موضوع مقاله: بیوانفورماتیک ساختاری | مخاطب: عمومی | لحن: دانشنامه‌ای | ساختار: عنوان، مقدمه، 3 بخش، جمع‌بندی | مقاله: | # بیوانفورماتیک ساختاری | مقدمه: پیوند= سه‌بعدی یک پروتئین بیوانفورماتیک ساختاری شاخه‌ای از بیوانفورماتیک است که به آنالیز و پیش‌بینی ساختار سه بعدی درشت‌مولکول‌های زیستی مانند پروتئین‌، RNA و DNA مربوط است و با کلیاتی در مورد ساختار سه‌بعدی درشت‌مولکول‌ها مانند مقایسه چین‌های کلی و موتیف‌های محلی، اصول تاشدگی مولکولی، تکامل، کنش‌های اتصالی، و روابط ساختاری/عملکردی سر و کار دارد، که هم از طریق ساختارهایی که به صورت تجربی حاصل شده و هم با مدل‌های محاسباتی انجام می‌شود. | ## بخش 1: بیوانفورماتیک ساختاری | اصطلاح ساختاری همان معنای موجود در در زیست‌شناسی ساختاری را دارد و بیوانفورماتیک ساختاری را می‌توان به عنوان بخشی از زیست‌شناسی ساختاری محاسباتی تلقی کرد. هدف اصلی بیوانفورماتیک ساختاری ابداع روش‌های جدید برای پردازش داده‌های درشت‌مولکول‌های زیستی به قصد حل کردن مسائل موجود در زیست‌شناسی و تولید دانش جدید است. حضور برخی گروه‌های شیمیایی در مکان‌های مشخص، به پروتئین‌ها این اجازه را می‌دهد تا به عنوان آنزیم فعالیت کنند و چند واکنش شیمیایی را فروکافت کنند. به طور کلی، ساختار پروتئین‌ها به۴ مرحله تقسیم می‌شود: اولیه (توالی)، ثانویه (ترکیب محلی زنجیره‌های پلی‌پپتیدی)، سومین (ساختار سه‌بعدی چین‌خوردگی پروتئین)، و چهارمین (ارتباط چند ساختار پلی‌پپتیدی). بیوانفورماتیک ساختاری عمدتاً کنش‌های بین ساختارها را با توجه به مختصات فضایی آن‌ها مورد بررسی قرار می‌دهد. با این حال، توالی محدودیت‌هایی ایجاد می‌کند که اجازهٔ تشکیل ترکیب‌های محلی پایستهٔ زنجیرهٔ پلی‌پپتیدی، مانند مارپیچ آلفا، صفحهٔ بتا، و حلقهط را می‌دهد (ساختار ثانویه). کنش‌ها ممکن است درون‌زنجیری (بین قسمت‌های یک تک‌پار پروتئینی) (ساختار سومین) یا بین‌زنجیری (بین تک‌پارهای مختلف) (ساختار چهارمین) رخ دهند. پیش‌بینی ساختار ساختار اتمی مولکول‌ها را می‌توان با چند روش، همچون بلورنگاری پرتوی ایکس، طیف‌سنجی تشدید مغناطیسی هسته‌ای، و ریزبینی سه‌بعدی الکترونی، به دست آورد. با این حال، این روش‌ها ممکن است بسیار هزینه‌بر باشند، و در مواردی، مثلاً پروتئین پوسته‌ای، به سختی می‌توانند به کار گرفته‌شوند. | ## بخش 2: بیوانفورماتیک ساختاری | از این رو ضروری است تا رویکردهایی محاسباتی برای تعیین ساختار سه‌بعدی درشت‌مولکول‌ها اتخاذ شود. پهلوگیری مولکولی قصد دارد وضع‌های ممکن (حالات اتصال) لیگاند، زمانی که با نواحی خواصی (که به طور کلی در یک مستطیل محصور هستند) از پذیرنده کنش دارد را پیش‌بینی کند. ابزارهای پهلوگیری می‌توانند از میدان‌های نیرو برای تخمین امتیاز هنگام رتبه‌بندی