Lattice protein
لیٹیس پروٹین لیٹیس کنفارمیشنل اسپیس پر پروٹین جیسی ہیٹروپولیمر زنجیروں کے انتہائی آسان ماڈل ہیں جو پروٹین فولڈنگ کی تحقیقات کے لیے استعمال ہوتے ہیں۔ جالی پروٹین میں آسانیاں دو گنا ہوتی ہیں: ہر پورے باقیات (امینو ایسڈ) کو اقسام کے ایک محدود سیٹ (عام طور پر صرف دو) کے ایک واحد "مالا" یا "نقطہ" کے طور پر ماڈل کیا جاتا ہے، اور ہر باقیات کو (عام طور پر کیوبک) جالی کے عمودی حصوں پر رکھنے تک محدود کیا جاتا ہے۔ پروٹین چین کے رابطے کی ضمانت کے لیے، ریڑھ کی ہڈی پر ملحقہ باقیات کو جالی کے ملحقہ عمودی حصوں پر رکھا جانا چاہیے۔ مستحکم رکاوٹوں کا اظہار اس بات پر زور دے کر کیا جاتا ہے کہ ایک سے زیادہ باقیات کو ایک ہی جالی کے سرے پر نہیں رکھا جا سکتا۔ چونکہ پروٹین اتنے بڑے مالیکیول ہوتے ہیں، اس لیے تمام ایٹم کی تفصیل میں ماڈلنگ کرنے پر ان کے رویے کے مصنوعی ٹائم اسکیل پر شدید کمپیوٹیشنل حدود ہوتی ہیں۔ تمام ایٹم سیمولیشن کے لیے ملی سیکنڈ کا نظام 2010 تک نہیں پہنچا تھا، اور کمپیوٹر پر تمام حقیقی پروٹین کو جوڑنا اب بھی ممکن نہیں ہے۔ آسانیاں ماڈل کو سنبھالنے میں کمپیوٹیشنل کوشش کو نمایاں طور پر کم کر دیتی ہیں، حالانکہ اس آسان منظر نامے میں بھی پروٹین فولڈنگ کا مسئلہ این پی مکمل ہے۔ جائزہ جالی پروٹین کے مختلف ورژن دو یا تین جہتوں میں مختلف قسم کے جالی (عام طور پر مربع اور مثلث) کو اپنا سکتے ہیں، لیکن یہ دکھایا گیا ہے کہ عام جالی کو یکساں نقطہ نظر کے ذریعے استعمال اور سنبھالا جا سکتا ہے۔ جالی پروٹین کو ایک توانائی فنکشن متعارف کروا کر حقیقی پروٹین سے مشابہت کے لیے بنایا جاتا ہے، حالات کا ایک مجموعہ جو ملحقہ جالی کے مقامات پر قابض موتیوں کے درمیان تعامل توانائی کی وضاحت کرتا ہے۔ توانائی کا فنکشن حقیقی پروٹین میں امینو ایسڈ کے درمیان تعاملات کی نقل کرتا ہے، جس میں سٹیریک، ہائیڈروفوبک اور ہائیڈروجن بانڈنگ کے اثرات شامل ہیں۔ موتیوں کو اقسام میں تقسیم کیا گیا ہے، اور توانائی کی تقریب موتیوں کی قسم کے لحاظ سے تعاملات کی وضاحت کرتی ہے، جس طرح مختلف قسم کے امینو ایسڈ مختلف طریقے سے تعامل کرتے ہیں۔ سب سے زیادہ مقبول جالی ماڈلز میں سے ایک، ہائیڈروفوبک-پولر ماڈل (ایچ پی ماڈل)، صرف دو قسم کے موتیوں کی خصوصیات رکھتا ہے-ہائیڈروفوبک (ایچ) اور پولر (پی)-اور ایچ موتیوں کے درمیان سازگار تعامل کی وضاحت کرکے ہائیڈروفوبک اثر کی نقل کرتا ہے۔ کسی خاص ڈھانچے میں کسی بھی ترتیب کے لیے، توانائی فنکشن سے توانائی کا تیزی سے حساب لگایا جا سکتا ہے۔ سادہ ایچ پی ماڈل کے لیے، یہ ایچ کے باقیات کے درمیان تمام رابطوں کی گنتی ہے جو ساخت میں ملحقہ ہیں لیکن زنجیر میں نہیں۔ زیادہ تر محققین جالی پروٹین کی ترتیب کو پروٹین کی طرح صرف اس صورت میں سمجھتے ہیں جب اس میں کسی دوسرے ڈھانچے کے مقابلے میں کم توانائی کی حالت کے ساتھ ایک ہی ڈھانچہ ہو، حالانکہ ایسی مستثنیات ہیں جو ممکنہ فولڈڈ حالتوں کے مجموعوں پر غور کرتی ہیں۔ یہ توانا زمینی ریاست، یا مقامی ریاست ہے۔ مقامی ریاست میں موتیوں کی متعلقہ پوزیشنیں جالی پروٹین کی ترتیری ساخت کو تشکیل دیتی ہیں۔ جالی پروٹینوں میں حقیقی ثانوی ساخت نہیں ہوتی ہے۔ تاہم، کچھ محققین نے دعوی کیا ہے کہ انہیں حقیقی پروٹین ڈھانچوں پر ایکسٹراپولیٹ کیا جا سکتا ہے جس میں ثانوی ساخت شامل ہوتی ہے، اسی قانون کی اپیل کرکے جس کے ذریعے مختلف مادوں کے مرحلے کے خاکے کو ایک دوسرے پر اسکیل کیا جا سکتا ہے (متعلقہ حالتوں کا نظریہ)۔ توانائی کی تقریب اور زنجیر (بنیادی ساخت) کے مالا کے سلسلے کو تبدیل کرکے، مقامی حالت کے ڈھانچے اور فولڈنگ کی حرکیات پر اثرات کو تلاش کیا جا سکتا ہے، اور یہ حقیقی پروٹین کے فولڈنگ کے بارے میں بصیرت فراہم کر سکتا ہے۔ کچھ مثالوں میں جالی پروٹین میں فولڈنگ کے عمل کا مطالعہ شامل ہے جن پر پروٹین میں دو مرحلے والے فولڈنگ کینیٹکس سے مشابہت رکھنے کے لیے تبادلہ خیال کیا گیا ہے۔ جالی پروٹین کو تیزی سے کمپیکٹ حالت میں گرتے ہوئے دکھایا گیا اور اس کے بعد آہستہ آہستہ ساخت کو مقامی حالت میں دوبارہ ترتیب دیا گیا۔ پروٹین فولڈنگ میں لیونتھال پیراڈوکس کو حل کرنے کی کوششیں اس میدان میں کی جانے والی ایک اور کوششیں ہیں۔ مثال کے طور پر، فائی بگ اور ڈل کے ذریعہ کیے گئے مطالعے میں تلاش کے طریقہ کار کا جائزہ لیا گیا جس میں جالی کے پروٹین میں بقیہ رابطوں کی تشکیل میں رکاوٹیں شامل ہیں تاکہ اس سوال کی بصیرت فراہم کی جا سکے کہ عالمی سطح پر مکمل تلاش کے بغیر پروٹین اپنی مقامی ساخت کو کیسے تلاش کرتا ہے۔ لیٹیس پروٹین ماڈل بھی پروٹین کے توانائی کے مناظر کی تحقیقات کے لیے استعمال کیے گئے ہیں، یعنی۔ تشکیل کے فعل کے طور پر ان کی اندرونی آزاد توانائی کی تغیر۔ جالی ترتیب دار نکات کا ایک مجموعہ ہے جو "کناروں" سے جڑے ہوتے ہیں۔ ان نکات کو عمودی کہا جاتا ہے اور وہ کناروں کے ذریعے جالی میں ایک مخصوص تعداد میں دیگر عمودی حصوں سے جڑے ہوتے ہیں۔ ہر ایک سرے سے جڑے ہوئے عمودی حصوں کی تعداد کو جالی کا کوآرڈینیشن نمبر کہا جاتا ہے، اور اسے جالی کی شکل یا طول و عرض (مثال کے طور پر 2 جہتی سے 3 جہتی) کو تبدیل کر کے اوپر یا نیچے کیا جا سکتا ہے۔ یہ تعداد جالی پروٹین کی خصوصیات کی تشکیل میں اہم ہے کیونکہ یہ کسی دی گئی باقیات سے ملحقہ رہنے کی اجازت دینے والے دیگر باقیات کی تعداد کو کنٹرول کرتی ہے۔ یہ دکھایا گیا ہے کہ زیادہ تر پروٹینوں کے لیے استعمال ہونے والی جالی کا کوآرڈینیشن نمبر 3 اور 20 کے درمیان ہونا چاہیے، حالانکہ عام طور پر استعمال ہونے والی جالی میں اس رینج کے نچلے سرے پر کوآرڈینیشن نمبر ہوتے ہیں۔ جالی پروٹین ماڈلز کی درستگی میں جالی کی شکل ایک اہم عنصر ہے۔ جالی کی شکل کو تبدیل کرنا توانائی کے لحاظ سے سازگار تشکیلات کی شکل کو ڈرامائی طور پر تبدیل کر سکتا ہے۔ یہ پروٹین کی ساخت میں غیر حقیقی رکاوٹوں کو بھی شامل کر سکتا ہے جیسے کہ برابری کے مسئلے کی صورت میں جہاں مربع اور کیوبک جالی میں ایک ہی برابری (عجیب یا یکساں نمبر والے) کے باقیات ہائیڈروفوبک رابطہ نہیں بنا سکتے ہیں۔ یہ بھی بتایا گیا ہے کہ کرسٹلگرافک ڈیٹا کے مقابلے میں مثلث جالی دیگر جالی کی شکلوں کے مقابلے میں زیادہ درست ڈھانچے پیدا کرتی ہیں۔ برابری کے مسئلے سے نمٹنے کے لیے، متعدد محققین نے تجویز کیا ہے کہ جب ممکن ہو تو مثلث جالی کے ساتھ ساتھ نظریاتی ایپلی کیشنز کے لیے ڈائیگنلز کے ساتھ مربع میٹرکس کا استعمال کریں جہاں مربع میٹرکس زیادہ مناسب ہو سکتا ہے۔ مثلث جالی میں ملحقہ باقیات کے تیز موڑ کو کم کرنے کے لیے مسدس جالیں متعارف کرائی گئیں۔ مماثلت کے مسئلے سے نمٹنے کے طریقے کے طور پر اخترن کے ساتھ مسدس جالیں بھی تجویز کی گئی ہیں۔ ہائیڈروفوبک-پولر ماڈل ہائیڈروفوبک-پولر پروٹین ماڈل اصل لیٹس پروٹین ماڈل ہے۔ اسے سب سے پہلے دل اور دیگر نے تجویز کیا تھا۔ 1985 میں پروٹین کی ساخت کی پیش گوئی کرنے کی اہم لاگت اور دشواری پر قابو پانے کے ایک طریقے کے طور پر، پروٹین کی ساخت کی پیش گوئی کرنے کے لیے پروٹین میں موجود امینو ایسڈ کی صرف ہائیڈروفوبیسیٹی کا استعمال کرتے ہوئے۔ اسے پیراڈگمیٹک لیٹیس پروٹین ماڈل سمجھا جاتا ہے۔ یہ طریقہ پروٹین کو "2 ڈی مربع جالی پر مختصر زنجیروں" کے طور پر پیش کر کے پروٹین کی ساخت کا تیزی سے تخمینہ لگانے میں کامیاب رہا اور اس کے بعد سے یہ ہائیڈروفوبک-پولر ماڈل کے نام سے جانا جاتا ہے۔ یہ پروٹین فولڈنگ کے مسئلے کو تین الگ الگ مسائل میں توڑتا ہے: پروٹین کی تشکیل کا نمونہ بنانا، امینو ایسڈ کی توانائی بخش خصوصیات کی وضاحت کرنا جب وہ ایک دوسرے کے ساتھ تعامل کرتے ہیں تو ان کی تشکیل کو تلاش کرنے کے لیے، اور ان تشکیلوں کی پیش گوئی کے لیے ایک موثر الگورتھم تیار کرنا۔ یہ پروٹین میں موجود امینو ایسڈ کو ہائیڈروفوبک یا پولر کے طور پر درجہ بندی کرکے اور یہ فرض کر کے کیا جاتا ہے کہ پروٹین کو آبی ماحول میں جوڑ دیا جا رہا ہے۔ جالی شماریاتی ماڈل ہائیڈروفوبک امینو ایسڈ کے درمیان رابطوں کی آزاد توانائی کو کم سے کم کرکے پروٹین فولڈنگ کو دوبارہ بنانے کی کوشش کرتا ہے۔ ہائیڈروفوبک امینو ایسڈ کے باقیات کے ایک دوسرے کے ارد گرد گروپ ہونے کی پیش گوئی کی جاتی ہے، جبکہ ہائیڈروفیلک کے باقیات آس پاس کے پانی کے ساتھ تعامل کرتے ہیں۔ ایچ پی ماڈل کے ساتھ پروٹین فولڈنگ کا مطالعہ کرنے کے لیے مختلف جالی کی اقسام اور الگورتھم کا استعمال کیا گیا۔ 2 جہتی اور 3 جہتی، مربع اور مثلث جالی میں تخمینہ الگورتھم کا استعمال کرتے ہوئے اعلی تخمینہ تناسب حاصل کرنے کی کوششیں کی گئیں۔ تخمینہ الگورتھم کے متبادل کے طور پر، کچھ جینیاتی الگورتھم کو مربع، مثلث، اور چہرے پر مرکوز مکعب جالی کے ساتھ بھی استعمال کیا گیا۔ مسائل اور متبادل ماڈل ہائیڈروفوبک-پولر ماڈل کی سادگی کی وجہ سے اس میں کئی مسائل پیدا ہوئے ہیں جنہیں لوگوں نے متبادل لیٹس پروٹین ماڈل کے ساتھ درست کرنے کی کوشش کی ہے۔ ان مسائل میں سب سے اہم انحطاط کا مسئلہ ہے، جو اس وقت ہوتا ہے جب ماڈل شدہ پروٹین کے لیے ایک سے زیادہ کم از کم توانائی کی تشکیل ہوتی ہے، جس سے اس بارے میں غیر یقینی صورتحال پیدا ہوتی ہے کہ کون سی تشکیل مقامی ہے۔ اس سے نمٹنے کی کوششوں میں ایچ پی این ایکس ماڈل شامل ہے جو امینو ایسڈ کو امینو ایسڈ کے چارج کے مطابق ہائیڈروفوبک (ایچ)، مثبت (پی)، منفی (این)، یا غیر جانبدار (ایکس) کے طور پر درجہ بندی کرتا ہے، کم توانائی کی تشکیل کی تعداد کو کم کرنے کے لیے اضافی پیرامیٹرز کا اضافہ کرتا ہے اور زیادہ حقیقت پسندانہ پروٹین کے تخروپن کی اجازت دیتا ہے۔ ایک اور ماڈل کرپین ماڈل ہے جو مقامی تشکیل کے انتخاب کو مطلع کرنے کے لیے کرسٹل ڈھانچوں سے لی گئی پروٹین کی خصوصیات کا استعمال کرتا ہے۔ جالی کے ماڈلز کے ساتھ ایک اور مسئلہ یہ ہے کہ وہ عام طور پر صرف α-کاربن پر غور کرنے کے بجائے امینو ایسڈ سائیڈ چینز کے ذریعہ لی گئی جگہ کو مدنظر نہیں رکھتے ہیں۔ سائیڈ چین ماڈل α-کاربن سے متصل ورٹیکس میں سائیڈ چین شامل کرکے اس سے خطاب کرتا ہے۔ حوالہ جات پروٹین کی ساخت