फोल्डिंग बायो-कैलकुलेशन। परिणामी तह मॉडल के बारे में सीधे सादे भाषा में

RNA को फोल्ड करने के कार्य के लिए मैं अपने एक दृष्टिकोण (एल्गोरिदम और समस्याओं का एक सेट) पर 7 से अधिक लेख लिख चुका हूं। प्रत्येक लेख के साथ, कम पाठक थे, और कुछ ने स्वीकार किया कि मस्तिष्क दूसरे लेख के बाद समाप्त हो गया। बाकी के साथ तुलना में पहले दो लेखों की तुलनात्मक सफलता - प्रस्तुति की सादगी और विवरण में गहराता नहीं है। हालांकि नवीनतम लेखों ने हमारे कार्यक्रम का डेमो लेना और समस्याओं को महसूस करना हमारे लिए संभव बना दिया है, यह कम रुचि का लगता है।

इसलिए, मैं यहाँ सरल भाषा में एक और समस्या बताने की कोशिश करूँगा जो हमें इस समस्या को हल करने से रोकती है। और यह मुझे लगता है कि यह समस्या न केवल उस दृष्टिकोण से जुड़ी हुई है जिसे मैंने समाधान के लिए चुना है, बल्कि यह तह कार्य के लिए अधिक सामान्य है।

मेरे RNAInSpace सॉफ़्टवेयर में, मुझे RNA हेलिक्स को मैन्युअल रूप से "ट्विस्ट" करने की क्षमता का एहसास हुआ, ताकि इस तरह के रोटेशन की ज्यामिति और सीमाएँ स्पष्ट हो गईं। लेकिन पिछले लेखों के अनुसार, इस सॉफ़्टवेयर में बहुत दिलचस्पी नहीं थी, फिर मैं इस सॉफ़्टवेयर का एक और डेमो संस्करण पेश नहीं करूंगा। और जो मुझे मिलता है उसके बारे में बात करते हैं।



अपने पाठकों के साथ बातचीत जारी रखने के लिए, मैं कई महत्वपूर्ण बिंदुओं पर जाऊंगा।

chupvl ने पहले ही पूछ लिया। क्या आपने वास्तविक समस्या पर अपने समाधान का परीक्षण किया है, या आप इस समय केवल एक सिद्धांत को खारिज कर रहे हैं? वहाँ मैंने उसे इस तरह समझाया:

मैं राइबोजाइम को तह कर रहा हूं। राइबोज़ाइम की एक ही मूल संरचना है, या बल्कि, क्योंकि वे एक वर्ग में प्रतिष्ठित हैं। तुलना के लिए, मैं वास्तव में उपलब्ध एक और 2QUS राइबोजाइम का उपयोग करता हूं। फिर मेरे लिए यह देखना महत्वपूर्ण है कि अंतर और समानताएं क्या हैं।

ठोस तह उदाहरण

और अब मैं स्पष्ट रूप से प्रदर्शित करना चाहता हूं कि आरएनए जो मैं तह कर रहा हूं वह कैसा दिखता है।

नीचे आरएनए का "कंकाल" है, जिसे मैं आधार (2QUS) के रूप में उपयोग करता हूं।



मैं viroid ribozyme NC_003540 को ढहाने की कोशिश कर रहा हूं, जिसकी तृतीयक संरचना अज्ञात है। लेकिन यह कुछ हद तक मूल के समान होना चाहिए। हालांकि प्राथमिक अनुक्रम लगभग 80% अलग है। नीचे एक सबसे अच्छा विकल्प है जिसे मैं प्राप्त करने में कामयाब रहा। (स्वचालित रूप से नहीं, बल्कि अर्ध-स्वचालित रूप से - उसी तरह जैसे कि केवल एक अलग तरीके से फोल्डिट गेम खेल रहा है, मैंने पहले ही कहा था कि पूर्ण स्वचालन से पहले - चंद्रमा की तरह)



