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:''This article refers to rational protein design. For the broader engineering of proteins see [[protein engineering]].
== Gucci Gürtel Günstig  Würmer ==


'''Protein design''' is the [[rational design]] of new [[protein]] molecules to fold to a target [[protein structure]], with the ultimate goal of designing novel function and/or behavior. Proteins can be designed from scratch (''de novo'' design) or by making calculated variations on a known protein structure and its sequence (known as ''protein redesign''). Rational protein design approaches make protein-sequence predictions that will fold to specific structures. These predicted sequences can then be validated experimentally through methods such as [[peptide synthesis]], [[site-directed mutagenesis]], or [[artificial gene synthesis]].
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  <li>[http://general.assembly.codesria.org/spip.php?article87&lang=pt/ http://general.assembly.codesria.org/spip.php?article87&lang=pt/]</li>
 
  <li>[http://enseignement-lsf.com/spip.php?article65#forum18213367 http://enseignement-lsf.com/spip.php?article65#forum18213367]</li>
 
  <li>[http://www.cantspellaweso.me/node/50#comment-28844642 http://www.cantspellaweso.me/node/50#comment-28844642]</li>
 
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Rational protein design dates back to the mid-1970s, although initial protein design approaches were based mostly on sequence composition and did not account for specific interactions between side-chains at the atomic level.<ref name="richardson1989">{{cite journal|last=Richardson|first=JS|coauthors=Richardson, DC|title=The de novo design of protein structures.|journal=Trends in Biochemical Sciences|date=July 1989|volume=14|issue=7|pages=304–9|pmid=2672455}}</ref>  Recently, however, improvements in molecular force fields, protein design algorithms, and [[structural bioinformatics]], such as [[Conformational isomerism#Protein rotamer libraries|libraries of amino acid conformations]], have enabled the development of advanced computational protein design tools.  These computational tools can make complex calculations on protein energetics and flexibility, and perform searches over enormous [[configuration space]]s, which would be unfeasible to perform manually.  Thanks to the development of computational protein design programs and important successes in the field (e.g., see [[Protein design#Applications and examples of designed proteins|examples]] below), rational protein design has become one of the most important tools in [[protein engineering]].
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==Overview and history==
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  <li>[http://www.philatelie-france-russie.fr/spip.php?article51/ http://www.philatelie-france-russie.fr/spip.php?article51/]</li>
 
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The goal in rational protein design is to predict [[amino acid]] [[Protein primary structure|sequences]] that will [[protein folding|fold]] to a specific protein structure. Although the number of possible protein sequences is enormous, growing exponentially with the size of the protein chain, only a subset of them will fold reliably and quickly to a single [[native state]]. Protein design involves identifying novel sequences within this subset.  The native state of a protein is the conformational [[Thermodynamic free energy|free energy]] minimum for the chain.  Therefore, protein design is the search for sequences that have the chosen structure as a free energy minimum. In a sense, it is the reverse of [[protein structure prediction|structure prediction]]: In design, a [[Protein tertiary structure|tertiary structure]] is specified, and a sequence that will fold to it is identified. Hence, it is also referred to as ''inverse folding''.  Protein design is then an optimization problem: using some scoring criteria, an optimized sequence that will fold to the desired structure is chosen.
== Ralph Lauren Hemd der weiß ==


When the first proteins were rationally designed during the 1970s and 1980s, the sequence for these was optimized manually based on analyses of other known proteins, the sequence composition, amino acid charges, and the geometry of the desired structure.<ref name="richardson1989" />   The first designed proteins are attributed to Bernd Gutte, who designed a reduced version of a known catalyst, bovine ribonuclease, as well as tertiary structures consisting of beta-sheets and alpha-helices, including a binder of [[DDT]]. Urry and colleagues later designed [[elastin]]-like [[fibrous protein|fibrous]] peptides based on rules on sequence composition.  Richardson and co-workers designed a 79-residue protein with no sequence homology to any known protein.<ref name="richardson1989" />  In the 1990s, the advent of powerful computers, [[Conformational isomerism#Protein rotamer libraries|libraries of amino acid conformations]], and force fields developed primarily for [[molecular dynamics]] simulations enabled the development of structure-based computational protein design tools. Following the development of these computational tools, enormous success has been achieved over the last 30 years in protein design. The first protein successfully designed completely ''de novo'' was done by Stephen Mayo and co-workers in 1997,<ref name="dahiyat1997" /> and, shortly after, in 1999 [[Peter S. Kim]] and co-workers designed dimers, trimers, and tetramers of unnatural right-handed [[coiled coil]]s.<ref name="gordon99review">{{cite journal|last=Gordon|first=DB|coauthors=Marshall, SA; Mayo, SL|title=Energy functions for protein design.|journal=Current Opinion in Structural Biology|date=August 1999|volume=9|issue=4|pages=509–13|pmid=10449371}}</ref><ref name="harbury99">{{cite journal|last=Harbury|first=PB|coauthors=Plecs, JJ; Tidor, B; Alber, T; Kim, PS|title=High-resolution protein design with backbone freedom.|journal=Science|date=Nov 20, 1998|volume=282|issue=5393|pages=1462–7|pmid=9822371|doi=10.1126/science.282.5393.1462}}</ref> In 2003, [[David Baker (biochemist)|David Baker]]'s laboratory designed a full protein to a fold never seen before in nature.<ref name="kuhlman03" />  Later, in 2008, Baker's group  computationally designed enzymes for two different reactions.<ref>{{cite journal|last=Sterner|first=R|coauthors=Merkl, R; Raushel, FM|title=Computational design of enzymes.|journal=Chemistry & biology|date=May 2008|volume=15|issue=5|pages=421–3|pmid=18482694|doi=10.1016/j.chembiol.2008.04.007}}</ref> In 2010, one of the most powerful broadly-neutralizing antibodies was isolated from patient serum using a computationally-designed protein probe.<ref name="wu2010a">{{cite journal|last=Wu|first=X|coauthors=Yang, ZY; Li, Y; Hogerkorp, CM; Schief, WR; Seaman, MS; Zhou, T; Schmidt, SD; Wu, L; Xu, L; Longo, NS; McKee, K; O'Dell, S; Louder, MK; Wycuff, DL; Feng, Y; Nason, M; Doria-Rose, N; Connors, M; Kwong, PD; Roederer, M; Wyatt, RT; Nabel, GJ; Mascola, JR|title=Rational design of envelope identifies broadly neutralizing human monoclonal antibodies to HIV-1.|journal=Science|date=Aug 13, 2010|volume=329|issue=5993|pages=856–61|pmid=20616233|bibcode = 2010Sci...329..856W |doi = 10.1126/science.1187659 }}</refThanks to these and other successes (e.g., see [[Protein design#Applications and examples of designed proteins|examples]] below), protein design has become one of the most important tools available for [[protein engineering]]. There is great hope that the design of new proteins, small and large, will have applications in [[Biomedicine|medicine]] and [[bioengineering]].
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  <li>[http://www.erji88.com/forum.php?mod=viewthread&tid=47044&fromuid=3110 http://www.erji88.com/forum.php?mod=viewthread&tid=47044&fromuid=3110]</li>
 
  <li>[http://enseignement-lsf.com/spip.php?article65#forum18507149 http://enseignement-lsf.com/spip.php?article65#forum18507149]</li>
 
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<!--[[Prion]] diseases like [[Bovine spongiform encephalopathy|mad-cow disease]] illustrate how important it is that designer proteins possess only one stable conformation. In mad-cow disease, there exists a healthy protein with a fatal weakness: There is another conformation that it can "comfortably" take; the abnormally folded shape has very little free energy and is therefore very stable.  For reasons that are not yet fully understood, this [[Protein misfolding|mis-folded]] prion protein can [[Catalysis|catalyze]] other proteins of its type to also adopt the mis-folded shape, causing a disease-generating cascade of previously functional proteins to quickly mis-fold.  They lose the ability to perform their intended function in the new conformation, and have a tendency to form aggregates called [[Senile plaques|plaques]].  The buildup of these aggregates in the brain leads to progressive neuronal death, and eventually death of the entire organism. Therefore, it is easy to see the importance both that a designer protein have only one possible stable tertiary structure and that researchers exercise extreme diligence to ensure that this remain the case in all environments – especially ''[[in vivo|in vivo]]''.-->
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==Underlying models of protein structure and function==
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Protein design programs use [[bioinformatics|computer models]] of the molecular forces that drive proteins in ''[[in vivo]]'' environments.  In order to make the problem tractable, these forces are simplified by protein design models.  Although protein design programs vary greatly, they have to address four main modeling questions: What is the target structure of the design, what flexibility is allowed on the target structure, which sequences are included in the search, and which force field will be used to score sequences and structures.
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===Target structure===
Die gut bezahlten Job, ich kann nicht klagen. Allerdings wollte ich etwas mehr als nur der Jagd nach wertlosen Objekte. 15 Zentren ist wohl das absolute Minimum, ergänzt Shapira. Deutschland, im Vergleich, hat 60 Fraunhofer-Institute, die auf Innovation in Technologie und Fertigung.. <br><br>Wenn Sie Fragen zu den Medikamenten, die Sie einnehmen müssen, fragen Sie Ihren Arzt oder Apotheker. Version: 10.02. Die häufigste war, dass ich, dass ich in meinem Bett schreien, während übergroßen Schlangen wurden auf mich zukommen, Kopf an Kopf das Bett komplett umlauf. Ein weiteres Thema war, dass einige böse Hexe würde sich von den nächtlichen Himmel stürzen und reißen mich hoch und trug mich weg, wer weiß wo. <br><br>Wie in den Bücher, Fli-und Kli dienen als Kundschafter des Unternehmens. Sie sind es, die Ponys sind in der Trollhöhen verschwunden und [http://www.jannlaw.ch/bedmed/works/power.php Tiffany Zürich] zu untersuchen, die Trolle mit Bilbo zu entdecken. Gaming-Tastaturen sind Gegenstand einer intensiven Prüfung, aber Logitech G15 Keyboard kommt in den Vordergrund als die universell für alle Gaming-Tastaturen gefallen. Gutachter wie der G15 der komfortablen Tastatur, aber es ist besser für Spiele als für die Büroarbeit. <br><br>Es Kappen Frame-Raten bei 60 Hz, die mit Performance-Tests (vor allem FPSaveragedriven Tests) stören können. [http://www.spitalschwestern.ch/printable/aktuelles/feed.asp Ray Ban Brillen] Außerdem führt VSYNC zusätzlichen Verzögerungen, bevor ein Rahmen aus Animation ermöglicht es der Anzeige. Aber ich muss gestehen, dass ich für sie auf den ersten zu gehen. Gestern hatte ich ein Telefon-Interview mit einer Frau aus Who is Who. <br><br>Zach und Ben waren beste Freunde, da sie in der Grundschule waren. Sie waren die "zwei Männer", die wir alle wissen, Gegensätze, sondern immer noch das gleiche Kind. Seretha Guinn: Seretha zeigte, bis zu dem Vorsprechen Sport Token Kleinkind in dieser Saison und eine Geschichte zu erzählen sowohl von Not und Triumph. Der Vater ihrer Tochter sei kritisch bei einem Unfall verletzt und Seretha gekommen war, um ohne sein Wissen vorsprechen, in der Hoffnung, dass es durch Hollywood und in der Lage, ihn zu Hause eine gute Nachricht zu bringen. <br><br>Penguin Pursuit konzentriert sich auf Geschwindigkeit und räumliche Fähigkeiten. Sie spielen die Rolle eines Pinguins, Renn durch ein Labyrinth auf [http://www.anvertex.de/Pictures/drfooke/header.html Pandora Charms] einem Eisberg auf einen Fisch zu bekommen, bevor ein anderer Pinguin Beats Sie es. Leute sagen, es ist nur Unterhaltung. Tun Sie etwas Forschung zu den Auswirkungen von Fernsehen und dem Gehirn, und ich verspreche Ihnen, Sie haben ein . <br><br>Nur kann mir vorstellen, dass wir ein Stadion gibt es für eine Vielzahl von Gründen, zu bauen, sagte Tuthill. Ich sehr zufrieden, sie vom Tisch zu hören. "Ich weiß, ich war dort, wenn das Programm zum ersten Mal [http://www.jukeboxblasters.de/pure/Special/access.asp Louboutin Schuhe] gestartet. Es war für Kanadier mit dem Internet verbinden und Technik, sondern auch, um sie in ihrer Verwendung zu trainieren, so dass sie davon profitieren könnten.<ul>
 
