Knotted protein
गांठदार प्रोटीन वे प्रोटीन होते हैं जिनकी रीढ़ की हड्डियाँ खुद को गाँठ में उलझाती हैं। दोनों छोरों से एक प्रोटीन श्रृंखला खींचने की कल्पना की जा सकती है, जैसे कि दोनों सिरों से एक डोरी खींचना। जब एक गांठदार प्रोटीन को दोनों छोरों से "खींचा" जाता है, तो यह विच्छेदित नहीं होता है। गांठदार प्रोटीन बहुत दुर्लभ होते हैं, जो प्रोटीन डेटा बैंक में प्रोटीन का केवल एक प्रतिशत बनाते हैं, और उनके तह तंत्र और कार्य को अच्छी तरह से समझा नहीं जाता है। हालांकि कुछ प्रयोगात्मक और सैद्धांतिक अध्ययन हैं जो कुछ उत्तरों का संकेत देते हैं, लेकिन इन प्रश्नों के व्यवस्थित उत्तर अभी तक नहीं मिले हैं। यद्यपि प्रोटीन गांठों का पता लगाने के लिए कई कम्प्यूटेशनल विधियां विकसित की गई हैं, फिर भी एक्स-रे संरचनाओं या गैर-मानक पी. डी. बी. प्रारूपों में गायब अवशेषों या श्रृंखला टूटने के कारण आवश्यक मैनुअल हस्तक्षेप के बिना प्रोटीन गांठों का पता लगाने के लिए पूरी तरह से स्वचालित तरीके अभी भी नहीं हैं। प्रोटीन में पाए जाने वाले अधिकांश गांठ गहरे ट्रेफॉइल (31) गांठ होते हैं। चित्र आठ गाँठ (41), तीन मुड़ने वाली गाँठ (52), और स्टीवेडोर गाँठ (61) की भी खोज की गई है। हाल ही में, प्रोटीन संरचना की भविष्यवाणी करने के लिए मशीन लर्निंग तकनीकों के उपयोग के परिणामस्वरूप 6 3 गाँठ की अत्यधिक सटीक भविष्यवाणी हुई। इसके अलावा, समान तकनीकों का उपयोग करते हुए, समग्र गाँठ (अर्थात् 31#31) पाए गए। गणितीय व्याख्या गणितीय रूप से, एक गाँठ को त्रि-आयामी स्थान के एक उपसमुच्चय के रूप में परिभाषित किया जाता है जो एक वृत्त के लिए समरूप है। इस परिभाषा के अनुसार, एक गाँठ एक बंद लूप में मौजूद होनी चाहिए, जबकि गांठ वाले प्रोटीन इसके बजाय खुली, बिना बंद श्रृंखलाओं के भीतर मौजूद होते हैं। गांठदार प्रोटीन पर गणितीय गाँठ सिद्धांत को लागू करने के लिए, एक कृत्रिम बंद लूप बनाने के लिए विभिन्न रणनीतियों का उपयोग किया जा सकता है। ऐसी ही एक रणनीति है एक आभासी बंधन के माध्यम से प्रोटीन के एन-और सी-टर्मिनल से जुड़े रहने के लिए अनंत दूरी पर अंतरिक्ष में एक बिंदु का चयन करना, इस प्रकार प्रोटीन को एक बंद लूप के रूप में माना जा सकता है। ऐसी ही एक अन्य रणनीति यादृच्छिक बंद करने वाले यादृच्छिक तरीकों का उपयोग करना है। गाँठ की गहराई एक प्रोटीन गाँठ की गहराई प्रोटीन की अनकॉन्टिंग का विरोध करने की क्षमता से संबंधित है। एक गहरी गाँठ को संरक्षित किया जाता है, भले ही दोनों छोरों से काफी संख्या में अवशेषों को हटाने से गाँठ नष्ट नहीं होती है। गाँठ को नष्ट किए बिना हटाए जा सकने वाले अवशेषों की संख्या जितनी अधिक होगी, गाँठ उतनी ही गहरी होगी। गांठों का निर्माण यह देखते हुए कि एक तार