แผนที่การสัมผัสของโปรตีนแสดงถึงระยะห่างระหว่าง คู่ กรดอะมิโน ที่เป็นไปได้ทั้งหมดของ โครงสร้างโปรตีนสามมิติ โดยใช้ เมทริกซ์ไบนารีสองมิติสำหรับกรดอะมิโนสองตัวคือ และองค์ประกอบของเมทริกซ์จะเป็น 1 ถ้ากรดอะมิโนทั้งสองอยู่ใกล้กันมากกว่าค่าเกณฑ์ที่กำหนดไว้ และเป็น 0 ถ้าไม่ใช่ มีการเสนอคำจำกัดความของการสัมผัสหลายแบบ เช่น ระยะห่างระหว่างอะตอม Cα _- Cα _ที่มีค่าเกณฑ์ 6-12 Å ; ระยะห่างระหว่างอะตอม Cβ _- Cβ _ที่มี ค่าเกณฑ์ 6-12 Å ( ใช้ Cα สำหรับ_ไกลซีน ); และระยะห่างระหว่าง จุดศูนย์กลางมวลของหมู่ข้างเคียง${\displaystyle i}$${\displaystyle j}$${\displaystyle ij}$

แผนที่การสัมผัสให้การแสดงโครงสร้างโปรตีนที่ลดทอนลงมากกว่าพิกัดอะตอม 3 มิติแบบเต็ม ข้อดีคือแผนที่การสัมผัสไม่เปลี่ยนแปลงเมื่อมีการหมุนและการเลื่อน สามารถทำนายได้ง่ายกว่าด้วย วิธี การเรียนรู้ของเครื่องนอกจากนี้ยังแสดงให้เห็นว่าภายใต้สถานการณ์บางอย่าง (เช่น ปริมาณการสัมผัสที่ทำนายผิดพลาดต่ำ) สามารถสร้างพิกัด 3 มิติของโปรตีนขึ้นใหม่ได้โดยใช้แผนที่การสัมผัส^{[ 1 ] [ 2 ]}

แผนที่การสัมผัสยังใช้สำหรับการซ้อนทับ โปรตีน และเพื่ออธิบายความคล้ายคลึงกันระหว่างโครงสร้างโปรตีน^{[ 3 ]}โดยอาจทำนายจากลำดับโปรตีนหรือคำนวณจากโครงสร้างที่กำหนด

ด้วยความพร้อมใช้งานของลำดับจีโนมจำนวนมาก ทำให้สามารถวิเคราะห์ลำดับดังกล่าวเพื่อหาสารตกค้างที่วิวัฒนาการร่วมกันได้ ประสิทธิภาพของแนวทางนี้เกิดจากข้อเท็จจริงที่ว่าการกลายพันธุ์ในตำแหน่งiของโปรตีนมีแนวโน้มที่จะเกี่ยวข้องกับการกลายพันธุ์ในตำแหน่งjมากกว่าการกลายพันธุ์ย้อนกลับใน ตำแหน่ง iหากทั้งสองตำแหน่งมีการเชื่อมโยงกันในเชิงฟังก์ชัน (เช่น โดยการมีส่วนร่วมในโดเมนเอนไซม์ หรือโดยการอยู่ติดกันในโปรตีนที่พับตัว หรือแม้กระทั่งโดยการอยู่ติดกันในโอลิโกเมอร์ของโปรตีนนั้น) ^{[ 4 ]}

มีวิธีการทางสถิติหลายวิธีในการแยกคู่สารตกค้างที่เชื่อมโยงกันจากการจัดเรียงลำดับหลายลำดับได้แก่ ความถี่ที่สังเกตได้เทียบกับความถี่ที่คาดหวังของคู่สารตกค้าง (OMES) ^{[ 5 ]}ความสัมพันธ์การแทนที่ตาม McLachlan (McBASC) ^{[ 6 ]} การวิเคราะห์การเชื่อมโยงทางสถิติ วิธีการตาม ข้อมูลร่วมกัน (MI) ^{[ 7 ]}และล่าสุดคือการวิเคราะห์การเชื่อมโยงโดยตรง (DCA) ^{[ 8 ] [ 9 ]}

อัลกอริทึม การเรียนรู้ของเครื่องสามารถปรับปรุงวิธีการวิเคราะห์ MSA ได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับโปรตีนที่ไม่เหมือนกัน (เช่น MSA แบบตื้น) ^{[ 10 ]}