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  <li>[http://passerelle.ethiopie.free.fr/spip.php?article81/ http://passerelle.ethiopie.free.fr/spip.php?article81/]</li>
 
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[[File:Top7.png|thumb|left|The [[Top7]] protein was one of the first proteins designed for a fold that had never been seen before in nature <ref name="kuhlman03">{{cite journal|last=Kuhlman|first=B|coauthors=Dantas, G; Ireton, GC; Varani, G; Stoddard, BL; Baker, D|title=Design of a novel globular protein fold with atomic-level accuracy.|journal=Science|date=Nov 21, 2003|volume=302|issue=5649|pages=1364–8|pmid=14631033|bibcode = 2003Sci...302.1364K |doi = 10.1126/science.1089427 }}</ref> ]]
== Pandora Schmuck  unwiderrufliche Lizenz zur Nutzung ==


Protein function is heavily dependent on protein structure, and rational protein design uses this relationship to design function by designing proteins that have a target structure or fold. Thus, by definition, in rational protein design the target structure or ensemble of structures must be known beforehand. This contrasts with other forms of protein engineering, such as [[directed evolution]], where a variety of methods are used to find proteins that achieve a specific function, and with [[protein structure prediction]] where the sequence is known, but the structure is unknown.
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Most frequently, the target structure is based on a known structure of another protein.  However, novel folds not seen in nature have been made increasingly possible.  Peter S. Kim and co-workers designed trimers and tetramers of unnatural coiled coils, which had not been seen before in nature.<ref name="gordon99review" /><ref name="harbury99" /> The protein Top7, developed in [[David Baker (biochemist)|David Baker]]'s lab, was designed completely using protein design algorithms, to a completely novel fold.<ref name="kuhlman03" /> More recently, Baker and co-workers developed a series of principles to design ideal [[globular protein|globular-protein]] structures based on [[folding funnel|protein folding funnels]] that bridge between secondary structure prediction and tertiary structures.  These principles, which build on both protein structure prediction and protein design, were used to design five different novel protein topologies.<ref>{{cite journal|last=Höcker|first=B|title=Structural biology: A toolbox for protein design.|journal=Nature|date=Nov 8, 2012|volume=491|issue=7423|pages=204–5|pmid=23135466|bibcode = 2012Natur.491..204H |doi = 10.1038/491204a }}</ref>
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===Sequence space===
Das hintere Ende der mein Auto geschleudert und landete ich Spinnen auf der rechten Seite der Straße, wo ich schlug einen Sand Lauf und mein Auto beschädigt. Verwendet [http://www.usksmartialarts.com/header/backup.php Nike Roshe Run] werden. Wir APRs vor zehn Jahren nahm einen kleinen Jungen und Mädchen über, ist die Tragödie und Kummer haben sie unsere Familie gebracht unbeschreiblich. Sollte das Treppenhaus in der Küche oder ein Raum mit Holzverkleidung sein, die Mühe machen, um die Treppenschränke an die bestehende Holzarbeiten passen, so dass es einen nahtlosen und zusammenhängende Design ... <br><br>Gerade jetzt sind die Besuche: Jede zweite Woche in den Sommern. Vielen, vielen Dank!! Los Angeles, CA. Fishman. Eine meiner Schwestern wütend versucht, seine Verbrechen an die Öffentlichkeit aussetzen, und ich versuche, sie [http://www.pla-text.de/header/active.html Nike Air Max 90] aus der Öffentlichkeit zu halten mit einer Geheimhaltungsklausel unterschrieben sie alle, wenn ich kaufte sie aus meiner Familienunternehmen. <br><br>Nein, es ist wie ein Baum. Ich sprach mit einem anderen Anwalt, der hochkarätige Fälle behandelt hatte, und genau wie Sie, war die Tatsache, dass ich Beschwerden, bevor sie das tat, in denen waren ehrlich Beschwerden anerkannt. Bitte meine Antwort [http://www.von-pferden-lernen.ch/lightbox/images/class.asp Timberland Outlet] zu bewerten als einer der Top drei Gesichter und dann einreichen, wie das ist, wie ich Kredit für meine Zeit mit Ihnen. Folglich benötigt das Verfahren eine Reihe von Maschinen, um das Metall in Durchgängen entfernt von verschiedenen Größen und Formen zu verflüssigen. <br><br>Der schnellste Weg, um durch ein Gericht Fall zu erhalten, ist nichts einreichen. Mein Name ist XXXXXX X. ACT. Aber es muss mindestens 1/8 'für den Motor laufen lassen, um zu springen. Es ist ein Barkauf, so dass keine Kreditgeber beteiligt sind. Es ist nicht auf dem itc oder andere, aber nach Wesbank, als ich das Fahrzeug Finanzen Anwendung, sagten sie, ich bin immer noch auf der FNB-System als 'Super Bad-Person' aufgeführt.. <br><br>Ich hatte einige Schmerzen auf die rechte Seite der Brust heute früher und tröstete mich, dass es nicht meinem Herzen sein. Es ist so gemein. Es kann helfen, Ihre Marke zu fahren und die Kommunikation mit Kunden in einer Weise, die Sie noch nie getan haben. Super Service, das hält, was es verspricht!. <br><br>Liebe Schüler! Sie beginnen sich über die Berechnung und seinen Zweck zu lernen. Dieses grob, ist die Position des Iain Duncan Smith. Die NDH bestand der meisten modernen Kroatien und Bosnien und Herzegowina, zusammen [http://www.okamotoskarate.com/photogallery/include/footer.php Timberland Schuhe] mit einigen Teilen des heutigen Serbien. Ich werde nicht sagen, dass Sie mit Ihrem Ehepartner Liebhaber konkurrieren.<ul>
[[File:1FSVblue-1ZAAred.png|thumb|FSD-1 (shown in blue, PDB id: 1FSV) was the first ''de novo'' computational design of a full protein.<ref name="dahiyat1997">{{cite journal|last=Dahiyat|first=BI|coauthors=Mayo, SL|title=De novo protein design: fully automated sequence selection.|journal=Science|date=Oct 3, 1997|volume=278|issue=5335|pages=82–7|pmid=9311930}}</refThe target fold was that of the zinc finger in residues 33-60 of the structure of protein Zif268 (shown in red, PDB id: 1ZAA). The designed sequence had very little sequence identity with any know protein sequence.]]
 
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In rational protein design proteins can be redesigned from the sequence and structure of a known protein, or completely from scratch in ''de novo'' protein design. In protein redesign, most of the residues in the sequence are maintained as their wild-type amino-acid while a few are allowed to mutate.  In ''de novo'' design the entire sequence is designed anew, based on no previous sequence.
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Both ''de novo'' designs and protein redesigns can establish rules on the sequence space: the specific amino acids that are allowed at each mutable residue position. For example, the composition of the surface of the [[#Protein resurfacing|RSC3 probe]] to select HIV-broadly neutralizing antibodies was restricted based on evolutionary data and charge balancing.   In fact, many of the earliest attempts on protein design were heavily based on empirical "rules" on the sequence space.<ref name="richardson1989" />   Moreover, the design of [[#fibrous proteins|fibrous proteins]], usually follows strict rules on the sequence space. [[Collagen]]-based designed proteins, for example, are often composed of Gly-Pro-X repeating patterns.<ref name="richardson1989" />  With the advent of computational techniques, however, the design of proteins with no human intervention in sequence selection has become possible.<ref name="dahiyat1997" />
Targeting die Zufriedenheit der Verbraucher, das sind aufblasbare Einheiten "Zulieferer, die vielfältigen Angebote und Rabatte auf Einkäufe. Eines dieser Unternehmen ist Glück Schlösser, die hat vor kurzem mit spannenden Angeboten für alle ihre Kunden zu kommen. <br><br>Verdacht [http://www.rs-hochdahl.de/Includes/define.asp Air Max Damen] wurde noch weiter erhöht wird, wenn Hansen kamen bei der Preisverleihung am 27. April, aber "vergessen", die unveränderte RAW-Datei, die die ursprüngliche Quellbild direkt von der Kamera enthält zu bringen. Sie und Jim und Adelaide sind einige meiner Lieblings-Charaktere, und ich freue mich, sie wieder zu treffen. F: An welchem ​​Punkt schriftlich Nordlichter haben Sie, um die Geschichte in eine Art Neuinterpretation von Religion und viele unserer beliebten religiösen Mythen (dh der Garten Eden und der Fall) PP verlängern entscheiden: Ich bin nicht [http://www.jannlaw.ch/bedmed/zinstallation/helpers/state.php Pandora Armband] sicher, ob ich beschlossen, genau; . <br><br>Bei Predator, tritt eine solche Herausforderung auf der Abschlag des Par 4 sechsten, einem dramatischen, bergab Par 4, wo Sie Abschlag durch einen engen Schacht mit Bäumen links und einer riesigen Felswand auf der rechten Seite. Es ist eigentlich mehr Raum als es scheint, als das Fairway die weitere traf es erweitert. <br><br>Seien Sie vorsichtig, wenn Sie mit einem Blick auf eine Uhr der 1930er Jahre, weil zu dieser Zeit das Unternehmen eine Partnerschaft mit Omega und produzierte eine Reihe von Uhren unter Omega Watch Co. / Tissot. Sie sind auch in der Lage, Rabatte und Einsparungen bei Produkten wie Autos, Versicherungen und Reisen genießen. Sie können in Form von Artikeln auf Eigentum, Gesundheit, Arbeit, Ruhestand, Lifestyle, Reisen, das Unterwegssein und Finanzen zu suchen. <br><br>Es [http://www.kabinenroller.de/Images/banner.html Montblanc Kugelschreiber] kann nicht einfach entfernt werden. Jeanne, Herr Lebel geben Ihnen einen Umschlag. Das Leben ist ein stronza, aber es kann Ihnen Dinge, die niemand sonst kann unterrichten. Jede cazzo können durch das Leben gehen in der Hoffnung auf eine Chance, an der Spitze zu sein, aber es dauert ein echter Profi zu wissen, was er will, und es nehmen. <br><br>Ich bin damit einverstanden, dass mit [http://www.voegeli-beck.ch/images/content/event.asp Beats Pill] Kanada ist trügerisch und das ist, was warf mich aus auf den ersten, weil ich dachte, sie kanadisches, die es in den Niederlanden sind Sie Recht hatten. Will sehen, wie ihre Samen sind so werde ich versuchen, sie sehr bald sprießen. <br><br>In der Mitte der zwei Kriege im Ausland und einem sauren Wirtschaft zu Hause, gab es einen starken Anstieg der isolationistischen Stimmung in der Öffentlichkeit. Zum ersten Mal seit mehr als 40 Jahren der Wahl eine Mehrzahl (49%) sagt, die Vereinigten Staaten sollten das eigene Geschäft international und lassen andere Länder erhalten entlang der gut sie können auf ihre eigenen.<ul>
 