के साथ गांठों का उत्पादन कैसे किया जा सकता है, गांठ वाले प्रोटीन के तह में पहले एक लूप का गठन और फिर लूप के माध्यम से एक टर्मिनस का थ्रेडिंग शामिल होना चाहिए। यह एकमात्र टोपोलॉजिकल तरीका है जिससे ट्रेफॉइल गाँठ बनाई जा सकती है। अधिक जटिल गांठों के लिए, सैद्धांतिक रूप से लूप को अपने चारों ओर कई बार मोड़ना संभव है, जिसका अर्थ है कि श्रृंखला का एक छोर कम से कम एक बार चारों ओर लपेट लिया जाता है, और फिर थ्रेडिंग होती है। एक सैद्धांतिक अध्ययन में यह भी देखा गया है कि एक लूप के माध्यम से सी-टर्मिनस थ्रेडिंग से एक 6-1 गाँठ बन सकती है, और एक और लूप पहले लूप पर फ़्लिपिंग कर सकता है, साथ ही सी-टर्मिनस दोनों लूप के माध्यम से थ्रेडिंग कर सकता है जो पहले एक दूसरे पर फ़्लिप हो चुके हैं। गांठदार प्रोटीन के तह को राइबोसोम के साथ नवजात श्रृंखला की अंतःक्रिया द्वारा समझाया जा सकता है। विशेष रूप से, राइबोसोम सतह के लिए श्रृंखला की आत्मीयता के परिणामस्वरूप लूप का निर्माण हो सकता है, जिसे अगली बार एक नवजात श्रृंखला द्वारा थ्रेडेड किया जा सकता है। ज्ञात सबसे गहराई से गांठ वाले प्रोटीनों में से एक के लिए इस तरह के तंत्र को प्रशंसनीय दिखाया गया था। YibK और YbeA से जुड़े प्रायोगिक अध्ययन हुए हैं, जो ट्रेफॉइल गांठ वाले गांठ वाले प्रोटीन हैं। यह स्थापित किया गया है कि ये गांठ वाले प्रोटीन धीरे-धीरे मुड़ते हैं, और तह में गांठ दर को सीमित करने वाला कदम है। एक अन्य प्रयोगात्मक अध्ययन में, एक 91-अवशेष-लंबे प्रोटीन को YibK और YbeA के अंत से जोड़ा गया था। दोनों छोरों पर प्रोटीन को जोड़ने से गाँठ के नष्ट होने से पहले प्रत्येक छोर पर लगभग 125 हटाने योग्य अवशेषों के साथ एक गहरी गाँठ पैदा होती है। फिर भी यह देखा गया कि परिणामी प्रोटीन अनायास ही मुड़ सकते हैं। संलग्न प्रोटीन को YibK और YbeA की तुलना में अधिक तेज़ी से मोड़ते हुए दिखाया गया था, इसलिए मोड़ने के दौरान वे YibK और YbeA के दोनों छोर पर प्लग के रूप में कार्य करने की उम्मीद करते हैं। यह पाया गया कि एन-टर्मिनस से प्रोटीन को जोड़ने से फोल्डिंग की गति में कोई बदलाव नहीं आया, लेकिन सी-टर्मिनस से लगाव फोल्डिंग को धीमा कर देता है, जिससे पता चलता है कि थ्रेडिंग घटना सी-टर्मिनस पर होती है। चैपरोन, हालांकि प्रोटीन गाँठ को सुविधाजनक बनाते हैं, प्रोटीन के स्व-बंधन में महत्वपूर्ण नहीं हैं। प्रोटीन में अन्य स्थलवैज्ञानिक रूप से जटिल संरचनाएँ गांठ वाले प्रोटीन के वर्ग में केवल संरचनाएँ होती हैं, जिनके लिए रीढ़ की हड्डी, बंद होने के बाद एक गांठदार लूप बनाती है। हालांकि, कुछ प्रोटीनों में "आंतरिक गांठ" होते हैं जिन्हें स्लिपनाट्स कहा जाता है, अर्थात। बिना गांठ वाली संरचना जिसमें एक गांठ वाली