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Il filtro del legame idrogeno
Questo articolo mostra una anticipazione di un filtro bonus in arrivo, il filtro “Rete di legami idrogeno”. Stiamo introducendo questo filtro per superare una grande sfida nel design dell'interfaccia delle proteine, e un qualcosa che abbiamo osservato in molti disegni Foldit. Molti disegni che abbiamo visto finora hanno usato tanti residui idrofobici nelle loro interfacce: questo funziona perché questi residui idrofobici sono “sepolti” nel nucleo del complesso simmetrico, depositati tra due copie della proteina.



Le spirali in blu e bianco mostrano una rete di legami di idrogeno tra tre catene laterali e altre non completamente rappresentati.


Tuttavia, quando si progettano proteine con interfacce, è necessario considerare che l'immissione di questi idrofobici sull'interfaccia significa che questi residui saranno sulla superficie di ciascuno dei singoli pezzi. Questo è un problema perché significa che questi sono esposti in ciascuno dei pezzi isolati, rendendo improbabile che ogni pezzo ripieghi correttamente da solo.
Se i pezzi non si ripiegano da soli, non saranno in grado di interagire tra loro!!
Per risolvere questo problema, i progettisti del Baker Lab hanno utilizzato la “Rete di legami idrogeno”. Una “Rete di legami idrogeno” è una “rete” di legami idrogeno che connette le catene laterali di residui multipli. Quando vengono costruite attraverso interfacce proteiche, queste reti contribuiscono a rendere l'interfaccia più stabile. E’ possibile vedere un esempio di questa rete qui sotto:


E a differenza di un nucleo idrofobo, queste reti possono essere costituite da residui idrofili polari. A causa di ciò, la rete funziona bene come una superficie per ogni pezzo - e funziona ancora bene come un'interfaccia tra i pezzi! L'altro grande vantaggio di queste reti è che aumentano la specificità dell'interfaccia. Poiché le reti sono unite insieme molto attentamente come un puzzle, ogni pezzo sarà più “contento” quando gli sarà consentito di collegarsi in rete con gli altri pezzi.
Ciò aiuta a garantire che i pezzi della vostra proteina si interfaccino tra di loro come avete inteso!

Hydrogen Bonds - Legami idrogeno

I legami di idrogeno sono un'interazione tra un donatore e un accettore: come suggerisce il nome, il donatore cede un atomo di idrogeno, e l’accettore lo accetta. In Foldit, si possono vedere questi donatori e accettatori utilizzando determinate opzioni di visualizzazione disponibili quando si abilita "Mostra Interfaccia avanzata" in Opzioni generali.
Utilizzando lo schema di colori “Score/Hydro+CPK” i donatori saranno blu e gli accettori rossi, come potete vedere nell’esempio sopra. I donatori hanno una carica parziale positiva e gli accettori hanno una carica parziale negativa: questo provoca l’attrazione tra i due. La questione delle cariche opposte non sono tutto: queste cariche sono in collocazioni e direzioni specifiche ed è la geometria del legame idrogeno che impone la sua forza. Per avere un'idea migliore di come migliorare la tua geometria, puoi utilizzare l'opzione “Stick + polarH” in 'Visualizza Proteina'. Questa opzione consente di vedere gli stessi atomi di idrogeno, mostrati in bianco.

Hydrogen Bond Networks - Reti di legami idrogeno

Quando più legami idrogeno si collegano a più catene laterali, formando una rete di idrogeno idonea. Per ottenere del credito per una “rete” in Foldit, devi avere almeno 3 legami di idrogeno e almeno un legame di idrogeno che si collega attraverso un'interfaccia (questi criteri possono cambiare da puzzle a puzzle).
Nei puzzle in cui è il Filtro attivabile, è possibile visualizzare i legami utilizzandolo: a tale scopo, aprire il pannello di filtraggio a discesa sotto il pannello dei punteggi e fare clic sulla casella di controllo "Mostra" per il filtro HBond Network. Le reti valide appariranno come una rete di legami blu. Ogni rete valida che viene formata otterrà un punteggio, che verrà quindi aggiunto al punteggio totale come bonus.
Ma cosa rende “buona” una rete di legami idrogeno?
Beh, in primo luogo, i tuoi legami di idrogeno devono essere buoni: un legame idrogeno debole non funziona per estendere una rete. Bisogna ricordare che la forza di un legame idrogeno dipende dalla sua geometria. Il donatore e l'accettazione devono essere alla distanza e all'angolo giusti per essere abbastanza forti per una rete. Le obbligazioni troppo deboli verranno visualizzate in rosso sulla visualizzazione.



Una volta che hai una rete di buoni legami, il punteggio di una rete idrogeno viene valutato come segue:

Score = SCORE_SCALE * percent_polars_satisfied * num_intermolecule_bonds

Cosa significa?
SCORE_SCALE – E’ solo una costante impostata sulla base del puzzle in uso per decidere quanto valgono le reti idrogeno.
percent_polars_satisfied - Una buona rete di legame di idrogeno minimizzerà il numero di atomi polari non soddisfatti. Se nella rete c'è un atomo blu o rosso, dovrebbe essere legato a qualcosa - in alcuni casi, più volte. E’ corretto che la rete soddisfi la maggior parte o tutti i suoi atomi polari.
num_intermolecule_bonds - Più i legami la rete formerà attraverso le interfacce simmetriche della tua proteina, maggiore sarà il punteggio!
Si possono vedere le statistiche per ogni singola rete, spostandola su uno dei legami di quella rete. Questo evidenzierà anche tutti i legami della rete in giallo:




È importante notare che mentre le reti legami idrogeno sono ottime per stabilizzare l'interfaccia tra le vostre proteine simmetriche, dovrebbero avere anche alcuni residui idrofobici sull'interfaccia. Le soluzioni migliori saranno quelle in equilibrio! Idealmente, si desidererebbe una rete molto connessa e perfettamente soddisfatta, con “imballaggio” idrofobo stretto attorno ad esso.



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