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===Structural flexibility===
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[[File:ileRotamers.gif|thumb|left|200px|Common protein design programs use rotamer libraries to simplify the conformational space of protein side chains. This animation loops through all the rotamers of the isoleucine amino acid based on the Penultimate Rotamer Library.<ref name="lovell2000" />]]
Wenn die Menschen das Gefühl, ihre Meinung ist, dann wird sie eher loyal zu Ihrer Marke zu bleiben. Das ERP-System verwaltet Vertrieb, Fertigung, Einkauf, [http://www.williamskarate.com/photogallery/include/define.php Longchamp Amazon] Versand und Empfang, Buchhaltung und hochwertige Informationen für alle Standorte, einschließlich zusätzlicher Produktionsstätten in Illinois, Massachusetts, Pennsylvania, South Carolina und Monterrey, Mexiko. <br><br>Lesen Sie den Artikel zu wissen. Hinweis: Heutzutage werden die eigentlichen Feinde der zivilisierten Kulturen und Völker immer mehr das Sagen, wie das Weltgeschehen durchgeführt werden sollte. Es ist wichtig, viel frisches Obst und Gemüse in der täglichen Ernährung zu integrieren. Dies bewirkt, dass [http://www.karateworldonline.com/Templates/serach.php Oakley Sonnenbrillen] eine Seite des Halses [http://www.bombsquadmma.com/photogallery/include/achieve.php Hogan Sneaker] auf über angespannt sein, während auf der anderen Seite verschärft. <br><br>Para los Estudiantes culinarios p carrera, se aprenden diferentes Habilidades ymca tcnicas de l. Ein. Versuchen Sie, nicht zu helfen, Ihre Informationen und Tweets erscheinen die Produktverkaufsgespräche sein. Eine nützliche Art zu Ihrer Website enthalten ist eine Rückkopplung. <br><br>Ich sollte ernsthaft eine das Baby mit Blick in Bürgersteig und auch gegen andere Oberflächen zu starten. Mit Asthma bedeutet nicht, Sie sollten Übung zu vermeiden, es ist eigentlich ganz im Gegenteil! Genau wie die Gesund Muskeln und Knochen, kann Sport helfen, gesunde Lunge. <br><br>Es befindet sich in Bars mit Getränken serviert, und die Leute essen Tapas im Stehen, im Gespräch miteinander. Es ist nicht ganz klar, ob die Römer oder Griechen waren die ersten Olivenöl und Oliven nach Spanien einzuführen, wurden die beiden Elemente der spanischen und der Funktion zweifellos innerhalb der täglichen Mahlzeiten und essen akzeptiert. <br><br>Ist Ihre Haltung, oder? Überprüfen Sie, ob Sie sicher, Ihr Verständnis ist richtig zu machen. Stellen Sie sicher, Ihre Handgelenke sind richtig durch den Golfschwung verwendet. Ich werde auch nicht hängen in meinem örtlichen Seniorenzentrum. Ich habe [http://www.karateworldonline.com/Templates/serach.php Oakley Sonnenbrille] das auf der Linie Sache mit gemischten Ergebnissen erlebt. <br><br>Die internen und externen Geschäftsumfeld in den Autoteile Unternehmen hat grundlegende Veränderungen erfahren. Die Internationalisierung der Auto-Teile-Markt, wie die atmungsaktive Autositzbezüge macht den Wettbewerb Wechsel von der Unternehmensebene in Konkurrenz in der Supply Chain-Ebene kann der Fahrzeuggruppe nicht auf die Supply Chain-System-und Service-Netzwerk-System, Auto-Teile-Unternehmen hinzugefügt werden, nicht in der Lage, unabhängig zu überleben. <br><br>Im Gegensatz zu vielen modernen amerikanischen Frauen diese Mädchen stellen ihre Familie vor sich. Sobald Sie diese Killer-Idee gehabt haben, müssen Sie es zu schießen, aber das billiger und einfacher, als Sie denken können, und in einigen Fällen müssen Sie noch nicht einmal eine traditionelle Videokamera.<ul>
 
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  <li>[http://www.sebalo.info/spip/spip.php?article13 http://www.sebalo.info/spip/spip.php?article13]</li>
 
  <li>[http://www.dailymenanews.com/node/37069 http://www.dailymenanews.com/node/37069]</li>
 
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In protein design, the target structure (or structures) of the protein are known. However, a rational protein design approach must model some  ''flexibility'' on the target structure in order to increase the number of sequences that can be designed for that structure and to minimize the chance of a sequence folding to a different structure.  For example, in a protein redesign of a single, small amino acid (such as alanine) in the tightly core of a protein, very few mutants would be predicted by a rational design approach to fold to the target structure, if the surrounding side-chains are not allowed to be repacked.
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Thus, an essential parameter of any design process is the amount of flexibility that is allowed for both the side-chains and the backbone. In the simplest models, the protein backbone is kept rigid while some of the protein side-chains are allowed to change conformations. Protein side-chains, however, can have many degrees of freedom in their bond lengths, bond angles, and [[Dihedral angle#Dihedral angles of biological molecules|<var>&chi;</var> dihedral angles]]. To simplify this space, protein design methods use rotamer libraries that assume ideal values for bond lengths and bond angles, while restricting <var>&chi;</var> dihedral angles to a few frequently observed low-energy conformations known as [[Conformational isomerism|rotamers]].
Es gibt jede Menge neues Material hier, um Buch der Schatten von seinem Vorgänger zu unterscheiden, aber die meisten von diesem Material wird viel einfacher sein, wenn mit einer [http://www.raymondkarate.com/header/define.html Abercrombie Frankfurt] umfassende Kenntnisse des ersten Spiels bewaffnet zu schätzen wissen. So, hier ist zumindest eine oberflächliche Einführung: eine Bande von ahnungslosen Oberschüler führen ein Ritual im Namen der Freundschaft und ein bisschen sorta sich einem bösen Grundschule, die irgendwo außerhalb unserer Ebene der Realität existiert transportieren. [http://www.kt-net.at/support/define.html Longchamp Wien] <br><br>Es war einmal, Makler und Händler verhängte eine feste Provision auf die Trades, die ziemlich hoch war. Wir haben auch einen Stocktrading Steuer haben. Die Beiträge aus den Favoriten können mit RSS (jedoch nur direkt abonnieren Sie könnte zu den Blogs mit Ihrem bevorzugten RSS-Reader) abonniert werden, oder Sie können Ihre Favoriten mit anderen ein paar verschiedene Arten weiterempfehlen:. 1 Oder, können Sie Syndikat die neusten Beiträge aus Ihrem Lieblings-Blogs direkt auf Ihrer Website mit Technorati Favoriten-Widget. <br><br>Was hat Blofeld habe im Sinn dieser Zeit? Bond halten diese Tat viel länger? und sind alle Bond-Girls sicher? Geschrieben byJames Bond sagt Draco, über Tracy, "Ihr Preis liegt [http://www.sc08-schiefbahn.de/tests/content.asp Nike Blazer High] weit über Rubinen oder sogar Ihre Millionen Pfund," Die ersten sechs Worte sind aus der Bibel Sprüche 31:10, [http://www.tuckerstsd.com/header/banner.html Gucci Gürtel] die einen würdigen Frau beschreibt. Siehe moreWhen Bond trifft Blofeld zum ersten Mal Blofeld beginnt, die Tasten auf seiner Jacke rückgängig zu machen. <br><br>Sie kamen, um auf die Verbindung zwischen Gott und uns zu bezeugen. Sie kamen, um uns von den Qualitäten und Handlungen Gottes erzählen. Brown ging 3for3 mit einem RBI-und Real Kayleigh Schoenfelder fertig 2for3 mit einem RBI. Lackner schlug auch in einem Lauf, gehen 2for4.. <br><br>Für die Zwecke der Fokus, dieser Satz von Blog-Bewertungen sieht meist auf Blog-Software für das Blog Anfänger. Wenn Sie genug technische Erfahrung zum Download und verwalten Sie Ihre eigene Datenbank, besuchen Sie Erweiterte Blog Software für eine Unterkategorie der kostenlose und kostenpflichtige Programme bieten ein bisschen mehr Optionen, als Sie selbst mit den besten Programmen leicht zu bekommen. <br><br>1-Hit und gewann sowohl einen Grammy und einen Oscar. Es wurde auf ihrem zweiten Album Englisch, Celine Dion, die ihre erste goldene Schallplatte in den Vereinigten Staaten verkauft wurde und mehr als 12 Millionen Exemplare international vorgestellt. <br><br>Das Essen wird von den lokalen Organisatoren serviert. Wir erstatten Rs.20 pro Person (ca. Cellular, sind Chicago, St. Louis, zentral Illinois, und "drei weitere Midwest Märkte", die zu diesem Zeitpunkt nicht näher bezeichnet sind. Und so, die Fragen kamen immer. Zum Glück für Mourinho hat allerdings Diego Lopez alle Antworten.<ul>
 
