તો "પ્રોટીન ફોલ્ડિંગ" બરાબર શું છે?

વર્તમાન COVID-19 રોગચાળાએ ઘણી સમસ્યાઓ ઊભી કરી છે જેના પર હેકર્સ હુમલો કરવામાં ખુશ છે. 3D પ્રિન્ટેડ ફેસ શિલ્ડ અને હોમમેઇડ મેડિકલ માસ્કથી લઈને સંપૂર્ણ યાંત્રિક વેન્ટિલેટરને બદલવા સુધી, વિચારોનો પ્રવાહ પ્રેરણાદાયી અને હૃદયને ગરમ કરે છે. તે જ સમયે, બીજા ક્ષેત્રમાં આગળ વધવાના પ્રયાસો કરવામાં આવ્યા હતા: સંશોધનમાં વાયરસનો સામનો કરવાના હેતુથી.

દેખીતી રીતે, વર્તમાન રોગચાળાને રોકવાની અને તેના પછીના તમામને પાછળ છોડી દેવાની સૌથી મોટી સંભાવના એવા અભિગમમાં રહેલી છે જે સમસ્યાના મૂળ સુધી જવાનો પ્રયાસ કરે છે. આ "તમારા દુશ્મનને જાણો" અભિગમ ફોલ્ડિંગ@હોમ કમ્પ્યુટિંગ પ્રોજેક્ટ દ્વારા લેવામાં આવ્યો છે. લાખો લોકોએ આ પ્રોજેક્ટ પર સાઇન અપ કર્યું છે અને તેઓ તેમના પ્રોસેસર્સ અને GPU ની કેટલીક પ્રોસેસિંગ પાવર દાનમાં આપી રહ્યા છે, આમ ઇતિહાસમાં સૌથી મોટું [વિતરિત] સુપર કોમ્પ્યુટર બનાવ્યું છે.

પરંતુ આ બધા એક્સફ્લોપ્સનો ઉપયોગ શા માટે થાય છે? આટલી કોમ્પ્યુટીંગ પાવર પર ફેંકવું શા માટે જરૂરી છે પ્રોટીન ફોલ્ડિંગ? અહીં કેવા પ્રકારની બાયોકેમિસ્ટ્રી કામ કરે છે, શા માટે પ્રોટીનને ફોલ્ડ કરવાની જરૂર છે? અહીં પ્રોટીન ફોલ્ડિંગની ઝડપી ઝાંખી છે: તે શું છે, તે કેવી રીતે થાય છે અને તે શા માટે મહત્વપૂર્ણ છે.

પ્રથમ, સૌથી મહત્વની વસ્તુ: શા માટે પ્રોટીનની જરૂર છે?

પ્રોટીન એ મહત્વપૂર્ણ માળખું છે. તેઓ માત્ર કોશિકાઓ માટે નિર્માણ સામગ્રી જ આપતા નથી, પરંતુ લગભગ તમામ બાયોકેમિકલ પ્રતિક્રિયાઓ માટે એન્ઝાઇમ ઉત્પ્રેરક તરીકે પણ કામ કરે છે. ખિસકોલી, તેઓ હોય માળખાકીય અથવા એન્ઝાઈમેટિક, લાંબી સાંકળો છે એમિનો એસિડ્સ, ચોક્કસ ક્રમમાં સ્થિત છે. પ્રોટીનના કાર્યો નક્કી કરવામાં આવે છે કે જેના દ્વારા એમિનો એસિડ પ્રોટીન પર અમુક સ્થળોએ સ્થિત છે. જો, ઉદાહરણ તરીકે, પ્રોટીનને સકારાત્મક ચાર્જ થયેલ પરમાણુ સાથે જોડવાની જરૂર હોય, તો બંધન સ્થળ નકારાત્મક રીતે ચાર્જ થયેલ એમિનો એસિડથી ભરેલું હોવું જોઈએ.