उप-श्रृंखला होती है। एक अन्य स्थलवैज्ञानिक रूप से जटिल संरचना सहसंयोजक लूप द्वारा बनाई गई कड़ी है, जो डाइसल्फ़ाइड पुलों द्वारा बंद होती है। प्रोटीन में तीन प्रकार के डाइसल्फ़ाइड-आधारित लिंक की पहचान की गईः होप्फ़ लिंक के दो संस्करण (कायरलिटी में भिन्न) और सोलोमन लिंक का एक संस्करण। सहसंयोजक पुल के साथ श्रृंखला के बंद होने वाले हिस्से से उत्पन्न होने वाली एक अन्य जटिल संरचना जटिल लासो प्रोटीन है, जिसके लिए सहसंयोजक लूप को श्रृंखला द्वारा एक या अधिक बार थ्रेड किया जाता है। डाइसल्फ़ाइड पुलों के अस्तित्व के परिणामस्वरूप उत्पन्न होने वाली एक अन्य जटिल संरचनाएँ सिस्टिन गांठें हैं, जिनके लिए दो डाइसल्फ़ाइड पुल एक बंद, सहसंयोजक लूप बनाते हैं, जो तीसरी श्रृंखला द्वारा थ्रेडेड होता है। रूपांकन के नाम पर "गाँठ" शब्द भ्रामक है, क्योंकि रूपांकन में कोई गाँठदार बंद चक्र नहीं होता है। इसके अलावा, सामान्य रूप से सिस्टिन गांठों का गठन एक बिना गांठ वाले प्रोटीन के तह से अलग नहीं है केवल एक श्रृंखला को बंद करने के अलावा, कोई भी क्रिस्टल संरचना में मौजूद सभी श्रृंखलाओं के लिए श्रृंखला बंद करने की प्रक्रिया भी कर सकता है। कुछ मामलों में कोई गैर-तुच्छ रूप से जुड़ी संरचनाओं को प्राप्त करता है, जिन्हें संभावित लिंक कहा जाता है। मुख्य श्रृंखला के टुकड़ों और डाइसल्फ़ाइड पुलों और आयनों के माध्यम से बातचीत से बने प्रोटीन में लूप पर भी विचार किया जा सकता है। इस तरह के लूप को बिना गांठ वाली मुख्य श्रृंखला वाली संरचनाओं के भीतर भी फॉर्म लिंक से जोड़ा जा सकता है। पहली खोज मार्क एल. मैन्सफील्ड ने 1994 में प्रस्तावित किया कि प्रोटीन में गांठ हो सकते हैं। उन्होंने रीढ़ की हड्डी के अल्फा कार्बन के द्रव्यमान के केंद्र में एक गोले का निर्माण करके, द्रव्यमान के केंद्र और द्रव्यमान के केंद्र से सबसे दूर स्थित कैल्फा के बीच की दूरी से दोगुनी त्रिज्या के साथ, और गोले की सतह पर दो यादृच्छिक बिंदुओं का नमूना लेकर प्रोटीन को अनकॉट अंक दिए। उन्होंने गोले की सतह (बड़े वृत्तों के चाप) पर एक भूगणितीय का पता लगाकर दो बिंदुओं को जोड़ा, और फिर प्रोटीन श्रृंखला के प्रत्येक छोर को इनमें से एक बिंदु से जोड़ा। इस प्रक्रिया को 100 बार दोहराने और गणितीय अर्थों में उस समय को गिनने से जहाँ गाँठ नष्ट हो जाती है, अनकनोट स्कोर प्राप्त होता है। मानव कार्बनिक एनहाइड्रेस की पहचान कम अनकनोट स्कोर (22) के रूप में की गई थी। संरचना का नेत्रहीन निरीक्षण करने पर, यह देखा गया कि गाँठ उथली थी, जिसका अर्थ है कि दोनों छोरों से कुछ अवशेषों को हटाने से गाँठ नष्ट हो जाती है। 