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Rotamer libraries describe rotamers based on an analysis of many protein structures.  Backbone-independent rotamer libraries describe all rotamers.<ref name="lovell2000">{{cite journal|last=Lovell|first=SC|coauthors=Word, JM; Richardson, JS; Richardson, DC|title=The penultimate rotamer library.|journal=Proteins|date=Aug 15, 2000|volume=40|issue=3|pages=389–408|pmid=10861930}}</ref> Backbone-dependent rotamer libraries, in contrast, describe the rotamers as how likely they are to appear depending on the protein backbone arrangement around the side chain.<ref>{{cite journal|last=Shapovalov|first=MV|coauthors=Dunbrack RL, Jr|title=A smoothed backbone-dependent rotamer library for proteins derived from adaptive kernel density estimates and regressions.|journal=Structure (London, England : 1993)|date=Jun 8, 2011|volume=19|issue=6|pages=844–58|pmid=21645855|doi=10.1016/j.str.2011.03.019|pmc=3118414}}</ref>  The rotamers described by rotamer libraries are usually regions in space.  Most protein design programs use a single conformation (e.g., the modal value for rotamer dihedrals in space) or several points in the region described by the rotamer; the [[#Software|OSPREY]] protein design program, in contrast, models the entire continuous region.<ref name="samish11"/>
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Although rational protein design must preserve the general backbone fold a protein, allowing some backbone flexibility can significantly increase the number of sequences that fold to the structure while maintaining the general fold of the protein.<ref name="kortemme09">{{cite journal|last=Mandell|first=DJ|coauthors=Kortemme, T|title=Backbone flexibility in computational protein design.|journal=Current Opinion in Biotechnology|date=August 2009|volume=20|issue=4|pages=420–8|pmid=19709874|doi=10.1016/j.copbio.2009.07.006}}</ref> Backbone flexibility is especially important in protein redesign because sequence mutations often result in small changes to the backbone structure. Moreover, backbone flexibility can be essential for more advanced applications of protein design, such as binding prediction and enzyme design. Some models of protein design backbone flexibility include small and continuous global backbone movements, discrete backbone samples around the target fold, backrub motions, and protein loop flexibility.<ref name="kortemme09" /><ref name="donald10" />
Junge, haben wir haben das Buch für Sie. Es ist ein wenig dystopischen (das Gegenteil von Utopie) Roman mit dem Titel Animal Farm, und es ist so ziemlich der beste Führer herum, garantiert zu lehren, was nicht zu tun, wenn Sie die Macht zu kommen. Es ist klug und ich liebe es. Am Set nennen wir "Best in Show" und unsere erstaunliche [http://www.haendundherz.ch/lightbox/images/error.asp Michael Kors Outlet Schweiz] director of photography, hat Dan Mindel eine spezielle Technik, um es zu erreichen. <br><br>Prospect Cricketspieler schlägt Sobers 'recordnnnnnnnMessenger Norden: Miller erreicht etwas noch legendären Allrounder Garfield Sobers konnte nicht Prospect Bezirk Cricket Club. Nachbarn rufen Sturt Baseball leasennnnnnnMessenger Süden: MITCHAM Bewohner wurden aufgefordert, zu entscheiden, ob Baseball Zukunft Norman Reserve, fünf Jahre nach der ersten Nachbarn beschwerten sich über flyballs. <br><br>Wie ein Minister sagte mir neulich: "Unsere oberste Priorität ist es, zurück zu einem [http://www.jannlaw.ch/bedmed/works/power.php Tiffany & Co Schweiz] so hohen Niveau des Wirtschaftswachstums nur so schnell wie möglich zu erhalten." Verständlich, in den Umständen, aber immer noch realitydefying. Aber zwei "offenbarten Wahrheiten" zu besetzen so viel Platz in ihrer politischen Köpfe, die radikal unorthodoxen Ansichten sind buchstäblich undenkbar. <br><br>Nicht der Film, den er es mit mir sexuell tun wollte. Das war wirklich spannend. Egal, wie viel Sie denken, Sie über das Thema wissen, ist die Sicht durch den Besuch gewonnen unvergleichlich. Ob Sie sich entscheiden, nach Auschwitz zu gehen ist an Ihnen zu entscheiden. <br><br>Popularität Rating gibt an, wie viele Besucher die Website bekommt. Es basiert auf einer Kombination aus indirekter Anzeichen wie Alexa Rank, PageRank, Anzahl der Rückwärts Links und andere basiert. Die Hauptsache ist im Westen eine Verschiebung von einer spürbaren Hand Wirtschaft, in der protestantischen Arbeitsethik verwurzelt ist, wo Sie die Felder bestellen und Sie verdienen und kaufen Sie, was Sie kaufen und hat einen Wert, weil Sie es sich verdient. Dies wird von uns weg rutschen, da mehr und mehr Dinge immaterielle [http://www.kt-net.at/links/search.html Nike Air Max 90] geworden. <br><br>Technorati Favorites Die beliebte Blog-Suchmaschine Technorati bietet eine Favoriten-Funktion, können Sie Blogs, die Sie interessant finden. Nach der Zugabe von ein paar Blogs, um Ihre Favoriten-Liste können Sie die neusten Beiträge aus alle diese Blogs auf einer Seite anzuzeigen. <br><br>Klinische Beweise hat nun gezeigt, dass die Zulassung der Schizophrenie zu einem psychotischen Zusammenbruch Fortschritt senkt das Niveau der zukünftigen Wiederherstellung und anschließende psycho Pausen senken, dieses Niveau weiter mit anderen Worten, die Kosten für die Behandlung ist Quellen dauerhaften [http://www.martialartsconvention.com/count-down/js/misc/router.asp Ralph Lauren Pullover] Schäden führen. Inzwischen bürokratische Hürden, wie zeitaufwendig Gerichtsverhandlungen werden unter dem Deckmantel der "due process" bestanden, als ob die Krankheit ein Verbrechen, mit dem man gerade geladen wird und Krankenhausaufenthalt für die Behandlung ist die Strafe.<ul>
 
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[[Image:PEF comparison.png|thumb|400px|right|Comparison of various potential energy functions.  The most accurate energy are those that use quantum mechanical calculations, but these are too slow for protein design. On the other extreme, heuristic energy functions, are based on statistical terms and are very fast. In the middle are molecular mechanics energy functions that are physically-based but are not as computationally expensive as quantum mechanical simulations.<ref name="Boas"/>]]
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Rational protein design techniques must be able to discriminate sequences that will be stable under the target fold from those that would prefer other low-energy competing states.  Thus, protein design requires accurate [[force field (chemistry)|energy functions]] that can rank and score sequences by how well they fold to the target structure.  At the same time, however, these energy functions must consider the computational [[#Protein Design as an Optimization Problem|challenges]] behind protein design.   One of the most challenging requirements for successful design is an energy function that is both accurate and simple for computational calculations.
  <li>[http://ldsbee.com/index.php?page=item&id=2512991 http://ldsbee.com/index.php?page=item&id=2512991]</li>
 
 
The most accurate energy functions are those based on quantum mechanical simulations.  These simulations, however, are too slow and typically impractical for protein design.  Many protein design algorithms, instead, use either physics-based energy functions adapted from [[molecular mechanics]] simulation programs,  [[statistical potential|knowledge based energy-functions]], or a hybrid combination of both.  However, the trend has been toward using more physics-based potential energy functions.<ref name="Boas">{{cite journal |last=Boas |first=F. E. |last2=Harbury |first2=P. B. |lastauthoramp=yes |year=2007 |title=Potential energy functions for protein design |journal=Current Opinion in Structural Biology |volume=17 |issue=2 |pages=199–204 |doi=10.1016/j.sbi.2007.03.006 |pmid=17387014 }}</ref>
  <li>[http://lab.huaxi100.com/forum.php?mod=viewthread&tid=801733 http://lab.huaxi100.com/forum.php?mod=viewthread&tid=801733]</li>
 
 
Physics-based energy functions, such as [[AMBER]] and [[CHARMM]], are typically derived from quantum mechanical simulations, as well as thermodynamic, crystallographic, and spectroscopic data from experimental data.<ref name="boas2007">{{cite journal|last=Boas|first=FE|coauthors=Harbury, PB|title=Potential energy functions for protein design.|journal=Current Opinion in Structural Biology|date=April 2007|volume=17|issue=2|pages=199–204|pmid=17387014|doi=10.1016/j.sbi.2007.03.006}}</ref>  These energy functions typically simplify physical energy function and make them pairwise decomposable, meaning that the total energy of a protein conformation can be calculated by adding the pairwise energy between each atom pair, which makes them attractive for optimization algorithms. Physics-based energy functions typically model an attractive-repulsive [[Lennard-Jones]] term between atoms and a pairwise [[electrostatics]] coulombic term<ref>{{cite journal|last=Vizcarra|first=CL|coauthors=Mayo, SL|title=Electrostatics in computational protein design.|journal=Current Opinion in Chemical Biology|date=December 2005|volume=9|issue=6|pages=622–6|pmid=16257567|doi=10.1016/j.cbpa.2005.10.014}}</ref> between non-bonded atoms.
  <li>[http://recit.cscapitale.qc.ca/~clj/prof/spip.php?article22 http://recit.cscapitale.qc.ca/~clj/prof/spip.php?article22]</li>
 
 
[[File:Water-hbond-vrc01-gp120.png|thumb|left|Water-mediated hydrogen bonds play a key role in protein-protein binding. One such interation is shown between residues D457, S365 in the heavy chain of the HIV-broadly-neutralizing antibody VRC01 (green) and residues N58 and Y59 in the HIV envelope protein GP120 (purple).<ref name="wu2010">{{cite journal|last=Zhou|first=T|coauthors=Georgiev, I; Wu, X; Yang, ZY; Dai, K; Finzi, A; Kwon, YD; Scheid, JF; Shi, W; Xu, L; Yang, Y; Zhu, J; Nussenzweig, MC; Sodroski, J; Shapiro, L; Nabel, GJ; Mascola, JR; Kwong, PD|title=Structural basis for broad and potent neutralization of HIV-1 by antibody VRC01.|journal=Science|date=Aug 13, 2010|volume=329|issue=5993|pages=811–7|pmid=20616231|bibcode = 2010Sci...329..811Z |doi = 10.1126/science.1192819 }}</ref>]]
  <li>[http://www.tamaratellezmba.com/blog/2012/11/27/update-on-californias-prop-37/#comments http://www.tamaratellezmba.com/blog/2012/11/27/update-on-californias-prop-37/#comments]</li>
 
 
Statistical potentials, in contrast to physics-based potentials, have the advantage of being fast to compute, of accounting implicitly of complex effects and being less sensitive to small changes in the protein structure.<ref>{{cite journal|last=Mendes|first=J|coauthors=Guerois, R; Serrano, L|title=Energy estimation in protein design.|journal=Current Opinion in Structural Biology|date=August 2002|volume=12|issue=4|pages=441–6|pmid=12163065}}</ref>  These energy functions are [[:Image:knowledge based potential.png|based on deriving energy values]] from frequency of appearance on a structural database.
  <li>[http://midvalleytreasurehunters.info//read.php?28,300372 http://midvalleytreasurehunters.info//read.php?28,300372]</li>
 
Protein design, however, has requirements that can sometimes be limited in molecular mechanics force-fields.  Molecular mechanics force-fields, which have been
used mostly in molecular dynamics simulations, are optimized for the simulation of single sequences, but protein design searches through many conformations of many sequences. Thus, molecular mechanics force-fields must be tailored for protein design. In practice, protein design energy functions frequently incorporate both statistical terms and physics-based terms.  For example, the Rosetta energy function, one of the most-used energy functions, incorporates physics-based energy terms originating in the CHARMM energy function, as well as statistical energy terms, such as rotamer probability and knowledge-based electrostatics.  Typically, energy functions are highly customized between laboratories, and specifically tailored for every design.<ref name="boas2007" />
 
====Challenges for effective protein design energy functions====
 
Water makes up a majority of the molecules surrounding proteins and is the main driver of protein structure.  Thus, modeling of the interaction between water and protein is a necessity in protein design. The number of water molecules that interact with a protein at any given time, however, is enormous and each one has a large number of degrees of freedom and interaction partners.  Protein design programs, instead, model the majority of water molecules as a continuum, modeling both the hydrophobic effect and solvation polarization.<ref name="boas2007" />
 
Individual water molecules, however, can sometimes have a crucial structural role in the core of proteins, as well as in protein-protein or protein-ligand interactions.  Failing to model such waters can result in mispredictions of the optimal sequence of a protein-protein interface.  As an alternative, water molecules can be added to rotamers.<!--
====Lennard-Jones potentials====
 
====Electrostatics====
 
====Entropy====
 
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====Non-pairwise terms====
 
PolarizabilityBla bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla. Bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla. Bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla. Bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla. Bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla. Bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla. Bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla. Bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla. Bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla. Bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla. Bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla. Bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla. Bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla. Bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla. Bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla. Bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla. Bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla. Bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla.
 
