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Sekundärstrukturvorhersage bei Proteinen

Von der Konformationsanalyse zur Sekundärstrukturvorhersage

Während sich die energetisch günstigen Konformationen eines Dipeptids noch relativ einfach berechnen lassen, steigt die Anzahl der Möglichkeiten exponentiell mit jeder neu hinzugefügten Aminosäure. Für Peptide und Proteine ist ein derartiges Verfahren daher völlig ungeeignet, da hier der Rechenaufwand viel zu hoch wäre. Auf der Basis verhältnismäßig einfacher Prinzipien lassen sich aber dennoch gewisse Voraussagen über die Konformation von Proteinen machen.

Viele Proteine enthalten einen signifikanten Anteil an Sekundärstrukturelementen. Ein möglicher Weg zur Aufklärung der 3D-Struktur ist daher, zunächst einmal festzulegen, welche Strukturelemente ein Protein enthält, und diese dann zusammenzufügen. Drei Arten von Strukturelementen sind dabei relevant:

In einigen Ansätzen wird als weiteres Element noch die β-Schleife (β-turn) berücksichtigt. Welche Aminosäuren bevorzugt in einer dieser Sekundärstrukturen vorkommen, lässt sich mit dem Chou-Fasman Algorithmus berechnen. Aus der Analyse von 15 Proteinen, deren Röntgenstrukturen bekannt waren, leiteten diese Wissenschaftler für jede Aminosäure eine Wahrscheinlichkeit ab, mit der diese Aminosäure in einer Helix oder einem Faltblatt vorkommt. Es gibt noch viele andere Methoden zur Vorhersage von Sekundärstrukturelementen (s. auf dem EXPASY-Server unter Topographie-Vorhersage), aber alle sind mehr oder weniger ungenau und erreichen nicht mehr als 60-65 % Trefferquote (33 % würden sich aber schon zufällig ergeben, wenn alle drei Strukturelemente gleich häufig aufträten). Diese geringe Erfolgsquote ergibt sich daraus, dass Interaktionen von Aminosäuren, die zwar in der Primärstruktur weit voneinander getrennt sind, jedoch in der 3-D-Anordnung eines Moleküls in enger Nachbarschaft lägen, nicht berücksichtigt werden.

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