Knotted protein
ગાંઠવાળા પ્રોટીન એ પ્રોટીન છે જેમના કરોડરજ્જુ ગાંઠમાં ફસાઈ જાય છે. કોઈ પણ વ્યક્તિ બંને છેડાથી પ્રોટીનની સાંકળ ખેંચવાની કલ્પના કરી શકે છે, જાણે કે તે બંને છેડાથી દોરી ખેંચે. જ્યારે ગાંઠવાળા પ્રોટીનને બંને છેડાથી "ખેંચવામાં" આવે છે, ત્યારે તે વિખેરાઈ જતું નથી. ગાંઠવાળા પ્રોટીન ખૂબ જ દુર્લભ છે, જે પ્રોટીન ડેટા બેંકમાં પ્રોટીનનો માત્ર એક ટકા હિસ્સો બનાવે છે, અને તેમની ફોલ્ડિંગ મિકેનિઝમ્સ અને કાર્યને સારી રીતે સમજી શકાતા નથી. કેટલાક જવાબોનો સંકેત આપતા પ્રાયોગિક અને સૈદ્ધાંતિક અભ્યાસો હોવા છતાં, આ પ્રશ્નોના વ્યવસ્થિત જવાબો હજુ સુધી મળ્યા નથી. પ્રોટીન ગાંઠો શોધવા માટે સંખ્યાબંધ કોમ્પ્યુટેશનલ પદ્ધતિઓ વિકસાવવામાં આવી હોવા છતાં, એક્સ-રે માળખામાં અથવા બિન-માનક પી. ડી. બી. બંધારણોમાં ગુમ થયેલા અવશેષો અથવા સાંકળના ભંગાણને કારણે જરૂરી મેન્યુઅલ હસ્તક્ષેપ વિના પ્રોટીન ગાંઠો શોધવા માટે હજી પણ કોઈ સંપૂર્ણપણે સ્વચાલિત પદ્ધતિઓ નથી. પ્રોટીનમાં જોવા મળતી મોટાભાગની ગાંઠો ઊંડા ટ્રેફોઇલ (31) ગાંઠો છે. આકૃતિ આઠ ગાંઠો (41), ત્રણ વળાંકવાળી ગાંઠો (52) અને સ્ટીવેડોર ગાંઠો (61) પણ મળી આવ્યા છે. તાજેતરમાં, પ્રોટીન માળખાની આગાહી કરવા માટે મશીન લર્નિંગ તકનીકોનો ઉપયોગ, 6 3 ગાંઠની અત્યંત સચોટ આગાહીમાં પરિણમ્યો. વધુમાં, સમાન તકનીકોનો ઉપયોગ કરીને, સંયુક્ત ગાંઠો (એટલે કે 31#31) મળી આવ્યા હતા. ગાણિતિક અર્થઘટન ગાણિતિક રીતે, ગાંઠને ત્રિ-પરિમાણીય જગ્યાના સબસેટ તરીકે વ્યાખ્યાયિત કરવામાં આવે છે જે વર્તુળ માટે હોમોમોર્ફિક હોય છે. આ વ્યાખ્યા અનુસાર, ગાંઠ બંધ લૂપમાં અસ્તિત્વમાં હોવી જોઈએ, જ્યારે ગાંઠવાળા પ્રોટીન તેના બદલે ખુલ્લી, બંધ ન હોય તેવી સાંકળોમાં અસ્તિત્વ ધરાવે છે. ગાંઠવાળા પ્રોટીન પર ગાણિતિક ગાંઠ સિદ્ધાંત લાગુ કરવા માટે, કૃત્રિમ બંધ લૂપ બનાવવા માટે વિવિધ વ્યૂહરચનાઓનો ઉપયોગ કરી શકાય છે. આવી જ એક વ્યૂહરચના એ છે કે વર્ચ્યુઅલ બોન્ડ દ્વારા પ્રોટીનના એન-અને સી-ટર્મિનલ સાથે જોડાવા માટે અનંત અંતર પર અવકાશમાં એક બિંદુ પસંદ કરવું, આમ પ્રોટીનને બંધ લૂપ તરીકે