وضع‌هایی که تمایل به کنش‌های بهتری دارند استفاده کنند. به طور کلی، پروتکل‌های پهلوگیری برای پیش‌بینی کنش‌های بین مولکول‌های کوچک و پروتئین‌ها استفاده می‌شوند. با این حال، پهلوگیری را می‌توان برای تشخیص ارتباطات و حالات اتصال بین پروتئین‌ها، پپتید‌ها، مولکول‌های DNA یا RNA، کربوهیدرات‌ها، و دیگر درشت‌مولکول‌ها استفاده کرد. این روش اجازهٔ مشاهدهٔ رفتار مولکول‌ها و کنش‌های آن‌ها با در نظر گرفتن کل سیستم را می‌دهد. برای محاسبهٔ رفتار سیستم، و نتجیتاً مشخص کردن مسیرها، می‌توان از معادلات حرکت نیوتن علاوه بر روش‌های مکانیک مولکولی برای تخمین نیروهای بین ذرات استفاده کرد. پایگاه‌های دادهٔ ساختاری علاوه بر بانک دادهٔ پروتئین، چند پایگاه دادهٔ ساختار پروتئین و درشت‌مولکول‌های دیگر وجود دارد. کاربردها رویکردهای انفورماتیک مورد استفاده در بیوانفورماتیک ساختاری عبارتند از: انتخاب هدف - اهداف بالقوه با مقایسه با پایگاه‌های دادهٔ ساختارها و توالی‌های شناخته‌شده شناسایی می‌شوند. | ## بخش 3: بیوانفورماتیک ساختاری | دامنه‌های پروتئینی اجزایی ساختاری هستند که می‌توان با بازآرایی آن‌ها پروتئین‌های جدیدی ایجاد کرد. ردیابی آزمایش‌های بلورشناسی پرتوی ایکس - برای آشکارسازی ساختار سه بعدی یک پروتئین، می‌توان از بلورشناسی پرتوی ایکس استفاده کرد. اما برای استفاده از پرتوی ایکس برای مطالعه کریستال‌های پروتئینی، باید بلورهای پروتئین خالص تشکیل شود که ممکن است نیاز به آزمایش‌ها متعددی داشته‌باشد. علاوه بر این، الگوریتم‌های یادگیری ماشین نظارت‌شده را می‌توان روی داده‌های ذخیره‌شده برای شناسایی شرایطی که ممکن است حصول بلورهای خالص را افزایش دهد، استفاده کرد. تجزیه و تحلیل داده‌های بلورشناسی پرتوی ایکس - الگوی پراش به دست آمده در نتیجهٔ بمباران الکترون‌ها توسط پرتوی ایکس، تبدیل فوریهٔ توزیع چگالی الکترون است. در اینجا به الگوریتم‌هایی نیاز است که می‌توانند تبدیل فوریه را با اطلاعات ناقص تبدیل کنند (چرا که آشکارگرها فقط می‌توانند دامنهٔ پرتوهای ایکس شکسته را اندازه‌گیری کنند، و نه تغییر فاز را، و به این صورت اطلاعات فازی از دست می‌رود). برای تولید نقشه چگالی الکترون می‌توان از تکنیک‌های برون‌یابی مانند پراکندگی غیرعادی چندطول‌موجی استفاده کرد که از مکان اتم‌های سلنیوم به عنوان مرجع برای تعیین بقیهٔ ساختار استفاده می‌کند. تجزیه و تحلیل داده‌های طیف‌سنجی NMR - آزمایش‌های طیف‌سنجی تشدید مغناطیسی هسته‌ای داده‌های دوبعدی (یا ابعاد بالاتر) تولید می‌کنند، که در آن هر قله مربوط به یک گروه شیمیایی درون نمونه است. | ## جمع‌بندی | مرتبط کردن اطلاعات ساختاری با اطلاعات عملکردی - مطالعات ساختاری می‌تواند به عنوان سرنخی برای روابط ساختاری-عملکردی مورد استفاده قرار گیرد.