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Foldit

Strukturmodus

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Strukturmodus mit Auswahlmenü

HintergrundBearbeiten

Strukturmodus (Structure Mode) ist ein Werkzeugsatz, der es dem Benutzer ermöglicht die sekundäre Struktur des Proteins zu manipulieren.

Wenn du Proteinpuzzle von Foldit herunterlädst, bestehen sie aus einer Ansammlung von Helices (dargestellt als spiralenförmige dicke Ballons), Sheets (Faltblätter, dargestellt als flache Plättchen) und Loops (Schleifen, dargestellt als dünne Schläuche). Diese Sekundärstrukturen (Secondary Structures), wie sie genannt werden, sind nicht 'reell', d. h. sie werden nur herkömmlich dazu angewandt gewisse häufige Proteinstrukturen anzuzeigen. Das Spiel erlaubt dir diese Auswahl der sekundären Struktur zu überschreiben und somit selbst zu bestimmen wie sie nun dargestellt werden soll.

Es wird zum Beispiel alles gewohnheitsmäβig in Loops verwandelt um das Local Wiggle zu vereinfachen. Auch werden Helices und Sheets konstruiert um das Tweak Werkzeug besser anwenden zu können wo es benötigt wird. Das Spiel selbst stört sich nicht daran, mit welcher Auswahl du die sekundäre Struktur 'übermalst'.

In Foldit werden manche Puzzle ohne jede sekundäre Struktur geliefert. Das Spiel möchte, dass du dich da selbst für die richtigen Strukturen entscheidest. Es hilft, sich Helices oder Sheets an denjenigen Stellen zu bauen, wo eine Rotation von Nutzen sein könnte; aber du brauchst das nicht unbedingt zu tun.

Da es ja eine Sekundärstruktur gibt, muss es auch eine Primärstruktur (Primary Structure) geben, nicht wahr? Als primäre Struktur bezeichnet man die Sequenz der Aminosäuren, d.h. die reine Kette ohne jede räumliche Anordnung.

DokumentationBearbeiten

In den Foldit News vom 10. Juni 2008 erschien dazu folgende Beschreibung:
"Wenn du auf den Strukturmodus übergehst, kannst du den Strukturtyp, aus dem das Protein besteht, ändern und zwischen Helices, Sheets und Loops wählen. Dies beeinflusst das Rebuild (Neukonstruieren) direkt, dazu siehe auch Werkzeuge -Auswahlmenü). Du kannst neue Helices und Faltblätter erstellen oder auch bessere Loops finden!"

AnwendungsweiseBearbeiten

Strukturmodus kann schnell mit Taste '2' (num.) angewählt werden oder alternativ über die Taskbar - Modes, dann Structure Mode, erreicht werden. Die Proteinstruktur erscheint nun in grellen Farbtönen, lilapink für Sheets, gelbgrün für Helices und türkisblau für Loops. Du kannst jetzt beginnen die sekundären Strukturen zu 'übermalen'.

  • Methode 1
Hiermit kannst du schnell bereits bestehende Strukturen verlängern oder kürzen. Als Beispiel: Loops und Sheets liegen nebeneinander, aber du möchtest einige angrenzende Loops in Sheets umwandeln. Dann musst du bloß auf das letzte Segment der Sheets einen Linksklick machen und den Cursor in Richtung Loops ziehen. Die werden dann auch pink und als Sheets angezeigt. Solltest du zu weit gezogen haben und weniger Sheetsegmente brauchen, dann mache schnell einen Linksklick auf das letzte an die Sheets anliegende Loopsegment und zieh es in Richtung Sheets bis die gewünschte Länge erreicht ist. Sollten dazu keine Loops mehr da sein, musst du jetzt zu Methode 2 übergehen.
  • Methode 2
Du befindest dich weiterhin im Strukturmodus: - einen Rechtsklick auf ein zu veränderndes Segment öffnet ein Kreisdiagramm mit einer Auswahl von den 3 Strukturmöglichkeiten: Assign Helix, Assign Loop und Assign Sheet mit jeweiliger bildlicher Darstellung. (Anm. Assign - im Sinne von 'Auswahl') Als nächstes klicke links auf die gewünschte Strukturoption und sofort wird das Segment dementsprechend verändert. Möchtest du grössere Flächen mit der gleichen Strukturoption behandeln, kannst du auf Methode 1 wechseln und dir etwas Zeit sparen.

Solltest du mit deinem kreativen Werk nicht zufrieden sein und neu beginnen wollen wird Ctrl E schnell alles wieder herrichten. Alternativ, klicke auf der unteren Taskbar auf Action, dann auf Reset Structures und es hat den gleichen Effekt. Du kannst somit nochmals anfangen. Um weiterspielen zu können, musst du anschließend in den Pullmodus gehen indem du entweder Schnelltaste 1 (num.) drückst oder über Modes - Pull Mode gehst.

Es ist nützlich, das Protein auch aus einer anderen Perspektive zu betrachten, und zwar in der Röhrenform (Tubular Form). Dazu brauchst du nicht in Structure Mode gehen um alles in Loops zu verwandeln, denn Ctrl Shift S versetzt alles schnell in Röhrenform und Ctrl Shift M lässt es danach wieder mit allen Strukturen erscheinen. Auch kann dies angewandt werden, während das Spiel sich noch in Structure Mode befindet um die gewählten Strukturen in einer anderen Darstellung zu sehen. Alternative Auswahl: - View --> Trace Tube.

