O projekte
Jedným z hlavných cieľov projektu Rosetta je predpovedať tvar proteínov, ktoré sa vyskytujú v prírode. Proteíny (bielkoviny) sú veľké molekuly zložené z malých stavebných blokov - aminokyselín, a častokrát sú nazývané "reťazce". Aminokyseliny sa dajú predstaviť ako ohnivká v tejto reťazi/reťazci. Pre lepšie pochopenie si uveďme nasledujúcu analógiu. Ak si predstavíme obyčajnú železnú reťaz, tak tá môže mať veľké množstvo rôznych tvarov závisiac od síl, ktoré na ňu budú pôsobiť. Ak napríklad reťaz potiahnete, narovná sa do priamej línie, a keď ju hodíte na zem, nadobudne vždy jedinečný tvar. Na rozdiel od železnej reťaze, ktorú tvoria identické železné ohnivká, proteíny sú tvorené dvadsiatimi rôznymi aminokyselinami, z ktorých každá má svoje osobitné vlastnosti (napr. rôzny tvar, či príťažlivé a odpudivé sily), ktoré dohromady vytvárajú sily, ktoré primäjú proteín k tomu, aby nadobudol jedinečný a špecifický tvar. Tento tvar je daný poradím, v akom sú zoradené jednotlivé aminokyseliny v proteíne. V prírode existuje veľké množstvo proteínov s veľmi rôznym počtom aminokyselín a ich zoradením.
Predpovedať tvar, ktorý konkrétny proteín v prírode nadobúda, znamená nájsť štruktúru s najmenšou energiou (príroda totiž uprednostňuje tvary s najmenšou energiou, preto má napr. kvapka vody či hviezdy guľatý tvar). Energia proteínu je určená množstvom faktorov. Napríklad niektoré aminokyseliny sa navzájom priťahujú a teda ak sa vyskytujú blízko seba, tak táto ich interakcia nezanedbateľne prispieva k celkovej energii. Stratégia projektu Rosetta pre nájdenie tvarov s nízkou energiou je nasledovná:
1. Začať s úplne rovným proteínovým reťazcom (podobne ako je to pri úplne natiahnutej železnej reťazi)
2. Posunúť malú časť reťazca, čím sa vytvorí nový tvar
3. Vypočítať energiu nového tvaru
4. Akceptovať alebo zamietnuť nový tvar na základe zmeny energie
5. Opakovať kroky 2 až 4 až pokiaľ každá časť proteínu nebude mnohokrát posunutá
Tento proces sa nazýva trajektória. Konečným výsledkom trajektórie je predpoveď štruktúry. Rosetta zaznamenáva tvar s najnižšou energiou pre každú trajektóriu. Každá trajektória je jedinečná, pretože pohyby proteínových častí sú určené náhodným číslom. Nie vždy sa im podarí nájsť ten istý energetický stav, pretože existuje nepreberné množstvo možností.
Trajektória môže pozostávať z dvoch fáz. V prvej fáze sú aminokyseliny reprezentované zjednodušene, čo umožňuje rýchlo vyskúšať veľké množstvo rôznych tvarov. Táto fáza je fázou s nízkym rozlíšením a počas nej na šetriči obrazovky uvidíte proteínový reťazec poskakovať hore-dole ako splašený. V druhej fáze sú už aminokyseliny reprezentované v plnom rozlíšení. Táto fáza sa nazýva "relaxácia". Namiesto veľkých zmien v polohe, proteíny sa už pohybujú len málo v snahe jemne nájsť ten správny tvar. Ide teda o vyhľadávanie s vysokým rozlíšením a na šetriči obrazovky uvidíte molekulu triasť sa či "vibrovať". Prvú fázu dokáže Rosetta na modernom počítači zvládnuť v priebehu niekoľkých minút, zatiaľ čo druhá fáza môže trvať podstatne dlhšie, keďže náročnosť výpočtov narastá akonáhle sa berie plná reprezentácia (čiže všetky atómy) aminokyselín. Váš počítač zvyčajne vytvára 15 až 20 takýchto trajektórií na jednu pracovnú jednotku (work unit), a následne zasiela na server tvar s najnižšou energiou pre každú z nich. Potom sa team projektu pozerá na všetky tvary s nízkou energiou zo všetkých počítačov, aby našiel tie s úplne najnižšou energiou. Tá sa potom stáva predpoveďou tvaru s najnižšou energiou pre daný proteín.
Šetrič obrazovky
Šetrič obrazovky zobrazuje aktuálny priebeh výpočtu trajektórie. Pozostáva zo štyroch častí zobrazujúcich tvar proteínového reťazca.
"Searching (Vyhľadávanie)..." zobrazuje posuny, ktoré sa Rosetta s proteínom snaží uskutočňovať. Sledovaním farieb dúhy (od modrej po červenú) môžete sledovať tvar reťazca.
"Accepted (akceptovaný)" zobrazuje posledný akceptovaný posun reťazca.
"Low Energy (Nízka energia)" zobrazuje tvar s najnižšou energiou získaný počas aktuálneho výpočtu trajektórie
"Native (prirodzený/prírodný)" zobrazuje experimentálne získaný reálny tvar proteínu (v prípade, že taký experiment bol úspešne uskutočnený).
Šetrič obrazovky ďalej zobrazuje aj dva grafy a jeden diagram, ktoré zaznamenávajú energiu a rmsd každého akceptovaného posunu.
"Accepted Energy (Akceptovaná energia)" je graf zobrazujúci energiu každého akceptovaného posunu proteínu v aktuálnej trajektórii. (Os X predstavuje proces hľadania trajektórie a os Y predstavuje samotnú energiu).
"RMSD" zobrazuje ako vzdialený je aktuálne akceptovaný tvar k skutočnej štruktúre, os X predstavuje RMSD a os Y postup výpočtu. (RMSD je skratka označujúca "Root Mean Square Deviation", je to užitočná matematická konštrukcia pre výpočet odchýlok často používaná nielen vo fyzike a chémii)
V poslednej časti obrazovky v spodnom pravom rohu môžete vidieť diagram energií a RMSD pre každý akceptovaný posun proteínu. Ten istý typ diagramov sa nachádza aj na stránke najlepších predpovedí, s tým rozdielom, že na vašom diagrame vidíte každý akceptovaný posun počas trajektórie. Diagramy na stránke najlepších predpovedí sú vytvorené len z tých najnižších energií z každej trajektórie.
Zdroj: http://boinc.bakerlab.org/rosetta/rah_graphics.php
Preložil a mierne upravil: Juraj Kotulič Bunta
- Ak chcete pridať komentáre, tak sa musíte prihlásiť
- prečítané 8681x
-
Zaujimavy clanok.
Skoda len, ze pomer clankov na nasom webe k vykonu BOINC.SK v Rosette je zatial nepriamo umerny. Na jednej strane je Rosetta projektom, ktory zaujima zda sa najviac ludi a moze priniest vysledky v dohladnom case, na druhej strane nie je atraktivny ako projekt na pocitanie.... na celkovom vykone nasej skupiny sa podiela zhruba 5%.