طوبولوجيا الدائرة
يشير طوبولوجيا الدائرة للبوليمر الخطي المطوي إلى ترتيب جهات اتصاله داخل الجزيئات. ومن أمثلة البوليمرات الخطية ذات جهات الاتصال داخل الجزيئات الأحماض النووية والبروتينات . تطوى البروتينات عن طريق تكوين جهات اتصال ذات طبيعة مختلفة، بما في ذلك الروابط الهيدروجينية، وروابط ثاني كبريتيد، وتفاعلات بيتا بيتا. [ 1] تطوى جزيئات الحمض النووي الريبي عن طريق تكوين روابط هيدروجينية بين النوكليوتيدات، وتكوين هياكل متداخلة أو غير متداخلة. يتم إنشاء جهات الاتصال في الجينوم من خلال جسور البروتين بما في ذلك CTCF والكوهيسينات ويتم قياسها بواسطة تقنيات بما في ذلك Hi-C . [2] تصنف طوبولوجيا الدائرة الترتيب الطوبولوجي لهذه الاتصالات المادية، والتي يشار إليها باسم الاتصالات الصلبة (أو جهات اتصال h). علاوة على ذلك، يمكن أن تطوى السلاسل عن طريق العقد (أو تكوين جهات اتصال "ناعمة" (جهات اتصال s)). تستخدم طوبولوجيا الدائرة لغة مماثلة لتصنيف كل من جهات الاتصال "الناعمة" و"الصلبة"، وتوفر وصفًا كاملاً لسلسلة خطية مطوية. في هذا الإطار، يشير مصطلح "الدائرة" إلى جزء من السلسلة حيث يشكل كل موقع اتصال داخل الجزء اتصالات مع مواقع اتصال أخرى داخل نفس الجزء، وبالتالي لا يظل غير مقترن. وبالتالي يمكن دراسة السلسلة المطوية بناءً على الدوائر المكونة لها.
من الأمثلة البسيطة على السلسلة المطوية السلسلة ذات جهتي اتصال صلبتين. بالنسبة للسلسلة ذات جهتي اتصال ثنائيتين، تتوفر ثلاثة ترتيبات: متوازية (P)، ومتسلسلة (S)، ومتقاطعة (X). بالنسبة للسلسلة ذات n جهة اتصال، يمكن وصف الطوبولوجيا بمصفوفة n × n حيث يوضح كل عنصر العلاقة بين زوج من جهات الاتصال وقد يأخذ إحدى الحالات الثلاث، P وS وX. يمكن أيضًا تصنيف جهات الاتصال متعددة القيم بالكامل أو عن طريق التحلل إلى عدة جهات اتصال ثنائية. وبالمثل، تسمح طوبولوجيا الدائرة بتصنيف الترتيبات الزوجية لتقاطعات السلسلة والتشابكات، وبالتالي توفير وصف ثلاثي الأبعاد كامل للسلاسل المطوية. علاوة على ذلك، يمكن للمرء تطبيق عمليات طوبولوجيا الدائرة على جهات الاتصال الناعمة والصلبة لتوليد طيات معقدة، باستخدام نهج هندسي من الأسفل إلى الأعلى.
تهدف كل من نظرية العقدة وطوبولوجيا الدائرة إلى وصف تشابك السلسلة، مما يجعل من المهم فهم علاقتهما. تعتبر نظرية العقد أي سلسلة متشابكة كمجموع متصل من العقد الأولية ، والتي هي نفسها غير قابلة للتحلل. تقسم طوبولوجيا الدائرة أي سلاسل متشابكة (بما في ذلك العقد الأولية) إلى وحدات هيكلية أساسية تسمى الاتصالات الناعمة، وتسرد قواعد بسيطة حول كيفية تجميع الاتصالات الناعمة معًا. [3] [4] تتمثل إحدى مزايا طوبولوجيا الدائرة في أنه يمكن تطبيقها على سلاسل خطية مفتوحة مع تفاعلات داخل السلسلة، ما يسمى بالاتصالات الصلبة. [5] مكّن هذا التحليل الطوبولوجي للبروتينات والجينومات، والتي غالبًا ما توصف بأنها "غير عقدة" في نظرية العقد. [6] [7] أخيرًا، تمكن طوبولوجيا الدائرة من دراسة التفاعلات بين الاتصالات الصلبة والتشابكات ويمكنها تحديد عقد الانزلاق، بينما تتجاهل نظرية العقد عادةً الاتصالات الصلبة والعقد المنقسمة. وبالتالي، تعمل طوبولوجيا الدائرة كنهج تكميلي لنظرية العقد.
