তাহলে কি সব একই, "প্রোটিন ভাঁজ"?

বর্তমান COVID-19 মহামারী এমন অনেক সমস্যা তৈরি করেছে যা হ্যাকাররা আক্রমণ করতে পেরে খুশি হয়েছে। 3D প্রিন্টেড ফেস শিল্ড এবং বাড়িতে তৈরি মেডিকেল মাস্ক থেকে একটি সম্পূর্ণ যান্ত্রিক ভেন্টিলেটর প্রতিস্থাপন, ধারণার প্রবাহ ছিল অনুপ্রেরণাদায়ক এবং হৃদয়-উষ্ণতা। একই সময়ে, অন্য একটি ক্ষেত্রে অগ্রসর হওয়ার প্রচেষ্টা ছিল: ভাইরাসের বিরুদ্ধে লড়াইয়ের লক্ষ্যে গবেষণায়।

স্পষ্টতই, বর্তমান মহামারী বন্ধ করার এবং পরবর্তী সমস্তগুলিকে ছাড়িয়ে যাওয়ার সবচেয়ে বড় সম্ভাবনা এমন একটি পদ্ধতির মধ্যে নিহিত যা সমস্যার মূলে যাওয়ার চেষ্টা করে। এই "আপনার শত্রুকে জানুন" পদ্ধতিটি ফোল্ডিং@হোম কম্পিউটিং প্রকল্প দ্বারা নেওয়া হয়েছে। লক্ষ লক্ষ মানুষ এই প্রকল্পে সাইন আপ করেছে এবং তাদের প্রসেসর এবং জিপিইউ-এর কিছু প্রক্রিয়াকরণ শক্তি দান করছে, এইভাবে ইতিহাসের সবচেয়ে বড় [বিতরণ করা] সুপার কম্পিউটার তৈরি করছে।

কিন্তু এই সব exaflops ঠিক কি জন্য ব্যবহার করা হয়? কেন এই ধরনের কম্পিউটিং শক্তি নিক্ষেপ করা প্রয়োজন প্রোটিন ফোল্ডিং? এখানে কী ধরনের জৈব রসায়ন কাজ করছে, প্রোটিনগুলিকে ভাঁজ করা দরকার কেন? এখানে প্রোটিন ভাঁজ করার একটি দ্রুত ওভারভিউ: এটি কী, এটি কীভাবে ঘটে এবং কেন এটি গুরুত্বপূর্ণ।

প্রথমত, সবচেয়ে গুরুত্বপূর্ণ বিষয়: কেন প্রোটিন প্রয়োজন?

প্রোটিন গুরুত্বপূর্ণ কাঠামো। এগুলি কেবল কোষগুলির জন্য বিল্ডিং উপাদান সরবরাহ করে না, তবে প্রায় সমস্ত জৈব রাসায়নিক বিক্রিয়ার জন্য এনজাইম অনুঘটক হিসাবেও কাজ করে। কাঠবিড়ালি, তারা হোক কাঠামোগত বা এনজাইমেটিক, লম্বা চেইন অ্যামিনো অ্যাসিড, একটি নির্দিষ্ট ক্রম মধ্যে অবস্থিত. অ্যামিনো অ্যাসিড প্রোটিনের নির্দিষ্ট স্থানে অবস্থিত যা দ্বারা প্রোটিনের কাজগুলি নির্ধারিত হয়। উদাহরণস্বরূপ, যদি একটি প্রোটিনকে একটি ধনাত্মক চার্জযুক্ত অণুর সাথে আবদ্ধ করার প্রয়োজন হয়, বাঁধাই স্থানটি অবশ্যই নেতিবাচক চার্জযুক্ত অ্যামিনো অ্যাসিড দিয়ে পূর্ণ হতে হবে।

প্রোটিনগুলি কীভাবে তাদের কার্যকারিতা নির্ধারণ করে এমন কাঠামো অর্জন করে তা বোঝার জন্য, আমাদের আণবিক জীববিজ্ঞানের মূল বিষয়গুলি এবং কোষে তথ্যের প্রবাহের উপর যেতে হবে।

উৎপাদন, বা অভিব্যক্তি প্রোটিন প্রক্রিয়া শুরু হয় প্রতিলিপি. ট্রান্সক্রিপশনের সময়, ডিএনএ ডাবল হেলিক্স, যা কোষের জেনেটিক তথ্য ধারণ করে, আংশিকভাবে খুলে যায়, যার ফলে ডিএনএর নাইট্রোজেন বেস একটি এনজাইমের কাছে উপলব্ধ হতে পারে। আরএনএ পলিমারেজ. আরএনএ পলিমারেজের কাজ হল একটি জিনের আরএনএ কপি বা প্রতিলিপি তৈরি করা। একটি জিনের এই কপি বলা হয় মেসেঞ্জার আরএনএ (mRNA), অন্তঃকোষীয় প্রোটিন কারখানা নিয়ন্ত্রণের জন্য একটি একক অণু আদর্শ, রাইবোসোমযারা উৎপাদনে নিযুক্ত, বা সম্প্রচার প্রোটিন

