Inhaltsverzeichnis 1 Sekundärstruktur bei Freestyle-Puzzlen 1.1 Von der Aminosäurekette zum korrekt gefalteten Protein 1.2 Sekundärstrukturvorhersage 1.3 Wir basteln uns einen Korkenzieher 1.4 Das erste Faltblatt 1.5 Nochmal zum Mitschreiben 1.6 Wenn Rebuild versagt 1.7 Faltblätter mal ganz einfach 1.8 Nur noch schnell zwei Helices 1.9 Es darf gefaltet werden 2 Clashing Importance verändern 2.1 Protein aus einem lokalen Energieminimum bringen 2.2 Protein komprimieren

Sekundärstruktur bei Freestyle-Puzzlen Bearbeiten

Von der Aminosäurekette zum korrekt gefalteten ProteinBearbeiten

Manche Puzzle beginnen als "extended chain" - als lange, gerade Kette ohne jede Sekundärstruktur.

Am Beispiel des Puzzles 226 zeige ich nun, wie man eine solche Primärstruktur in eine halbwegs korrekte Tertiärstruktur faltet.

SekundärstrukturvorhersageBearbeiten

Zuerst schauen wir uns die Sekundärstrukturvorhersage für Puzzle 226 an, die als Kommentar zum Puzzle gepostet wurde.

Die kleinen, schwarzen Buchstaben unter dem Strich sind der Einbuchstabencode für die einzelnen Aminosäuren. Darunter stehen in Zehnerschritten die fortlaufenden Nummern der Segmente. Das Beispielprotein besteht also aus 131 Segmenten (Aminosäuren), fängt mit T=Threonin und E=Glutaminsäure an und endet mit zwei Segmenten S=Serin. Die farbigen Buchstaben über dem Strich stehen für die wahrscheinliche Sekundärstruktur. Ein rotes H bedeutet Helix, ein grünes E steht für Sheet (Faltblatt) und ein graues C für Random Coil (Zufallsschleife). Je höher der Buchstabe, desto wahrscheinlicher ist dort die entsprechende Struktur. Segment 122 (L=Leucin) gehört beispielsweise höchstwahrscheinlich zu einer Helix, wohingegen Segment 20 (Y=Tyrosin) alles sein kann.

Wir basteln uns einen KorkenzieherBearbeiten

Um die Vorhersage auf unser Protein zu übertragen, starten wir ungefähr in der Mitte. Die Segmente 60-69 sollen eine Helix bilden. Wir suchen also mit Hilfe der TABulator-Taste das Segment 60: Prolin (Abb.1). Dann wechseln wir in den Strukturmodus und wandeln die Segmente 60-69 in eine Helix um (Abb.2). Damit daraus nun eine echte Helix wird, die sich wie ein Korkenzieher windet, bedarf es noch einiger Schritte. Zuerst wechseln wir zurück in den Pull Mode (Bearbeitungsmodus) und frieren das Segment 70 ein. Dann rechtsklicken wir auf die "Helix", wählen Rebuild und warten bis sich eine Korkenzieherstruktur gebildet hat (Abb.3). Mit dem Einfrieren von Segment 70 haben wir verhindert, dass die Segmente 70-131 ebenfalls rebuildet worden sind. Die andere Seite des Proteins musste beweglich bleiben, weil sonst der Rebuild keine Chance gehabt hätte, die Helixstruktur zu bilden.

Das erste FaltblattBearbeiten

Die Segmente 46-53 sollen ein Faltblatt bilden. Wir wechseln also wieder in den Strukturmodus, suchen die entsprechenden Segmente und wandeln sie in ein Sheet um (Abb.4). Im Bearbeitungsmodus rechtsklicken wir auf das Faltblatt und wählen Rebuild. Diesmal brauchten wir kein Segment einzufrieren, da ein Rebuild nur die gewählte Struktur und die beiden angrenzenden Loops betrifft. Die Helix und alles dahinter bleibt also unberührt (Abb.5).

Nochmal zum MitschreibenBearbeiten

Weiter geht es wie gehabt. Im Strukturmodus wandeln wir die Segmente 27-42 in eine Helix um (Abb.6). Im Pull Mode rechtsklicken wir auf diese, im daraufhin erscheinenden Menü (Abb.7) wählen wir Rebuild (Abb.8) und warten, bis eine schöne Helix entstanden ist (Abb.9).

Wenn Rebuild versagtBearbeiten

Manchmal schafft es ein Rebuild nicht alleine, eine perfekte Struktur zu bilden. So kann es z.B. passieren, dass eine Helix irgendwo abknickt. Wir stoppen dann den Rebuild und versuchen den problematischen Teil manuell in eine bessere Form zu bringen. Bei verkrüppelten Faltblättern können wir z.B. auch zwei entgegengesetzte Gummibänder zur Unterstützung der Streckung anbringen. Dann starten wir den Rebuild erneut.

Faltblätter mal ganz einfachBearbeiten

Die Faltblätter in den Segmenten 76-82 und 87-91 brauchen wir nur im Strukturmodus zu ändern (Abb.10). Da wir uns hier in der bisher unbearbeiteten Hälfte des Proteins befinden, hat das Rückgrat hier noch seine perfekt gerade Form, die wir für ein Faltblatt benötigen.

Nur noch schnell zwei HelicesBearbeiten

Bei den Helices der Segmente 99-112 (Abb.11) und 114-128 (Abb.12) wählen wir nach der Umwandlung im Strukturmodus jeweils wieder Rebuild. Damit haben wir nun die Sekundärstrukturen der Vorhersage in unser Protein übertragen (Abb.13).

Es darf gefaltet werdenBearbeiten

Nach einem ersten Global Wiggle bringen wir mit Gummibändern die Faltblätter in Reih und Glied, damit sie Wasserstoffbrücken bilden können (Abb.14). Jetzt können wir wie mit jedem anderen Puzzle weiterarbeiten, und versuchen, das Protein in eine kompakte Form auf möglichst niedrigem Energieniveau zu bringen (Abb.15).

Clashing Importance verändernBearbeiten

Ich nutze Behavior-->Clashing Importance auf zwei Arten:

Protein aus einem lokalen Energieminimum bringenBearbeiten

Zum einen nutze ich es, um einem globalen Wiggle, der keine Punkte mehr bringt, einen Anlauf zu verschaffen, der dem Protein hilft, ein lokales Energieminimum zu verlassen. Dazu verschiebe ich den Regler während des Wiggles einfach nach links (auf einen Wert zwischen 0.3 und 0.5), bis der Score um einige Dutzend oder sogar einige hundert Punkte sinkt und dann sofort wieder ganz nach rechts. Dieser kleine Trick ist häufig für ein paar zusätzliche Punkte gut. Wenn es nicht gleich beim ersten mal klappt, ruhig noch 2-3 mal versuchen.

Protein komprimierenBearbeiten

Andererseits kann man dieses Werkzeug auch benutzen, um das Protein noch stärker zu packen. Dazu starte ich einen globalen Wiggle, schiebe den Regler weit nach links (auf einen Wert zwischen 0.03 und 0.05) und lasse den Score fallen. Wenn sich die Punktezahl einigermaßen stabilisiert hat, stoppe ich den Wiggle und starte einen globalen Shake. Diesen stoppe ich ebenfalls, wenn sich beim Punktestand nicht mehr viel bewegt. Dann bewege ich den Schieberegler wieder ganz nach rechts und starte erneut einen globalen Wiggle.