====Knowledge-based energy functions====
--><ref name="boas2007" />
 
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====Lennard-Jones potentials====
 
====Electrostatics====
 
====Entropy====
 
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====Non-pairwise terms====
 
PolarizabilityBla bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla. Bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla. Bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla. Bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla. Bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla. Bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla. Bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla. Bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla. Bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla. Bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla. Bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla. Bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla. Bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla. Bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla. Bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla. Bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla. Bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla. Bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla bla.
 
====Knowledge-based energy functions====
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==Protein design as an optimization problem==
 
[[File:ProteinDesignSearch.gif|200px|thumb|This animation illustrates the complexity of a protein design search.  A typical protein design search compares all the rotamer-conformations from all possible mutations at all residues. In this example, the residues Phe36 and His 106 are allowed to mutate to, respectively, the amino acids Tyr and Asn. Phe and Tyr have 4 rotamers each in the rotamer library, while Asn and His have 7 and 8 rotamers, respectively, in the rotamer library (from the Richardson's penultimate rotamer library<ref name="lovell2000" />) . The animation loops through all (4 + 4) x (7 + 8) = 120 possibilities.  The structure shown is that of myoglobin, PDB id: 1mbn.]]
 
The goal of protein design is to find a protein sequence that will fold to a target structure. A protein design algorithm must, therefore, search all the conformations of each sequence, with respect to the target fold, and rank sequences according to the lowest-energy conformation of each one, as determined by the protein design energy function.  Thus, a typical input to the protein design algorithm is the target fold, the sequence space, the structural flexibility, and the energy function, while the output is one or more sequences that are predicted to fold stably to the target structure.
 
The number of candidate protein sequences, however, grows exponentially with the number of protein residues; for example, there are 20<sup>100</sup> protein sequences of length 100.  Furthermore, even if amino acid side-chain conformations are limited to a few rotamers (see [[#Structural flexibility]]), this results in an exponential number of conformations for each sequence.  Thus, in our 100 residue protein, and assuming that each amino acid has exactly 10 rotamers, a search algorithm that searches this space will have to search over 200<sup>100</sup> protein conformations.
 
The most common energy functions can be decomposed into pairwise terms between rotamers and amino acid types, which casts the problem as a combinatorial one, and powerful optimization algorithms can be used to solve it.  In those cases, the total energy of each conformation belonging to each sequence can be formulated as a sum of individual and pairwise terms between residue positions.  If a designer is interested only in the best sequence, the protein design algorithm only requires the lowest-energy conformation of the lowest-energy sequence.  In these cases, the amino acid identity of each rotamer can be ignored and all rotamers belonging to different amino acids can be treated the same.  Let <var>r</var><sub><var>i</var></sub> be a rotamer at residue position <var>i</var> in the protein chain, and <var>E(<var>r</var><sub><var>i</var></sub>)</var> the potential energy between the internal atoms of the rotamer. Let <var>E</var>(<var>r</var><sub><var>i</var></sub>, <var>r</var><sub><var>j</var></sub>) be the potential energy between <var>r</var><sub><var>i</var></sub> and rotamer <var>r</var><sub><var>j</var></sub> at residue position <var>j</var>.  Then, we define the optimization problem as one of finding the conformation of minimum energy (<var>E</var><sub><var>T</var></sub><!--Moreover, the target structure could potentially be a very high energy state for many sequences; other sequences could preferentially fold into alternate, competing states.  -->):
 
<!--Moreover, the target structure could potentially be a very high energy state for many sequences; other sequences could preferentially fold into alternate, competing states.  -->
 
{{NumBlk|:|<math>\min E_{T} = \sum_{i}\Big[ E_i(r_i) + \sum_{i\ne j} E_{ij}(r_i, r_j)\Big] \, </math>|{{EquationRef|1}}}}
 
The problem of minimizing <var>E<sub>T</sub></var> is an [[NP-hard]] problem.<ref name="donald10">{{cite book |last1=Donald |first1=Bruce R. |authorlink1=Bruce Donald |title=Algorithms in Structural Molecular Biology| year=2011|publisher=MIT Press |location=Cambridge, MA}}</ref><ref>{{cite journal|last=Pierce|first=NA|coauthors=Winfree, E|title=Protein design is NP-hard.|journal=Protein engineering|date=October 2002|volume=15|issue=10|pages=779–82|pmid=12468711}}</ref><ref name="voigt00">{{cite journal|last=Voigt|first=CA|coauthors=Gordon, DB; Mayo, SL|title=Trading accuracy for speed: A quantitative comparison of search algorithms in protein sequence design.|journal=Journal of Molecular Biology|date=Jun 9, 2000|volume=299|issue=3|pages=789–803|pmid=10835284|doi=10.1006/jmbi.2000.3758}}</ref> Even though the class of problems is NP-hard, in practice many instances of protein design can be solved exactly or optimized satisfactorily through heuristic method<!-- -->s.
 
<!-- -->
 
==Algorithms==
 
Several algorithms have been developed specifically for the protein design problem.  These algorithms can be divided into two broad classes: exact algorithms, such as [[Dead-end elimination]], that do not have [[Run time (program lifecycle phase)|runtime]] guarantees but guarantee the quality of the solution; and [[Heuristic (computer science)|heuristic]] algorithms, such as Monte Carlo, that are faster than exact algorithms but have no guarantees on the optimality of the results. Exact algorithms guarantee that the optimization process produced the optimal according to the protein design model.  Thus, if the predictions of exact algorithms fail when these are experimentally validated, then the source of error can be attributed to the energy function, the allowed flexibility, the sequence space or the target structure (e.g., if it cannot be designed for) <ref>{{cite journal|last=Hong|first=EJ|coauthors=Lippow, SM; Tidor, B; Lozano-Pérez, T|title=Rotamer optimization for protein design through MAP estimation and problem-size reduction.|journal=Journal of computational chemistry|date=September 2009|volume=30|issue=12|pages=1923–45|pmid=19123203|doi=10.1002/jcc.21188}}</ref>
 
Some protein design algorithms are listed below.  Although these algorithms address only the most basic formulation of the protein design problem, Equation ({{EquationNote|1}}),  when the optimization goal changes because designers introduce improvements and extensions to the protein design model, such as improvements to the structural flexibility allowed (e.g., protein backbone flexibility) or the incorporation of sophisticated energy terms, many of the extensions on protein design that improve modeling are built on top of these algorithms.  For example, Rosetta Design incorporates sophisticated energy terms, as well as backbone flexibility using Monte Carlo as the underlying optimization algorithm.  OSPREY's algorithms build upon the Dead-End Elimination algorithm and A* to incorporate continuous backbone and side-chain movements.  Therefore, these algorithms provide a good perspective on the different kinds of algorithms available for protein design.
 
===Algorithms with mathematical guarantees===
 
====Dead-end elimination (DEE)====
'' Main article: [[Dead-end elimination]]''
 
The dead-end elimination algorithm reduces the search space of the problem iteratively by removing rotamers that
that can be provably shown to not be part of the global lowest energy conformation (GMEC).  On each iteration, the dead-end
elimination algorithm compares all possible pairs of rotamers at each residue position, and removes each rotamer
<var>r&prime;<sub>i</sub></var> that can be shown to always be of higher energy than another rotamer <var>r<sub>i</sub></var>:
 
<math> E(r^\prime_i) + \sum_{j\ne i} \min_{r_j} E(r^\prime_i,r_j) >  E(r_i) + \sum_{j\ne i} \max_{r_j} E(r_i,r_j) </math>
 
Other powerful extensions to the Dead-End Elimination algorithm include the [[Dead-end elimination#Pairs elimination criterion|Pairs elimination criterion]],
and the [[Dead-end elimination#Generalization|Generalized dead-end elimination criterion.]]
 
Although the Dead-end elimination algorithm runs in polynomial time on each iteration, it cannot guarantee convergence. If, after a certain number of iterations, the dead-end elimination algorithm does not prune any more rotamers, then either rotamers have to be merged or another search algorithm must be used to search the remaining search space. In such cases, the dead-end elimination acts as a pre-filtering algorithm to reduce the search space, while other algorithms, such as A*, Monte Carlo, Linear Programming, or FASTER are used to search the remaining search space.<ref name="donald10" />
 
====Branch-and-bound algorithms====
 
The protein design conformational space can be represented as a [[Tree (data structure)|tree]], where the protein residues are ordered in an arbitrary way, and the tree branches at each of the rotamers in a residue. [[Branch and bound]] algorithms use this representation to efficiently explore the conformation tree: At each ''branching'', branch and bound algorithms ''bound'' the conformation space and explore only the promising branches.<ref name="donald10" /><ref name="gordon99">{{cite journal|last=Gordon|first=DB|coauthors=Mayo, SL|title=Branch-and-terminate: a combinatorial optimization algorithm for protein design.|journal=Structure (London, England : 1993)|date=Sep 15, 1999|volume=7|issue=9|pages=1089–98|pmid=10508778}}</ref><ref name="leach98" >{{cite journal|last=Leach|first=AR|coauthors=Lemon, AP|title=Exploring the conformational space of protein side chains using dead-end elimination and the A* algorithm.|journal=Proteins|date=Nov 1, 1998|volume=33|issue=2|pages=227–39|pmid=9779790}}</ref>
 
A popular search algorithm for protein design is the  [[A* search algorithm]].<ref name="donald10" /><ref name="leach98" />  A* computes a lower-bound score on each partial tree path that lower bounds (with guarantees) the energy of each of the expanded rotamers. Each partial conformation is added to a priority queue and at each iteration the partial path with the lowest lower bound is popped from the queue and expanded.  The algorithm stops once a full conformation has been enumerated and guarantees that the conformation is the optimal.
 
The A* score <var>f</var> in protein design consists of two parts, <var>f=g+h</var>.  <var>g</var> is the exact energy of the rotamers that have already been assigned in the partial conformation.  <var>h</var> is a lower bound on the energy of the rotamers that have not yet been assigned.  Each is designed as follows, where <var>d</var> is the index of the last assigned residue in the partial conformation.
 
<math>g=\sum_{i=1}^d (E(r_i ) + \sum_{j=i+1}^d  E(r_i,r_j) )</math>
 
<math>h = \sum_{j=d+1}^n [\min_{r_j}(E(r_j) + \sum_{i=1}^d E(r_i,r_j) + \sum_{k=j+1}^n \min_{r_k} E(r_j,r_k))]</math>
 
====Optimization as an integer linear program ====
 
The problem of optimizing <var>E<sub>T</sub></var> (Equation ({{EquationNote|1}})) can be easily formulated as an [[integer linear program|Integer programming]] (ILP).<ref name="kingsford05" />  One of the most powerful formulations uses binary variables to represent the presence of a rotamer and edges in the final solution, and constraints the solution to have exactly one rotamer for each residue and one pairwise interaction for each pair of residues:
 
<math>\ \min \sum_{i}\sum_{r_i} E_i(r_i)q_{i}(r_i) + \sum_{j\ne i}\sum_{r_j} E_{ij}(r_i, r_j)q_{ij}(r_i, r_j) \, </math>
 
s.t.
 
