Knotted protein
نوٹیڈ پروٹین وہ پروٹین ہوتے ہیں جن کی کمر کی ہڈیاں خود کو گانٹھ میں الجھاتی ہیں۔ کوئی بھی دونوں سروں سے پروٹین کی زنجیر کھینچنے کا تصور کر سکتا ہے، گویا دونوں سروں سے تار کھینچ رہا ہو۔ جب ایک گٹھری دار پروٹین کو دونوں ٹرمینی سے "کھینچا" جاتا ہے، تو یہ جدا نہیں ہوتا ہے۔ نوٹیڈ پروٹین بہت کم ہوتے ہیں، جو پروٹین ڈیٹا بینک میں پروٹین کا صرف ایک فیصد بناتے ہیں، اور ان کے فولڈنگ میکانزم اور فنکشن کو اچھی طرح سے نہیں سمجھا جاتا ہے۔ اگرچہ تجرباتی اور نظریاتی مطالعات موجود ہیں جو کچھ جوابات کی طرف اشارہ کرتے ہیں، لیکن ان سوالات کے منظم جوابات ابھی تک نہیں ملے ہیں۔ اگرچہ پروٹین گانٹھوں کا پتہ لگانے کے لیے متعدد کمپیوٹیشنل طریقے تیار کیے گئے ہیں، لیکن ایکس رے ڈھانچوں یا غیر معیاری پی ڈی بی فارمیٹس میں گمشدہ باقیات یا زنجیر ٹوٹنے کی وجہ سے ضروری دستی مداخلت کے بغیر پروٹین گانٹھوں کا پتہ لگانے کے لیے اب بھی مکمل طور پر خودکار طریقے موجود نہیں ہیں۔ پروٹین میں پائے جانے والے زیادہ تر گانٹھ گہرے ٹریفوئل (31) گانٹھ ہوتے ہیں۔ شکل آٹھ گانٹھ (41)، تین موڑ والے گانٹھ (52)، اور اسٹیوڈور گانٹھ (61) بھی دریافت کیے گئے ہیں۔ حال ہی میں، پروٹین کی ساخت کی پیش گوئی کے لیے مشین لرننگ تکنیک کے استعمال کے نتیجے میں 63 گانٹھ کی انتہائی درست پیش گوئی ہوئی۔ مزید برآں، انہی تکنیکوں کا استعمال کرتے ہوئے، جامع گانٹھ (یعنی 31#31) پائے گئے۔ ریاضیاتی تشریح ریاضیاتی طور پر، ایک گرہ کو تین جہتی خلا کے ذیلی سیٹ کے طور پر بیان کیا جاتا ہے جو ایک دائرے کے لیے ہومومورفک ہوتا ہے۔ اس تعریف کے مطابق، ایک گرہ بند لوپ میں موجود ہونا چاہیے، جبکہ گرہ دار پروٹین اس کے بجائے کھلی، غیر بند زنجیروں میں موجود ہوتے ہیں۔ گٹھری والے پروٹینوں پر ریاضیاتی گرہ تھیوری کا اطلاق کرنے کے لیے، مصنوعی بند لوپ بنانے کے لیے مختلف حکمت عملیوں کا استعمال کیا جا سکتا ہے۔ ایسی ہی ایک حکمت عملی یہ ہے کہ ایک ورچوئل بانڈ کے ذریعے پروٹین کے این-اور سی-ٹرمینی سے منسلک ہونے کے لیے لامحدود فاصلے پر خلا میں ایک نقطہ کا انتخاب کیا جائے، اس طرح پروٹین کو بند لوپ کے طور پر مانا جا سکتا ہے۔ اس طرح کی ایک اور حکمت عملی اسٹاکسٹک طریقوں کا استعمال کرنا ہے جو بے ترتیب بندش پیدا کرتے ہیں۔ گانٹھ کی گہرائی پروٹین گانٹھ کی گہرائی کا تعلق پروٹین کی انکناٹنگ کے خلاف مزاحمت کرنے کی صلاحیت سے ہے۔ ایک گہری گرہ محفوظ رکھی جاتی ہے حالانکہ دونوں سروں سے کافی تعداد میں باقیات کو ہٹانے سے گرہ تباہ نہیں ہوتی ہے۔ گانٹھ کو تباہ کیے بغیر ہٹائے جانے والے باقیات کی تعداد جتنی زیادہ ہوگی، گانٹھ اتنی ہی گہری ہوگی۔ گانٹھوں کی تشکیل اس بات پر غور کرتے ہوئے کہ ایک تار کے ساتھ گانٹھوں کو کس طرح تیار کیا جا سکتا ہے، گانٹھ والے پروٹین کی تہہ میں پہلے ایک لوپ کی تشکیل، اور پھر لوپ کے ذریعے ایک ٹرمینس کی تھریڈنگ شامل ہونی چاہیے۔ یہ واحد ٹپوولوجیکل طریقہ ہے جس سے ٹریفوئل گرہ تشکیل دی جا سکتی ہے۔ زیادہ پیچیدہ گانٹھوں کے لیے، نظریاتی طور پر یہ ممکن ہے کہ لوپ اپنے ارد گرد متعدد بار موڑ سکے، جس کا مطلب ہے کہ زنجیر کا ایک سرے کم از کم ایک بار لپیٹ لیا جاتا ہے، اور پھر تھریڈنگ ہوتی ہے۔ ایک نظریاتی مطالعہ میں یہ بھی مشاہدہ کیا گیا ہے کہ ایک لوپ کے ذریعے سی-ٹرمینس تھریڈنگ کے ذریعے 6-1 گرہ بن سکتا ہے، اور ایک اور لوپ پہلے لوپ پر پلٹ سکتا ہے، نیز سی-ٹرمینس تھریڈنگ دونوں لوپس کے ذریعے جو پہلے ایک دوسرے پر پلٹ چکے ہیں۔ گٹھری والے پروٹین کے فولڈنگ کی وضاحت رائبوسوم کے ساتھ نوزائیدہ سلسلہ کے تعامل سے کی جا سکتی ہے۔ خاص طور پر، رائبوسوم کی سطح سے زنجیر کی وابستگی کے نتیجے میں لوپ کی تخلیق ہو سکتی ہے، جسے اگلی بار نوزائیدہ زنجیر کے ذریعے تھریڈ کیا جا سکتا ہے۔ اس طرح کے طریقہ کار کو سب سے زیادہ گہرائی سے جڑے ہوئے پروٹین میں سے ایک کے لیے قابل فہم دکھایا گیا تھا۔ YibK اور YbeA پر مشتمل تجرباتی مطالعات ہوئے ہیں، جو ٹریفوئل گانٹھوں پر مشتمل گٹھری والے پروٹین ہیں۔ یہ ثابت کیا گیا ہے کہ یہ گٹھری والے پروٹین آہستہ آہستہ فولڈ ہوتے ہیں، اور یہ کہ فولڈنگ میں گٹھری شرح کو محدود کرنے والا قدم ہے۔ ایک اور تجرباتی مطالعہ میں، ایک 91-باقیات-طویل پروٹین YibK اور YbeA کے ٹرمینی سے منسلک کیا گیا تھا۔ پروٹین کو دونوں ٹرمینیوں سے جوڑنے سے گرہ تباہ ہونے سے پہلے ہر ٹرمینس پر تقریبا 125 ہٹنے کے قابل باقیات کے ساتھ ایک گہری گرہ پیدا ہوتی ہے۔ پھر بھی یہ دیکھا گیا کہ اس کے نتیجے میں بننے والے پروٹین بے ساختہ فولڈ ہو سکتے ہیں۔ منسلک پروٹینوں کو خود YibK اور YbeA کے مقابلے میں زیادہ تیزی سے فولڈ کرتے ہوئے دکھایا گیا تھا، لہذا فولڈنگ کے دوران ان سے YibK اور YbeA کے دونوں سروں پر پلگ کے طور پر کام کرنے کی توقع کی جاتی ہے۔ یہ پایا گیا کہ پروٹین کو این-ٹرمینس سے منسلک کرنے سے فولڈنگ کی رفتار میں کوئی تبدیلی نہیں آئی، لیکن سی-ٹرمینس سے منسلک ہونے سے فولڈنگ کی رفتار سست ہو جاتی ہے، جس سے پتہ چلتا ہے کہ تھریڈنگ ایونٹ سی-ٹرمینس پر ہوتا ہے۔ چیپرون، اگرچہ پروٹین کے گٹھ جوڑ میں سہولت فراہم کرتے ہیں، لیکن پروٹین کے سیلف ٹائنگ میں اہم نہیں ہوتے ہیں۔ پروٹین میں دیگر ٹپوولوجیکل پیچیدہ ڈھانچے گٹھری والے پروٹین کی کلاس میں صرف ڈھانچے ہوتے ہیں، جن کے لیے ریڑھ کی ہڈی، بند ہونے کے بعد ایک گٹھری دار لوپ بناتی ہے۔ تاہم، کچھ پروٹینوں میں "اندرونی گانٹھ" ہوتے ہیں جنہیں سلپ ناٹس کہتے ہیں، یعنی۔ ایک گٹھری دار ذیلی زنجیر پر مشتمل غیر گٹھری دار ڈھانچے۔ ٹوپوولوجیکل طور پر ایک اور پیچیدہ ڈھانچہ کوولینٹ لوپس سے بننے والا لنک ہے، جو ڈائیسلفائیڈ پلوں سے بند ہوتا ہے۔ پروٹین میں تین قسم کے ڈائیسلفائیڈ پر مبنی لنکس کی نشاندہی کی گئی: ہوپف لنک کے دو ورژن (چیرالیٹی میں مختلف) اور سولومن لنک کا ایک ورژن۔ کوولینٹ پل کے ساتھ زنجیر کے بند ہونے والے حصے سے پیدا ہونے والی ایک اور پیچیدہ ساخت پیچیدہ لاسو پروٹین ہیں، جس کے لیے کوولینٹ لوپ کو زنجیر کے ذریعے ایک یا زیادہ بار تھریڈ کیا جاتا ہے۔ ڈائیسلفائیڈ پلوں کے وجود کے نتیجے میں پیدا ہونے والے ایک اور پیچیدہ ڈھانچے سسٹین ناٹس ہیں، جن کے لیے دو ڈائیسلفائیڈ پل ایک بند، کوولینٹ لوپ بناتے ہیں، جو تیسری زنجیر سے جڑے ہوتے ہیں۔ موٹف کے نام پر "گرہ" کی اصطلاح گمراہ کن ہے، کیونکہ موٹف میں کوئی گرہ بند چکر نہیں ہوتا ہے۔ مزید برآں، عام طور پر سسٹین گانٹھوں کی تشکیل غیر جڑی ہوئی پروٹین کے فولڈنگ سے مختلف نہیں ہے۔ صرف ایک زنجیر کو بند کرنے کے علاوہ، کرسٹل ڈھانچے میں موجود تمام زنجیروں کے لیے زنجیر کو بند کرنے کا طریقہ کار بھی انجام دیا جا سکتا ہے۔ بعض صورتوں میں کوئی غیر معمولی طور پر منسلک ڈھانچے حاصل کرتا ہے، جسے امکانی روابط کہا جاتا ہے۔ کوئی بھی پروٹین میں لوپس پر بھی غور کر سکتا ہے جو مرکزی زنجیر کے ٹکڑوں اور ڈائیسلفائیڈ پلوں اور آئنوں کے ذریعے تعامل سے تشکیل پاتے ہیں۔ اس طرح کے لوپس کو فارم لنکس سے بھی جڑا جا سکتا ہے یہاں تک کہ غیر جڑی ہوئی مرکزی زنجیر والے ڈھانچوں کے اندر بھی۔ پہلی دریافت مارک ایل مینسفیلڈ نے 1994 میں تجویز پیش کی کہ پروٹین میں گانٹھ ہو سکتے ہیں۔ انہوں نے ریڑھ کی ہڈی کے الفا کاربن کی کمیت کے مرکز میں ایک دائرہ بنا کر پروٹین کو غیر متزلزل اسکور دیا، جس کا رداس کمیت کے مرکز اور کیلفا کے درمیان فاصلے سے دوگنا ہے جو کمیت کے مرکز سے سب سے زیادہ دور ہے، اور دائرے کی سطح پر دو بے ترتیب نکات کا نمونہ لے کر۔ اس نے دائرے کی سطح (بڑے حلقوں کے آرکس) پر جیوڈیسیک کا سراغ لگا کر دونوں نکات کو جوڑا، اور پھر پروٹین چین کے ہر سرے کو ان نکات میں سے ایک سے جوڑا۔ اس طریقہ کار کو 100 بار دہرانے اور ان اوقات کو گننے سے جہاں گٹھری ریاضیاتی معنوں میں تباہ ہو جاتی ہے، انکناٹ اسکور حاصل ہوتا ہے۔ انسانی کاربونک این ہائیڈریس کی شناخت کم انکناٹ اسکور (22) کے طور پر کی گئی تھی۔ ڈھانچے کا بصری معائنہ کرنے پر، یہ دیکھا گیا کہ گرہ اتلی تھی، جس کا مطلب ہے کہ دونوں سروں سے چند باقیات کو ہٹانے سے گرہ تباہ ہو جاتی ہے۔ 