પ્રોટીન કેવી રીતે તેમનું કાર્ય નક્કી કરે છે તે માળખું પ્રાપ્ત કરે છે તે સમજવા માટે, આપણે મોલેક્યુલર બાયોલોજીની મૂળભૂત બાબતો અને કોષમાં માહિતીના પ્રવાહ પર જવાની જરૂર છે.

ઉત્પાદન, અથવા અભિવ્યક્તિ પ્રોટીન પ્રક્રિયા સાથે શરૂ થાય છે ટ્રાન્સક્રિપ્શન. ટ્રાંસ્ક્રિપ્શન દરમિયાન, ડીએનએ ડબલ હેલિક્સ, જેમાં કોષની આનુવંશિક માહિતી હોય છે, તે આંશિક રીતે આરામ કરે છે, જે ડીએનએના નાઇટ્રોજન પાયાને એન્ઝાઇમ માટે ઉપલબ્ધ થવા દે છે. આરએનએ પોલિમરેઝ. આરએનએ પોલિમરેઝનું કામ જનીનની આરએનએ નકલ અથવા ટ્રાન્સક્રિપ્શન બનાવવાનું છે. જનીનની આ નકલ કહેવાય છે મેસેન્જર આરએનએ (mRNA), અંતઃકોશિક પ્રોટીન ફેક્ટરીઓને નિયંત્રિત કરવા માટે એક જ પરમાણુ આદર્શ છે, રિબોઝોમ્સજેઓ ઉત્પાદનમાં રોકાયેલા છે, અથવા પ્રસારણ પ્રોટીન

રિબોઝોમ એસેમ્બલી મશીનની જેમ કાર્ય કરે છે - તેઓ mRNA ટેમ્પલેટ લે છે અને તેને RNA ના અન્ય નાના ટુકડાઓ સાથે મેચ કરે છે, આરએનએ સ્થાનાંતરિત કરો (tRNA). દરેક ટીઆરએનએમાં બે સક્રિય પ્રદેશો હોય છે - ત્રણ પાયાનો એક વિભાગ જેને કહેવાય છે એન્ટિકોડોન, જે mRNA ના અનુરૂપ કોડોન સાથે મેળ ખાતું હોવું જોઈએ, અને આ માટે વિશિષ્ટ એમિનો એસિડ બાંધવા માટેની સાઇટ કોડન. અનુવાદ દરમિયાન, રાઈબોઝોમમાં tRNA પરમાણુઓ અવ્યવસ્થિત રીતે એન્ટિકોડન્સનો ઉપયોગ કરીને mRNA સાથે જોડવાનો પ્રયાસ કરે છે. જો સફળ થાય, તો tRNA અણુ તેના એમિનો એસિડને અગાઉના એક સાથે જોડે છે, જે mRNA દ્વારા એન્કોડ કરાયેલ એમિનો એસિડની સાંકળમાં આગળની કડી બનાવે છે.

એમિનો એસિડનો આ ક્રમ એ પ્રોટીન માળખાકીય પદાનુક્રમનું પ્રથમ સ્તર છે, તેથી જ તેને કહેવામાં આવે છે પ્રાથમિક માળખું. પ્રોટીનનું સમગ્ર ત્રિ-પરિમાણીય માળખું અને તેના કાર્યો સીધા પ્રાથમિક બંધારણમાંથી મેળવવામાં આવે છે, અને દરેક એમિનો એસિડના વિવિધ ગુણધર્મો અને એકબીજા સાથેની તેમની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ પર આધાર રાખે છે. આ રાસાયણિક ગુણધર્મો અને એમિનો એસિડ ક્રિયાપ્રતિક્રિયા વિના, પોલિપેપ્ટાઇડ્સ તેઓ ત્રિ-પરિમાણીય માળખું વિના રેખીય સિક્વન્સ રહેશે. જ્યારે પણ તમે ખોરાક રાંધો ત્યારે આ જોઈ શકાય છે - આ પ્રક્રિયામાં થર્મલ છે વિકૃતિકરણ પ્રોટીનની ત્રિ-પરિમાણીય રચના.