Strukturen Bearbeiten

HelixBearbeiten

Die Helix stellt eine der 3 Grundstrukturarten dar, die in Foldit benutzt werden. In ihrer Idealform erscheint sie wie eine gedrechselte zylindrische Spirale wo alle Seitenketten nach aussen ragen. Ideale Helicen haben normalerweise Wasserstoffbrückenbindungen zwischen jeder dritten Aminosäure entlang der Kette. Diese Bindung ist sonst in der Helixdarstellung nicht sichtbar, kann aber per Klick auf die Taskbar View, dann unter View Options - View Bonds (Helix) sichtbar gemacht werden. Alternativ kann man auch die Helices in Structure Mode in Sheets umwandeln und sich dann per View - View Options - View Bonds (Sheet) das Bindungsmuster anschauen.

Die Helixstruktur wird angewandt um die wirkliche Proteinstruktur anzuzeigen, die man Alpha-Helix (α-Helix) nennt. Die ideale α-Helix würde je eine Umdrehung (360°) per je 3.6 Aminosäuren aufzeigen. Je näher eine bestimmte Serie von Aminosäuren sich diesem Ratio angleicht, je mehr könnte man sie in Structure Mode als Helix identifizieren.

Schleife (Loop)Bearbeiten

Als Loop bezeichnen wir eine der 3 Grundstrukturen in Foldit. Loops erscheinen als dünne zylindrische Schnüre von unterschiedlicher Länge mit Abbiegungen und Seitenketten der betreffenden Aminosäuren. Aus der Perspektive von Foldit stellt es die Grundstruktur dar und verkörpert auch solche Strukturen, die sich nicht gut als Helix oder Sheet darstellen lassen. Sie sind höchst biegsam und können mit den verschiedenen Werkzeugen in Pull Mode leicht verbogen werden. Es kann geschehen, das Loops mit den anliegenden Aminosäuren Wasserstoffbrückenbindungen formen, was aber nur dann sichtbar wird, wenn man die View Option - View Bond (Loop) eingestellt hat oder nachdem die ganze Fläche in Sheets umgewandelt wurde, dann View Option - View Bond (Sheet).

Helices und Sheets helfen das Innere des Proteins zu stabilisieren. Loops befinden sich auf der Aussenseite des Proteins und sind reichlich mit hydrophilischen (wasserliebenden) Seitenketten bestückt, was uns nicht gerade überrascht. Loops stellen mit dem umgebenen Wasser die Wasserstoffbrückenbindungen leichter her als mit den umgebenden Aminosäuren und sind deshalb flexibler als Helices oder Sheets.

  • Die Nützlichkeit von Loops
Loops dienen nicht nur als Verbindungen, sondern sind oft in die Proteinfunktion mit einbezogen, z. B. als Teil der aktiven Seite des Enzyms, oder die verbindende Seite eines Ligand (Wirkstoffmolekül) oder Rezeptor (werden in Zellen vorgefunden und verbinden sich mit Spezialmolekülen). Ihre Flexibilität erlaubt es ihnen manchmal mehr als eine lokale Anpassungsform anzunehmen, wie z. B. eine offene oder geschlossene Position, die entweder die Proteinfunktion erlaubt oder blockiert. Da nun Loops aussen am Protein vorgefunden werden, ist ihre wiederholte Rolle in der Proteinfunktion nicht überraschend; sie werden aber leicht übergangen, da man sich oft zunächst auf die Helices und Sheets, die Hauptattraktionen, konzentriert. Loops liegen schon am Wasserrand und sind sehr flexibel, sodass bei ihrer Manipulation weniger Punkte gewonnen werden können als wenn man Seitenkettenkonfrontationen behebt oder hydrophobische (wasserscheue) Seitenketten vom Wasser verstecken kann. Trotz allem muss die Lage der Loops korrekt sein um die höchste Punktzahl zu erreichen. Es wird daran gezweifelt, dass Foldit extra Punkte für gute Loopformationen gibt, trotz ihrer Schlüsselrolle. Nun, wir wollen ja die Wissenschaft fortbewegen, indem wir eine möglichst exakte Struktur vorhersagen. Also, mach jetzt deine Loops!
  • Loop Theorie
Loops können grob aufgrund ihrer Form klassifiziert werden. Als Beispiel: - Loops die 2 nebeneinanderliegende Sheets verbinden, die nicht parallel liegen, nennen sich Hairpin Loops (Haarnadel-Loops). Die kürzesten davon mit nur 2 - 5 Aminosäuren nennen sich U-Turn (Kehrtwende). Eine andere gemeine Form ist der Omega Loop, wobei Anfang und Ende der Loopsequenz dicht beieinander sind, der mittlere Teil aber offen bleibt, was dem griechischen Buchstaben Omega (Ώ) ähnelt.

Faltblatt (Sheet)Bearbeiten

Das Sheet stellt eine der 3 Grundstrukturen in Foldit dar. In seiner Idealform erscheint es als flacher Aminosäurestreifen, der wie ein Blitzschlag geformt ist und sich der Form des gegenüberliegenden Sheets anpasst (Zacke rein, Zacke raus). Die Haupteigenschaft der Sheets besteht darin, dass sie stetig bereit sind, Wasserstoffbrückenbindungen mit den benachbarten Sheets aufzunehmen. Aus diesem Grund wird die Darstellung der Wasserstoffbrückenbindung hier am meisten gewünscht (View Option - View Bonds Sheet). Wenn du die ganze Struktur vorübergehend in Sheets umwandelst, werden dir viele Informationen geliefert, was die Verbindungen innerhalb der Struktur betrifft.

Zu diesem Thema besonders zu empfehlen: - Madde


Links zu den englischen Originaltexten, die aber hier in der deutschen Version auf einer Seite nach einem Update zusammengefasst wurden: - Structure Mode, Structure Mode - Helix, Structure Mode - Loop, Structure Mode - Sheet

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