span>

Biyokimya ve yapısal biyolojide ikincil yapı, protein veya nükleik asit (DNA/RNA) gibi biyopolimerlerin yerel parçalarının genel, üç boyutlu biçimleridir. Buna karşın, atomlarının üç boyutlu uzaydaki konumları üçüncül yapı tanımlamasına girer.

<span class="mw-page-title-main">Nükleer manyetik rezonans spektroskopisi</span> atom çekirdeğinin belirli manyetik özelliklerini kullanan bir araştırma tekniği

Nükleer manyetik rezonans spektroskopisi, yaygın bilinen adıyla NMR spektroskopisi, atom çekirdeğinin belirli manyetik özelliklerini kullanan bir araştırma tekniğidir. İçerisindeki atomların ya da moleküllerin fiziksel ve kimyasal özelliklerini belirler. NMR spektroskopisi nükleer manyetik rezonans olgusuna dayanmaktadır ve içerisindeki atomun ya da molekülün yapısı, dinamiği, reaksiyon durumu ve molekülün kimyasal çevresi hakkında detaylandırılmış bilgi sağlar. Molekül içerisindeki bir atomun atom içi manyetik alanı, rezonans frekansını değiştirdiği için molekülün elektronik yapısının detaylarına erişimi sağlar.

<span class="mw-page-title-main">I-TASSER</span>

I-TASSER amino asit sekanslarından protein moleküllerinin üç boyutlu yapısını tahmin etmek için kullanılan bir biyoinformatik yöntemi. Katlama tanıma adı verilen bir teknikle Protein Veri Bankası'ndan yapı şablonlarını algılar. Kopya değiştirme Monte Carlo simülasyonları kullanılarak katlanma şablonlarından yapısal parçalar yeniden bir araya getirilerek tam uzunlukta yapı modelleri oluşturulur. I-TASSER, topluluk çapındaki CASP deneylerine göre en başarılı protein yapısı tahmin yöntemlerinden biridir.

<span class="mw-page-title-main">Viral protein</span> virüslerde bulunabilen bir protein türü

Viral protein, virüsün hem bir bileşeni hem de bir ürünüdür. Viral proteinler işlevlerine göre yapısal proteinler, yapısal olmayan proteinler, düzenleyici ve yardımcı proteinler olarak gruplandırılırlar. Virüsler canlı değildir ve kendi başlarına çoğalma araçlarına sahip değildirler. Çoğalmak için konakçı hücrelerinin enerji metabolizmalarına, enzimlerine ve yapı öncüllerine bağlıdırlar. Bu nedenle, virüsler kendi viral proteinlerinin birçoğunu kodlamazlar, aksine çoğaltma için ihtiyaç duydukları viral proteinleri üretmek için konakçı hücrenin organellerini ve döngülerini kullanırlar.

<span class="mw-page-title-main">Yapısal biyoloji</span>

Yapısal biyoloji, biyolojinin özellikle amino asitlerden yapılmış olan proteinler, nükleotitlerden yapılmış RNA ve DNA gibi nükleik asitler ve lipitlerden oluşmuş membranlar olmak üzere biyolojik makromoleküllerin yapılarını ve uzamsal dizilişlerini inceleyen bir dalıdır. Yapısal biyoloji asıl olarak biyofizik yöntemleri ile makromoleküllerin atom düzeyinde üç boyutlu yapılarının belirlenmesi, yapısal değişikliklerinin temel prensipleri, moleküler hareketlerin analizi ve bu yapıların dinamiği ile ilgilenir. Makromoleküller hücrelerin hemen hemen tüm işlevlerini yerine getirir ve bunu da yapabilmek için belirli üç boyutlu şekillere girerler. Moleküllerin "üçüncül yapı"sı olarak adlandırılan bu yapılar her molekülün temel bileşimi ya da "birincil yapı"ları ile karmaşık bir şekilde bağlantılıdır.

<span class="mw-page-title-main">Yeşil floresan protein</span>

Yeşil floresan protein (GFP), mavi ila ultraviyole aralığında ışığa maruz kaldığında parlak yeşil floresan sergileyen 238 amino asitten oluşan bir proteindir. Yeşil renkte parlayan benzer proteinler birçok deniz organizmasında bulunur, ancak GFP etiketi geleneksel olarak bu özel proteine atıfta bulunur. Bu protein ilk olarak denizanası Aequorea victoria'dan izole edilmiştir ve bazen -hassasiyet gerektiğinde- avGFP olarak adlandırılır.

<span class="mw-page-title-main">Santral dogma (moleküler biyoloji)</span> Biyolojik bir sistem içindeki genetik bilgi akışının açıklanması

Moleküler biyolojinin santral (merkezi) dogması, biyolojik bir sistem içindeki genetik bilgi akışının bir açıklamasıdır. Orijinal anlamı bu olmasa da, genellikle "DNA RNA'yı, RNA proteini yapar" şeklinde ifade edilir İlk olarak 1957'de Francis Crick tarafından ifade edilmiş, 1958'de ise yayınlanmıştır.

Protein Data Bank (PDB),büyük biyolojik moleküllerin, özellikle proteinler ve nükleik asitlerin üç boyutlu yapısal verilerini içeren bir veri tabanı olarak çalışır. Genellikle X-ışını kristalografisi, NMR spektroskopisi gibi tekniklerle elde edilen deneysel verileri, atomların yeri ve konumunu içeren PDB dosya formatında barındırır. Kriyo-elektron mikroskopisi yöntemi de veri elde etmek için kullanılan yöntemlerden biri olarak öne çıkar. PDBe, PDBj, RCSB ve BMRB gibi üye kuruluşların internet siteleri aracılığıyla herkese açık ve erişilebilirdir. PDB'nin yönetimi Dünya Protein Data Bank (wwPDB) tarafından denetlenmektedir.

<span class="mw-page-title-main">Helen M. Berman</span> Amerikalı kimyager

Helen Miriam Berman, Rutgers Üniversitesi'nde Kimya ve Kimyasal Biyoloji alanında Yönetim Kurulu Profesörü ve RCSB Protein Veri Bankası'nın eski yöneticisidir. Yapısal bir biyolog olan çalışmaları, protein-nükleik asit komplekslerinin yapısal analizini ve suyun moleküler etkileşimlerdeki rolünü içermektedir. Aynı zamanda Nükleik Asit Veritabanının kurucusu ve yöneticisidir ve Protein Yapısı Girişimi Yapısal Genomik Bilgi Tabanını yönetmiştir.

Bu, makromolekülleri görselleştirmek için kullanılan önemli yazılım sistemlerinin bir listesidir.

<span class="mw-page-title-main">AlphaFold</span>

AlphaFold, Alphabet'in bir yan kuruluşu olan DeepMind tarafından protein yapısını tahmin etme üzerine geliştirilen bir yapay zeka programı. Program, bir derin öğrenme sistemi olarak tasarlanmıştır.


Bu sayfa, bu Vikipedi makalesine dayanmaktadır.
Metin, CC BY-SA 4.0 lisansı altında mevcuttur; ek koşullar uygulanabilir.
Görseller, videolar ve sesler kendi lisansları altında mevcuttur.