પ્રોટીન ભાગોના લાંબા અંતરના બોન્ડ

ત્રિ-પરિમાણીય માળખાના આગલા સ્તરને, પ્રાથમિકથી આગળ જતા, એક ચતુર નામ આપવામાં આવ્યું હતું ગૌણ માળખું. તેમાં પ્રમાણમાં નજીકની ક્રિયાના એમિનો એસિડ વચ્ચેના હાઇડ્રોજન બોન્ડનો સમાવેશ થાય છે. આ સ્થિર ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓનો મુખ્ય સાર બે બાબતો પર આવે છે: આલ્ફા હેલીસીસ и બીટા યાદી. આલ્ફા હેલિક્સ પોલીપેપ્ટાઈડના ચુસ્ત રીતે વીંટળાયેલા પ્રદેશની રચના કરે છે, જ્યારે બીટા શીટ સરળ, વિશાળ પ્રદેશ બનાવે છે. બંને રચનાઓ તેમના ઘટક એમિનો એસિડની લાક્ષણિકતાઓને આધારે માળખાકીય અને કાર્યાત્મક ગુણધર્મો ધરાવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, જો આલ્ફા હેલિક્સમાં મુખ્યત્વે હાઇડ્રોફિલિક એમિનો એસિડનો સમાવેશ થાય છે, જેમ કે આર્જિનિન અથવા લાયસિન, પછી તે મોટે ભાગે જલીય પ્રતિક્રિયાઓમાં ભાગ લેશે.

પ્રોટીનમાં આલ્ફા હેલીસીસ અને બીટા શીટ્સ. પ્રોટીન અભિવ્યક્તિ દરમિયાન હાઇડ્રોજન બોન્ડ રચાય છે.

આ બે રચનાઓ અને તેમના સંયોજનો પ્રોટીન માળખાના આગલા સ્તરની રચના કરે છે - તૃતીય માળખું. ગૌણ બંધારણના સરળ ટુકડાઓથી વિપરીત, તૃતીય માળખું મુખ્યત્વે હાઇડ્રોફોબિસિટીથી પ્રભાવિત છે. મોટાભાગના પ્રોટીનના કેન્દ્રોમાં અત્યંત હાઇડ્રોફોબિક એમિનો એસિડ હોય છે, જેમ કે એલનાઇન અથવા મેથિઓનાઇન, અને રેડિકલ્સની "ચીકણું" પ્રકૃતિને કારણે પાણીને ત્યાંથી બાકાત રાખવામાં આવે છે. આ રચનાઓ ઘણીવાર લિપિડ બાયલેયર મેમ્બ્રેનની આસપાસના કોષોમાં જડિત ટ્રાન્સમેમ્બ્રેન પ્રોટીનમાં દેખાય છે. પ્રોટીનના હાઇડ્રોફોબિક વિસ્તારો મેમ્બ્રેનના ફેટી ભાગની અંદર થર્મોડાયનેમિકલી સ્થિર રહે છે, જ્યારે પ્રોટીનના હાઇડ્રોફિલિક વિસ્તારો બંને બાજુએ જલીય વાતાવરણના સંપર્કમાં હોય છે.

ઉપરાંત, એમિનો એસિડ્સ વચ્ચેના લાંબા અંતરના બોન્ડ દ્વારા તૃતીય બંધારણની સ્થિરતા સુનિશ્ચિત કરવામાં આવે છે. આવા જોડાણોનું ઉત્તમ ઉદાહરણ છે ડિસલ્ફાઇડ પુલ, ઘણીવાર બે સિસ્ટીન રેડિકલ વચ્ચે થાય છે. જો તમને ક્લાયન્ટના વાળ પર પર્મ પ્રક્રિયા દરમિયાન હેર સલૂનમાં સડેલા ઇંડા જેવી થોડી ગંધ આવી હોય, તો આ વાળમાં રહેલા કેરાટિનની તૃતીય રચનાનું આંશિક વિકૃતિ હતું, જે વાળ સાથેના ડાયસલ્ફાઇડ બોન્ડના ઘટાડા દ્વારા થાય છે. સલ્ફર ધરાવતી મદદ થીઓલ મિશ્રણ

હાઇડ્રોફોબિસિટી અથવા ડિસલ્ફાઇડ બોન્ડ જેવા લાંબા અંતરની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ દ્વારા તૃતીય માળખું સ્થિર થાય છે

વચ્ચે ડાઈસલ્ફાઈડ બોન્ડ થઈ શકે છે સિસ્ટીન સમાન પોલિપેપ્ટાઇડ સાંકળમાં અથવા વિવિધ સંપૂર્ણ સાંકળોમાંથી સિસ્ટીન વચ્ચેના રેડિકલ. વિવિધ સાંકળો વચ્ચેની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાઓ રચાય છે ચતુર્થાંશ પ્રોટીન માળખું સ્તર. ચતુર્થાંશ રચનાનું ઉત્તમ ઉદાહરણ છે હિમોગ્લોબિન તે તમારા લોહીમાં છે. દરેક હિમોગ્લોબિન પરમાણુમાં ચાર સરખા ગ્લોબિન, પ્રોટીન ભાગોનો સમાવેશ થાય છે, જેમાંથી દરેક પોલીપેપ્ટાઈડની અંદર ડાયસલ્ફાઈડ બ્રિજ દ્વારા ચોક્કસ સ્થિતિમાં રાખવામાં આવે છે, અને તે આયર્ન ધરાવતા હેમ પરમાણુ સાથે પણ સંકળાયેલા છે. ચારેય ગ્લોબિન ઇન્ટરમોલેક્યુલર ડિસલ્ફાઇડ બ્રિજ દ્વારા જોડાયેલા છે, અને સમગ્ર પરમાણુ એક સાથે અનેક હવાના પરમાણુઓ સાથે જોડાય છે, ચાર સુધી, અને જરૂરિયાત મુજબ તેમને મુક્ત કરવામાં સક્ષમ છે.

રોગના ઈલાજની શોધમાં મોડેલિંગ સ્ટ્રક્ચર્સ

પોલીપેપ્ટાઈડ સાંકળો અનુવાદ દરમિયાન તેમના અંતિમ આકારમાં ફોલ્ડ થવાનું શરૂ કરે છે, કારણ કે વધતી સાંકળ રિબોઝોમમાંથી બહાર નીકળી જાય છે, જેમ કે મેમરી-એલોય વાયરનો ટુકડો જ્યારે ગરમ થાય ત્યારે જટિલ આકાર લઈ શકે છે. જો કે, જીવવિજ્ઞાનમાં હંમેશની જેમ, વસ્તુઓ એટલી સરળ નથી.

ઘણા કોષોમાં, ટ્રાન્સક્રિપ્ટેડ જનીનો અનુવાદ પહેલાં વ્યાપક સંપાદનમાંથી પસાર થાય છે, જે જનીનના શુદ્ધ આધાર ક્રમની તુલનામાં પ્રોટીનની મૂળભૂત રચનામાં નોંધપાત્ર ફેરફાર કરે છે. આ કિસ્સામાં, ટ્રાન્સલેશનલ મિકેનિઝમ્સ ઘણીવાર મોલેક્યુલર ચેપરોન્સ, પ્રોટીનની મદદ મેળવે છે જે અસ્થાયી રૂપે પ્રારંભિક પોલિપેપ્ટાઇડ સાંકળ સાથે જોડાય છે અને તેને કોઈપણ મધ્યવર્તી સ્વરૂપ લેતા અટકાવે છે, જેમાંથી તેઓ પછી અંતિમ સ્વરૂપમાં આગળ વધી શકશે નહીં.

