Os Computadores podem prever a estrutura detalhada de proteínas pequenas quase assim como métodos experimentais, pelo menos alguns do tempo, de acordo com estudos novos por pesquisadores do Howard Hughes Medical Institute.
Os resultados, que foram relatados na Ciência do jornal, fornecem um reflexo da esperança que os cientistas eventualmente possam poder determinar a estrutura das proteínas de suas seqüências genomic, um problema que pareça intransponível.
“Por mais de 40 anos, povos souberam que a seqüência de ácido aminado de uma proteína especifica sua estrutura tridimensional, mas ninguém pôde traduzir a seqüência em uma estrutura exacta,” disse autor David Baker superior, um pesquisador de HHMI na Universidade de Washington. “A razão que esta pesquisa é emocionante é que nós estamos mostrando o progresso em prever a estrutura da seqüência. Não é que o problema está resolvido, mas que há uma esperança.”
As Proteínas são máquinas biológicas, e os cientistas precisam de determinar suas estruturas compreender como as proteínas trabalham. Agora, os cientistas determinam estruturas exclusivamente medindo as características atômicas das proteínas no laboratório. Ao contrário, “neste caso, nós nunca tocamos em um tubo de ensaio,” Padeiro disse. “Nós demo-lo a um computador e dissemo-lo, “vá. “”
No estudo, um programa informático sofisticado dobrou 17 cordas curtos dos ácidos aminados em 100.000 variações possíveis. Quando os pesquisadores compararam as melhores previsões às estruturas reais resolvidas mais cedo por outros cientistas que usam técnicas experimentais, tiveram a mesma taxa de êxito que os melhores lançadores na Liga Nacional de Basebol.
“Nós conseguimos a definição quase atômica na previsão da estrutura para aproximadamente um terço de nosso grupo da marca de nível de proteínas pequenas,” disse primeiro autor Philip Bradley, um companheiro pos-doctoral no laboratório do Padeiro. “É uma etapa real para a frente para conseguir as estruturas que são de uma certa maneira comparáveis ao que você pode obter perto experimenta.”
Os resultados encorajadores vêm de um refinamento de um computador sofisticado que modela Rosetta chamado programa, desenvolvido primeiramente no laboratório de diverso Padeiro dos anos há. O programa trabalha nos locais que as proteínas desmoronam em seu estado de mais baixa energia, como uma bola que role para baixo um monte até que venha descansar na terra nivelada. As energias das centenas de milhares de formas possíveis geradas pelo computador são computadas, e a forma da mais baixa energia é seleccionada como a previsão.
O processo da previsão acontece em duas etapas, Bradley disse. A primeira fase usa um modelo aproximado que permita o cálculo rápido da energia e assim que pode ser realizada ràpida, quando o segundo usar um modelo muito detalhado para que os cálculos da energia tomam muito mais por muito tempo mas for muito mais exacto. Uma busca da grande escala através das estruturas possíveis é realizada na primeira fase, e os lugar prometedores são explorados então em detalhe na segunda etapa.
A primeira fase aproveita-se do facto de que todos os ácidos aminados têm as secções idênticas, que formam a espinha dorsal da proteína. O computador adiciona uma imagem distorcido das correntes laterais de projecção que dão a cada um o ácido aminado sua identidade original. A seqüência de correntes laterais dá finalmente a cada um a proteína sua forma característica pelo ambiente e vizinhos que preferem.
Então o computador aleatòria torce, dá laços, e dobra em cada seqüência de ácido aminado em 100.000 formas diferentes baseadas no lugar preferido dos ácidos aminados. Alguns ácidos aminados tendem a mergulhar para o mundo aquoso da superfície da proteína quando outro tomarem a tampa dentro da proteína. O computador igualmente esclarece os hábitos sociais dos 20 ácidos aminados; alguns querem ser próximos entre si e outro como sua distância.
Na fase dois, Rosetta substitui a imagem distorcido das correntes laterais com os modelos detalhados, fisicamente realísticos com todos os átomos representados. Das posições dos átomos nos sidechains e na espinha dorsal da proteína, o computador usa então um campo de força baseado detalhado da química física que os favores fechem a embalagem dos átomos e do hidrogênio que ligam mais exactamente ao cálculo a energia da estrutura.
“O Que parece ser crítica é a embalagem da molécula,” Padeiro disse. “Os ajustes da proteína junto perfeitamente sem furos no meio, e nenhuns átomos sobre se. É embalado aproximadamente tão densa como poderia ser. É como um enigma de serra de vaivém tridimensional.”
Os pesquisadores levantaram suas probabilidades de encontrar o fósforo direito repetindo o processo do pas-de-deux com 50 homólogos das proteínas de outros genomas, tais como um rato ou uma mosca. O protocolo foi testado primeiramente em um teste anual cego da previsão considerado ser o padrão o mais alto para remover a polarização dos modelos da previsão da estrutura da proteína.
“Nós não podemos computar as energias perfeitamente, mas o problema o mais grande é a busca com as formas possíveis,” Padeiro disse. “Onde nós não obtínhamos a resposta apropriada no computador, era quase sempre o caso que a estrutura real teve a mais baixa energia, assim que nós sucederíamos se nós tínhamos explorado esta parte do espaço.”