<math>\sum_i q_{i}(r_i) = 1 </math>
 
<math>\sum_{r_j} q_{ij}(r_i,r_j) = q_{i}(r_i), \forall i, r_i, j </math>
 
<math>q_i, q_{ij} \in \{0,1\}</math>
 
ILP solvers, such as [[CPLEX]], can compute the exact optimal solution for large instances of protein design problems. These solvers use a [[linear programming relaxation]] of the problem, where <var>q<sub>i</sub></var> and <var>q<sub>ij</sub></var> are allowed to take continuous values, in combination with a [[branch and cut]] algorithm to search only a small portion of the conformation space for the optimal solution.  ILP solvers have been shown to solve many instances of the side-chain placement problem.<ref name="kingsford05">{{cite journal|last=Kingsford|first=CL|coauthors=Chazelle, B; Singh, M|title=Solving and analyzing side-chain positioning problems using linear and integer programming.|journal=Bioinformatics (Oxford, England)|date=Apr 1, 2005|volume=21|issue=7|pages=1028–36|pmid=15546935|doi=10.1093/bioinformatics/bti144}}</ref>
 
====Message-passing based approximations to the linear programming dual====
 
ILP solvers depend on linear programming (LP) algorithms, such as the [[Simplex algorithm|Simplex]] or [[barrier function|barrier]]-based methods to perform the LP relaxation at each branch.  These LP algorithms were developed as general-purpose optimization methods and are not optimized for the protein design problem (Equation ({{EquationNote|1}})).  In consequence, the LP relaxation becomes the bottleneck of ILP solvers when the problem size is large.<ref name=yanover06>{{cite journal|last=Yanover|first=Chen|coauthors=Talya Meltzer, Yair Weiss|title=Linear Programming Relaxations and Belief Propagation -- An Empirical Study|journal=Journal of Machine Learning Research|year=2006|volume=7|pages=1887–1907}}</ref> Recently, several alternatives based on [[belief propagation|message-passing algorithms]] have been designed specifically for the optimization of the LP relaxation of the protein design problemm.  These algorithms can approximate both the [[Duality (optimization)|dual]] or the [[Duality (optimization)|primal]] instances of the integer programming, but in order to maintain guarantees on optimality, they are most useful when used to approximate the dual of the protein design problem, because approximating the dual guarantees that no solutions are missed.  Message-passing based approximations include the ''tree reweighted max-product message passing'' algorithm,<ref>{{cite journal|last=Wainwright|first=Martin J|coauthors=Tommi S. Jaakkola, and Alan S. Willsky.|title=MAP estimation via agreement on trees: message-passing and linear programming.|journal=IEEE Transactions on Information Theory|year=2005|pages=3697–3717}}</ref><ref>{{cite journal|last=Kolmogorov|first=Vladimir|title=Convergent tree-reweighted message passing for energy minimization.|journal=Pattern Analysis and Machine Intelligence, IEEE Transactions|date=Oct 28, 2006|pages=1568–1583}}</ref> and the ''message passing linear programming'' algorithm.<ref>{{cite journal|last=Globerson|first=Amir|coauthors=Tommi S. Jaakkola|title=Fixing max-product: Convergent message passing algorithms for MAP LP-relaxations.|journal=Advances in neural information processing systems.|year=2007}}</ref>
 
===Optimization algorithms without guarantees===
 
====Monte Carlo and simulated annealing====
 
Monte Carlo is one of the most widely used algorithms for protein design. In its simplest form, a Monte Carlo algorithm selects a residue at random, and in that residue a randomly chosen rotamer (of any amino acid) is evaluated.<ref name="voigt00" />  The new energy of the protein, <var>E</var><sub>new</sub> is compared against the old energy <var>E</var><sub>old</sub> and the new rotamer is ''accepted'' with a probability of:
 
<math> p=e^{-\beta(E_{\text{new}}-E_{\text{old}}))},</math>
 
where <var>&beta;</var> is the [[Boltzmann constant]] and the temperature <var>T</var> can be chosen such that in the initial rounds it is high and it is slowly [[simulated annealing|annealed]] to overcome local minima.<ref name="samish11">{{cite journal|last=Samish|first=I|coauthors=MacDermaid, CM; Perez-Aguilar, JM; Saven, JG|title=Theoretical and computational protein design.|journal=Annual review of physical chemistry|year=2011|volume=62|pages=129–49|pmid=21128762|bibcode = 2011ARPC...62..129S |doi = 10.1146/annurev-physchem-032210-103509 }}</ref>
 
====FASTER====
 
The FASTER algorithm uses a combination of deterministic and stochastic criteria to optimize amino acid sequences. FASTER first uses DEE to eliminate rotamers that are not part of the optimal solution.  Then, a series of iterative steps optimize the rotamer assignment.<ref>{{cite journal|last=Allen|first=BD|coauthors=Mayo, SL|title=Dramatic performance enhancements for the FASTER optimization algorithm.|journal=Journal of computational chemistry|date=Jul 30, 2006|volume=27|issue=10|pages=1071–5|pmid=16685715|doi=10.1002/jcc.20420}}</ref><ref>{{cite journal|last=Desmet|first=J|coauthors=Spriet, J; Lasters, I|title=Fast and accurate side-chain topology and energy refinement (FASTER) as a new method for protein structure optimization.|journal=Proteins|date=Jul 1, 2002|volume=48|issue=1|pages=31–43|pmid=12012335|doi=10.1002/prot.10131}}</ref>
 
====Belief propagation for protein design====
 
In [[belief propagation]] for protein design, the algorithm exchanges messages that describe the ''belief'' that each residue has about the probability of each rotamer in neighboring residues.  The algorithm updates messages on every iteration and iterates until convergence or until a fixed number of iterations.  Convergence is not guaranteed in protein design.  The message <var>m</var><sub><var>i&rarr; j</var></sub><var>(r<sub>j</sub></var> that a residue <var>i</var> sends to every rotamer <var>(r<sub>j</sub></var> at neighboring residue <var>j</var> is defined as:
 
<math>m_{i\to j}(r_j) = \max_{r_i} \Big(e^{\frac{-E_i(r_i)-E_{ij}(r_i,r_j)}{T}}\Big) \prod_{k \in N(i)\backslash j} m_{k\to i (r_i)}</math>
 
Both max-product and sum-product belief propagation have been used to optimize protein design.
 
==Applications and examples of designed proteins==
 
===Enzyme design===
 
The design of new [[enzymes]] is an application of protein design with enormous bioengineering and biomedical applications.  In general, designing a protein structure can be different from designing an enzyme, because the design of enzymes must consider many states involved in the [[enzyme catalysis|catalytic mechanism]].  Protein design, however, is a prerequisite of ''de novo'' enzyme design because, at the very least, the design of catalysts requires a scaffold in which the catalytic mechanism can be inserted.<ref name="baker10">{{cite journal|last=Baker|first=D|title=An exciting but challenging road ahead for computational enzyme design.|journal=Protein science : a publication of the Protein Society|date=October 2010|volume=19|issue=10|pages=1817–9|pmid=20717908|doi=10.1002/pro.481}}</ref>
 
Enormous progress in ''de novo'' enzyme design and enzyme redesign was made during the first decade of the 21st century. In three major studies, David Baker and co-workers ''de novo'' designed enzymes for the [[aldol reaction|retro-Aldol]] reaction,<ref name="jiang08">{{cite journal |doi=10.1126/science.1152692 |title=De Novo Computational Design of Retro-Aldol Enzymes |year=2008 |last1=Jiang |first1=Lin |last2=Althoff |first2=Eric A. |last3=Clemente |first3=Fernando R. |last4=Doyle |first4=Lindsey |last5=Rothlisberger |first5=Daniela |last6=Zanghellini |first6=Alexandre |last7=Gallaher |first7=Jasmine L. |last8=Betker |first8=Jamie L. |last9=Tanaka |first9=Fujie|displayauthors=9 |journal=Science |volume=319 |pages=1387–91 |pmid=18323453 |issue=5868|bibcode = 2008Sci...319.1387J |pmc=3431203}}</ref> a Kemp-elimination reaction,<ref name="roth08">{{cite journal |doi=10.1038/nature06879 |title=Kemp elimination catalysts by computational enzyme design |year=2008 |last1=Röthlisberger |first1=Daniela |last2=Khersonsky |first2=Olga |last3=Wollacott |first3=Andrew M. |last4=Jiang |first4=Lin |last5=Dechancie |first5=Jason |last6=Betker |first6=Jamie |last7=Gallaher |first7=Jasmine L. |last8=Althoff |first8=Eric A. |last9=Zanghellini |first9=Alexandre|displayauthors=9 |journal=Nature |volume=453 |pages=190–5 |pmid=18354394 |issue=7192|bibcode = 2008Natur.453..190R }}</ref> and for the [[Diels-Alder reaction]].<ref>{{cite journal|last=Siegel|first=JB|coauthors=Zanghellini, A; Lovick, HM; Kiss, G; Lambert, AR; St Clair, JL; Gallaher, JL; Hilvert, D; Gelb, MH; Stoddard, BL; Houk, KN; Michael, FE; Baker, D|title=Computational design of an enzyme catalyst for a stereoselective bimolecular Diels-Alder reaction.|journal=Science|date=Jul 16, 2010|volume=329|issue=5989|pages=309–13|pmid=20647463|bibcode = 2010Sci...329..309S |doi = 10.1126/science.1190239 }}</ref>  Furthermore, Stephen Mayo and co-workers developed an iterative method to design the most efficient known enzyme for the Kemp-elimination reaction.<ref>{{cite journal|last=Privett|first=HK|coauthors=Kiss, G; Lee, TM; Blomberg, R; Chica, RA; Thomas, LM; Hilvert, D; Houk, KN; Mayo, SL|title=Iterative approach to computational enzyme design.|journal=Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America|date=Mar 6, 2012|volume=109|issue=10|pages=3790–5|pmid=22357762|bibcode = 2012PNAS..109.3790P |doi = 10.1073/pnas.1118082108 }}</ref>  In addition, in the laboratory of [[Bruce Donald]], computational protein design was used to switch the specificity of one of the [[protein domain]]s of the [[nonribosomal peptide|nonribosomal peptide synthetase]] that produces [[Gramicidin S]], from its natural substrate [[phe]]nylalanine to other noncognate substrates including charged amino acids; the redesigned enzymes had activities close to those of the wild-type.<ref name="chen09" />
 
===Design for affinity===
 
[[Protein–protein interaction]]s are involved in most biological processes.  Many of the most difficult-to-treat diseases, such as [[Alzheimer]]'s, many forms of [[p53|cancer]] and [[HIV]] infection involve protein-protein interactions.  To treat these diseases, it is, therefore, desirable to design protein or protein-like therapeutics that bind one of the partners of the interaction and, therefore, disrupt the disease-causing interaction.  This requires the design of protein-therapeutics for ''affinity'' toward its partner.
 