แผนที่การสัมผัสที่คาดการณ์ไว้ถูกนำมาใช้ในการคาดการณ์โปรตีนเยื่อหุ้มเซลล์โดยมีเป้าหมายที่ปฏิสัมพันธ์ระหว่างเกลียว^{[ 11 ]}

ความรู้เกี่ยวกับความสัมพันธ์ระหว่างโครงสร้างของโปรตีน และพฤติกรรมไดนามิกของโปรตีนนั้นมีความสำคัญต่อการทำความเข้าใจการทำงานของโปรตีน คำอธิบายโครงสร้างสามมิติของโปรตีนในรูปของเครือข่ายปฏิสัมพันธ์ พันธะไฮโดรเจน ( แผนภาพ HB ) ^{[ 12 ]}ได้รับการนำเสนอเป็นเครื่องมือสำหรับการสำรวจโครงสร้างและการทำงานของโปรตีน โดยการวิเคราะห์เครือข่ายปฏิสัมพันธ์ระดับตติยภูมิ สามารถตรวจสอบการแพร่กระจายข้อมูลที่เป็นไปได้ภายในโปรตีนได้

แผนภาพ HB นำเสนอวิธีง่ายๆ ในการวิเคราะห์โครงสร้างทุติยภูมิและโครงสร้างตติยภูมิ ของโปรตีน พันธะไฮโดรเจนที่ช่วยให้โครงสร้างทุติยภูมิมีความเสถียร ( พันธะไฮโดรเจนทุติยภูมิ ) และพันธะไฮโดรเจนที่เกิดขึ้นระหว่าง กรด อะมิโน ที่อยู่ห่างกัน (เรียกว่าพันธะไฮโดรเจนตติยภูมิ ) สามารถแยกแยะได้ง่ายในแผนภาพ HB ดังนั้นจึงสามารถระบุกรดอะมิโนที่เกี่ยวข้องกับการ ทำให้โครงสร้าง และหน้าที่ ของโปรตีน มีความเสถียรได้

แผนภาพแสดงความแตกต่างระหว่างพันธะ ไฮโดรเจนแบบสายหลัก- สาย หลัก สายหลัก-สาย ข้าง และสายข้าง-สายข้าง นอกจากนี้ยังแสดง พันธะไฮโดรเจนแบบแยกสาขาและพันธะไฮโดรเจนหลายพันธะระหว่าง กรด อะมิโนและพันธะไฮโดรเจน ภายในและระหว่าง สายด้วย มีการแบ่งประเภทของพันธะไฮโดรเจนออกเป็นสามประเภทโดยใช้รหัสสี ได้แก่ พันธะสั้น (ระยะห่างระหว่างผู้ให้และผู้รับน้อยกว่า 2.5 Å ) พันธะปานกลาง (ระหว่าง 2.5 Å และ 3.2 Å) และพันธะยาว (มากกว่า 3.2 Å)

ในการแสดงแผนภาพ HB นั้น สามารถระบุรูปแบบลักษณะเฉพาะของ องค์ประกอบ โครงสร้างทุติยภูมิได้อย่างง่ายดาย ดังนี้:

1. สามารถระบุเกลียว ได้ว่าเป็นแถบที่อยู่ติดกับแนวทแยงโดยตรง
2. แผ่นเบต้าแบบขนานตรงข้ามจะปรากฏในแผนภาพ HB เป็นเส้นทแยงมุมไขว้
3. แผ่นเบต้าแบบขนานจะปรากฏในแผนภาพ HB โดยขนานกับเส้นทแยงมุม
4. ลูปปรากฏขึ้นเป็นช่องว่างในแนวทแยงระหว่างลวดลายเบต้าชีท ที่ตัดกันในแนวทแยง

ไซโตโครม P450 (P450)เป็น เอนไซม์ที่มี ฮีม เป็น องค์ประกอบ และ ยึดติดกับเยื่อหุ้มเซลล์ซึ่งทำหน้าที่เผาผลาญสารแปลกปลอม โดยใช้โมเลกุลออกซิเจนและอิเล็กตรอนจากNADPH ไซโตโครม P450 รีดักเทสเพื่อออกซิไดซ์สารตั้งต้นCYP2B4ซึ่งเป็นสมาชิกของตระกูลไซโตโครม P450 เป็นโปรตีนเพียงชนิดเดียวในตระกูลนี้ ที่ มีการตีพิมพ์ โครงสร้างเอกซ์เรย์ทั้งในรูปแบบเปิด 11 และรูปแบบปิด 12 การเปรียบเทียบโครงสร้างแบบเปิดและแบบปิดของ CYP2B4 เผยให้เห็น การเปลี่ยนแปลง โครงสร้าง ในระดับใหญ่ ระหว่างสองสถานะ โดยมีการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างมากที่สุดบริเวณกรดอะมิโน 215-225 ซึ่งเปิดกว้างในสถานะที่ไม่มีลิแกนด์และปิดสนิทหลังจากมีการจับกับลิแกนด์ และบริเวณรอบลูป C ใกล้กับฮีม

