תפקידי מוטציות ורקובינציות בטרמודינמיקה של חלבונים

ורקובינציות מוטציות תפקידי

חלבונים של .בטרמודינמיקה

בהנחיית ד"ר רון אונגרצחי שאלתיאל מגיש:

המרכזיים בביולוגיה המודרנית הוא הבנת נושאיםאחד הקשר בין רצף החומצות האמיניות בחלבון לבין המבנה

המרחבי שלו.  

אנו מעונינים לתרום להעמקת הבנת הקשר בין מרחב הרצפים למרחב הקונפורמציות.

כפונקציה של האפשריים פפטידיםהכל מציאתאורך החלבון היא בעיה קשה לפתרון בזמן ריצה

סביר עבור רצפים ארוכים.

עבור כ"א מן החלבונים מספר הקונפורמציות האפשריות שנמצא

הוא עצום, וגדל בצורה מעריכית עם העלייה באורך הפפטיד.

לכן נדרש מודל פשוט יותר שיאפשר הדמיה מעשית

.של האבולוציה

תאור הפרוייקט:

:כלים בסיסיים 

: חילקנו את החומצות האמיניות לשני סוגים  ופולאריותהידרופוביות

H P

ע“י המערכת חלבון בכל אורך טבעי נתמך 

            המבנה המרחבי מיוצג ע"י מערך ריבועי דו

ממדי שמספר תאיו גדול או שווה לאורך החלבון.

פונקצית אנרגיה:     עבור כל חלבון בקונפורמציה מסוימת פונקצית האנרגיה קובעת את רמת אנרגיה בה החלבון

נמצא.

ככל שהחלבון נמצא ברמה נמוכה יותר כך הוא יציב יותר.

פונקצית האנרגיה מחשבת את רמת האנרגיה בהתאם לטיב האינטראקציות בין החומצות האמיניות במטריצה.

לדוגמא:

H-H -2.5H-P -1

P-P 0

 אנו מניחים שחלבון יתקפל לקונפורמציה מסוימת אם

ורק אם המסלול הוא מינימום אנרגטי יחיד עבורו. 

אחרת החלבון ינוע בין שתי קונפורמציות, שנמצאות באותה רמת אנרגיה ולא יהיה יציב.

ובזמן הריצה :

יוצרים את כל המסלולים האפשריים ע"פ גודל      המערך הנדרש, ואורך החלבון.את המסלולים שומרים בזיכרון. 

H-P-P-P-H-H-P-P-P-P-H-H-P-P-P-P-H-H-P-P-P-P-H-H-H

יוצרים את כל החלבונים האפשריים בהתאם לאורך החלבון ולמגבלות האחרות שהוזכרו.  

:25לדוגמא, חלבון באורך

עבור כל אחד מן החלבונים    מוצאים את המסלול עם רמת

האנרגיה הנמוכה ביותר,  ובודקים האם היא יחידה.

בונים קבוצות חלבונים, כך שכל החלבונים בעלי מינימום אנרגטי יחיד

במסלול מסוים, נמצאים באותה קבוצה.

ובטבע:

כל החלבונים באותה קבוצה מתקפלים באופן ספונטני לאותה קונפורמציה.

כעת נתמקד בקבוצת החלבונים הגדולה ביותר.

קבוצה זו גדולה באופן משמעותי מן הקבוצות האחרות.

 neutral network: -שיבוץ במסדרים את כל החלבונים בקבוצה הגדולה ברשת

באופן הבא: כל חלבון מרוחק מוטציה אחת בלבד משכניו.

בכל מחזור זמן, כמות קבועה של   חלבונים ברשת, יעברו מוטציה

במיקום אקראי. 

לאחר שחלבון עובר אירוע מוטציה: 

   המוטציה לא הייתה "הרסנית",.1

החלבון יתקפל לאותו מסלול, ויהפוך להיות שכן     של החלבון המקורי )ברב המקרים יתווסף לחלבון

קיים(. 

לחלבון החדש אין מינימום אנרגטי במסלול של       .2קבוצה זו.

. הוא ייזרק החוצה מן הרשת.1 

כך שמספר החלבונים rescale. הרשת תעבור 2      ברשת ישמר.

.steady stateממשיכים כך עד ל –

. - prototypeהרצף המאוכלס ביותר במצב זה מוגדר כ

מכמה בחינות: - wild typesהוא מקביל ל

אחוז המוטציות המייצבות זהה )ולא אופטימלי(.1.

בשני המקרים אחוז החומצות האמיניות הפולאריות2. המוחבאות זהה )ולא אופטימלי(.

* * * * * Protein number 64238 * * * * *Number of mutations from prototype = 0Unique global minimum energy exists end equals: -42.9-----------------------------------------------Matrix is :-----------P__P P__P__P | | | |P H__H H__P | |H H__H H__P | |P__H H__H P | | | |P__P__P P__P

The Track :--------------Start point is: {i,j} = 2,0Track is: 1 1 2 3 2 1 2 2 3 4 3 2 3 3 4 1 4 3 4 4 1 2 1 2 SEQUENCE = H P P P H H P P P P H H P P P P H H P P P P H H H

לדוגמה:

* * * * * Protein number 64231 * * * * *Number of mutations from prototype = 3Unique global minimum energy exists end equals: -40.3-----------------------------------------------

Matrix is :-----------P P P P P P H H H P H H H H P P H P H P P H H P P

The Track :-----------Start point is: {i,j} = 2,0Track is: 1 1 2 3 2 1 2 2 3 4 3 2 3 3 4 1 4 3 4 4 1 2 1 2 SEQUENCE = H P P P H H P P P P H H P P P P H P H H P P H H H

באמצעות מערכת זו אנו יכולים:

להבין את טיב הרשתות שנוצרות מן החלבונים "שנזרקים" 1. מן הרשתות הקיימות ולהמשיך לחקור בכיוונים נוספים.

לבצע מעין חיזוי למסלול אליו חלבון יתקפל בטבע2.)במסגרת מגבלות המודל(.

לפתח גירסה מתקדמת יותר עם פחות מגבלות, 2.תוך כדי שמירה על רמת הסיבוכיות.