Lattice protein
जाली प्रोटीन जाली संरचनात्मक स्थान पर प्रोटीन जैसी हेटेरोपॉलिमर श्रृंखलाओं के अत्यधिक सरलीकृत मॉडल हैं जिनका उपयोग प्रोटीन तह की जांच करने के लिए किया जाता है। जाली प्रोटीन में सरलीकरण दो गुना हैः प्रत्येक पूरे अवशेष (अमीनो एसिड) को एक सीमित प्रकार के समूह (आमतौर पर केवल दो) के एकल "मनका" या "बिंदु" के रूप में मॉडल किया जाता है, और प्रत्येक अवशेष को एक (आमतौर पर घन) जाली के शीर्ष पर रखने के लिए प्रतिबंधित किया जाता है। प्रोटीन श्रृंखला के संपर्क की गारंटी के लिए, रीढ़ की हड्डी पर आसन्न अवशेषों को जाली के आसन्न शीर्षों पर रखा जाना चाहिए। स्थिर बाधाओं को यह लागू करके व्यक्त किया जाता है कि एक ही जाली के शीर्ष पर एक से अधिक अवशेष नहीं रखे जा सकते हैं। चूँकि प्रोटीन इतने बड़े अणु होते हैं, इसलिए उनके व्यवहार के नकली समय-सीमा पर गंभीर कम्प्यूटेशनल सीमाएँ होती हैं जब सभी परमाणु विवरण में मॉडल किया जाता है। ऑल-एटम सिमुलेशन के लिए मिलीसेकंड व्यवस्था 2010 तक नहीं पहुंची थी, और कंप्यूटर पर सभी वास्तविक प्रोटीन को मोड़ना अभी भी संभव नहीं है। सरलीकरण मॉडल को संभालने में कम्प्यूटेशनल प्रयास को काफी कम कर देता है, हालांकि इस सरल परिदृश्य में भी प्रोटीन फोल्डिंग समस्या एनपी-पूर्ण है। अवलोकन जाली प्रोटीन के विभिन्न संस्करण दो या तीन आयामों में विभिन्न प्रकार के जाली (आमतौर पर वर्ग और त्रिकोणीय) को अपना सकते हैं, लेकिन यह दिखाया गया है कि सामान्य जाली का उपयोग एक समान दृष्टिकोण के माध्यम से किया जा सकता है। जाली प्रोटीन को एक ऊर्जा कार्य पेश करके वास्तविक प्रोटीन के समान बनाया जाता है, स्थितियों का एक समूह जो आसन्न जाली स्थलों पर कब्जा करने वाले मोतियों के बीच बातचीत ऊर्जा को निर्दिष्ट करता है। ऊर्जा कार्य वास्तविक प्रोटीन में अमीनो एसिड के बीच बातचीत की नकल करता है, जिसमें स्टेरिक, हाइड्रोफोबिक और हाइड्रोजन बंधन प्रभाव शामिल हैं। मोतियों को प्रकारों में विभाजित किया गया है, और ऊर्जा कार्य मोतियों के प्रकार के आधार पर बातचीत को निर्दिष्ट करता है, जैसे विभिन्न प्रकार के अमीनो एसिड अलग-अलग बातचीत करते हैं। सबसे लोकप्रिय जाली मॉडल में से एक, हाइड्रोफोबिक-ध्रुवीय मॉडल (एचपी मॉडल), केवल दो प्रकार के मनकों-हाइड्रोफोबिक (एच) और ध्रुवीय (पी) की विशेषता है-और एच मोतियों के बीच एक अनुकूल बातचीत को निर्दिष्ट करके हाइड्रोफोबिक प्रभाव की नकल करता है। किसी विशेष संरचना में किसी भी अनुक्रम के लिए, ऊर्जा फलन से एक ऊर्जा की तेजी से गणना की जा सकती है। सरल एच. पी. मॉडल के लिए, यह एच अवशेषों के बीच के सभी संपर्कों की गणना है जो संरचना में आसन्न हैं लेकिन श्रृंखला में नहीं हैं। अधिकांश शोधकर्ता एक जालीदार प्रोटीन अनुक्रम प्रोटीन को केवल तभी मानते हैं जब इसमें किसी अन्य संरचना की तुलना में कम ऊर्जावान अवस्था के साथ एक ही संरचना हो, हालांकि ऐसे अपवाद हैं जो संभावित मुड़े हुए राज्यों के समूहों पर विचार करते हैं। यह ऊर्जावान जमीनी राज्य या मूल राज्य है। मूल राज्य में मोतियों की सापेक्ष स्थिति जाली प्रोटीन की तृतीयक संरचना का गठन करती है। जाली प्रोटीन में वास्तविक माध्यमिक संरचना नहीं होती है; हालाँकि, कुछ शोधकर्ताओं ने दावा किया है कि उन्हें वास्तविक प्रोटीन संरचनाओं पर बहिर्वेशन किया जा सकता है जिसमें माध्यमिक संरचना शामिल है, उसी नियम को लागू करके जिसके द्वारा विभिन्न पदार्थों के चरण आरेखों को एक दूसरे पर मापा जा सकता है (संबंधित अवस्थाओं का प्रमेय)। ऊर्जा कार्य और श्रृंखला (प्राथमिक संरचना) के मनका अनुक्रम को बदलकर, मूल अवस्था संरचना और तह के गति विज्ञान पर प्रभावों का पता लगाया जा सकता है, और यह वास्तविक प्रोटीन के तह में अंतर्दृष्टि प्रदान कर सकता है। कुछ उदाहरणों में जाली प्रोटीन में तह प्रक्रियाओं का अध्ययन शामिल है जिन पर प्रोटीन में दो-चरण तह गतिविज्ञान के समान चर्चा की गई है। जाली प्रोटीन को जल्दी से सघन अवस्था में गिरते हुए दिखाया गया था और उसके बाद धीरे-धीरे बाद की संरचना को मूल अवस्था में पुनर्व्यवस्थित किया गया था। प्रोटीन फोल्डिंग में लेविनथल विरोधाभास को हल करने के प्रयास इस क्षेत्र में किए गए एक और प्रयास हैं। एक उदाहरण के रूप में, फीबिग और डिल द्वारा किए गए अध्ययन ने खोज विधि की जांच की जिसमें जाली प्रोटीन में अवशेष संपर्क बनाने में बाधाएं शामिल हैं ताकि इस सवाल की अंतर्दृष्टि प्रदान की जा सके कि एक प्रोटीन वैश्विक विस्तृत खोज के बिना अपनी मूल संरचना कैसे पाता है। प्रोटीन के ऊर्जा परिदृश्य की जांच करने के लिए जाली प्रोटीन मॉडल का भी उपयोग किया गया है, अर्थात। संरचना के एक कार्य के रूप में उनकी आंतरिक मुक्त ऊर्जा की भिन्नता। जाली एक जाली व्यवस्थित बिंदुओं का एक समूह है जो "किनारों" से जुड़े होते हैं। इन बिंदुओं को शीर्ष कहा जाता है और वे जाली में एक निश्चित संख्या में अन्य शीर्षों से किनारों से जुड़े होते हैं। प्रत्येक व्यक्तिगत शीर्ष से जुड़े शीर्षों की संख्या को जाली की समन्वय संख्या कहा जाता है, और इसे जाली के आकार या आयाम (उदाहरण के लिए, 2-आयामी से 3-आयामी) को बदलकर ऊपर या नीचे बढ़ाया जा सकता है। यह संख्या जालीदार प्रोटीन की विशेषताओं को आकार देने में महत्वपूर्ण है क्योंकि यह किसी दिए गए अवशेष के निकट होने वाले अन्य अवशेषों की संख्या को नियंत्रित करती है। यह दिखाया गया है कि अधिकांश प्रोटीनों के लिए उपयोग की जाने वाली जाली की समन्वय संख्या 3 और 20 के बीच होनी चाहिए, हालांकि आमतौर पर उपयोग की जाने वाली जाली में इस सीमा के निचले छोर पर समन्वय संख्या होती है। जालीदार प्रोटीन मॉडल की सटीकता में जालीदार आकार एक महत्वपूर्ण कारक है। जाली के आकार को बदलना ऊर्जावान रूप से अनुकूल संरचनाओं के आकार को नाटकीय रूप से बदल सकता है। यह प्रोटीन संरचना में अवास्तविक बाधाओं को भी जोड़ सकता है जैसे कि समानता समस्या के मामले में जहां वर्ग और घन जाली में एक ही समानता (विषम या सम संख्या) के अवशेष हाइड्रोफोबिक संपर्क नहीं कर सकते हैं। यह भी बताया गया है कि त्रिकोणीय जाली क्रिस्टलोग्राफिक डेटा की तुलना में अन्य जाली आकारों की तुलना में अधिक सटीक संरचनाएं प्रदान करती हैं। समानता समस्या का मुकाबला करने के लिए, कई शोधकर्ताओं ने सुझाव दिया है कि जब संभव हो तो त्रिकोणीय जाली का उपयोग करें, साथ ही सैद्धांतिक अनुप्रयोगों के लिए विकर्णों के साथ एक वर्ग मैट्रिक्स का उपयोग करें जहां वर्ग मैट्रिक्स अधिक उपयुक्त हो सकता है। त्रिकोणीय जाली में आस-पास के अवशेषों के तेज मोड़ को कम करने के लिए षट्कोणीय जाली पेश की गई थी। विकर्ण के साथ हेक्सागोनल जाली को भी समानता समस्या से निपटने के तरीके के रूप में सुझाया गया है। हाइड्रोफोबिक-ध्रुवीय मॉडल हाइड्रोफोबिक-ध्रुवीय प्रोटीन मॉडल मूल जाली प्रोटीन मॉडल है। यह सबसे पहले डिल एट अल द्वारा प्रस्तावित किया गया था। 