রাইবোসোম অ্যাসেম্বলি মেশিনের মতো কাজ করে - তারা এমআরএনএ টেমপ্লেট নেয় এবং এটিকে আরএনএর অন্যান্য ছোট টুকরোগুলির সাথে মেলে, আরএনএ স্থানান্তর (tRNA)। প্রতিটি টিআরএনএ-তে দুটি সক্রিয় অঞ্চল রয়েছে - তিনটি ঘাঁটির একটি অংশ বলা হয় অ্যান্টিকোডন, যা অবশ্যই mRNA-এর সংশ্লিষ্ট কোডনগুলির সাথে মেলে এবং এর জন্য নির্দিষ্ট একটি অ্যামিনো অ্যাসিড বাঁধার জন্য একটি সাইট কোডন. অনুবাদের সময়, রাইবোসোমের টিআরএনএ অণুগুলি এলোমেলোভাবে অ্যান্টিকোডন ব্যবহার করে এমআরএনএর সাথে আবদ্ধ হওয়ার চেষ্টা করে। সফল হলে, tRNA অণু তার অ্যামিনো অ্যাসিডকে আগেরটির সাথে সংযুক্ত করে, mRNA দ্বারা এনকোড করা অ্যামিনো অ্যাসিডের শৃঙ্খলে পরবর্তী লিঙ্ক তৈরি করে।

অ্যামিনো অ্যাসিডের এই ক্রমটি প্রোটিন কাঠামোগত শ্রেণিবিন্যাসের প্রথম স্তর, তাই একে বলা হয় প্রাথমিক কাঠামো. একটি প্রোটিনের সম্পূর্ণ ত্রিমাত্রিক গঠন এবং এর কার্যাবলী সরাসরি প্রাথমিক কাঠামো থেকে উদ্ভূত হয় এবং প্রতিটি অ্যামিনো অ্যাসিডের বিভিন্ন বৈশিষ্ট্য এবং একে অপরের সাথে তাদের মিথস্ক্রিয়াগুলির উপর নির্ভর করে। এই রাসায়নিক বৈশিষ্ট্য এবং অ্যামিনো অ্যাসিড মিথস্ক্রিয়া ছাড়া, পলিপেপটাইড তারা ত্রিমাত্রিক কাঠামো ছাড়াই রৈখিক ক্রম থাকবে। আপনি যখনই খাবার রান্না করেন তখন এটি দেখা যায় - এই প্রক্রিয়াটিতে তাপ থাকে বিকৃতকরণ প্রোটিনের ত্রিমাত্রিক গঠন।

প্রোটিন অংশের দীর্ঘ-পরিসরের বন্ধন

ত্রিমাত্রিক কাঠামোর পরবর্তী স্তর, প্রাথমিকের বাইরে গিয়ে, একটি চতুর নাম দেওয়া হয়েছিল গৌণ কাঠামো. এটি তুলনামূলকভাবে ঘনিষ্ঠ কর্মের অ্যামিনো অ্যাসিডের মধ্যে হাইড্রোজেন বন্ধন অন্তর্ভুক্ত করে। এই স্থিতিশীল মিথস্ক্রিয়াগুলির মূল সারমর্ম দুটি জিনিসে নেমে আসে: আলফা হেলিস и বিটা তালিকা. আলফা হেলিক্স পলিপেপটাইডের শক্তভাবে কুণ্ডলীকৃত অঞ্চল গঠন করে, যখন বিটা শীট মসৃণ, প্রশস্ত অঞ্চল গঠন করে। উভয় গঠনের গঠনগত এবং কার্যকরী বৈশিষ্ট্য উভয়ই রয়েছে, তাদের উপাদান অ্যামিনো অ্যাসিডের বৈশিষ্ট্যের উপর নির্ভর করে। উদাহরণস্বরূপ, যদি আলফা হেলিক্সে প্রধানত হাইড্রোফিলিক অ্যামিনো অ্যাসিড থাকে, যেমন arginine বা লাইসিন, তাহলে এটি সম্ভবত জলীয় বিক্রিয়ায় অংশগ্রহণ করবে।

প্রোটিনে আলফা হেলিস এবং বিটা শীট। প্রোটিন প্রকাশের সময় হাইড্রোজেন বন্ধন তৈরি হয়।

