In silico identifikacija vezavnih aminokislinskih ostankov v Cu2+/Cu+ in Zn2+ metaloproteinih z grafovskimi nevronskimi mrežami ter kvantnomehanska analiza njihove koordinacijske sfereKrašna, Aljaž (Avtor) Hribar Lee, Barbara (Mentor) DFTstrojno učenjegrafovske nevronske mrežemetaloproteinikvantna mehanikaKovinski ioni so eni najpogostejših proteinskih kofaktorjev. Delovanje številnih proteinov je odvisno od njihove vezave, saj sodelujejo pri različnih biokemijskih procesih, kot sta stabilizacija strukture in celična signalizacija. Ker so eksperimentalni postopki za identifikacijo in analizo vezavnih mest dragi in zamudni, so se uveljavile različne računske metode. V tej diplomski nalogi smo razvili grafovsko nevronsko mrežo za identifikacijo aminokislinskih ostankov, ki posredno ali neposredno sodelujejo pri vezavi Cu2+/Cu+ in Zn2+. Proteinske strukture, pridobljene iz podatkovne baze RCSB PDB, smo predstavili v obliki neusmerjenih grafov, kjer vsako vozlišče ustreza enemu aminokislinskemu ostanku. Vozlišča je nevronska mreža (GAT) razvrstila v 3 razrede: aminokislinske ostanke v primarni in sekundarni sferi ter ostale nevezne Napovedane vezavne aminokislinske ostanke smo nato z algoritmom DBSCAN združili v posamezna vezavna mesta. Ker nam naučena nevronska mreža ne poda nobene fizikalne oziroma kemijske informacije o vezavnem mestu, smo izbrana vezavna mesta dodatno analizirali s pomočjo metod kvantne mehanike. Celotno strukturo smo obravnavali s pomočjo teorije gostotnega funkcionala DFT (funkcional r2SCAN-D4 in bazni set def2-TZVPP). Izbranim kompleksom smo optimizirali geometrijo ter izračunali prosto Gibbsovo energijo vezave, analizirali spinsko gostoto (pri Cu2+) in izbrane molekulske orbitale. Model je dosegel zadovoljive rezultate, in sicer je za metaloproteine z Zn2+ korelacijski koeficient Matthewsa (MCC) znašal 0,51, za metaloproteine s Cu2+/Cu+ pa nekoliko manj, 0,38. Razliko v uspešnosti pripisujemo bistveno manjšemu naboru razpoložljivih struktur s kovinskim ionom Cu2+/Cu+ (211 proti 2333 struktur). Kvantnomehanska analiza je potrdila pričakovane razlike v vezavni afiniteti in geometriji posameznih kovinskih kompleksov. Razviti pristop ponuja osnovo za nadaljnje delo, predvsem za razširitve na druge kovinske ione in za povečanje nabora struktur, kar bi lahko izboljšalo zlasti napovedne sposobnosti Cu2+ kompleksov.20262026-07-08 10:40:04Diplomsko delo/naloga184482sl