Tha an galar sgaoilte COVID-19 gnàthach air mòran dhuilgheadasan a chruthachadh a tha luchd-hackers air a bhith toilichte ionnsaigh a thoirt orra. Bho sgiathan aghaidh clò-bhuailte 3D agus masgaichean meidigeach dachaigh gu bhith a’ cur an àite inneal-èadhair làn meacanaigeach, bha sruth bheachdan brosnachail agus blàth. Aig an aon àm, chaidh oidhirpean adhartachadh ann an raon eile: ann an rannsachadh a bha ag amas air cuir an-aghaidh a ’bhìoras fhèin.
A rèir coltais, tha an comas as motha airson stad a chuir air a’ ghalair lèir-sgaoilte gnàthach agus a dhol thairis air a h-uile gin às deidh sin ann an dòigh-obrach a dh’ fheuchas ri faighinn gu fìor bhunait na trioblaid. Tha an dòigh-obrach “fios air do nàmhaid” air a ghabhail leis a’ phròiseact coimpiutaireachd Folding@Home. Tha milleanan de dhaoine air ainm a chuir ris a’ phròiseact agus tha iad a’ toirt seachad cuid de chumhachd giollachd an luchd-giullachd agus GPUs, mar sin a’ cruthachadh an sàr-choimpiutair [air a chuairteachadh] ann an eachdraidh.
Ach carson a tha na exaflops sin uile air an cleachdadh? Carson a tha e riatanach a leithid de chumhachd coimpiutaireachd a thilgeil aig ? Dè an seòrsa bith-cheimigeachd a tha ag obair an seo, carson a dh’ fheumas pròtainean pasgadh idir? Seo tar-shealladh sgiobalta air pasgadh pròtain: dè a th’ ann, mar a thachras e, agus carson a tha e cudromach.
An toiseach, an rud as cudromaiche: carson a tha feum air pròtainean?
Tha proteinichean nan structaran deatamach. Bidh iad chan ann a-mhàin a’ toirt seachad stuthan togail airson ceallan, ach bidh iad cuideachd nan catalysts enzyme airson cha mhòr a h-uile ath-bhualadh bith-cheimiceach. Feòragan, biodh iad no , nan slabhraidhean fada , suidhichte ann an sreath sònraichte. Tha gnìomhan pròtainean air an co-dhùnadh leis a bheil amino-aigéid suidhichte ann an àiteachan sònraichte air a’ phròtain. Ma tha, mar eisimpleir, feumaidh pròtain a bhith ceangailte ri moileciuil le deagh chasaid, feumaidh an làrach ceangail a bhith air a lìonadh le amino-aigéid le droch uallach.
Gus tuigse fhaighinn air mar a gheibh pròtanan an structar a cho-dhùineas an gnìomh, feumaidh sinn a dhol thairis air bunaitean bith-eòlas moileciuil agus sruth fiosrachaidh sa chill.
Riochdachadh, no Bidh proteinichean a 'tòiseachadh leis a' phròiseas . Rè an tar-sgrìobhaidh, bidh an DNA dùbailte helix, anns a bheil fiosrachadh ginteil na cealla, gu ìre a ’falamhachadh, a’ leigeil le bunaitean nitrigin an DNA a bhith rim faighinn le enzyme ris an canar . Is e obair RNA polymerase leth-bhreac RNA, no tar-sgrìobhadh, a dhèanamh de ghine. Tha an leth-bhreac seo de ghine ris an canar (mRNA), na aon mholacile a tha air leth freagarrach airson smachd a chumail air factaraidhean pròtain intracellular, a tha an sàs ann an cinneasachadh, no pròtainean.
Bidh ribosomes ag obair mar innealan cruinneachaidh - bidh iad a’ toirt an teamplaid mRNA agus ga mhaidseadh ri pìosan beaga eile de RNA, (tRNA). Tha dà roinn ghnìomhach aig gach tRNA - earrann de thrì bunaitean ris an canar , a dh’ fheumas a bhith co-ionnan ris na còdan co-fhreagarrach den mRNA, agus làrach airson aminoidid a tha sònraichte airson seo a cheangal . Rè eadar-theangachadh, bidh moileciuilean tRNA anns an ribosome air thuaiream a’ feuchainn ri ceangal ris an mRNA a’ cleachdadh anticodons. Ma shoirbhicheas leis, bidh am moileciuil tRNA a’ ceangal a aminoideach ris an fhear a bh’ ann roimhe, a’ cruthachadh an ath cheangal anns an t-sreath de amino-aigéid air a chòdachadh le mRNA.