จากการตรวจสอบแผนภาพ HB ของสถานะปิดและสถานะเปิดของ CYP2B4 พบว่าการจัดเรียงพันธะไฮโดรเจนระดับตติยภูมิมีความสอดคล้องอย่างดีเยี่ยมกับความรู้ในปัจจุบันเกี่ยวกับวัฏจักรเร่งปฏิกิริยา ของไซโตโครม P450

ขั้นตอนแรกใน วัฏจักรเร่งปฏิกิริยา ของ P450คือการจับกับสารตั้งต้น การจับเบื้องต้นของลิแกนด์ใกล้กับทางเข้าจะทำลายพันธะไฮโดรเจน S212-E474, S207-H172 ในรูปแบบเปิดของ CYP2B4 และเกิดพันธะไฮโดรเจน E218-A102, Q215-L51 ขึ้น ซึ่งจะตรึงทางเข้าให้อยู่ในรูปแบบปิด ดังที่แสดงในแผนภาพ HB

ขั้นตอนที่สองคือการถ่ายโอนอิเล็กตรอนตัวแรกจากNADPHผ่านทางห่วงโซ่การถ่ายโอนอิเล็กตรอน สำหรับการถ่ายโอนอิเล็กตรอนนั้น จะเกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างซึ่งกระตุ้นให้เกิดปฏิกิริยาระหว่าง P450 กับ NADPH ไซโตโครม P450 รีดักเทส การแตกของพันธะไฮโดรเจนระหว่าง S128-N287, S128-T291, L124-N287 และการสร้าง S96-R434, A116-R434, R125-I435, D82-R400 ที่บริเวณจับ ของ NADPH ไซโตโครม P450 รีดักเท ส —ดังที่เห็นในแผนภาพ HB—จะเปลี่ยน CYP2B4 ไปสู่สถานะโครงสร้างที่เกิดการจับของ NADPH ไซโตโครม P450 รีดักเทส

ในขั้นตอนที่สาม ออกซิเจนจะเข้าสู่ CYP2B4 ในสถานะปิด ซึ่งเป็นสถานะที่พันธะไฮโดรเจนที่เกิดขึ้นใหม่ S176-T300, H172-S304, N167-R308 เปิดอุโมงค์ที่มีขนาดและรูปร่างพอดีกับโมเลกุล ของ ออกซิเจน

ตระกูลลิโปคาลินเป็นตระกูลโปรตีนขนาดใหญ่และหลากหลายที่มีหน้าที่เป็นตัวขนส่งโมเลกุล ไฮโดรโฟบิก ขนาดเล็ก เบต้า-แลคโตโกลบูลินเป็นสมาชิกทั่วไปของตระกูลลิโปคาลิน พบว่าเบต้า-แลคโตโกลบูลินมีบทบาทในการขนส่งลิแกนด์ไฮโดรโฟบิก เช่นเรตินอลหรือกรดไขมัน^{[ 13 ]}โครงสร้างผลึกของมัน ได้รับการกำหนด [เช่น Qin, 1998] โดยมีลิแกนด์ที่แตกต่างกันและในรูปแบบที่ไม่มีลิแกนด์ด้วย โครงสร้างผลึกที่กำหนดจนถึงปัจจุบันเผยให้เห็นว่าลิโปคาลินทั่วไปประกอบด้วยบาร์เรล แบบขนาน 8 สายที่จัดเรียงเพื่อสร้างโพรงกลางรูปกรวยซึ่งมีลิแกนด์ไฮโดรโฟบิกจับอยู่ โครงสร้างของเบตา-แลคโตโกลบูลินเผยให้เห็นว่าโครงสร้างรูปทรงกระบอกที่มีโพรงตรงกลางของโปรตีนนั้นมี "ทางเข้า" ที่ล้อมรอบด้วยเบตา-ลูป ห้าอัน ซึ่งมีจุดศูนย์กลางอยู่ที่ประมาณ 26, 35, 63, 87 และ 111 ซึ่งจะเกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างระหว่างการจับกับลิแกนด์และปิดโพรงนั้น

