Mövcud COVID-19 pandemiyası hakerlərin hücum etməkdən məmnun olduqları bir çox problem yaratdı. 3D çap edilmiş üz qoruyucularından və evdə hazırlanmış tibbi maskalardan tutmuş, tam mexaniki ventilyatoru əvəz etməyə qədər, ideya axını ruhlandırıcı və ürəkaçan idi. Eyni zamanda, başqa bir sahədə irəliləyiş cəhdləri oldu: virusun özü ilə mübarizəyə yönəlmiş tədqiqatlarda.
Göründüyü kimi, mövcud pandemiyanın qarşısını almaq və bütün sonrakıları qabaqlamaq üçün ən böyük potensial problemin kökünə varmağa çalışan yanaşmadadır. Bu “düşmənini tanı” yanaşması Folding@Home hesablama layihəsi tərəfindən qəbul edilir. Milyonlarla insan layihəyə qoşulub və öz prosessorlarının və GPU-larının emal gücünün bir hissəsini bağışlayaraq, tarixdə ən böyük [paylanmış] superkompüter yaradır.
Bəs bütün bu exaflops tam olaraq nə üçün istifadə olunur? Niyə belə hesablama gücünü atmaq lazımdır? ? Burada hansı biokimya işləyir, niyə zülalların ümumiyyətlə qatlanması lazımdır? Protein qatlanmasının qısa icmalı: bu nədir, necə baş verir və nə üçün vacibdir.
Birincisi, ən vacib şey: zülallar niyə lazımdır?
Zülallar həyati strukturlardır. Onlar təkcə hüceyrələr üçün tikinti materialı deyil, həm də demək olar ki, bütün biokimyəvi reaksiyalar üçün ferment katalizatoru kimi xidmət edir. Sincaplar olsun və ya , uzun zəncirlərdir , müəyyən ardıcıllıqla yerləşir. Zülalların funksiyaları zülalın müəyyən yerlərində hansı amin turşularının yerləşməsi ilə müəyyən edilir. Məsələn, bir zülalın müsbət yüklü bir molekula bağlanması lazımdırsa, bağlanma yeri mənfi yüklü amin turşuları ilə doldurulmalıdır.
Zülalların onların funksiyasını təyin edən strukturu necə əldə etdiyini anlamaq üçün molekulyar biologiyanın əsaslarını və hüceyrədəki məlumat axınını nəzərdən keçirməliyik.
İstehsal və ya zülallar prosesi ilə başlayır . Transkripsiya zamanı hüceyrənin genetik məlumatını ehtiva edən DNT ikiqat spiral qismən açılaraq DNT-nin azot əsaslarının DNT adlı fermentin istifadəsinə verilməsini təmin edir. . RNT polimerazanın işi bir genin RNT surətini və ya transkripsiyasını yaratmaqdır. Bu gen nüsxəsi adlanır (mRNA), hüceyrədaxili protein fabriklərini idarə etmək üçün ideal olan tək molekuldur, istehsalatla məşğul olanlar və ya zülallar.
Ribosomlar montaj maşınları kimi fəaliyyət göstərirlər - onlar mRNT şablonunu götürür və onu digər kiçik RNT parçaları ilə uyğunlaşdırır, (tRNT). Hər bir tRNT-nin iki aktiv bölgəsi var - adlanan üç əsasdan ibarət bir bölmə mRNT-nin müvafiq kodonlarına uyğun olmalıdır və bunun üçün xüsusi bir amin turşusunun bağlanması üçün bir sahə . Tərcümə zamanı ribosomdakı tRNT molekulları təsadüfi olaraq antikodonlardan istifadə edərək mRNT-yə bağlanmağa çalışırlar. Müvəffəqiyyətli olarsa, tRNT molekulu öz amin turşusunu əvvəlkisinə bağlayır və mRNT ilə kodlanmış amin turşuları zəncirində növbəti həlqəni meydana gətirir.