2000 میں، ولیم آر ٹیلر نے ایک الگورتھم کا استعمال کرتے ہوئے ایسیٹو ہائیڈروکسی ایسڈ آئسومیروریڈیکٹس (پی ڈی بی آئی ڈی: 1 وائی وی ای) میں ایک گہری گانٹھ کی نشاندہی کی جو پروٹین کی زنجیروں کو ہموار کرتی ہے اور گانٹھوں کو زیادہ دکھائی دیتی ہے۔ الگورتھم دونوں ٹرمینی کو فکسڈ رکھتا ہے، اور بار بار ہر بقیہ کے نقاط کو پڑوسی بقیہ کے نقاط کی اوسط تفویض کرتا ہے۔ اس بات کو یقینی بنانا ہوگا کہ زنجیریں ایک دوسرے سے نہ گزریں، ورنہ کراسنگ اور اس وجہ سے گرہ تباہ ہو سکتی ہے۔ اگر کوئی گرہ نہیں ہے تو، الگورتھم بالآخر ایک سیدھی لکیر پیدا کرتا ہے جو دونوں ٹرمینی کو جوڑتا ہے۔ پروٹین میں گانٹھ کے فنکشن کے بارے میں مطالعات گانٹھوں کے فنکشن کے بارے میں کچھ تجاویز یہ رہی ہیں کہ اس سے تھرمل اور حرکی استحکام میں اضافہ ہوسکتا ہے۔ ایک خاص تجویز یہ تھی کہ انسانی یوبیکیوٹین ہائیڈرولیز کے لیے، جس میں 5-2 گانٹھ ہوتی ہے، گانٹھ کی موجودگی اسے پروٹیسوم میں کھینچنے سے روک سکتی ہے۔ چونکہ یہ ایک ڈیوبیکیوٹینیٹنگ انزائم ہے، اس لیے یہ اکثر پروٹین کے قریب پایا جاتا ہے جو جلد ہی پروٹیسوم کے ذریعے خراب ہو جاتا ہے، اور اس لیے اسے خود ہی خراب ہونے کے خطرے کا سامنا کرنا پڑتا ہے۔ لہذا، گانٹھ کی موجودگی ایک پلگ کے طور پر کام کر سکتی ہے جو اسے روکتی ہے۔ اس تصور کا مزید تجزیہ دیگر پروٹینوں جیسے YbeA اور YibK پر کمپیوٹر کے تخروپن کے ساتھ کیا گیا۔ جب گانٹھوں کو کسی سوراخ میں کھینچا جاتا ہے تو ایسا لگتا ہے کہ وہ سخت ہو جاتے ہیں، اور جس قوت سے انہیں کھینچا جاتا ہے اس پر منحصر ہے، وہ یا تو پھنس جاتے ہیں اور سوراخ کو روک دیتے ہیں، جس کی مماثلت مضبوط کھینچنے والی قوتوں کے ساتھ بڑھ جاتی ہے، یا ایک چھوٹی سی کھینچنے والی قوت کی صورت میں وہ الگ ہو سکتے ہیں کیونکہ ایک ٹرمینس کو گانٹھ سے باہر نکالا جاتا ہے۔ گہری گانٹھوں کے لیے، اس بات کا زیادہ امکان ہے کہ سوراخ بند ہو جائے گا، کیونکہ وہاں بہت زیادہ باقیات ہیں جنہیں گانٹھ کے ذریعے کھینچنے کی ضرورت ہے۔ ایک اور نظریاتی مطالعہ میں، یہ پایا گیا کہ ماڈل شدہ گٹھری والا پروٹین تھرمل طور پر مستحکم نہیں تھا، لیکن یہ حرکی طور پر مستحکم تھا۔ یہ بھی دکھایا گیا کہ پروٹین میں گٹھری سلسلہ کے ہائیڈروفوبک اور ہائیڈروفیلک حصوں کے کنارے پر جگہیں بناتی ہے، جو فعال مقامات کی خصوصیت ہے۔ یہ اس بات کی وضاحت کر سکتا ہے کہ 80 فیصد سے زیادہ گٹھری والے پروٹین اینزائم کیوں ہوتے ہیں۔ کچھ مقامی پروگرام اور متعدد ویب سرور دستیاب ہیں، جو پروٹین گانٹھوں کا پتہ لگانے کے لیے گٹھری دار ڈھانچوں اور تجزیاتی ٹولز کے لیے آسان استفسار کی خدمات فراہم کرتے ہیں۔ پیچیدہ لاسو پروٹین حوالہ جات بیرونی لنکس pKNOT پروٹین ناٹس ناٹ پروٹ-معلوم (پرچی) گٹھری دار ڈھانچوں کا ڈیٹا بیس اور گٹھری کا پتہ لگانے کے لیے سرور پروٹینز کمپیوٹیشنل بائیولوجی