ગણી શકાય. આવી બીજી વ્યૂહરચના સ્ટોકેસ્ટિક પદ્ધતિઓનો ઉપયોગ કરવાની છે જે રેન્ડમ ક્લોઝર્સ બનાવે છે. ગાંઠની ઊંડાઈ પ્રોટીન ગાંઠની ઊંડાઈ પ્રોટીનની અણનમ પ્રતિકાર કરવાની ક્ષમતા સાથે સંબંધિત છે. એક ઊંડી ગાંઠ સાચવવામાં આવે છે, તેમ છતાં બંને છેડેથી નોંધપાત્ર સંખ્યામાં અવશેષો દૂર કરવાથી ગાંઠનો નાશ થતો નથી. ગાંઠનો નાશ કર્યા વિના દૂર કરી શકાય તેવા અવશેષોની સંખ્યા જેટલી વધારે હશે, ગાંઠ તેટલી જ ઊંડી હશે. ગાંઠની રચના દોરીથી ગાંઠ કેવી રીતે ઉત્પન્ન થઈ શકે છે તે ધ્યાનમાં લેતા, ગાંઠવાળા પ્રોટીનના ફોલ્ડિંગમાં પહેલા લૂપની રચના અને પછી લૂપ દ્વારા એક ટર્મિનસનું થ્રેડિંગ સામેલ હોવું જોઈએ. આ એકમાત્ર ટોપોલોજિકલ રીત છે જેનાથી ટ્રેફોઇલ ગાંઠની રચના થઈ શકે છે. વધુ જટિલ ગાંઠો માટે, લૂપને પોતાની આસપાસ ઘણી વખત વળાંક આપવો સૈદ્ધાંતિક રીતે શક્ય છે, જેનો અર્થ છે કે સાંકળનો એક છેડો ઓછામાં ઓછો એક વાર આસપાસ લપેટી લેવામાં આવે છે, અને પછી થ્રેડિંગ થાય છે. એક સૈદ્ધાંતિક અભ્યાસમાં એવું પણ જોવા મળ્યું છે કે લૂપ દ્વારા સી-ટર્મિનસ થ્રેડિંગ દ્વારા 6-1 ગાંઠ બની શકે છે, અને પ્રથમ લૂપ પર બીજી લૂપ પલટી શકે છે, તેમજ સી-ટર્મિનસ બંને લૂપ્સ દ્વારા થ્રેડિંગ કરી શકે છે જે અગાઉ એકબીજા પર પલટી ગયા છે. ગાંઠવાળા પ્રોટીનના વળાંકને રાઇબોઝોમ સાથે નવજાત સાંકળની ક્રિયાપ્રતિક્રિયા દ્વારા સમજાવી શકાય છે. ખાસ કરીને, રાઇબોઝોમની સપાટી સાથે સાંકળની આત્મીયતા લૂપની રચનામાં પરિણમી શકે છે, જે પછી નવજાત સાંકળ દ્વારા થ્રેડેડ થઈ શકે છે. આ પ્રકારની પદ્ધતિ જાણીતા સૌથી ઊંડા ગાંઠવાળા પ્રોટીનમાંથી એક માટે બુદ્ધિગમ્ય હોવાનું દર્શાવવામાં આવ્યું હતું. YibK અને YbeA સાથે સંકળાયેલા પ્રાયોગિક અભ્યાસો થયા છે, જે ટ્રેફોઇલ ગાંઠો ધરાવતા ગાંઠવાળા પ્રોટીન છે. તે સ્થાપિત કરવામાં આવ્યું છે કે આ ગાંઠવાળા પ્રોટીન ધીમે ધીમે ફોલ્ડ થાય છે, અને ફોલ્ડિંગમાં ગાંઠ એ દર મર્યાદિત કરવાનું પગલું છે. અન્ય એક પ્રાયોગિક અભ્યાસમાં, YibK અને YbeA ના અંત સાથે 91-અવશેષ-લાંબા પ્રોટીનને જોડવામાં આવ્યું હતું. બંને ટર્મિનસ સાથે પ્રોટીનને જોડવાથી