Bu amin turşuları ardıcıllığı zülalın struktur iyerarxiyasının birinci səviyyəsidir, buna görə də ona deyilir. . Zülalın bütün üçölçülü quruluşu və onun funksiyaları bilavasitə ilkin quruluşdan irəli gəlir və amin turşularının hər birinin müxtəlif xüsusiyyətlərindən və onların bir-biri ilə qarşılıqlı təsirindən asılıdır. Bu kimyəvi xüsusiyyətlər və amin turşusu qarşılıqlı təsirləri olmadan, onlar üçölçülü struktur olmadan xətti ardıcıllıq olaraq qalacaqlar. Bunu hər dəfə yemək bişirəndə görmək olar - bu prosesdə istilik var zülalların üçölçülü quruluşu.
Protein hissələrinin uzun məsafəli bağları
İlkin strukturdan kənara çıxan üçölçülü quruluşun növbəti səviyyəsinə ağıllı bir ad verildi . Buraya nisbətən yaxın təsir göstərən amin turşuları arasında hidrogen bağları daxildir. Bu sabitləşdirici qarşılıqlı əlaqənin əsas mahiyyəti iki şeyə düşür: и . Alfa spiral polipeptidin sıx qıvrılmış bölgəsini, beta təbəqəsi isə hamar, geniş bölgəni təşkil edir. Hər iki formasiya, tərkibindəki amin turşularının xüsusiyyətlərindən asılı olaraq həm struktur, həm də funksional xüsusiyyətlərə malikdir. Məsələn, alfa spiral əsasən hidrofilik amin turşularından ibarətdirsə, məsələn və ya , onda çox güman ki, sulu reaksiyalarda iştirak edəcək.
Zülallarda alfa sarmalları və beta təbəqələri. Protein ifadəsi zamanı hidrogen bağları əmələ gəlir.
Bu iki struktur və onların birləşmələri protein strukturunun növbəti səviyyəsini təşkil edir - . İkinci dərəcəli quruluşun sadə fraqmentlərindən fərqli olaraq, üçüncü quruluşa əsasən hidrofobiklik təsir göstərir. Əksər zülalların mərkəzlərində yüksək hidrofobik amin turşuları var, məsələn və ya , və su radikalların "yağlı" təbiətinə görə oradan xaric edilir. Bu strukturlar tez-tez hüceyrələri əhatə edən lipid ikiqatlı membrana daxil edilmiş transmembran zülallarında görünür. Zülalların hidrofobik bölgələri membranın yağlı hissəsinin içərisində termodinamik cəhətdən sabit qalır, zülalın hidrofilik bölgələri isə hər iki tərəfdən sulu mühitə məruz qalır.
Həmçinin, üçüncü dərəcəli strukturların sabitliyi amin turşuları arasında uzun məsafəli bağlarla təmin edilir. Bu cür əlaqələrin klassik nümunəsidir , tez-tez iki sistein radikalı arasında meydana gəlir. Müştərinin saçında perm proseduru zamanı saç salonunda çürük yumurta kimi bir şeyin iyini hiss etmisinizsə, bu, saçın tərkibində olan keratinin üçüncü strukturunun qismən denatürasiyasıdır və bu, keratinin keratini ilə disulfid bağlarının azalması ilə baş verir. kükürd tərkibli yardım qarışıqlar.
Üçüncü quruluş hidrofobiklik və ya disulfid bağları kimi uzunmüddətli qarşılıqlı təsirlərlə sabitləşir.
arasında disulfid bağları yarana bilər eyni polipeptid zəncirindəki radikallar və ya müxtəlif tam zəncirlərdən olan sisteinlər arasında. Müxtəlif zəncirlər arasında qarşılıqlı təsirlər meydana gəlir protein strukturunun səviyyəsi. Dördüncü quruluşun əla nümunəsidir sənin qanında var. Hər bir hemoglobin molekulu dörd eyni qlobindən, zülal hissəsindən ibarətdir, bunların hər biri disulfid körpüləri ilə polipeptid daxilində müəyyən bir mövqedə saxlanılır və həmçinin dəmiri ehtiva edən heme molekulu ilə əlaqələndirilir. Bütün dörd globin molekullararası disulfid körpüləri ilə bağlanır və bütün molekul bir anda dördə qədər bir neçə hava molekuluna bağlanır və lazım olduqda onları buraxa bilir.