1985 में प्रोटीन संरचना की भविष्यवाणी करने के लिए प्रोटीन में एमिनो एसिड की केवल हाइड्रोफोबिसिटी का उपयोग करके प्रोटीन संरचना की भविष्यवाणी करने की महत्वपूर्ण लागत और कठिनाई को दूर करने के तरीके के रूप में। इसे प्रतिमानात्मक जाली प्रोटीन मॉडल माना जाता है। यह विधि प्रोटीन को "2डी वर्ग जाली पर छोटी श्रृंखलाओं" के रूप में प्रस्तुत करके प्रोटीन संरचना का एक अनुमान जल्दी से देने में सक्षम थी और तब से इसे हाइड्रोफोबिक-ध्रुवीय मॉडल के रूप में जाना जाता है। यह प्रोटीन को मोड़ने की समस्या को तीन अलग-अलग समस्याओं में विभाजित करता हैः प्रोटीन संरचना का प्रतिरूपण, एमिनो एसिड के ऊर्जावान गुणों को परिभाषित करना क्योंकि वे उक्त संरचना को खोजने के लिए एक दूसरे के साथ बातचीत करते हैं, और इन संरचनाओं की भविष्यवाणी के लिए एक कुशल एल्गोरिथ्म विकसित करते हैं। यह प्रोटीन में अमीनो एसिड को हाइड्रोफोबिक या ध्रुवीय के रूप में वर्गीकृत करके और यह मानते हुए किया जाता है कि प्रोटीन को जलीय वातावरण में मोड़ दिया जा रहा है। जाली सांख्यिकीय मॉडल हाइड्रोफोबिक एमिनो एसिड के बीच संपर्कों की मुक्त ऊर्जा को कम करके प्रोटीन तह को फिर से बनाने का प्रयास करता है। हाइड्रोफोबिक अमीनो एसिड अवशेषों के एक दूसरे के आसपास समूह बनाने की भविष्यवाणी की जाती है, जबकि हाइड्रोफिलिक अवशेष आसपास के पानी के साथ बातचीत करते हैं। एचपी मॉडल के साथ प्रोटीन फोल्डिंग का अध्ययन करने के लिए विभिन्न जाली प्रकारों और एल्गोरिदम का उपयोग किया गया था। 2 आयामी और 3 आयामी, वर्ग और त्रिकोणीय जाली में सन्निकटन एल्गोरिदम का उपयोग करके उच्च सन्निकटन अनुपात प्राप्त करने के प्रयास किए गए। सन्निकटन एल्गोरिदम के विकल्प के रूप में, कुछ आनुवंशिक एल्गोरिदम का उपयोग वर्गाकार, त्रिकोणीय और चेहरे-केंद्रित-घन जाली के साथ भी किया गया था। समस्याएं और वैकल्पिक मॉडल हाइड्रोफोबिक-ध्रुवीय मॉडल की सरलता ने कई समस्याओं को जन्म दिया है जिन्हें लोगों ने वैकल्पिक जाली प्रोटीन मॉडल के साथ ठीक करने का प्रयास किया है। इन समस्याओं में से प्रमुख अपक्षय का मुद्दा है, जो तब होता है जब प्रतिरूपित प्रोटीन के लिए एक से अधिक न्यूनतम ऊर्जा संरचना होती है, जिससे इस बारे में अनिश्चितता पैदा होती है कि मूल संरचना कौन सी है। इसे संबोधित करने के प्रयासों में एच. पी. एन. एक्स. मॉडल शामिल है जो अमीनो एसिड के चार्ज के अनुसार अमीनो एसिड को हाइड्रोफोबिक (एच), पॉजिटिव (पी), नेगेटिव (एन), या न्यूट्रल (एक्स) के रूप में वर्गीकृत करता है, कम ऊर्जा अनुरूपण की संख्या को कम करने के लिए अतिरिक्त मापदंड जोड़ता है और अधिक यथार्थवादी प्रोटीन अनुकरण की अनुमति देता है। एक अन्य मॉडल क्रिपेन मॉडल है जो देशी संरचना के चयन को सूचित करने के लिए क्रिस्टल संरचनाओं से ली गई प्रोटीन विशेषताओं का उपयोग करता है। जाली मॉडल के साथ एक और समस्या यह है कि वे आम तौर पर केवल α-कार्बन पर विचार करने के बजाय अमीनो एसिड साइड चेन द्वारा ली गई जगह को ध्यान में नहीं रखते हैं। साइड चेन मॉडल α-कार्बन से सटे शीर्ष पर एक साइड चेन जोड़कर इसे संबोधित करता है। संदर्भ प्रोटीन संरचना