हम यहाँ क्या अंतर देख सकते हैं?
1. यह समझना चाहिए कि बेस अनुक्रम (2 क्यूयूएस) वाइरोइड राइबोजाइम की तुलना में थोड़ा अधिक लंबा है, इसलिए वाइरायड राइबोजाइम में आरएनए के छोर एक लंबे हेलिक्स का निर्माण नहीं करेंगे, जैसा कि मूल एनालॉग में होता है।
2. समग्र स्टाइल मूल रूप से एक ही है - इसलिए, वाइरोइड राइबोजाइम मौलिक रूप से सही ढंग से मुड़ा हुआ है।
3. लेकिन कम से कम एक अंतर है। लूप L2 (नीचे बाईं ओर के आंकड़ों में क्षेत्र देखें) - अलग है।
3. ए इस लूप में एक न्यूक्लियोटाइड होता है, जो एल 1 लूप (नीचे दाईं ओर के आंकड़ों में क्षेत्र) में दो अन्य न्यूक्लियोटाइड के साथ 4 हाइड्रोजन बॉन्ड बनाता है। यह ये बंधन हैं जो राइबोजाइम छोरों को एक साथ पकड़ते हैं।

(यह कैसे दिखता है और मैं पहले से ही हल किया है कि क्या समस्याएं हैं - मैं यहाँ और यहाँ पहले टिप्पणी की थी)

3.b. अंतर क्यों है? बेस रिबोजाइम में, यह लूप केवल विरोइड राइबोजाइम I अध्ययन की तुलना में लंबा होता है, और एल 2 लूप को अपना कॉन्फ़िगरेशन बदलना पड़ता है ताकि यह एल 1 लूप के साथ डॉक कर सके। और चूंकि यह एल 2 लूप की एक अप्राकृतिक स्थिति है, इसलिए सर्पिल का कॉन्फ़िगरेशन (जो बाईं ओर अधिक है) इसके साथ बदलना चाहिए।

4. और अंत में, इन सभी समस्याओं को हल करने के बाद, मैंने अपने हाथों को रगड़ते हुए, यह सोचते हुए कि राइबोज़ाइम के छोरों को राइबोज़ाइम नाभिक की सही स्थिति के साथ मोड़ना एक समस्या नहीं होगी। लेकिन उनसे गलती हुई। मैं कभी भी सर्पिल के सिरों के बीच आवश्यक हाइड्रोजन बॉन्ड बनाने में कामयाब नहीं हुआ (चित्र में आप देख सकते हैं कि सिरों एक दूसरे के काफी करीब नहीं हैं)।

राइबोजाइम को समाप्त करना क्यों संभव नहीं था?

मैंने तुलना करना शुरू किया कि आरएनए संरचना के साथ क्या समस्या है जो मैंने लुढ़का है। सिरों को जोड़ना नहीं चाहता था, क्योंकि वे सर्पिल एल 1 और एल 2 (ऊपर से केंद्र में) को जोड़ने वाले फलाव द्वारा रोका गया। और यह पता चला कि शाब्दिक रूप से एक या दो न्यूक्लियोटाइड, इस फलाव के बाद एक गलत स्थिति ले ली। उन्होंने मॉडलिंग में ज्यादा ध्यान नहीं दिया। उन्होंने कोई हाइड्रोजन बांड नहीं बनाया - और मैंने उन्हें किसी भी संभावित स्थिति को लेने की अनुमति दी। और उन्होंने स्वीकार किया - यादृच्छिक। और स्वाभाविक रूप से, एक यादृच्छिक स्थिति ने राइबोजाइम को पहुंचने की अनुमति नहीं दी। (शाखा: जरा सोचो - सिमुलेशन के दौरान कुछ कैसे हो सकता है, अगर अब इस्तेमाल किए जाने वाले अधिकांश तरीकों में, न्यूक्लियोटाइड्स को यादृच्छिक स्थिति में रखा जाता है और पूरे आरएनए अणु के लिए कुछ औसत आंकड़ों के अनुसार सही लोगों का चयन किया जाता है?)

