生物学者向けの実用的なアプリケーションは、タンパク質の折り畳みに関係しています。 ある程度まで、多くの実際的なタスクをこのタスクに減らすことができます（タンパク質の折り畳み方法を知っている）。その主なものは、ウイルスや病気と戦うための薬の開発です。
しかし、この問題は一般的に解決されていません。 これらは数学の未解決の問題のようなものであり、生物学的背景のみがあります（レビンタルパラドックスを参照）。 生物学者は、特定のエラーがある場合にのみ、生体実験を通して、すでに最小化された状態の状態を見ることができますが、これがどのように起こるかを追跡することはまだ不可能です。 しかし、これもすべて非常に高価です。 分散プロジェクトで何千台ものコンピューターが使用されているにもかかわらず、コンピューターコンピューティングが安価である理由。
しかし、紹介は十分で、それから船からボールまで......
まず、なぜタンパク質ではなくRNAなのでしょうか？ それは簡単だからです。 単純なRNA分子がどのように折り畳まれるのかを理解せずに、タンパク質がどのように崩壊するかを理解することは不可能です。 私たちは生物学者ではなく、私たちにとって重要なのは、実際的な生物学的結果ではなく、数学的/サイバネティックなプロセスの理解です。
ここにそのようなゲームFoldItがあります。 そして、読者の質問があります：
手作業での疲労がモデリングを1桁減らすことを理解できませんでした。 人々が手でタンパク質を転がすという事実も、一般にランダムです。人々は、タンパク質をどのように折り畳むかをほとんど理解していないからです。 そして、何らかの理由で人々が単純に多くの非現実的なオプションを破棄すると仮定した場合、なぜこれを@ homeの折りたたみでアルゴリズム化できないのでしょうか？
答えます。 このゲームは絶望の叫びです 。 崩壊するアルゴリズムは絶対にありません。 徹底的な検索でも役に立ちません。 レビンタルのパラドックスは、分子の折り畳みの計算が宇宙の寿命全体よりも長く続くことを示しています。
プレイヤーのために、私はゲームでそのような実験を提案します。 最初に、すでにいくらか複雑で、あらかじめ決められた構造（らせん/シート/ループ）を持つ分子が与えられます。 リセットして再度ロードすると、わずかに異なる構造と初期状態が得られます。 この初期状態は既に専門家によって計算されており、計算する必要があるものを（コンピューター間で）ユーザー間で単純に分配します。 以下を行ってください。 輪ゴムを使用して、タンパク質の鎖を一列に伸ばします。 構造からすべてのスパイラルとシートを削除します。 すべてをループ（実際には構造のない単なるチェーン）に変えます。 これらの手順を開始する前に、与えられたポイント数に注意してください（状態評価）。 起こったことと比較してください。 違いはさほど大きくありません。 そう？ しかし今は、少なくとも元の状態に崩壊するようにしてください。 これを自動的に行うのに役立つツールはありません。 構造がおおよそどのように見えるか覚えていない場合、これを行う方法についての仮説さえありません。 デイビッド・ベイカーが言うように
心の中でタンパク質の3Dモデルを計算する生来の能力を備えた才能が世界のどこかにあると心から信じています。 インドネシアの12歳の少年がこのゲームを見て、スーパーコンピューターでさえできない問題を解決できるようになる
しかし、私はここで悲観論者です。
第二に、生物学者は、折りたたまれたタンパク質の最小エネルギーについて話したいと考えています。おそらくエネルギーが最小の場合、タンパク質は最も安定した状態を占めます。 しかし、それは証明されていません、それは理論です。 このエネルギーは、単に計算できない多くの要因の影響を受けます。
しかし、私たちはまったく異なる方法で行動します。 水素結合の形成と禁止された共有結合の欠如の重要性のみを考慮します（これについては後で説明します）。 なんで？ 私の実験では、これは重大な研究プロジェクトの結果に匹敵する結果を得るのに十分であったためです（定量的にではなく（コンピューターが1台しかないため）、定性的に）。
そして最も重要なことは、サイバネティックス幾何学的アプローチのこの基本原則を仮定することです。
水素結合以外の相互作用を考慮せずに折り畳みプロセスを理想化します。 したがって、モデリングでは、「RNAが水素結合を形成するためだけに努力している場合、折り畳みプロセスはどのように進むのでしょうか？」および「折り畳みプロセスへの水素結合の形成の「純粋な」寄与とは何ですか？」 「（これは私の科学記事からです）
ここで、いくつかの写真（写真のサイズを調整する方法については、知っている人に教えてください：高さ=「20」幅=「20」-しかし、サイズが大きいことがわかります）：
画像：ステップ0。RNAチェーンが表示されます。 プログラムで指示された記事を読んだ人は、まさに問題のチェーンの最初のグラフです。
次に、数ステップでチェーンが丸くなる傾向を確認します。 次の図のよく構成されたスパイラル
それで、私は共有結合と水素結合とは何かを説明し、初めてで十分です。
ステップ0（最初の図）-点が線で接続されていることがわかります。 点は個々の原子です。 そして、線は共有結合を許可されます。 折りたたみプロセス中、大まかに言えば、許可された共有結合が交差するように、他の共有結合を形成することはできません。 FoldItゲームでは、これは赤色の「ローズヒップ」で示され、ポイントで大幅に罰金が科されます。 実際には、そのような接続を形成することはできません。これには十分なエネルギーがありませんが、もちろんソフトウェアを簡単に巻き上げてプッシュするのは簡単です。 これらは禁止された共有結合です。
水素結合は、2番目の図の原子間の赤い破線で見ることができます。 これらの結合はより簡単に形成され、基本的にRNAを折り畳まれた状態に保ちます。
第2部では、水素結合とは何か、その形成を数学的に記述する方法、およびRNAのフォールディングを開始する最初のステップについて説明します。 しかし、私はフィードバックをお願いします-誰が何を理解し、あなたが第二部を読む準備ができているかどうかを書いてください。 または、理解するために何かを見逃してしまった場合、それはより難しくなるので、すぐにうまく話してください。