Se konsa, ki sa egzakteman se "pwoteyin plisman"?

Pandemi COVID-19 aktyèl la te kreye anpil pwoblèm ke entru yo te kontan atake. Soti nan plak pwotèj figi enprime 3D ak mask medikal endijèn pou ranplase yon vantilatè mekanik konplè, koule nan lide te enspire ak chofe kè. An menm tan an, te gen tantativ pou avanse nan yon lòt domèn: nan rechèch ki vize pou konbat viris la tèt li.

Aparamman, pi gwo potansyèl pou sispann pandemi aktyèl la ak depase tout sa ki vin apre yo se nan yon apwòch ki eseye rive nan rasin pwoblèm nan. Pwojè enfòmatik Folding@Home pran apwòch sa a "konnen lènmi ou". Dè milyon de moun te enskri nan pwojè a epi yo bay kèk nan pouvwa pwosesis processeurs yo ak GPU yo, konsa kreye pi gwo [distribiye] supercomputer nan listwa.

Men, ki sa egzakteman yo itilize tout exaflops sa yo? Poukisa li nesesè pou voye pouvwa informatique konsa nan plisman pwoteyin? Ki kalite byochimik ki nan travay isit la, poukisa pwoteyin bezwen pliye nan tout? Men yon apèsi rapid sou plisman pwoteyin: ki sa li ye, ki jan li rive, ak poukisa li enpòtan.

Premyèman, bagay ki pi enpòtan: poukisa pwoteyin yo bezwen?

Pwoteyin yo se estrikti enpòtan. Yo pa sèlman bay materyèl bilding pou selil yo, men tou yo sèvi kòm katalis anzim pou prèske tout reyaksyon byochimik. Ekirèy, se pou yo estriktirèl oswa anzimatik, se chenn long asid amine, ki chita nan yon sekans sèten. Fonksyon pwoteyin yo detèmine pa ki asid amine yo sitiye nan sèten kote sou pwoteyin nan. Si, pou egzanp, yon pwoteyin bezwen mare nan yon molekil ki chaje pozitivman, sit la obligatwa dwe ranpli ak asid amine ki chaje negatif.

Pou konprann ki jan pwoteyin jwenn estrikti ki detèmine fonksyon yo, nou bezwen ale sou baz yo nan byoloji molekilè ak koule nan enfòmasyon nan selil la.

Pwodiksyon, oswa ekspresyon pwoteyin kòmanse ak pwosesis la transcriptions. Pandan transcription, doub helix ADN, ki gen enfòmasyon jenetik selil la, dewoule pasyèlman, sa ki pèmèt baz nitwojèn ADN yo vin disponib nan yon anzim ki rele. RNA polymerase. Travay RNA polymerase se fè yon kopi RNA, oswa transkripsyon, yon jèn. Sa a kopi yon jèn rele mesaje RNA (mRNA), se yon sèl molekil ideyal pou kontwole faktori pwoteyin entraselilè, ribosomeski angaje nan pwodiksyon, oswa emisyon pwoteyin.

Ribosomes aji tankou machin asanblaj - yo pran modèl mRNA a epi matche li ak lòt ti moso RNA, transfere RNA (tRNA). Chak tRNA gen de rejyon aktif - yon seksyon nan twa baz yo rele antikodon, ki dwe matche ak kodon korespondan mRNA a, ak yon sit pou mare yon asid amine espesifik pou sa a. kodon. Pandan tradiksyon, molekil tRNA nan ribosome a owaza eseye mare nan mRNA a lè l sèvi avèk antidodon. Si yo reyisi, molekil tRNA a tache asid amine li a ak youn anvan an, li fòme pwochen lyen nan chèn asid amine ki kode pa mRNA.

Sekans sa a nan asid amine se premye nivo nan yerachi estriktirèl pwoteyin, ki se poukisa yo rele li. estrikti prensipal la. Tout estrikti twa dimansyon nan yon pwoteyin ak fonksyon li yo sòti dirèkteman nan estrikti prensipal la, epi yo depann de pwopriyete yo divès kalite chak nan asid amine yo ak entèraksyon yo youn ak lòt. San yo pa pwopriyete chimik sa yo ak entèraksyon asid amine, polipeptides yo ta rete sekans lineyè san yon estrikti ki genyen twa dimansyon. Sa a ka wè chak fwa ou kwit manje - nan pwosesis sa a gen tèmik denaturasyon estrikti twa dimansyon nan pwoteyin.

Lyezon alontèm nan pati pwoteyin

Nivo nan pwochen nan twa dimansyon estrikti, ale pi lwen pase youn prensipal la, yo te bay yon non entelijan estrikti segondè. Li gen ladan l lyezon idwojèn ant asid amine nan aksyon relativman fèmen. Sans prensipal la nan entèraksyon estabilize sa yo desann nan de bagay: elis alfa и lis beta. Elis alfa a fòme rejyon an byen mawonnen nan polipèptid la, pandan y ap fèy beta a fòme rejyon an lis, lajè. Tou de fòmasyon gen tou de pwopriyete estriktirèl ak fonksyonèl, tou depann de karakteristik sa yo nan asid amine konstitiyan yo. Pou egzanp, si helix alfa a konsiste sitou nan asid amine idrofil, tankou arginin oswa lizin, Lè sa a, li pral gen plis chans patisipe nan reyaksyon akeuz.

Elis alfa ak fèy beta nan pwoteyin. Lyezon idwojèn fòme pandan ekspresyon pwoteyin.