मैंने पहले से ही ढह गई संरचना (दूसरा आंकड़ा) में इस स्थिति को बदलने की कोशिश की। लेकिन यह संभव नहीं निकला - लगभग सभी कनेक्शनों का पुनर्निर्माण करना आवश्यक था, अर्थात्। उन सभी हाइड्रोजन बांडों को नष्ट करने के लिए जो पहले से ही बन चुके हैं।

और फिर मैंने सोचा। मुझे वॉट की एक टिप्पणी याद आई : प्रारंभिक राज्य परिणाम को निर्धारित करता है , और पहले

और प्रारंभिक स्थिति ही तय करती है कि कौन सा "अंतिम" राज्य प्राप्त किया जाएगा। और इस मामले में प्रारंभिक अवस्था स्वयं श्रृंखला बनाने की प्रक्रिया है। यही है, एक अच्छी समस्या के लिए, पुनरावृत्ति को हल करना आवश्यक है - पहले जोड़ें, अगला जोड़ें - सिस्टम को न्यूनतम पर लाएं, अगला जोड़ें - फिर से इसे न्यूनतम पर लाएं।
...
इसी तरह, पूरी लम्बी श्रृंखला पर विचार करना हानिकारक है - यह एक ऐसी स्थिति है जहां से आप दोनों विश्वसनीय और बहुत अधिक राज्यों को प्राप्त नहीं कर सकते हैं, लेकिन विकल्पों के बड़े आकार के कारण, बहुत अधिक दूसरे होंगे।

यह एक काफी सही टिप्पणी है, और मेरे लिए यह ज्ञात था, पहले मेरे एक वैज्ञानिक लेख में मैंने लिखा था:

...
खेल सिद्धांत की शब्दावली में, इसका मतलब है कि खेल के किसी भी प्रारंभिक स्थान से किसी दिए गए अंतिम राज्य तक पहुंचने की संभावना सुनिश्चित करना आवश्यक है। और अगर, उदाहरण के लिए, शतरंज के एक खेल में, हम जानते हैं कि खेल कैसे शुरू होता है और जीतने की स्थिति क्या है, और हम जानते हैं कि शतरंज के नियम खेल की शुरुआत से लेकर अंत तक सुनिश्चित करते हैं, तो यहां - जब मैकॉलेक्युलस की तह मॉडलिंग - हमें अभी भी इस तरह के नियम खोजने और साबित करने की आवश्यकता है वे एक तह प्रक्रिया प्रदान करते हैं।

इसलिए, तब मैंने सामान्य रूप से उत्तर दिया कि ऐसा दृष्टिकोण मेरे परिणामों का खंडन करता है, और यह बेहतर है कि प्रारंभिक अवस्था से कम से कम एक आधा-लुढ़का हुआ राज्य की तुलना में एक श्रृंखला में विस्तारित करना शुरू करना बेहतर है।

लेकिन अभी भी तथाकथित स्टैकिंग इंटरैक्शन हैं: यह तब होता है जब न्यूक्लियोटाइड्स, जिसे बस हेक्सागोन्स कहा जा सकता है, को व्यवस्थित किया जाता है ताकि वे सिक्कों के ढेर का निर्माण करें। आंकड़े में नीचे, पहले 6 न्यूक्लियोटाइड्स (नीचे से गिनती) स्टैकिंग इंटरैक्शन में हैं।



इसलिए, यदि आरएनए धीरे-धीरे दिखाई देता है, तो पहले हाइड्रोजन बंधन बनने से पहले, कम से कम बीस न्यूक्लियोटाइड दिखाई देने चाहिए।

और पहले, मुझे लगा कि वे सिर्फ एक श्रृंखला में खींचे गए हैं। लेकिन वे वास्तव में स्टैकिंग की स्थिति को लेने के लिए एक के बाद एक संभवतः दिखाई दे रहे हैं। और श्रृंखला को बढ़ाया जा रहा है, लेकिन दुर्घटना से नहीं। और यह सिर्फ वही है जो शुरुआती स्थिति के लिए महत्वपूर्ण है।