ગાંઠનો નાશ થાય તે પહેલાં દરેક ટર્મિનસ પર લગભગ 125 દૂર કરી શકાય તેવા અવશેષો સાથે ઊંડી ગાંઠ પેદા થાય છે. તેમ છતાં એવું જોવામાં આવ્યું હતું કે પરિણામી પ્રોટીન સ્વયંભૂ ફોલ્ડ કરી શકે છે. જોડાયેલા પ્રોટીન YibK અને YbeA કરતા વધુ ઝડપથી ફોલ્ડ થતા દર્શાવવામાં આવ્યા હતા, તેથી ફોલ્ડિંગ દરમિયાન તેઓ YibK અને YbeA ના બંને છેડે પ્લગ તરીકે કામ કરે તેવી અપેક્ષા રાખવામાં આવે છે. એવું જાણવા મળ્યું હતું કે એન-ટર્મિનસ સાથે પ્રોટીનને જોડવાથી ફોલ્ડિંગની ગતિમાં ફેરફાર થતો નથી, પરંતુ સી-ટર્મિનસ સાથે જોડાણ ફોલ્ડિંગને ધીમું કરે છે, જે સૂચવે છે કે થ્રેડિંગ ઇવેન્ટ સી-ટર્મિનસ પર થાય છે. ચેપરોન, પ્રોટીન ગાંઠ બાંધવામાં સરળ હોવા છતાં, પ્રોટીનના સ્વ-જોડાણમાં નિર્ણાયક નથી. પ્રોટીનમાં અન્ય ટોપોલોજીકલ જટિલ રચનાઓ ગાંઠવાળા પ્રોટીનના વર્ગમાં માત્ર માળખાઓ હોય છે, જેના માટે કરોડરજ્જુ, બંધ થયા પછી ગાંઠવાળી લૂપ બનાવે છે. જો કે, કેટલાક પ્રોટીનમાં "આંતરિક ગાંઠ" હોય છે જેને સ્લિપનોટ્સ કહેવાય છે, એટલે કે. ગાંઠ વગરની રચનાઓ જેમાં ગાંઠવાળી પેટા સાંકળ હોય છે. અન્ય ટોપોલોજીકલ જટિલ માળખું સહસંયોજક લૂપ્સ દ્વારા રચાયેલી કડી છે, જે ડાયસલ્ફાઇડ બ્રિજ દ્વારા બંધ થાય છે. પ્રોટીનમાં ત્રણ પ્રકારની ડાયસલ્ફાઇડ-આધારિત કડીઓ ઓળખવામાં આવી હતીઃ હોપ્ફ કડીઓની બે આવૃત્તિઓ (કિરાલિટીમાં અલગ) અને સોલોમન કડીઓની એક આવૃત્તિ. સાંકળના ભાગને સહસંયોજક પુલ સાથે બંધ કરવાથી ઊભી થતી અન્ય જટિલ રચના જટિલ લાસો પ્રોટીન છે, જેના માટે સહસંયોજક લૂપને સાંકળ દ્વારા એક અથવા વધુ વખત થ્રેડ કરવામાં આવે છે. ડાયસલ્ફાઇડ પુલોના અસ્તિત્વના પરિણામે ઉદ્ભવતા અન્ય જટિલ માળખાઓ સિસ્ટીન ગાંઠો છે, જેના માટે બે ડાયસલ્ફાઇડ પુલ બંધ, સહસંયોજક લૂપ બનાવે છે, જે ત્રીજી સાંકળ દ્વારા થ્રેડેડ છે. મોટિફના નામે "ગાંઠ" શબ્દ ભ્રામક છે, કારણ કે મોટિફમાં કોઈ ગાંઠવાળું બંધ ચક્ર નથી. વધુમાં, સામાન્ય રીતે સિસ્ટીન ગાંઠોની રચના ગાંઠ વગરના પ્રોટીનના ફોલ્ડિંગથી અલગ નથી માત્ર એક જ સાંકળને બંધ કરવા ઉપરાંત, સ્ફટિક માળખામાં હાજર તમામ સાંકળો માટે સાંકળ બંધ કરવાની પ્રક્રિયા પણ કરી શકાય છે. કેટલાક કિસ્સાઓમાં વ્યક્તિ બિન-તુચ્છ રીતે જોડાયેલી રચનાઓ મેળવે છે, જેને સંભવિત કડીઓ કહેવાય છે. મુખ્ય સાંકળના ટુકડાઓ અને ડાયસલ્ફાઇડ પુલો દ્વારા રચાયેલા પ્રોટીનમાં લૂપ્સ અને આયનો દ્વારા ક્રિયાપ્રતિક્રિયાને પણ ધ્યાનમાં લઈ શકાય છે. આવા લૂપ્સને બિન-ગૂંથેલા મુખ્ય સાંકળવાળા માળખાઓની અંદર પણ ફોર્મ લિંક્સથી ગાંઠ કરી શકાય છે. પ્રથમ શોધો માર્ક એલ. મેન્સફિલ્ડે 1994માં પ્રસ્તાવિત કરી હતી કે પ્રોટીનમાં ગાંઠો હોઈ શકે છે. તેમણે કરોડરજ્જુના આલ્ફા કાર્બનના દળના કેન્દ્રમાં કેન્દ્રિત ગોળાનું નિર્માણ કરીને, દળના કેન્દ્ર અને દળના કેન્દ્રથી સૌથી દૂર રહેલા કેલ્ફા વચ્ચેના અંતરની બમણી ત્રિજ્યા સાથે, અને ગોળાની સપાટી પર બે યાદૃચ્છિક બિંદુઓના નમૂના લઈને પ્રોટીનને અનકનોટ સ્કોર્સ આપ્યા. તેમણે ગોળાની સપાટી (મોટા વર્તુળોની કમાનો) પર ભૂગણિત ટ્રેસ કરીને બે બિંદુઓને જોડ્યા, અને પછી પ્રોટીન સાંકળના દરેક છેડાને આમાંથી એક બિંદુ સાથે જોડ્યા. આ પ્રક્રિયાને 100 વખત પુનરાવર્તિત કરવાથી અને ગાણિતિક અર્થમાં ગાંઠનો નાશ થાય તે સમયની ગણતરી કરવાથી અનકનોટ સ્કોર મળે છે. માનવ કાર્બનિક એનહાઇડ્રેઝને ઓછો અનકનોટ સ્કોર (22) હોવાનું ઓળખવામાં આવ્યું હતું. માળખાનું દૃષ્ટિની નિરીક્ષણ કર્યા પછી, એવું જોવા મળ્યું હતું કે ગાંઠ છીછરી હતી, એટલે કે બંને છેડેથી થોડા અવશેષો દૂર કરવાથી ગાંઠનો નાશ થાય છે. 2000માં, વિલિયમ આર. ટેલરે એસીટોહાઇડ્રોક્સી એસિડ આઇસોમેરોરેડક્ટેઝ (PDB ID: 1YVE) માં ઊંડી ગાંઠની ઓળખ કરી હતી, જે એક અલ્ગોરિધમનો ઉપયોગ કરીને પ્રોટીનની સાંકળોને સરળ બનાવે છે અને ગાંઠોને વધુ દૃશ્યમાન બનાવે છે. અલ્ગોરિધમ બંને ટર્મિનલ્સને સ્થિર રાખે છે, અને દરેક અવશેષોના કોઓર્ડિનેટ્સને પડોશી અવશેષોના કોઓર્ડિનેટ્સની સરેરાશ વારંવાર સોંપે છે. તે સુનિશ્ચિત કરવું પડશે કે સાંકળો એકબીજાથી પસાર ન થાય, નહીં તો ક્રોસિંગ અને તેથી ગાંઠ નાશ પામી શકે છે. જો કોઈ ગાંઠ ન હોય તો, અલ્ગોરિધમ આખરે એક સીધી રેખા ઉત્પન્ન કરે છે જે બંને છેડા સાથે જોડાય છે. પ્રોટીનમાં ગાંઠના કાર્ય વિશે અભ્યાસ ગાંઠના કાર્ય વિશેની કેટલીક દરખાસ્તો એવી રહી છે કે તે થર્મલ અને ગતિશીલ સ્થિરતામાં વધારો કરી શકે છે. એક ખાસ સૂચન એ હતું કે માનવ યુબીક્વિટિન હાઇડ્રોલેઝ માટે, જેમાં 5 થી 2 ગાંઠ હોય છે, ગાંઠની હાજરી તેને પ્રોટીઝોમમાં ખેંચાતા અટકાવી શકે છે. કારણ કે તે એક ડ્યૂબિક્વિટિનેટિંગ એન્ઝાઇમ છે, તે ઘણીવાર પ્રોટીનની નિકટતામાં જોવા મળે છે જે ટૂંક સમયમાં પ્રોટીઝોમ દ્વારા અધોગતિ પામે છે, અને તેથી તે પોતે અધોગતિ પામે છે. તેથી, ગાંઠની હાજરી એક પ્લગ તરીકે કામ કરી શકે છે જે તેને અટકાવે છે. આ કલ્પનાનું કમ્પ્યુટર સિમ્યુલેશન સાથે YbeA અને YibK જેવા અન્ય પ્રોટીન પર વધુ વિશ્લેષણ કરવામાં આવ્યું હતું. જ્યારે તેમને છિદ્રમાં ખેંચવામાં આવે છે ત્યારે ગાંઠો કડક લાગે છે, અને જે બળથી તેમને ખેંચવામાં આવે છે તેના આધારે, તેઓ કાં તો અટવાઇ જાય છે અને છિદ્રને અવરોધે છે, જેની સમાનતા મજબૂત ખેંચાણ દળો સાથે વધે છે, અથવા નાના ખેંચાણ બળના કિસ્સામાં તેઓ છૂટા પડી શકે છે કારણ કે એક ટર્મિનસને ગાંઠમાંથી બહાર કાઢવામાં આવે છે. ઊંડા ગાંઠો માટે, છિદ્ર અવરોધિત થવાની સંભાવના વધુ હોય છે, કારણ કે ત્યાં ઘણા બધા અવશેષો હોય છે જેને ગાંઠમાંથી ખેંચવાની જરૂર હોય છે. અન્ય એક સૈદ્ધાંતિક અભ્યાસમાં, એવું જાણવા મળ્યું હતું કે મોડેલ કરેલ ગાંઠવાળું પ્રોટીન ઉષ્મીય રીતે સ્થિર નહોતું, પરંતુ તે ગતિશીલતાની રીતે સ્થિર હતું. એવું પણ દર્શાવવામાં આવ્યું હતું કે પ્રોટીનમાં ગાંઠ સાંકળના હાઇડ્રોફોબિક અને હાઇડ્રોફિલિક ભાગોની ધાર પરના સ્થાનો બનાવે છે, જે સક્રિય સ્થળોની લાક્ષણિકતા છે. આ સમજાવી શકે છે કે શા માટે 80 ટકાથી વધુ ગાંઠવાળા પ્રોટીન ઉત્સેચકો છે. ગાંઠવાળા પ્રોટીનને વિસ્તૃત કરવા માટે વેબ સર્વર કેટલાક સ્થાનિક કાર્યક્રમો અને સંખ્યાબંધ વેબ સર્વર ઉપલબ્ધ છે, જે ગાંઠવાળા માળખાઓ માટે અનુકૂળ ક્વેરી સેવાઓ અને પ્રોટીન ગાંઠો શોધવા માટે વિશ્લેષણ સાધનો પૂરા પાડે છે. જટિલ લાસો પ્રોટીન સંદર્ભો બાહ્ય કડીઓ pKNOT પ્રોટીન ગાંઠો ગાંઠ-ગાંઠ શોધ પ્રોટીન કોમ્પ્યુટેશનલ બાયોલોજી માટે જાણીતા (સ્લિપ) ગાંઠવાળા માળખાઓ અને સર્વરનો ડેટાબેઝ