De estrikti sa yo ak konbinezon yo fòme pwochen nivo estrikti pwoteyin - estrikti siperyè. Kontrèman ak fragman senp nan estrikti segondè, estrikti siperyè se sitou enfliyanse pa idrofobisite. Sant pifò pwoteyin yo gen asid amine trè idrofob, tankou alanin oswa metionin, ak dlo eskli nan la akòz "gras" nati radikal yo. Estrikti sa yo souvan parèt nan pwoteyin transmembrane ki entegre nan manbràn lipid ki antoure selil yo. Rejyon idrofob pwoteyin yo rete tèmodinamikman ki estab andedan pati gra nan manbràn nan, pandan y ap rejyon idrofil nan pwoteyin yo ekspoze a anviwònman an akeuz sou tou de bò yo.

Epitou, estabilite nan estrikti siperyè asire pa lyezon alontèm ant asid amine. Yon egzanp klasik nan koneksyon sa yo se pon disulfid, souvan rive ant de radikal sistein. Si ou te pran sant yon bagay yon ti kras tankou ze pouri nan yon salon cheve pandan yon pwosedi perm sou cheve yon kliyan an, Lè sa a, sa a se te yon denaturasyon pasyèl nan estrikti nan siperyè nan keratin nan ki genyen nan cheve a, ki rive nan rediksyon nan lyezon disulfid ak la. èd ki gen souf tiyol melanj.

Se estrikti siperyè estabilize pa entèraksyon alontèm tankou hydrophobicity oswa lyezon disulfid

Lyezon disulfid ka rive ant sistein radikal nan menm chèn polipèptid la, oswa ant sistein ki soti nan diferan chenn konplè. Entèraksyon ant chenn diferan fòme kwatènèr nivo nan estrikti pwoteyin. Yon egzanp ekselan nan estrikti kwatènè se emoglobin li nan san ou. Chak molekil emoglobin konsiste de kat globin ki idantik, pati pwoteyin, chak nan yo kenbe nan yon pozisyon espesifik nan polipèptid la pa pon disulfid, epi tou ki asosye ak yon molekil heme ki gen fè. Tout kat globin yo konekte pa pon disulfid intermolecular, ak tout molekil la mare nan plizyè molekil lè a yon fwa, jiska kat, epi li kapab lage yo jan sa nesesè.

Modèl estrikti nan rechèch nan yon gerizon pou maladi

Chenn polipeptid yo kòmanse pliye nan fòm final yo pandan tradiksyon, kòm chèn k ap grandi a soti ribozom nan, anpil tankou yon moso fil memwa-alyaj ka pran fòm konplèks lè chofe. Sepandan, kòm toujou nan byoloji, bagay yo pa senp konsa.

Nan anpil selil, jèn transkri sibi anpil koreksyon anvan tradiksyon, siyifikativman chanje estrikti debaz pwoteyin nan konpare ak sekans baz pi nan jèn nan. Nan ka sa a, mekanis tradiksyon souvan jwenn èd nan chaperones molekilè, pwoteyin ki tanporèman mare nan chèn nan polipeptid navan epi anpeche li pran nenpòt fòm entèmedyè, ki soti nan ki yo pral Lè sa a, yo pa kapab deplase sou youn nan final la.

Sa a se tout yo di ke predi fòm final la nan yon pwoteyin se pa yon travay trivial. Pandan plizyè dizèn ane, sèl fason pou etidye estrikti pwoteyin yo se te atravè metòd fizik tankou kristalografi radyografi. Li pa t 'jouk fen ane 1960 yo ke chimisyen byofizik yo te kòmanse bati modèl enfòmatik nan plisman pwoteyin, prensipalman konsantre sou modèl estrikti segondè. Metòd sa yo ak desandan yo mande pou gwo kantite done antre anplis estrikti prensipal la - pou egzanp, tab ang kosyon asid amine, lis idrofobisite, eta chaje, e menm konsèvasyon estrikti ak fonksyon sou echèl tan evolisyonè yo - tout bagay sa yo nan lòd yo devine sa ki pral rive sanble ak pwoteyin final la.

Metòd enfòmatik jodi a pou prediksyon estrikti segondè, tankou sa yo ki kouri sou rezo Folding@Home, travay ak apeprè 80% presizyon-ki se trè bon konsidere konpleksite nan pwoblèm nan. Done ki te pwodwi pa modèl prediksyon sou pwoteyin tankou SARS-CoV-2 Spike pwoteyin yo pral konpare ak done ki soti nan etid fizik nan viris la. Kòm yon rezilta, li pral posib jwenn estrikti a egzak nan pwoteyin nan epi, petèt, konprann ki jan viris la tache ak reseptè yo. anzim konvèti anjyotansin 2 yon moun ki sitiye nan aparèy respiratwa ki mennen nan kò a. Si nou ka konnen estrikti sa a, nou ka anmezi jwenn dwòg ki bloke obligatwa a ak anpeche enfeksyon.

Pwoteyin plisman rechèch se nan kè a nan konpreyansyon nou sou anpil maladi ak enfeksyon ke menm lè nou itilize rezo a Folding@Home pou konnen ki jan yo defèt COVID-19, ki nou te wè eksploze nan kwasans dènyèman, rezo a ap ' pa rete san fè anyen konsa pou lontan travay. Li se yon zouti rechèch ki byen adapte pou etidye modèl pwoteyin ki kache plizyè douzèn maladi misfolding pwoteyin, tankou maladi alzayme a oswa maladi a Variant Creutzfeldt-Jakob, souvan mal rele maladi bèf fache. Epi lè yon lòt viris inevitableman parèt, nou pral pare pou kòmanse konbat li ankò.

Sous: www.habr.com