Xəstəlik üçün müalicə axtarışında strukturların modelləşdirilməsi
Polipeptid zəncirləri tərcümə zamanı son formasına bükülməyə başlayır, çünki böyüyən zəncir ribosomdan çıxır, məsələn, yaddaş ərintiləri olan tel parçası qızdırıldıqda mürəkkəb formalar ala bilir. Bununla belə, biologiyada həmişə olduğu kimi, hər şey o qədər də sadə deyil.
Bir çox hüceyrələrdə transkripsiya edilmiş genlər tərcümədən əvvəl geniş redaktə olunur, genin təmiz əsas ardıcıllığı ilə müqayisədə zülalın əsas strukturunu əhəmiyyətli dərəcədə dəyişir. Bu vəziyyətdə, tərcümə mexanizmləri tez-tez molekulyar şaperonların, müvəqqəti olaraq yaranan polipeptid zəncirinə bağlanan və onun hər hansı bir aralıq formasını almasına mane olan zülalların köməyinə müraciət edir, bundan sonra onlar son birinə keçə bilməyəcəklər.
Bütün bunlar o deməkdir ki, zülalın son formasını təxmin etmək əhəmiyyətsiz bir iş deyil. Onilliklər ərzində zülalların quruluşunu öyrənməyin yeganə yolu rentgen kristalloqrafiyası kimi fiziki üsullar vasitəsilə idi. Yalnız 1960-cı illərin sonlarına qədər biofiziki kimyaçılar zülal qatlanmasının hesablama modellərini qurmağa başladılar, ilk növbədə ikinci dərəcəli struktur modelləşdirməyə diqqət yetirdilər. Bu üsullar və onların törəmələri ilkin struktura əlavə olaraq çoxlu sayda giriş məlumatı tələb edir - məsələn, amin turşusu bağlarının bucaqları cədvəlləri, hidrofobiklik siyahıları, yüklü vəziyyətlər və hətta təkamül zaman miqyasında strukturun və funksiyanın qorunması - hamısı son zülal kimi görünəcək nə olacağını təxmin edin.
Folding@Home şəbəkəsində işləyənlər kimi ikinci dərəcəli strukturun proqnozlaşdırılması üçün bugünkü hesablama metodları təxminən 80% dəqiqliklə işləyir - problemin mürəkkəbliyini nəzərə alsaq, bu, olduqca yaxşıdır. SARS-CoV-2 sünbül zülalı kimi zülallar haqqında proqnozlaşdırıcı modellər tərəfindən yaradılan məlumatlar virusun fiziki tədqiqatlarından əldə edilən məlumatlar ilə müqayisə ediləcək. Nəticədə zülalın dəqiq strukturunu əldə etmək və bəlkə də virusun reseptorlara necə bağlandığını anlamaq mümkün olacaq. bədənə aparan tənəffüs yollarında yerləşən bir şəxs. Bu quruluşu anlaya bilsək, bağlanmanı maneə törədən və infeksiyanın qarşısını alan dərmanlar tapa bilərik.
Zülal qatlanması araşdırması o qədər çox xəstəlik və infeksiya haqqında anlayışımızın əsasını təşkil edir ki, hətta son vaxtlar böyümədə partladığını müşahidə etdiyimiz COVID-19-u necə məğlub edəcəyimizi anlamaq üçün Folding@Home şəbəkəsindən istifadə etsək belə, şəbəkə qalib gələcək. uzun müddət boş qalmaq.işləmək. Bu, Alzheimer xəstəliyi və ya tez-tez səhv olaraq dəli dana xəstəliyi adlanan Creutzfeldt-Jakob xəstəliyi kimi onlarla zülal səhv qatlanan xəstəliklərin əsasını təşkil edən zülal nümunələrinin öyrənilməsi üçün yaxşı uyğun olan tədqiqat vasitəsidir. Və qaçılmaz olaraq başqa bir virus ortaya çıxdıqda, onunla yenidən mübarizə aparmağa hazır olacağıq.
Mənbə: www.habr.com