Структура и функционирование белков. Применение методов биоинформатики - Джон Ригден 2014

Предсказание структуры белков ab initio
Методы конформационного поиска

Успех моделирования белковых структур методами ab initio зависит от наличия действенного метода конфомационного поиска, с помощью котрого можно эффективно находить глобальный энергетический минимум структуры при заданной функции энергии со сложной энергетической поверхностью. Исторически наиболее популярными методами исследования конфомационного пространства макромолекул, таких как белки, являются моделирование методом Монте-Карло и молекулярная динамика. Моделирование сложных систем, таких как белки, каноническими методами МД/МК с условием полного исследования конформационного пространства обычно требует огромных вычислительных ресурсов. Опыт прямого применения МД для получения природной структуры белков не содержит по-настоящему успешных примеров. Одна из возможных причин таких неудач, возможно, заключается в том, что время моделирования, необходимое для упаковки небольшого белка, составляет миллисекунды, что в 10¹² раз больше типичного шага интегрирования, значение которого составляет фемтосекунды (10¹⁵). Основная техническая сложность, возникающая при применении метода МК, является следствием того, что энергетическая поверхность конформационного пространства белка обычно довольно “пересеченная” и содержит множество энергетических барьеров, которые могут легко блокировать процедуру МК-моделирования.

В этом разделе обсуждаются последние разработки в области методов конформационного поиска, направленные на решение обозначенных выше проблем. Проиллюстрированы ключевые идеи методов конформационного поиска, которые используются в различных процедурах ab initio и связанных с ними методах моделирования белков. За подробностями читателю рекомендуется обратиться к соответствующим ссылкам. В отличие от различных энергетических функций, которые используются в моделировании методами ab initio, в поисковых методах в принципе должна существовать возможность переноса элементов из одного метода моделирования белков в другой, как и в случае науки и технологии в целом. В настоящее время не существует единого метода, который бы отличался исключительной производительностью при решении любых исследовательских задач. Исследование и систематическое увеличение производительности различных поисковых методов - проблемы, которые еще только предстоит решить.