এই দুটি কাঠামো এবং তাদের সংমিশ্রণ প্রোটিন গঠনের পরবর্তী স্তর গঠন করে - তৃতীয় কাঠামো. সেকেন্ডারি স্ট্রাকচারের সাধারণ টুকরো থেকে ভিন্ন, টারশিয়ারি স্ট্রাকচার প্রধানত হাইড্রোফোবিসিটি দ্বারা প্রভাবিত হয়। বেশিরভাগ প্রোটিনের কেন্দ্রে হাইড্রোফোবিক অ্যামিনো অ্যাসিড থাকে, যেমন অ্যালানাইন বা মেথিওনিন, এবং র্যাডিকালগুলির "চর্বিযুক্ত" প্রকৃতির কারণে সেখান থেকে জল বাদ দেওয়া হয়। এই গঠনগুলি প্রায়শই কোষের আশেপাশের লিপিড বিলেয়ার মেমব্রেনে এমবেড করা ট্রান্সমেমব্রেন প্রোটিনে উপস্থিত হয়। প্রোটিনের হাইড্রোফোবিক অঞ্চলগুলি ঝিল্লির চর্বিযুক্ত অংশের ভিতরে তাপগতিগতভাবে স্থিতিশীল থাকে, যখন প্রোটিনের হাইড্রোফিলিক অঞ্চলগুলি উভয় দিকের জলীয় পরিবেশের সংস্পর্শে আসে।

এছাড়াও, অ্যামিনো অ্যাসিডের মধ্যে দীর্ঘ-পরিসরের বন্ধন দ্বারা তৃতীয় স্তরের কাঠামোর স্থায়িত্ব নিশ্চিত করা হয়। এই ধরনের সংযোগের একটি ক্লাসিক উদাহরণ ডিসালফাইড সেতু, প্রায়শই দুটি সিস্টাইন র্যাডিকেলের মধ্যে ঘটে। আপনি যদি কোনও ক্লায়েন্টের চুলে পার্ম পদ্ধতির সময় হেয়ার সেলুনে পচা ডিমের মতো কিছু গন্ধ পান, তবে এটি চুলের মধ্যে থাকা কেরাটিনের তৃতীয় কাঠামোর আংশিক বিকৃতকরণ ছিল, যা চুলের সাথে ডিসালফাইড বন্ধন হ্রাসের মাধ্যমে ঘটে। সালফারযুক্ত সাহায্য থিওল মিশ্রণ

হাইড্রোফোবিসিটি বা ডিসালফাইড বন্ডের মতো দীর্ঘ-পরিসরের মিথস্ক্রিয়া দ্বারা তৃতীয় কাঠামো স্থিতিশীল হয়

মধ্যে ডিসালফাইড বন্ধন ঘটতে পারে সিস্টাইন একই পলিপেপটাইড শৃঙ্খলে বা বিভিন্ন সম্পূর্ণ চেইন থেকে সিস্টাইনের মধ্যে র্যাডিকাল। বিভিন্ন চেইন গঠন মধ্যে মিথস্ক্রিয়া চতুর্থাংশ প্রোটিন গঠন স্তর। চতুর্মুখী কাঠামোর একটি চমৎকার উদাহরণ হিমোগ্লোবিন এটা আপনার রক্তে আছে। প্রতিটি হিমোগ্লোবিন অণুতে চারটি অভিন্ন গ্লোবিন, প্রোটিন অংশ থাকে, যার প্রত্যেকটি পলিপেপটাইডের মধ্যে একটি নির্দিষ্ট অবস্থানে ডিসালফাইড ব্রিজ দ্বারা অধিষ্ঠিত থাকে এবং লোহা ধারণকারী একটি হিম অণুর সাথেও যুক্ত থাকে। চারটি গ্লোবিনই আন্তঃআণবিক ডিসালফাইড ব্রিজ দ্বারা সংযুক্ত, এবং পুরো অণুটি একবারে চারটি পর্যন্ত বেশ কয়েকটি বায়ুর অণুর সাথে আবদ্ধ হয় এবং প্রয়োজন অনুসারে তাদের ছেড়ে দিতে সক্ষম হয়।

রোগের নিরাময়ের সন্ধানে মডেলিং কাঠামো

অনুবাদের সময় পলিপেপটাইড চেইনগুলি তাদের চূড়ান্ত আকারে ভাঁজ করতে শুরু করে, কারণ ক্রমবর্ধমান চেইনটি রাইবোসোম থেকে বেরিয়ে যায়, অনেকটা মেমরি-অ্যালয় তারের টুকরোটি উত্তপ্ত হলে জটিল আকার ধারণ করতে পারে। যাইহোক, জীববিজ্ঞানে সবসময়ের মতো, জিনিসগুলি এত সহজ নয়।

