Yabụ kedu ihe bụ “mpịakọta protein”?

Ọrịa COVID-19 dị ugbu a ewepụtala ọtụtụ nsogbu ndị hackers nwere obi ụtọ ịwakpo. Site na ọta ihu ebipụtara 3D na ihe mkpuchi ahụike arụrụ arụrụ n'ụlọ ruo iji dochie igwe ikuku ikuku zuru oke, ntụgharị echiche na-akpali akpali ma na-atọ ụtọ. N'otu oge ahụ, a na-anwa ịga n'ihu na mpaghara ọzọ: na nyocha nke iji lụso nje a ọgụ n'onwe ya.

N'ụzọ doro anya, ikike kachanụ maka ịkwụsị ọrịa na-efe efe ugbu a na karịa nke ndị na-esote ya bụ ụzọ na-agbalị isi nweta isi nsogbu ahụ. Nke a “mara onye iro gị” bụ nke a na-eme site na ọrụ mgbako nchekwa @ Home. Ọtụtụ nde mmadụ abanyela aka na ọrụ a ma na-enye ụfọdụ ike nhazi nke ndị na-emepụta ha na GPU, si otú a na-emepụta supercomputer [kesara] kasị ukwuu na akụkọ ihe mere eme.

Mana kedu ihe a na-eji exaflops ndị a? Gịnị mere o ji dị mkpa ịtụba ike kọmputa dị otú ahụ na protein mpịachi? Kedu ụdị biochemistry na-arụ ọrụ ebe a, kedu ihe kpatara protein ji dị mkpa ịgbakọ ma ọlị? Nke a bụ nkọwa ngwa ngwa nke mpịakọta protein: ihe ọ bụ, otu o si eme, yana ihe kpatara o ji dị mkpa.

Nke mbụ, ihe kachasị mkpa: gịnị kpatara protein dị mkpa?

Protein bụ akụkụ dị mkpa. Ọ bụghị naanị na ha na-enye ihe eji ewu ụlọ maka sel, kamakwa ọ na-eje ozi dị ka ihe na-akpata enzyme maka ihe fọrọ nke nta ka ọ bụrụ mmeghachi omume biochemical niile. Osa, ka ha buru ihe owuwu ma ọ bụ enzymatic, bụ agbụ ogologo amino acids, dị n'usoro ụfọdụ. A na-ekpebi ọrụ nke protein site na amino acid dị n'ebe ụfọdụ na protein. Dịka ọmụmaatụ, ọ bụrụ na protein kwesịrị ijikọ na molekul akwụ ụgwọ nke ọma, ebe njikọ ahụ ga-ejupụta na amino acid na-adịghị mma.

Iji ghọta otú protein si enweta ihe owuwu nke na-ekpebi ọrụ ha, anyị kwesịrị ịgafe isi ihe gbasara bayoloji molekụla na ntinye ozi na sel.

Mmepụta, ma ọ bụ okwu protein na-amalite na usoro ndetu. Mgbe a na-edegharị ya, DNA nwere helix abụọ, nke nwere ozi mkpụrụ ndụ ihe nketa nke cell, na-ewepụtụ, na-ekwe ka ntọala nitrogen nke DNA dị na enzyme a na-akpọ. RNA polymerase. Ọrụ nke RNA polymerase bụ imepụta nnomi RNA, ma ọ bụ transcription, nke mkpụrụ ndụ ihe nketa. Nke a mkpụrụ ndụ ihe nketa a na-akpọ onye ozi RNA (mRNA), bụ otu molekul dị mma maka ịchịkwa ụlọ ọrụ protein intracellular, ribosomesndị na-etinye aka na mmepụta, ma ọ bụ mgbasa ozi protein.