लेकिन एक और परेशानी थी। यदि हम याद करते हैं कि डीएनए का एक डबल स्ट्रैंड कैसा दिखता है, तो इसकी लंबाई बहुत बड़ी हो सकती है। और इस तरह के स्टैकिंग इंटरैक्शन हैं। लेकिन आरएनए, हालांकि यह इसके लिए प्रयास करता है, यह केवल बहुत छोटे क्षेत्रों के लिए पर्याप्त है, और यहां तीसरे आंकड़े में आप देखते हैं कि 7 न्यूक्लियोटाइड्स से शुरू होकर आरएनए श्रृंखला दिशा कैसे बदलती है।

कुछ निष्कर्ष

यह शायद बहुत स्पष्ट नहीं है कि मैं इस समय क्या कर रहा हूं। आइए इसे जानने की कोशिश करें।

1. स्टैकिंग एक प्रारंभिक स्थिति बनाने के रूप में महत्वपूर्ण है, जो प्रकृति में मोड़ने पर खदान जैसी स्थिति को रोकने में मदद करता है, ऊपर वर्णित सिमुलेशन में, जब आरएनए व्यावहारिक रूप से मुड़ा हुआ है - लेकिन न्यूक्लियोटाइड की जोड़ी एक यादृच्छिक स्थिति में रहती है (स्टैकिंग से जुड़ी नहीं) - और यह आगे की तह के साथ हस्तक्षेप करता है।
2. आरएनए स्टैकिंग डीएनए की तरह स्थिर नहीं है, जहां एक सख्त हेलिक्स बनता है। आरएनए में, कुछ नोडल बिंदुओं पर, स्टैकिंग बल लगातार न्यूक्लियोटाइड्स की जोड़ी के बीच कार्य करने के लिए संघर्ष करते हैं। और फिर श्रृंखला दिशा बदलती है।
3. जहां श्रृंखला की दिशा बदलती है, और फिर जब न्यूक्लियोटाइड के पूरक जोड़े मिलते हैं, तो हाइड्रोजन बांड बनने लगते हैं, जिनका स्टैकिंग की तुलना में अधिक मजबूत प्रभाव पड़ता है।
4. लेकिन जब श्रृंखला बढ़ती है, और दो या अधिक सर्पिलों में विभाजित होती है - इन सर्पिल के छोरों को गैर-मानक हाइड्रोजन बॉन्ड द्वारा परस्पर जोड़ा जाता है। यह एक और भी मजबूत बातचीत है, और इस समय पिछले स्टैकिंग, हाइड्रोजन बॉन्ड्स का अनुमान, पतन हो सकता है, और आकार सर्पिल छोरों से शुरू होगा।

यह परिकल्पना है - तह मॉडल जो मैंने फिलहाल प्राप्त किया है। इसे अभी भी निश्चित रूप से सत्यापित करने की आवश्यकता है, लेकिन कम से कम कई अन्य विविधताएं जो निष्पक्ष नहीं हो सकती हैं (जैसे कि एक पदानुक्रमित मॉडल (जो पहले माध्यमिक संरचनाओं को बनाने के बारे में कहता है, और उसके बाद ही उन्हें तृतीयक में मिलाते हैं) और अन्य का परीक्षण किया गया है।

नतीजतन, यह पता चला है कि स्टैकिंग का कार्य आवश्यक हाइड्रोजन बांड के गठन को धक्का देना है। और इसकी उपस्थिति के बिना, स्वयं द्वारा हाइड्रोजन बांड का गठन नहीं किया जाता है।

PS वास्तव में, सब कुछ थोड़ा अधिक जटिल है, लेकिन मैं आपको लोड नहीं करना चाहता। और ऐसा लगता है कि उसने बस वादा किया था, लेकिन यह पूरी तरह से काम नहीं करता है। लेकिन मैं किसी भी सवाल का जवाब देने के लिए तैयार हूं जहां कुछ स्पष्ट नहीं है।