অনেক কোষে, অনুবাদের আগে প্রতিলিপিকৃত জিনগুলি ব্যাপকভাবে সম্পাদনার মধ্য দিয়ে যায়, জিনের বিশুদ্ধ বেস সিকোয়েন্সের তুলনায় প্রোটিনের মৌলিক গঠনকে উল্লেখযোগ্যভাবে পরিবর্তন করে। এই ক্ষেত্রে, ট্রান্সলেশনাল মেকানিজমগুলি প্রায়ই আণবিক চ্যাপেরোন, প্রোটিনের সাহায্য তালিকাভুক্ত করে যা অস্থায়ীভাবে নবজাতক পলিপেপটাইড চেইনের সাথে আবদ্ধ হয় এবং এটিকে কোনও মধ্যবর্তী ফর্ম গ্রহণ করতে বাধা দেয়, যেখান থেকে তারা শেষ পর্যন্ত যেতে সক্ষম হবে না।

এই সব বলা যায় যে প্রোটিনের চূড়ান্ত আকৃতির ভবিষ্যদ্বাণী করা একটি তুচ্ছ কাজ নয়। কয়েক দশক ধরে, প্রোটিনের গঠন অধ্যয়নের একমাত্র উপায় ছিল এক্স-রে ক্রিস্টালোগ্রাফির মতো শারীরিক পদ্ধতি। 1960 এর দশকের শেষের দিকে বায়োফিজিক্যাল রসায়নবিদরা প্রোটিন ভাঁজ করার গণনামূলক মডেল তৈরি করতে শুরু করেছিলেন, প্রাথমিকভাবে সেকেন্ডারি স্ট্রাকচার মডেলিংয়ের উপর মনোনিবেশ করেছিলেন। এই পদ্ধতিগুলি এবং তাদের বংশধরদের প্রাথমিক কাঠামো ছাড়াও প্রচুর পরিমাণে ইনপুট ডেটার প্রয়োজন হয় - উদাহরণস্বরূপ, অ্যামিনো অ্যাসিড বন্ধন কোণের টেবিল, হাইড্রোফোবিসিটির তালিকা, চার্জযুক্ত অবস্থা এবং এমনকি বিবর্তনীয় সময়কালের উপর কাঠামো এবং ফাংশন সংরক্ষণ - সবই শেষ প্রোটিন মত চেহারা কি হবে অনুমান.

সেকেন্ডারি স্ট্রাকচারের ভবিষ্যদ্বাণীর জন্য আজকের গণনা পদ্ধতি, যেমন Folding@Home নেটওয়ার্কে চলমান, প্রায় 80% নির্ভুলতার সাথে কাজ করে- যা সমস্যার জটিলতা বিবেচনা করে বেশ ভাল। SARS-CoV-2 স্পাইক প্রোটিনের মতো প্রোটিনের ভবিষ্যদ্বাণীমূলক মডেল দ্বারা উত্পন্ন ডেটা ভাইরাসের শারীরিক গবেষণার ডেটার সাথে তুলনা করা হবে। ফলস্বরূপ, প্রোটিনের সঠিক কাঠামো প্রাপ্ত করা সম্ভব হবে এবং সম্ভবত, ভাইরাস কীভাবে রিসেপ্টরকে সংযুক্ত করে তা বোঝা সম্ভব হবে। এনজিওটেনসিন রূপান্তরকারী এনজাইম 2 শ্বাসযন্ত্রের ট্র্যাক্টে অবস্থিত একজন ব্যক্তি যা দেহে প্রবেশ করে। যদি আমরা এই কাঠামোটি বের করতে পারি, তাহলে আমরা এমন ওষুধ খুঁজে পেতে সক্ষম হতে পারি যা বাঁধনকে ব্লক করে এবং সংক্রমণ প্রতিরোধ করে।

প্রোটিন ভাঁজ গবেষণা আমাদের বোঝার কেন্দ্রবিন্দুতে রয়েছে এতগুলি রোগ এবং সংক্রমণ যে এমনকি যখন আমরা Folding@Home নেটওয়ার্ক ব্যবহার করি কীভাবে COVID-19 কে পরাস্ত করা যায়, যা আমরা সম্প্রতি বৃদ্ধির সাথে বিস্ফোরিত হতে দেখেছি, নেটওয়ার্কটি সফল হবে দীর্ঘ সময়ের জন্য নিষ্ক্রিয় না. এটি একটি গবেষণা টুল যা প্রোটিন প্যাটার্নগুলি অধ্যয়নের জন্য উপযুক্ত যা কয়েক ডজন প্রোটিন মিসফোল্ডিং রোগ, যেমন আলঝেইমার রোগ বা বৈকল্পিক Creutzfeldt-জ্যাকব রোগ, প্রায়ই ভুলভাবে পাগল গরু রোগ বলা হয়। এবং যখন আরেকটি ভাইরাস অনিবার্যভাবে আবির্ভূত হবে, আমরা আবার এটির সাথে লড়াই শুরু করতে প্রস্তুত হব।

উত্স: www.habr.com