આ બધા કહેવા માટે છે કે પ્રોટીનના અંતિમ આકારની આગાહી કરવી એ મામૂલી કાર્ય નથી. દાયકાઓ સુધી, પ્રોટીનની રચનાનો અભ્યાસ કરવાનો એકમાત્ર રસ્તો એક્સ-રે ક્રિસ્ટલોગ્રાફી જેવી ભૌતિક પદ્ધતિઓ દ્વારા હતો. 1960 ના દાયકાના અંત સુધી બાયોફિઝિકલ રસાયણશાસ્ત્રીઓએ પ્રોટીન ફોલ્ડિંગના કોમ્પ્યુટેશનલ મોડલ બનાવવાનું શરૂ કર્યું, મુખ્યત્વે ગૌણ માળખાના મોડેલિંગ પર ધ્યાન કેન્દ્રિત કર્યું. આ પદ્ધતિઓ અને તેમના વંશજોને પ્રાથમિક માળખું ઉપરાંત પ્રચંડ માત્રામાં ઇનપુટ ડેટાની જરૂર પડે છે - ઉદાહરણ તરીકે, એમિનો એસિડ બોન્ડ એન્ગલના કોષ્ટકો, હાઇડ્રોફોબિસિટીની યાદી, ચાર્જ્ડ સ્ટેટ્સ, અને ઉત્ક્રાંતિના સમયકાળ પર બંધારણ અને કાર્યનું સંરક્ષણ પણ - આ બધું અનુમાન કરો કે અંતિમ પ્રોટીન જેવું શું થશે.

સેકન્ડરી સ્ટ્રક્ચર પ્રિડિક્શન માટેની આજની કોમ્પ્યુટેશનલ પદ્ધતિઓ, જેમ કે ફોલ્ડિંગ@હોમ નેટવર્ક પર ચાલી રહી છે, લગભગ 80% ચોકસાઈ સાથે કામ કરે છે-જે સમસ્યાની જટિલતાને ધ્યાનમાં રાખીને ખૂબ સારી છે. SARS-CoV-2 સ્પાઇક પ્રોટીન જેવા પ્રોટીન પર અનુમાનિત મોડલ દ્વારા જનરેટ કરવામાં આવેલ ડેટાની સરખામણી વાયરસના ભૌતિક અભ્યાસના ડેટા સાથે કરવામાં આવશે. પરિણામે, પ્રોટીનનું ચોક્કસ માળખું મેળવવાનું શક્ય બનશે અને, કદાચ, વાયરસ રીસેપ્ટર્સને કેવી રીતે જોડે છે તે સમજશે. એન્જીયોટેન્સિન કન્વર્ટિંગ એન્ઝાઇમ 2 શ્વસન માર્ગમાં સ્થિત વ્યક્તિ જે શરીરમાં જાય છે. જો આપણે આ માળખું શોધી શકીએ, તો આપણે એવી દવાઓ શોધી શકીએ જે બંધનને અવરોધે અને ચેપ અટકાવે.

પ્રોટીન ફોલ્ડિંગ સંશોધન એ ઘણા રોગો અને ચેપ વિશેની અમારી સમજણના કેન્દ્રમાં છે કે જ્યારે આપણે COVID-19 ને કેવી રીતે હરાવી શકાય તે શોધવા માટે ફોલ્ડિંગ@હોમ નેટવર્કનો ઉપયોગ કરીએ છીએ, જેને આપણે તાજેતરમાં વિકાસમાં વિસ્ફોટ થતો જોયો છે, ત્યારે પણ નેટવર્ક જીતશે' લાંબા સમય સુધી નિષ્ક્રિય ન રહો. તે એક સંશોધન સાધન છે જે પ્રોટીન પેટર્નનો અભ્યાસ કરવા માટે યોગ્ય છે જે ડઝનેક પ્રોટીન મિસફોલ્ડિંગ રોગો, જેમ કે અલ્ઝાઈમર રોગ અથવા ક્રુટ્ઝફેલ્ડટ-જેકોબ રોગ, જેને ઘણીવાર ખોટી રીતે મેડ કાઉ ડિસીઝ કહેવામાં આવે છે. અને જ્યારે બીજો વાયરસ અનિવાર્યપણે દેખાય છે, ત્યારે અમે ફરીથી તેની સામે લડવા માટે તૈયાર થઈશું.

સોર્સ: www.habr.com