2000 में, विलियम आर. टेलर ने एक एल्गोरिथ्म का उपयोग करके एसीटोहाइड्रॉक्सी एसिड आइसोमेरोरेडक्टेस (पी. डी. बी. आई. डी.: 1वाई. वी. ई.) में एक गहरी गाँठ की पहचान की, जो प्रोटीन श्रृंखलाओं को चिकना करता है और गांठों को अधिक दृश्यमान बनाता है। एल्गोरिथ्म दोनों टर्मिनियों को स्थिर रखता है, और प्रत्येक अवशेष के निर्देशांक को पड़ोसी अवशेषों के निर्देशांक का औसत बार-बार निर्धारित करता है। यह सुनिश्चित करना होगा कि जंजीरें एक-दूसरे से न गुजरें, अन्यथा क्रॉसिंग और इसलिए गाँठ नष्ट हो सकती है। यदि कोई गाँठ नहीं है, तो एल्गोरिथ्म अंततः एक सीधी रेखा उत्पन्न करता है जो दोनों छोरों को जोड़ती है। एक प्रोटीन में गाँठ के कार्य के बारे में अध्ययन गाँठों के कार्य के बारे में कुछ प्रस्ताव यह रहे हैं कि यह तापीय और गतिज स्थिरता को बढ़ा सकता है। एक विशेष सुझाव यह था कि मानव यूबीक्विटिन हाइड्रोलेज के लिए, जिसमें 5-2 गाँठ होती है, गाँठ की उपस्थिति इसे प्रोटीजॉम में खींचने से रोक सकती है। क्योंकि यह एक ड्यूबिक्विटिनेटिंग एंजाइम है, यह अक्सर प्रोटीन की निकटता में पाया जाता है जो जल्द ही प्रोटीजॉम द्वारा खराब हो जाता है, और इसलिए यह स्वयं ही खराब होने के खतरे का सामना करता है। इसलिए, गाँठ की उपस्थिति एक प्लग के रूप में काम कर सकती है जो इसे रोकती है। इस धारणा का आगे कंप्यूटर सिमुलेशन के साथ YbeA और YibK जैसे अन्य प्रोटीनों पर विश्लेषण किया गया। जब उन्हें एक छिद्र में खींचा जाता है तो गांठें कसने लगती हैं, और जिस बल से उन्हें खींचा जाता है, उसके आधार पर वे या तो अटक जाते हैं और छिद्र को अवरुद्ध कर देते हैं, जिसकी समानता मजबूत खींचने वाले बलों के साथ बढ़ जाती है, या एक छोटे से खींचने वाले बल के मामले में वे विघटित हो सकते हैं क्योंकि एक टर्मिनस को गाँठ से बाहर निकाला जाता है। गहरी गाँठों के लिए, यह अधिक संभावना है कि छिद्र अवरुद्ध हो जाएगा, क्योंकि बहुत सारे अवशेष हैं जिन्हें गाँठ के माध्यम से खींचने की आवश्यकता है। एक अन्य सैद्धांतिक अध्ययन में, यह पाया गया कि प्रतिरूपित गांठ वाला प्रोटीन तापीय रूप से स्थिर नहीं था, लेकिन यह गतिज रूप से स्थिर था। यह भी दिखाया गया कि प्रोटीन में गाँठ श्रृंखला के हाइड्रोफोबिक और हाइड्रोफिलिक भागों के कगार पर स्थानों का निर्माण करती है, जो सक्रिय स्थलों के लिए विशेषता है। यह समझा सकता है कि 80 प्रतिशत से अधिक गांठ वाले प्रोटीन एंजाइम क्यों होते हैं। कुछ स्थानीय कार्यक्रम और कई वेब सर्वर उपलब्ध हैं, जो प्रोटीन गांठों का पता लगाने के लिए गांठदार संरचनाओं और विश्लेषण उपकरणों के लिए सुविधाजनक प्रश्न सेवाएँ प्रदान करते हैं। जटिल लासो प्रोटीन संदर्भ भी देखें बाहरी लिंक पी. के. एन. ओ. टी. प्रोटीन नॉट्स नॉटप्रोट-ज्ञात (पर्ची) गांठ वाली संरचनाओं का डेटाबेस और गांठ का पता लगाने के लिए सर्वर प्रोटीन कम्प्यूटेशनल जीव विज्ञान