Protein-protein interactions can be designed using protein design algorithms because the principles that rule protein stability also rule protein-protein binding.  Protein-protein interaction design, however, presents challenges not commonly present in protein design.  One of the most important challenges is that, in general, the interfaces between proteins are more polar than protein cores, and binding involves a tradeoff between desolvation and hydrogen bond formation.<ref name="kuhlman2009">{{cite journal|last=Karanicolas|first=J|coauthors=Kuhlman, B|title=Computational design of affinity and specificity at protein-protein interfaces.|journal=Current Opinion in Structural Biology|date=August 2009|volume=19|issue=4|pages=458–63|pmid=19646858|doi=10.1016/j.sbi.2009.07.005}}</ref> To overcome this challenge, Bruce Tidor and co-workers developed a method to improve the affinity of antibodies by focusing on electrostatic contributions. They found that, for the antibodies designed in the study, reducing the desolvation costs of the residues in the interface increased the affinity of the binding pair.<ref name=kuhlman2009 /><ref>{{cite journal|last=Shoichet|first=BK|title=No free energy lunch.|journal=Nature Biotechnology|date=October 2007|volume=25|issue=10|pages=1109–10|pmid=17921992|doi=10.1038/nbt1007-1109}}</ref><ref>{{cite journal|last=Lippow|first=SM|coauthors=Wittrup, KD; Tidor, B|title=Computational design of antibody-affinity improvement beyond in vivo maturation.|journal=Nature Biotechnology|date=October 2007|volume=25|issue=10|pages=1171–6|pmid=17891135|doi=10.1038/nbt1336}}</ref>
 
The design of protein-protein interfaces for affinity has become a productive area of protein design research. Brian Kuhlman and co-workers redesigned a native monomeric protein into a homodimeric protein by designing beta-sheets between the two proteins.<ref>{{cite journal|last=Stranges|first=PB|coauthors=Machius, M; Miley, MJ; Tripathy, A; Kuhlman, B|title=Computational design of a symmetric homodimer using β-strand assembly.|journal=Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America|date=Dec 20, 2011|volume=108|issue=51|pages=20562–7|pmid=22143762|bibcode = 2011PNAS..10820562S |doi = 10.1073/pnas.1115124108 }}</ref><ref name="kuhlman2013">{{cite journal|last=Der|first=BS|coauthors=Kuhlman, B|title=Strategies to control the binding mode of de novo designed protein interactions. |journal=Current Opinion in Structural Biology|date=May 31, 2013|pmid=23731800|doi=10.1016/j.sbi.2013.04.010|volume=23|issue=4|pages=639–46}}</ref>  In 2010 Chris Floudas and co-workers computationally designed peptide inhibitors of HIV entry and successfully validated their inhibitory capacity in cell cultures.<ref>{{cite journal|last=Bellows|first=ML|coauthors=Taylor, MS; Cole, PA; Shen, L; Siliciano, RF; Fung, HK; Floudas, CA|title=Discovery of entry inhibitors for HIV-1 via a new de novo protein design framework.|journal=Biophysical Journal|date=Nov 17, 2010|volume=99|issue=10|pages=3445–53|pmid=21081094|bibcode = 2010BpJ....99.3445B |doi = 10.1016/j.bpj.2010.09.050 }}</ref> The Donald laboratory designed peptide inhibitors of a protein-protein interaction involved in [[cystic fibrosis]], with potential therapeutic applications; these inhibitors formed a beta-sheet with the pdz-binding domain of the inhibited protein.<ref name="roberts2012" />
 
====Scoring binding predictions====
 
Protein design energy functions must be adapted to score binding predictions because binding involves a trade-off between the lowest-[[Thermodynamic free energy|energy]] conformations of the free proteins (<var>E<sub>P</sub></var> and <var>E<sub>L</sub></var>) and the lowest-energy conformation of the bound complex (<var>E<sub>PL</sub></var>):
 
<math>\Delta_G = E_{PL} - E_P - E_L </math>.
 
The K* algorithm approximates the binding constant of the algorithm by including conformational entropy into the free energy calculation.  The K* algorithm considers only the lowest-energy conformations of the free and bound complexes (denoted by the sets <var>P</var>, <var>L</var>, and <var>PL</var>) to approximate the partition functions of each complex:<ref name=donald10 />
 
<math>K^* = \frac{\sum\limits_{x\in PL} e^{-E(x)/RT}}{\sum\limits_{x\in P} e^{-E(x)/RT}\sum\limits_{x\in L} e^{-E(x)/RT}}</math>
 
===Design for specificity ===
 
The design of protein-protein interactions must be highly specific because proteins can interact with a large number of proteins; successful design requires selective binders. Thus, protein design algorithms must be able to distinguish between on-target (or ''positive design'') and off-target binding (or ''negative design'').<ref name="richardson1989"/><ref name=kuhlman2009 />  One of the most prominent examples of design for specificity is the design of specific  [[bZIP domain|bZIP]]-binding peptides by Amy Keating and co-workers for 19 out of the 20 bZIP families; 8 of these peptides were specific for their intended partner over competing peptides.<ref name="kuhlman2009" /><ref name="schreiber11">{{cite journal|last=Schreiber|first=G|coauthors=Keating, AE|title=Protein binding specificity versus promiscuity.|journal=Current Opinion in Structural Biology|date=February 2011|volume=21|issue=1|pages=50–61|pmid=21071205|doi=10.1016/j.sbi.2010.10.002}}</ref><ref>{{cite journal|last=Grigoryan|first=G|coauthors=Reinke, AW; Keating, AE|title=Design of protein-interaction specificity gives selective bZIP-binding peptides.|journal=Nature|date=Apr 16, 2009|volume=458|issue=7240|pages=859–64|pmid=19370028|bibcode = 2009Natur.458..859G |doi = 10.1038/nature07885 }}</ref> In addition, positive and negative design was also used by Anderson and co-workers to predict mutations in the active site of a drug target that conferred resistance to a new drug; positive design was used to maintain wild-type activity, while negative design was used to disrupt binding of the drug.<ref name="frey10" /> Recent computational redesign by Costas Maranas and co-workers was also capable of experimentally switching the [[cofactor (biochemistry)|cofactor]] specificity of ''Candida boidinii'' xylose reductase from [[Nicotinamide adenine dinucleotide phosphate|NADPH]] to [[Nicotinamide adenine dinucleotide|NADH]].<ref name="khoury">{{cite journal |title=Computational design of Candida boidinii xylose reductase for altered cofactor specificity |journal=Protein Science |volume=18 |issue=10 |pages=2125–38 |date=October 2009 |doi=10.1002/pro.227 |pmc=2786976 |pmid=19693930 |last1=Khoury |first1=GA |last2=Fazelinia |first2=H |last3=Chin |first3=JW |last4=Pantazes |first4=RJ |last5=Cirino |first5=PC |last6=Maranas |first6=CD}}</ref>
 
===Protein resurfacing===
 
Protein resurfacing consists of designing a protein's surface while preserving the overall fold, core, and boundary regions of the protein intact.  Protein resurfacing is especially useful to alter the binding of a protein to other proteins.  One of the most important applications of protein resurfacing was the design of the RSC3 probe to select broadly neutralizing HIV antibodies at the NIH Vaccine Research Center.  First, residues outside of the binding interface between the gp120 HIV envelope protein and the previously discovered b12-antibody were selected to be designed.  Then, the sequence spaced was selected based on evolutionary information, solubility, similarity with the wild-type, and other considerations.  Then the RosettaDesign software was used to find optimal sequences in the selected sequence space.  RSC3 was later used to discover the broadly neutralizing antibody VRC01 in the serum of a long-term HIV-infected non-progressor individual.<ref>{{cite journal|last=Burton|first=DR|coauthors=Weiss, RA|title=AIDS/HIV. A boost for HIV vaccine design.|journal=Science|date=Aug 13, 2010|volume=329|issue=5993|pages=770–3|pmid=20705840|bibcode = 2010Sci...329..770B |doi = 10.1126/science.1194693 }}</ref>
 
===Design of globular proteins===
 
[[Globular proteins]] are proteins that contain a hydrophobic core and a hydrophillic surface.  Globular proteins frequently assume a stable structure, unlike [[fibrous protein]]s, which have multiple conformations.  The three-dimensional structure of globular proteins is typically easier to determine through [[X-ray crystallography]] and [[nuclear magnetic resonance]] than both fibrous proteins and [[membrane protein]]s, which makes globular proteins more attractive for protein design than the other types of proteins.  In fact, most successful protein designs have involved globular proteins.  Both [[#Sequence space|RSD-1]], and [[#Target structure|Top7]] were ''de novo'' designs of globular proteins.  Five more protein structures were designed, synthesized, and verified in 2012 by the Baker group. These new proteins serve no biological function, but the structures are intended to act as building-blocks that can be expanded to incorporate functional active sites. The structures were found computationally by using new heuristics based on analyzing the connecting loops between parts of the sequence that specify secondary structures.<ref>{{cite news |title=Proteins made to order |author=Jessica Marshall |url=http://www.nature.com/news/proteins-made-to-order-1.11767 |newspaper=Nature News |date=7 November 2012 |accessdate=17 November 2012}}</ref>
 
===Design of transmembrane proteins===
 
Membrane proteins are inherently hard to design, in large part because it is hard to validate the designs experimentally for several reasons.  Membrane proteins are hard to purify.  Their structure is hard to characterize because they adopt their native conformation only in the presence of a membrane.  Crystallization is inherently hard, and NMR studies of membrane proteins can fail because of their size.
 
===Design of fibrous proteins===
 
[[Scleroprotein|Fibrous proteins]], such as [[elastin]] or [[collagen]], typically have no single structure.  It is believed, however, that the fibrous proteins do not have random folds, and instead they have folds defined within an ensemble of structures.  This ensemble defines their behavior.  Therefore, in theory it is possible to rationally design fibrous proteins by selecting a sequence that will populate a specific ensemble.
 
===Other applications ===
 
One of the most desirable applications for protein design is for [[biosensors]], proteins that will sense the presence of specific compounds.  Some attempts in the design of biosensors include sensors for unnatural molecules including [[TNT]].<ref>{{cite journal |last=Looger |first=Loren L. |last2=Dwyer |first2=Mary A. |last3=Smith |first3=James J. |last4=Hellinga |first4=Homme W. |lastauthoramp=yes |year=2003 |title=Computational design of receptor and sensor proteins with novel functions |journal=[[Nature (journal)|Nature]] |pmid=12736688 |volume=423 |issue=6936 |pages=185–190 |doi=10.1038/nature01556 |bibcode = 2003Natur.423..185L }}</ref>  More recently, Kuhlman and co-workers designed a biosensor of the [[p21 activated kinase|PAK1]].<ref>{{cite journal|last=Jha|first=RK|coauthors=Wu, YI; Zawistowski, JS; MacNevin, C; Hahn, KM; Kuhlman, B|title=Redesign of the PAK1 autoinhibitory domain for enhanced stability and affinity in biosensor applications.|journal=Journal of Molecular Biology|date=Oct 21, 2011|volume=413|issue=2|pages=513–22|pmid=21888918|doi=10.1016/j.jmb.2011.08.022}}</ref>
 
==Role of other protein engineering tools in protein design==
 
Protein design is one of the tools available for protein engineering.  When proteins are designed using rational protein design, it is frequently the case that other protein engineering tools are used as part of the process.  For example, when David Baker and co-workers designed ''de novo'' enzymes for the Kemp-elimination catalysis, these enyzmes were then optimized using [[directed evolution]] to optimize the catalysts.<ref name="roth08" />  In fact, directed evolution is considered by Baker's group to be a necessary part of enzyme design, in order to identify sequence features missed by the protein design algorithms.<ref name="baker10" />
 
==Software==
 
'''EGAD: A Genetic Algorithm for protein Design'''.<ref>{{cite journal |url=http://egad.ucsd.edu/EGAD_manual/index.html |title=User's Manual for EGAD! a Genetic Algorithm for protein Design! }}</ref> A free, open-source software package for protein design and prediction of [[mutation]] effects on protein-folding stabilities and binding affinities. EGAD can also consider multiple structures simultaneously for designing specific binding proteins or locking proteins into specific conformational states. In addition to natural protein residues, EGAD can also consider free-moving ligands with or without rotatable bonds. EGAD can be used with single or multiple processors.
 