Is e an t-sreath seo de amino-aigéid a’ chiad ìre de rangachd structarail pròtain, agus is e sin as coireach gu bheil e air ainmeachadh . Tha structar trì-thaobhach iomlan pròtain agus na gnìomhan aige a’ tighinn gu dìreach bhon phrìomh structar, agus tha iad an urra ri diofar fheartan gach aon de na h-amino-aigéid agus an eadar-obrachadh le chèile. Às aonais na feartan ceimigeach sin agus eadar-obrachadh aminoideach, bhiodh iad fhathast nan sreathan sreathach gun structar trì-thaobhach. Chithear seo a h-uile uair a bhios tu a 'còcaireachd biadh - anns a' phròiseas seo tha teirmeach structar trì-thaobhach pròtainean.
Ceanglaichean fada de phàirtean pròtain
Chaidh ainm snasail a thoirt don ath ìre de structar trì-thaobhach, a’ dol seachad air a’ phrìomh fhear . Tha e a’ toirt a-steach ceanglaichean haidridean eadar amino-aigéid aig a bheil gnìomhachd caran dlùth. Tha prìomh adhbhar nan eadar-obrachaidhean seasmhach sin a’ tighinn sìos gu dà rud: и . Tha an alpha helix a’ cruthachadh an roinn teann den polypeptide, agus tha an duilleag beta a’ cruthachadh an roinn rèidh, fharsaing. Tha an dà chuid feartan structarail agus gnìomh aig an dà chruth, a rèir feartan an amino-aigéid co-phàirteach. Mar eisimpleir, ma tha an alpha helix air a dhèanamh suas sa mhòr-chuid de amino-aigéid hydrophilic, mar no , an uairsin bidh e nas coltaiche a 'gabhail pàirt ann an ath-bheachdan uisgeach.
Alpha helices agus duilleagan beta ann am pròtainean. Bidh bannan hydrogen a’ cruthachadh aig àm faireachdainn pròtain.
Is e an dà structar seo agus na cothlamadh aca an ath ìre de structar pròtain - . Eu-coltach ri pìosan sìmplidh de structar àrd-sgoile, tha structar treas ìre gu ìre mhòr fo bhuaidh hydrophobicity. Ann am meadhan a’ mhòr-chuid de phròtainean tha amino-aigéid fìor hydrophobic, leithid no , agus tha uisge air a chuir a-mach às an sin air sgàth nàdar “greasy” nan radaigich. Bidh na structaran sin gu tric a’ nochdadh ann am pròtanan transmembrane freumhaichte anns an membran bilayer lipid timcheall air ceallan. Tha na roinnean hydrophobic de na pròtanan fhathast seasmhach gu teirmean-ghluasadach taobh a-staigh pàirt geir na membran, fhad ‘s a tha roinnean hydrophilic a’ phròtain fosgailte don àrainneachd uisgeach air gach taobh.
Cuideachd, tha seasmhachd structaran treas ìre air a dhèanamh cinnteach le ceanglaichean fad-ùine eadar amino-aigéid. Is e eisimpleir clasaigeach de cheanglaichean mar sin , gu tric a ‘tachairt eadar dà radaigeach cysteine. Ma bha thu a 'fàileadh rudeigin beagan mar uighean grodadh ann an salon falt rè modh perm air falt neach-dèiligidh, b' e seo pàirt de dhì-nàdurachadh de structar treas ìre a 'cheratin a tha anns a' fhuilt, a tha a 'tachairt tro bhith a' lùghdachadh bannan disulfide leis an fhuilt. cuideachadh le sulbhur measgachaidhean.
Tha structar treas ìre air a dhèanamh seasmhach le eadar-obrachaidhean fad-ùine leithid hydrophobicity no bannan disulfide
Faodaidh ceanglaichean disulfide tachairt eadar radicals anns an aon sreath polypeptide, no eadar cysteines bho dhiofar slabhraidhean iomlan. Bidh eadar-obrachadh eadar diofar shlabhraidhean a’ cruthachadh ìre de structar pròtain. Is e deagh eisimpleir de structar ceithir-cheàrnach tha e nad fhuil. Tha gach moileciuil haemoglobin air a dhèanamh suas de cheithir globan co-ionann, pàirtean pròtain, gach fear dhiubh air a chumail ann an suidheachadh sònraichte taobh a-staigh an polypeptide le drochaidean disulfide, agus tha e cuideachd co-cheangailte ri moileciuil heme anns a bheil iarann. Tha na ceithir globins ceangailte le drochaidean disulfide eadar-mholacileach, agus bidh am moileciuil gu lèir a’ ceangal ri grunn mholacilean adhair aig an aon àm, suas ri ceithir, agus comasach air an leigeil ma sgaoil mar a dh’ fheumar.
