Vi studerar en off-lattice protein leksak modell med två arter av monomerer interagerar genom modifierade Lennard-Jones interaktioner. Lågenergikonfigurationer optimeras med hjälp av prönadenriched-Rosenbluth metod (PERM), hittills används till infödda staten söker endast efter off lattice modeller. För 2 dimensioner fann vi tillstånd med lägre energi än vad som tidigare föreslagits, för alla kedjelängder ≥ 13. Detta indikerar att PERM har potential att producera infödda stater också för mer realistiska proteinmodeller. För d = 3, där inga publicerade marktillstånd finns, presenterar vi några putative lägsta energitillstånd för framtida jämförelse med andra metoder. Att förutsäga strukturen av ett protein, med tanke på dess sekvens av aminosyror, är ett av de centrala problemen i beräkningsbiologi. Eftersom problemet är alltför svårt att ta itu med med fullt realistiska möjligheter som härrör från de första principerna, har många författare studerat det i olika grad av förenklingar. Detta innebär i synnerhet att man försummar lösningsmedelsvatten, förenklar samspelet, klumpar ihop mindre grupper av atomer och sätter allt på en diskret lattice. Bland de mest radikalt förenklade modellerna finns HP-modellen av Dill och medarbetare [1] där varje aminosyra behandlas som en punktpartikel på en regelbunden (kvadratisk eller kubisk) lattice, och endast två typer av aminosyror -hydrofobisk (H) och polar (P) - beaktas. Förutom de krafter som ansvarar för kedjans sammanflätning är de enda krafterna kontaktkrafter mellan närmaste latticegrannar som skiljer sig åt för HH, HP och PP-par. Även i denna mycket förenklade modell är det långt ifrån trivialt att förutsäga det inhemska tillståndet för en given aminosyrasekvens [2, 3, 4, 5, 6, 7]. De mest effektiva algoritmerna är antingen deterministiska och kan inte generaliseras till mer realistiska modeller alls [7], eller använda sekventiell vikt provtagning med omsampling i form av den besprutade-Rosenbluth metoden (PERM) [6]. Även om det visade sig att den senare kan appliceras även på off-lattice homopolymerer vid högre temperaturer [8], är det inte uppenbart att den kommer att vara effektiv för off-lattice heteropolymerer vid de låga temperaturer som behövs för proteinvikning. Även om det finns ett stort antal referensfall för latticeproteinmodeller i litteraturen, finns det mycket få enkla off-lattice modeller med kända lägsta energitillstånd som kan användas som riktmärken för effektiva algoritmer. En sådan modell är den så kallade AB-modellen av Stillinger et al [9, 10] som även använder två typer av monomerer, nu kallade "A" (hydrofobisk) och "B"(polär). Avstånden mellan på varandra följande monomerer längs kedjan hålls fast till b = 1, medan icke-konsekutiva monomerer interagerar genom en modifierad Lennard-Jones potential. Dessutom finns det ett energibidrag från varje vinkel i mellan på varandra följande obligationer. Mer exakt uttrycks den totala energin för en N monomerkedja som där r ij är avståndet mellan monomererna i och j (med i < j). Varje i är antingen A eller B, och C( ska i, j ) är +1, + 1 2, och − 1 2 respektive, för AA, BB och AB par, vilket ger stark attraktion mellan AA par, svag attraktion mellan BB par, och svag repulsion mellan A och B. Denna modell har studerats i flera uppsatser [9, 10, 11, 12, 13] För sin 2-d-version ges putativa grundtillstånd för olika AB-sekvenser och för olika kedjelängder i [9, 10, 13]. Liknande modeller studerades också i [11, 12, 14, 15], men putativ grundtillstånd för dessa generaliseringar gavs inte alls eller endast för mycket korta kedjor. De metoder som används för att hitta låga energitillstånd i AB-modellen inkluderar neurala nätverk [9], konventionella Metropolis typ Monte Carlo förfaranden [10], simulerad härdning [11], multikanoniska Monte Carlo [12], biologiskt motiverade metoder [13, 15], och molekylär dynamik [14]. I samtliga fall kan den stokastiska minimeringen bara leda till någon stat i närheten av ett lokalt (och förhoppningsvis även globalt) minimum. En girig deterministisk metod såsom konjugerad lutning nedstigning tillämpas därefter för att nå minimum själv. Syftet med detta dokument är att se om PERM kan vara effektivt för energiminimering i AB-modellen. I synnerhet ska vi använda den nya varianten av PERM som presenteras i [6]. Vi ska begränsa oss till underklassen "Fibonacci sekvenser" studeras också [10], definieras rekursivt av S 0 = A, S 1 = B, S i+1 = S i‐1 * S i. Här är konkatetören. De första sekvenserna är S 2 = AB, S 3 = BAB, S 4 = ABBAB, etc. De har längder som ges av N i+1 = N i‐1 + N i, d.v.s.
I REF optimeras konfigurationerna med låg energi med hjälp av metoden med besprutad-berikad-Rosenbluth (PERM).
Structure optimization in an off-lattice protein model
{'venue': 'Phys. Rev. E 68, 037703 (2003)', 'journal': None, 'mag_field_of_study': ['Physics', 'Biology', 'Medicine']}