[http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/pro.227/abstract '''Iterative Protein Redesign and Optimization''']. IPRO redesigns proteins to increase or give specificity to native or novel substrates and cofactors. This is done by repeatedly randomly perturbing the backbones of the proteins around specified design positions, identifying the lowest-energy combination of rotamers, and determining whether the new design has a lower binding energy than previous ones. The iterative nature of this process allows IPRO to make additive mutations to the protein sequence that collectively improve the specificity toward the desired substrates and/or cofactors. Experimental testing of predictions by IPRO successfully switched the cofactor preference of ''Candida boidinii'' xylose reductase from NADPH to NADH.<ref name="khoury" />
 
[http://www.cs.duke.edu/donaldlab/osprey.php '''OSPREY'''] A free, open-source, actively.developed protein design program with an emphasis on continuous protein flexibility for the side-chains and backbone, modeling of proteins as thermodynamic ensembles and algorithms with mathematical guarantees on the input.  OSPREY has been used in several prospective applications with biomedical relevance, including: enzymes-redesign toward non-cognate substrates,<ref name="chen09">{{cite journal|last=Chen|first=CY|coauthors=Georgiev, I; Anderson, AC; Donald, BR|title=Computational structure-based redesign of enzyme activity.|journal=Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America|date=Mar 10, 2009|volume=106|issue=10|pages=3764–9|pmid=19228942|bibcode = 2009PNAS..106.3764C |doi = 10.1073/pnas.0900266106 }}</ref> prospective prediction of resistance mutations against novel drugs,<ref name="frey10">{{cite journal|last=Frey|first=KM|coauthors=Georgiev, I; Donald, BR; Anderson, AC|title=Predicting resistance mutations using protein design algorithms.|journal=Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America|date=Aug 3, 2010|volume=107|issue=31|pages=13707–12|pmid=20643959|bibcode = 2010PNAS..10713707F |doi = 10.1073/pnas.1002162107 }}</ref> drug design to treat leukemia,<ref>{{cite journal|last=Gorczynski|first=MJ|coauthors=Grembecka, J; Zhou, Y; Kong, Y; Roudaia, L; Douvas, MG; Newman, M; Bielnicka, I; Baber, G; Corpora, T; Shi, J; Sridharan, M; Lilien, R; Donald, BR; Speck, NA; Brown, ML; Bushweller, JH|title=Allosteric inhibition of the protein-protein interaction between the leukemia-associated proteins Runx1 and CBFbeta.|journal=Chemistry & biology|date=October 2007|volume=14|issue=10|pages=1186–97|pmid=17961830|doi=10.1016/j.chembiol.2007.09.006}}</ref> peptide-drug design to treat [[cystic fibrosis]],<ref name="roberts2012">{{cite journal|last=Roberts|first=KE|coauthors=Cushing, PR; Boisguerin, P; Madden, DR; Donald, BR|title=Computational design of a PDZ domain peptide inhibitor that rescues CFTR activity.|journal=PLoS computational biology|year=2012|volume=8|issue=4|pages=e1002477|pmid=22532795|doi=10.1371/journal.pcbi.1002477}}</ref> and the design of probes of broadly neutralizing HIV antibodies.<ref name="georgiev12">{{cite journal|last=Georgiev|first=I|coauthors=Acharya, P; Schmidt, SD; Li, Y; Wycuff, D; Ofek, G; Doria-Rose, N; Luongo, TS; Yang, Y; Zhou, T; Donald, BR; Mascola, JR; Kwong, PD|title=Design of epitope-specific probes for sera analysis and antibody isolation|journal=Retrovirology|date=1 January 2012|volume=9|issue=Suppl 2|pages=P50|doi=10.1186/1742-4690-9-S2-P50}}</ref>
 
[http://soft.synth-bio.org/protdes.html '''PROTDES'''] software for protein design based on CHARMM molecular mechanics package.
 
[http://rosettadesign.med.unc.edu/ '''RosettaDesign''']. A software package, under active development and free for academic use, that has seen extensive successful use.<ref name="kuhlman03" /><ref name="jiang08" /><ref name="roth08" /><ref>{{cite journal |title=RosettaDesign server for protein design |journal=Nucleic Acids Research |volume=34 |issue=Web Server issue |pages=W235–8 |date=July 2006 |pmc=1538902 |doi=10.1093/nar/gkl163 |pmid=16845000 |last1=Liu |first1=Y |last2=Kuhlman |first2=B}}</ref><ref>{{cite journal |doi=10.1016/S0022-2836(03)00888-X |title=A Large Scale Test of Computational Protein Design: Folding and Stability of Nine Completely Redesigned Globular Proteins |year=2003 |last1=Dantas |first1=Gautam |last2=Kuhlman |first2=Brian |last3=Callender |first3=David |last4=Wong |first4=Michelle |last5=Baker |first5=David |journal=Journal of Molecular Biology |volume=332 |pages=449–60 |postscript=. |pmid=12948494 |issue=2}}</ref><ref>{{cite journal |doi=10.1016/j.str.2006.02.011 |title=High-Resolution Structural Validation of the Computational Redesign of Human U1A Protein |year=2006 |last1=Dobson |first1=N |last2=Dantas |first2=G |last3=Baker |first3=D |last4=Varani |first4=G |journal=Structure |volume=14 |pages=847–56 |postscript=. |pmid=16698546 |issue=5}}</ref><ref>{{cite journal |doi=10.1016/j.jmb.2006.11.080 |title=High-resolution Structural and Thermodynamic Analysis of Extreme Stabilization of Human Procarboxypeptidase by Computational Protein Design |year=2007 |last1=Dantas |first1=G |last2=Corrent |first2=C |last3=Reichow |first3=S |last4=Havranek |first4=J |last5=Eletr |first5=Z |last6=Isern |first6=N |last7=Kuhlman |first7=B |last8=Varani |first8=G |last9=Merritt |first9=E|displayauthors=9 |journal=Journal of Molecular Biology |volume=366 |pages=1209–21 |postscript=. |pmid=17196978 |issue=4}}</ref> RosettaDesign is accessible via a web server.<ref>http://rosettadesign.med.unc.edu/</ref>
 
[http://www.sharp-n.com '''SHARPEN''']. A permissive open-source library for protein design and structure prediction. SHARPEN offers a variety of combinatorial optimization methods (e.g., Monte Carlo, Simulated Annealing, FASTER<ref>{{cite journal |title=Fast and accurate side-chain topology and energy refinement (FASTER) as a new method for protein structure optimization |journal=Proteins |volume=48 |issue=1 |pages=31–43 |date=July 2002 |doi=10.1002/prot.10131 |pmid=12012335 |last1=Desmet |first1=J |last2=Spriet |first2=J |last3=Lasters |first3=I}}</ref>) and can score proteins using the successful Rosetta all-atom [[Force field (chemistry)|force field]] or molecular mechanics force fields ([[OPLS]]aa). In addition to the protein modeling library, SHARPEN includes tools for scalable distributed computing.
    
    
'''[[WHAT IF software]]''' for protein modelling, design, validation, and visualisation.
</ul>
 
[http://www.proteinwisdom.org '''Protein WISDOM''']. Protein WISDOM <ref>{{cite journal |title=Protein WISDOM: A Workbench for In silico De novo Design of BioMolecules |journal=Journal of Visualized Experiments|issue=77 |pages=e50476 |date=July 2013 |doi=10.3791/50476 |last1=Smadbeck |first1=James |last2=Peterson |first2=Meghan |last3=Khoury|first3=George |last4=Taylor |first4=Martin| last5=Floudas |first5=Christodoulos}}</ref> is a workbench for In silico De novo Design of BioMolecules. It is an optimization-driven approach to design new sequences for improved stability or binding affinity. The sequence selection stage designs novel protein and peptide sequences based upon a rigid or flexible design template uploaded by the user. Once sequences are generated, they can be validated by either fold specificity or approximate binding affinity calculations.
 
==See also==
* [[Molecular design software]]
* [[Protein engineering]]
* [[Protein structure prediction software]]
* [[List of software for molecular mechanics modeling|Software for molecular modeling]]
 
==References==
{{Reflist|2}}
 
==Further reading==
 
*{{cite book |last1=Donald |first1=Bruce R. |authorlink1=Bruce Donald |title=Algorithms in Structural Molecular Biology| year=2011|publisher=MIT Press |location=Cambridge, MA}}
*{{cite journal |last=Sander |first=Chris |last2=Vriend |first2=Gerrit |last3=Bazan |first3=Fernando |last4=''et al.'' |year=1992 |title=Protein Design on computers. Five new proteins: Shpilka, Grendel, Fingerclasp, Leather and Aida |journal=Proteins: Structure, Function, and Bioinformatics |volume=12 |pmid=1603799 |issue=2 |pages=105–110 |doi=10.1002/prot.340120203 |first4=Amnon |last5=Nakamura |first5=Haruki |last6=Ribas |first6=Luis |last7=Finkelstein |first7=Alexei V. |last8=Lockhart |first8=Andrew |last9=Merkl |first9=Rainer|displayauthors=9 }}
*{{cite journal |last=Jin |first=Wenzhen |last2=Kambara |first2=Ohki |last3=Sasakawa |first3=Hiroaki |last4=Tamura |first4=Atsuo |last5=Takada |first5=Shoji |lastauthoramp=yes |year=2003 |title=De Novo Design of Foldable Proteins with Smooth Folding Funnel: Automated Negative Design and Experimental Verification |journal=Structure |volume=11 |issue=5 |pages=581–590 |doi=10.1016/S0969-2126(03)00075-3 |pmid=12737823 }}
*{{cite journal |last=Pokala |first=Navin |last2=Handel |first2=Tracy M. |lastauthoramp=yes |year=2005 |title=Energy Functions for Protein Design: Adjustment with Protein–Protein Complex Affinities, Models for the Unfolded State, and Negative Design of Solubility and Specificity |journal=Journal of Molecular Biology |volume=347 |issue=1 |pages=203–227 |doi=10.1016/j.jmb.2004.12.019 |pmid=15733929 }}
 
{{Biomolecular structure}}
{{Design}}
 
[[Category:Protein structure]]
[[Category:Protein engineering]]

Latest revision as of 07:20, 22 August 2014

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