รูปร่างโดยรวมของเบตา-แลคโตโกลบูลินมีลักษณะเฉพาะของตระกูลลิโปคาลิน ในกรณีที่ไม่มีอัลฟาเฮลิกซ์เส้นทแยงมุมหลักแทบจะหายไป และเส้นทแยงมุมขวางที่แสดงถึงเบตาชีทจะเด่นกว่าในกราฟ พบพันธะไฮโดรเจนระดับตติยภูมิจำนวนค่อนข้างน้อยในกราฟ โดยมีสามบริเวณที่มีความหนาแน่นสูง บริเวณหนึ่งเชื่อมต่อกับลูปที่ตำแหน่งประมาณ 63 บริเวณที่สองเชื่อมต่อกับลูปที่ตำแหน่งประมาณ 87 และบริเวณที่สามเชื่อมต่อกับตำแหน่ง 26 และ 35 ลูปที่ห้าที่ตำแหน่งประมาณ 111 แสดงพันธะไฮโดรเจนระดับตติยภูมิเพียงหนึ่งพันธะในกราฟพันธะไฮโดรเจน

ในโครงสร้างสามมิติ พันธะไฮโดรเจนระดับตติยภูมิจะเกิดขึ้น (1) ใกล้กับทางเข้า ซึ่งเกี่ยวข้องโดยตรงกับการจัดเรียงตัวใหม่ระหว่างการจับกับลิแกนด์ และ (2) ที่ด้านล่างของ "ทรงกระบอก" แผนภาพ HB ของรูปแบบเปิดและปิดของเบตา-แลคโตโกลบูลินมีความคล้ายคลึงกันมาก สามารถจดจำลวดลายเฉพาะทั้งหมดได้ในทั้งสองรูปแบบ ความแตกต่างในแผนภาพ HB ของรูปแบบเปิดและรูปแบบที่จับกับลิแกนด์แสดงให้เห็นถึงการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญเพียงเล็กน้อยในรูปแบบพันธะไฮโดรเจนระดับตติยภูมิ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การก่อตัวของพันธะไฮโดรเจนระหว่าง Y20-E157 และ S21-H161 ในรูปแบบปิดอาจมีความสำคัญต่อการจัดเรียงตัวใหม่ พันธะไฮโดรเจนเหล่านี้อยู่ที่ด้านล่างของโพรง ซึ่งบ่งชี้ว่าการปิดทางเข้าของลิโปคาลินเริ่มต้นเมื่อลิแกนด์ไปถึงด้านล่างของโพรงและทำลายพันธะไฮโดรเจน R123-Y99, R123-T18 และ V41-Q120 ลิโปคาลินเป็นที่ทราบกันดีว่ามีลำดับกรดอะมิโนที่คล้ายคลึงกันน้อยมาก แต่มีโครงสร้างที่คล้ายคลึงกันสูง บริเวณที่คงสภาพอยู่มีเพียงบริเวณรอบๆ ตำแหน่งที่ 20 และ 160 เท่านั้น ซึ่งยังไม่ทราบบทบาทที่แน่ชัด

• พล็อตรามจันดราน
• โครงสร้างวงจร
• การจำแนกโครงสร้างโปรตีน
• แคท
• พล็อต HB
• แผนภาพจุด (ชีวสารสนเทศ)
• เมทริกซ์ความคล้ายคลึงในตัวเอง

• DISTILL — การทำนายลักษณะโครงสร้างของโปรตีน (รวมถึงแผนที่การสัมผัสของกรดอะมิโนในโปรตีน)
• เครื่องมือโปรตีโอมิกส์เชิงโครงสร้าง — รวมถึงแผนที่การสัมผัสของกรดอะมิโน
• ProfCon — การทำนายการสัมผัสระหว่างสารตกค้าง
• TMHcon — การทำนายการสัมผัสระหว่างเกลียวคู่โดยเฉพาะภายในส่วนที่อยู่ภายในเยื่อหุ้มเซลล์ของโปรตีนเยื่อหุ้มเซลล์
• TMhit — วิธีการทำนายปฏิสัมพันธ์ระหว่างเกลียวคู่ของเยื่อหุ้มเซลล์แบบใหม่ โดยอาศัยการสัมผัสของกรดอะมิโน
• CMAPpro — เซิร์ฟเวอร์ทำนายแผนที่การสัมผัสโปรตีน
• [1] —เครื่องมือสำหรับการแสดงภาพแผนที่การสัมผัสโปรตีนใน jerseysforcheapshop