Schaltungstopologie - Circuit topology
Die Schaltungstopologie eines gefalteten linearen Polymers bezieht sich auf die Anordnung seiner intramolekularen Kontakte. Beispiele für lineare Polymere mit intramolekularen Kontakten sind Nukleinsäuren und Proteine . Proteine falten sich über die Bildung von Kontakten unterschiedlicher Art, einschließlich Wasserstoffbrückenbindungen, Disulfidbrücken und Beta-Beta-Wechselwirkungen. Kontakte im Genom werden über Proteinbrücken wie CTCF und Cohesine hergestellt und durch Technologien wie Hi-C gemessen . Die Schaltungstopologie kategorisiert die topologische Anordnung dieser physikalischen Kontakte, die als harte Kontakte bezeichnet werden. Darüber hinaus können sich Ketten durch Verknoten (oder Bildung von weichen Kontakten) falten. Die Schaltungstopologie verwendet eine ähnliche Sprache, um sowohl weiche als auch harte Kontakte zu kategorisieren und bietet eine vollständige Beschreibung einer gefalteten linearen Kette.
Ein einfaches Beispiel für eine gefaltete Kette ist eine Kette mit zwei harten Kontakten. Für eine Kette mit zwei Binärkontakten stehen drei Anordnungen zur Verfügung: parallel, in Reihe und gekreuzt. Für eine Kette mit n Kontakten kann die Topologie durch eine n mal n Matrix beschrieben werden, in der jedes Element die Beziehung zwischen einem Kontaktpaar darstellt und einen der drei Zustände P, S und X annehmen kann vollständig oder durch Zerlegung in mehrere binäre Kontakte kategorisiert. In ähnlicher Weise ermöglicht die Schaltungstopologie die Klassifizierung der paarweisen Anordnungen von Kettenkreuzungen und Verwicklungen, wodurch eine vollständige 3D-Beschreibung gefalteter Ketten bereitgestellt wird.
Die Schaltkreistopologie hat Auswirkungen auf die Faltungskinetik und die molekulare Evolution und wurde auf die Entwicklung von Polymeren einschließlich Protein-Origami angewendet. Die Schaltungstopologie zusammen mit der Kontaktordnung und -größe sind Determinanten der Faltungsgeschwindigkeit von linearen Polymeren. Die Topologie des zellulären Proteoms und der natürlichen RNA spiegelt evolutionäre Beschränkungen biomolekularer Strukturen wider. Die Topologielandschaft von Biomolekülen kann charakterisiert und die Evolution von Molekülen als Übergangswege innerhalb der Landschaft untersucht werden.
Weiterlesen
- B. Scalvini et al., Topologische Prinzipien der Proteinfaltung. PCCP (2021). Verknüpfung
- A. Golovnev at el., Generalized Circuit Topology of Folded Linear Chains. iScience (2020). Verknüpfung
- M. Heidari et al., Schaltkreistopologieanalyse von Polymerfaltungsreaktionen. ACS Central Science (2020) Link