Ribosomes na-eme dị ka igwe mgbakọ - ha na-ewere template mRNA wee dakọọ ya na obere RNA ndị ọzọ, nyefee RNA (tRNA). tRNA ọ bụla nwere mpaghara abụọ na-arụ ọrụ - akụkụ nke ntọala atọ a na-akpọ anticodon, nke ga-adakọrịrị na codons kwekọrọ nke mRNA, yana saịtị maka ijikọ amino acid kpọmkwem maka nke a codon. N'oge ntụgharị asụsụ, ụmụ irighiri ihe tRNA dị na ribosome na-anwa iji anticodons kekọta na mRNA na enweghị usoro. Ọ bụrụ na ọ ga-aga nke ọma, molekul tRNA na-ejikọta amino acid ya na nke gara aga, na-eme njikọ na-esote n'ime yinye amino acid nke mRNA debere.

Usoro amino acid a bụ ọkwa mbụ nke usoro nhazi protein, nke mere e ji kpọọ ya. nhazi mbụ. Ihe niile dị n'akụkụ atọ nke protein na ọrụ ya sitere na nhazi nke mbụ, ma dabere na njirimara dị iche iche nke amino acid ọ bụla na mmekọrịta ha na ibe ha. Na-enweghị ihe ndị a kemịkalụ na amino acid mmekọrịta. polypeptides ha ga-anọgide na usoro ahịrị na-enweghị nhazi akụkụ atọ. Enwere ike ịhụ nke a oge ọ bụla ị na-esi nri - na usoro a enwere thermal denaturation atọ akụkụ Ọdịdị Ọdịdị nke na-edozi.

Njikọ dị ogologo nke akụkụ protein

Ọkwa ọzọ nke nhazi akụkụ atọ, gafere nke mbụ, ka e nyere aha amamihe usoro nke abụọ. Ọ na-agụnye njikọ nke hydrogen n'etiti amino acid nke na-arụ ọrụ dịtụ nso. Ihe kachasị mkpa nke mmekọrịta ndị a na-eme ka ọ kwụsie ike na-agbada n'ihe abụọ: alfa helices и ndepụta beta. Helix alfa na-etolite mpaghara polypeptide gbakọtara nke ọma, ebe mpempe akwụkwọ beta na-etolite mpaghara dị larịị, sara mbara. Nhazi abụọ a nwere ma ihe arụrụ arụ na arụrụ arụ, dabere na njirimara nke amino acid mejupụtara ha. Ọmụmaatụ, ọ bụrụ na alfa helix mejupụtara tumadi nke hydrophilic amino acid, dị ka arginine ma ọ bụ lysine, mgbe ahụ, o yikarịrị ka ọ ga-ekere òkè na mmeghachi omume mmiri.

Alfa helices na beta mpempe akwụkwọ na protein. Njikọ hydrogen na-etolite n'oge nkwupụta protein.

Akụkụ abụọ a na njikọta ha na-etolite ọkwa nke protein protein ọzọ - usoro nke atọ. N'adịghị ka mpekere dị mfe nke nhazi nke abụọ, hydrophobicity na-emetụta usoro ụlọ akwụkwọ sekọndrị. Ebe etiti ọtụtụ protein nwere nnukwu amino acid hydrophobic, dị ka alanine ma ọ bụ methionine, a na-ewepụkwa mmiri n'ebe ahụ n'ihi ọdịdị "greasy" nke radicals. Ihe owuwu ndị a na-apụtakarị na protein transmembrane nke agbakwunyere na akpụkpọ anụ bilayer lipid nke gbara ya gburugburu. Mpaghara hydrophobic nke ndị na-edozi ahụ na-anọgide na-ekpo ọkụ na-ekpo ọkụ n'ime akụkụ abụba nke akpụkpọ ahụ, ebe mpaghara hydrophilic nke protein ahụ na-ekpughere na gburugburu ebe mmiri dị n'akụkụ abụọ.