تتضمن طوبولوجيا الدائرة تأثيرات على حركية الطي والتطور الجزيئي وتم تطبيقها على هندسة البوليمرات بما في ذلك الأوريجامي الجزيئي. [8] تعد طوبولوجيا الدائرة جنبًا إلى جنب مع ترتيب الاتصال والحجم من العوامل التي تحدد معدل طي البوليمرات الخطية. [9] يمكن أيضًا استخدام هذا النهج في التطبيقات الطبية بما في ذلك التنبؤ بمسببات الأمراض للطفرات.
قراءة إضافية
- سكالفيني، باربرا؛ الشيخ حسني، وحيد؛ مشاغي، علي رضا (2021). "المبادئ الطوبولوجية لطي البروتين". الكيمياء الفيزيائية الفيزياء الكيميائية . 23 (37): 21316-21328. رمز Bibcode : 2021PCCP...2321316S. doi : 10.1039/D1CP03390E. hdl : 1887/3277889 . PMID 34545868. S2CID 237583577.
- جولوفنيف، أناتولي؛ ماشاغي، علي رضا (سبتمبر 2020). "طوبولوجيا الدائرة المعممة للسلاسل الخطية المطوية". iScience . 23 (9): 101492. Bibcode :2020iSci...23j1492G. doi :10.1016/j.isci.2020.101492. PMC 7481252. PMID 32896769 .
- حيدري، مازيار؛ شيسل، هيلموت؛ مشاغي، علي رضا (24 يونيو 2020). "تحليل طوبولوجيا الدائرة لتفاعلات طي البوليمر". ACS Central Science . 6 (6): 839–847. doi :10.1021/acscentsci.0c00308. PMC 7318069. PMID 32607431 .
مراجع
- ^ مشاغي، علي رضا؛ فان ويجك، رولاند ج .؛ تانس، ساندر ج. (2014). “طوبولوجيا الدائرة للبروتينات والأحماض النووية”. بناء . 22 (9): 1227-1237. دوى : 10.1016/j.str.2014.06.015 . بميد 25126961.
- ^ سكالفيني، باربرا؛ شيسل، هيلموت؛ جولوفنيف، أناتولي؛ ماشاغي، علي رضا (مارس 2022). "تحليل طوبولوجيا الدائرة للجينوم الخلوي يكشف عن أنماط التوقيع والتباين التكويني والقياس". iScience . 25 (3): 103866. Bibcode :2022iSci...25j3866S. doi :10.1016/j.isci.2022.103866. PMC 8861635. PMID 35243229 .
- ^ جولوفنيف، أناتولي؛ ماشاغي، علي رضا (7 ديسمبر 2021). "طوبولوجيا الدائرة للهندسة من أسفل إلى أعلى للعقد الجزيئية". التناظر . 13 (12): 2353. arXiv : 2106.03925 . Bibcode :2021Symm...13.2353G. doi : 10.3390/sym13122353 .
- ^ فلابان، إيريكا؛ ماشاغي، علي رضا؛ وونغ، هيلين (1 يونيو 2023). "نموذج بلاط لطوبولوجيا الدائرة للبوليمرات الحيوية المتشابكة ذاتيًا". التقارير العلمية . 13 (1): 8889. رمز Bibcode : 2023NatSR..13.8889F. doi : 10.1038/s41598-023-35771-8. PMC 10235088. PMID 37264056. S2CID 259022790 .
- ^ Golovnev, Anatoly; Mashaghi, Alireza (سبتمبر 2020). "طوبولوجيا الدائرة المعممة للسلاسل الخطية المطوية". iScience . 23 (9): 101492. Bibcode :2020iSci...23j1492G. doi :10.1016/j.isci.2020.101492. PMC 7481252. PMID 32896769 .
- ^ ياسويوكي تيزوكا، تيتسو ديجوتشي، كيمياء البوليمر الطوبولوجية: المفاهيم والممارسات (2022) ISBN 978-981-16-6807-4
- ^ "علماء لايدن يطورون رموزًا طوبولوجية للجزيئات المطوية" (بيان صحفي). جامعة لايدن. 25 أغسطس 2020.
- ^ ياسويوكي تيزوكا وتيتسو ديجوتشي، كيمياء البوليمر الطوبولوجية: المفاهيم والممارسات (2022) ISBN 978-981-16-6806-7
- ^ موغلر، أندرو؛ تانز، ساندر جيه؛ ماشاغي، علي رضا (2014). "طوبولوجيا الدائرة للسلاسل المتفاعلة ذاتيًا: الآثار المترتبة على ديناميكيات الطي والتكشف". فيز. كيم. فيز . 16 (41): 22537-22544. رمز Bibcode :2014PCCP...1622537M. doi :10.1039/C4CP03402C. PMID 25228051.
انظر أيضا