Modaladh structaran a 'lorg leigheas airson galair
Bidh slabhraidhean polypeptide a’ tòiseachadh a ’pasgadh a-steach don chumadh mu dheireadh aca rè eadar-theangachadh, leis gu bheil an t-sèine a tha a’ fàs a ’dol a-mach às an ribosome, gu math coltach ri pìos de uèir alloy cuimhne a dh’ fhaodadh cumaidhean iom-fhillte a ghabhail nuair a thèid an teasachadh. Ach, mar a bha e an-còmhnaidh ann am bith-eòlas, chan eil cùisean cho sìmplidh.
Ann am mòran cheallan, bidh ginean ath-sgrìobhaidh a’ dol tro dheasachadh farsaing mus tèid an eadar-theangachadh, ag atharrachadh structar bunaiteach a’ phròtain gu mòr an coimeas ri sreath bun-stèidh a’ ghine. Anns a 'chùis seo, bidh uidheamachdan eadar-theangachaidh gu tric a' faighinn cuideachadh bho chaperones molecular, pròtainean a bhios a 'ceangal gu sealach ris an t-sreath polypeptide nascent agus a chuireas casg air bho bhith a' gabhail ri cruth eadar-mheadhanach sam bith, às nach urrainn dhaibh gluasad air adhart chun an fhear mu dheireadh.
Tha seo uile ri ràdh nach e obair bheag a th’ ann a bhith a’ ro-innse cumadh deireannach pròtain. Airson deicheadan, b’ e an aon dòigh air structar pròtanan a sgrùdadh tro dhòighean fiosaigeach leithid criostalan X-ray. Cha b’ ann gu deireadh nan 1960n a thòisich ceimigearan bith-fhiosaigeach a’ togail mhodalan coimpiutaireachd de fhilleadh pròtain, gu sònraichte ag amas air modaladh structair àrd-sgoile. Feumaidh na modhan sin agus an sliochd tòrr mòr de dhàta cuir a-steach a bharrachd air a’ phrìomh structar - mar eisimpleir, clàran de cheàrnan ceangail aminoideach, liostaichean de hydrophobicity, stàitean fo chasaid, agus eadhon glèidhteachas structar agus gnìomh thairis air raointean-ama mean-fhàs - uile gus dèan tomhas dè a thachras coltas am pròtain mu dheireadh.
Bidh dòighean àireamhachd an latha an-diugh airson ro-innse structar àrd-sgoile, leithid an fheadhainn a tha a’ ruith air lìonra Folding@Home, ag obair le timcheall air 80% de mhearachd - rud a tha gu math math a’ beachdachadh air cho iom-fhillte ‘s a tha an duilgheadas. Thèid dàta a thig bho mhodalan ro-innseach air pròtanan leithid pròtain spìc SARS-CoV-2 a choimeas ri dàta bho sgrùdaidhean corporra air a’ bhìoras. Mar thoradh air an sin, bidh e comasach faighinn a-mach dè dìreach structar a’ phròtain agus, is dòcha, tuigsinn mar a tha am bhìoras a ’ceangal ri gabhadan neach a tha suidhichte anns an t-slighe analach a tha a’ dol a-steach don bhodhaig. Mas urrainn dhuinn an structar seo obrachadh a-mach, is dòcha gum bi e comasach dhuinn drogaichean a lorg a chuireas casg air an ceangal agus a chuireas casg air galairean.
Tha rannsachadh pasgadh pròtain aig cridhe ar tuigse air uimhir de ghalaran is ghalaran, eadhon nuair a chleachdas sinn an lìonra Folding@Home gus faighinn a-mach ciamar a nì sinn a’ chùis air COVID-19, a tha sinn air fhaicinn a’ spreadhadh ann am fàs o chionn ghoirid, bidh an lìonra a’ buannachadh. t bi diomhain airson obair fhada. Is e inneal rannsachaidh a th’ ann a tha gu math freagarrach airson sgrùdadh a dhèanamh air na pàtrain pròtain a tha mar bhunait air dusanan de ghalaran meallta pròtain, leithid galar Alzheimer no an caochladh ghalar Creutzfeldt-Jakob, ris an canar gu tric galar mairt cuthach. Agus nuair a nochdas bhìoras eile gu do-sheachanta, bidh sinn deiseil airson tòiseachadh air a shabaid a-rithist.
Source: www.habr.com