Ciencia detrás de Rosetta@home
Una de las mayores metas de Rosetta es predecir la forma en que las proteínas se pliegan en la naturaleza. Las proteínas son moléculas polímeras lineales formadas de amino ácido y son llamadas frecuentemente como “cadenas”. Los amino ácidos son considerados como “eslabones” en una cadena de “proteinas”.
Aquí hay una comparación muy sencilla. Consideren una cadena de metal, puede tener muchas formas diferentes dependiendo de la fuerza ejercida sobre él. Por ejemplo, si lo tiras de una punta, la cadena se extenderá en linea recta, y si lo dejas caer al suelo adquirirá una forma única. A diferencia de las cadenas de metal, que tienen eslabones idénticos, las proteínas están hechas de 20 aminoácidos diferentes y cada una tiene sus propias y únicas propiedades (diferentes formas y fuerzas de atracción y repulsión, for ejemplo), y en combinación, los aminoácidos ejercen fuerzas en la cadena para que tomen una forma específica, lo cual llamamos “plegar”. El orden en cual están enlazados los aminoácidos determina la plegación de la proteína. Hay muchos tipos de proteínas que varían en el número y orden de sus aminoácidos.
Para predecir la forma que adopta una proteína en particular en la naturaleza, lo que realmente estamos tratando de hacer es encontrar la plegación con la menor energía. La energía es determinada por un números de factores. Por ejemplo algunos aminoácidos son atraídos unos con otros, por lo tanto cuando están cerca en espacio, su interación provee una contribución favorable a la energía. La estrategia de Rosetta para encontrar formas de baja energía es así:
1. Comenzar con una cadena totalmente desdoblada (como una cadena de metal tirada de una punta)
2. Mover una parte de la cadena para crear una nueva forma.
3. Calcular la energía de la nueva forma.
4. Aceptar o rechazar el movimiento creado, dependiendo del cambio de la energía.
5. Repetir de 2 a 4 veces hasta que la parte de la cadena se haya movido muchas veces.
Llamamos esto una trayectoria. El resultado final de la trayectoria es una estructura predicha. Rosetta sigue el rastro de la forma de energía más baja encontrada en cada trayectoria. Cada trayectoria es única, porque los movimientos que trata de hacere son determinados por un número aleatorio. No siempre encuentran la misma forma de baja energía porque hay muchas posibilidades.
Una trayectoria puede consistir de 2 estados. El primero usa una representación simplificada de aminoácidos que nos permite tratar diferentes posibles formas rápidamente. Este estado es considerado como una búsqueda de baja resolución y en la pantalla verás la cadena de proteína saltando mucho. En el segundo estado, Rosetta usa una representación completa de aminoácidos. Este es un estado de “relajación”. En vez de moverse mucho, la proteína trata cambios más pequeños en un intento de mover los aminoácidos a un arreglo correcto. Este estado es considerado una búsqueda de alta resolución y en la pantalla verán la cadena de proteína moviendose sólo un poco. Rosetta puede hacer la primera etapa en unos pocos minutos en un computador moderno. La segunda etapa toma un poco más debido a que aumenta la complejidad al considerar la representación completa (todos los átomos) de los aminoácidos.
Tu computador genera 5 a 20 de estas trayectorias (por unidad de trabajo) y nos envia de vuelta la forma de energía más baja vista en cada una. Luego miramos todas las formas de energía más bajas, generada por todos los computadores, para encontrar las más bajas. Esto se convierte en la predicción del plegamiento de cada proteína.
Protector de pantalla.
El protector de pantalla muestra el progreso de cada trayectoria mientras está ocurriendo:
Hay 4 cuadros mostrando la forma de la cadena de proteína.
“Searching” (“buscando”): Muestra los movimientos que está tratando de hacer Rosetta a la cadena. Puedes ver la forma de la cadena al seguir el arcoiris del azul al rojo.
“Accepted” (“aceptado”): Muestra el movimiento aceptado más reciente.
“Low Energy” (“energía más baja”): Muestra la forma de energía más baja existente en la trayectoria.
“Native” (“Nativo”): Muestra la forma real determinada experimentalmente, si se conoce alguna.
También hay 2 gráficos y un plot que rastrea la energía y el rmsd de cada movimiento aceptado.
“Accepted Energy” (Energía aceptada”): Es un gráfico mostrando la energía de cada movimiento aceptado en esta trayectoria. (eje “X” es el progreso de la trayectoria y el eje “Y” es la energía).
“RMSD”: Muestra que tan cercano es la estructura aceptada actualmente en relación a la respuesta correcta ( eje “X” es RMSD y el eje “Y” es el progreso).
En el cuadro final, en la esquina inferior derecha, muestra la energía y RMSD de cada movimiento aceptado. Estos son los mismos tipos de Plots (gráficos) mostrados en la página “Predicciones Top”. Sólo que ahora lo está viendo en cada movimiento “aceptado” durante la trayectoria. Los gráficos de la página de predicciones top están hechas de sólo los plegamientos de más baja energía en cada trayectoria.
Terminología:
RMSD: Se usa frecuentemente para medir la similitud de las estructuras de las proteínas. Si las proteínas son diferentes, se necesita una alineación de los aminoácidos.
Aminoácido: Son moléculas químicas que forman las estructuras básicas de las proteínas.
Escrito por David Baker
Traducido Tiare Rivera para Seti.cl
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