Ọzọkwa, a na-ahụ nkwụsi ike nke ụlọ ụlọ akwụkwọ sekọndrị site na njikọ dị ogologo n'etiti amino acids. Ihe atụ kpochapụwo nke njikọ ndị dị otú ahụ bụ disulfide akwa, na-emekarị n'etiti abụọ cysteine ​​radicals. Ọ bụrụ na ị na-esi isi ihe dị ntakịrị dị ka àkwá rere ure na ntutu isi n'oge usoro perm na ntutu isi nke onye ahịa, mgbe ahụ nke a bụ obere denaturation nke usoro ụlọ akwụkwọ sekọndrị nke keratin dị na ntutu, nke na-eme site na mbelata nkekọ disulfide na enyemaka nke sọlfọ nwere thiol ngwakọta.

A na-eme ka nhazi ụlọ akwụkwọ kwụsie ike site na mmekọrịta dị ogologo dị ka hydrophobicity ma ọ bụ disulfide bond

Njikọ disulfide nwere ike ime n'etiti cysteine radicals na otu polypeptide yinye, ma ọ bụ n'etiti cysteines si dị iche iche zuru n'agbụ. Mmekọrịta dị n'etiti agbụ dị iche iche na-etolite nke anọ larịị nke protein Ọdịdị. Ihe atụ magburu onwe ya nke ihe owuwu quaternary bụ hemoglobin ọ dị n'ọbara gị. Mkpụrụ ndụ hemoglobin ọ bụla nwere globins anọ yiri ya, akụkụ protein, nke ọ bụla n'ime ha na-ejide n'otu ọnọdụ dị n'ime polypeptide site na àkwà mmiri disulfide, ma jikọta ya na molekul heme nwere ígwè. A na-ejikọta globin anọ ahụ site na àkwà mmiri intermolecular disulfide, na molecule dum na-ejikọta na ọtụtụ ikuku ikuku n'otu oge, ruo anọ, ma nwee ike ịhapụ ha ka ọ dị mkpa.

Nhazi ihe nlere anya na-achọ ọgwụgwọ maka ọrịa

Agbụ polypeptide na-amalite mpịachi n'ụdị ikpeazụ ha n'oge ntụgharị, ka yinye na-eto eto na-apụ na ribosome, dị ka mpempe ebe nchekwa-alloy waya nwere ike were ọdịdị dị mgbagwoju anya mgbe ọ dị ọkụ. Otú ọ dị, dị ka mgbe niile na bayoloji, ihe adịghị mfe otú ahụ.

N'ọtụtụ mkpụrụ ndụ, mkpụrụ ndụ ihe nketa edegharịrị na-enweta nnukwu ndezi tupu ntụgharị asụsụ, na-agbanwe n'ụzọ dị ukwuu n'usoro nhazi nke protein ma e jiri ya tụnyere usoro ntọala dị ọcha nke mkpụrụ ndụ ihe nketa. N'okwu a, usoro ntụgharị na-achọkarị enyemaka nke chaperones molecular, protein ndị na-ejikọta obere oge na yinye polypeptide na-amụba ma gbochie ya ịmalite n'ụdị ọ bụla nke etiti, nke ha na-agaghị enwe ike ịgafe na nke ikpeazụ.

Nke a bụ naanị ikwu na ịkọ ọdịdị ikpeazụ nke protein abụghị ọrụ dị ntakịrị. Ruo ọtụtụ iri afọ, nanị ụzọ e si amụ nhazi nke protein bụ site n'ụzọ anụ ahụ dị ka X-ray crystallography. Ọ bụ na ngwụcha afọ 1960 ka ndị na-ahụ maka kemịkalụ biophysical bidoro wulite ụdị mgbako nke mpịakọta protein, na-elekwasị anya na nhazi usoro nke abụọ. Ụzọ ndị a na ụmụ ha chọrọ nnukwu ntinye data na mgbakwunye na nhazi nke mbụ - dịka ọmụmaatụ, tebụl nke njikọ njikọ amino acid, ndepụta nke hydrophobicity, ebubo ebubo, na ọbụna ichekwa nhazi na ọrụ n'ime oge evolushọn - niile iji mee chere ihe ga-eme dị ka protein ikpeazụ.

Ụzọ mgbako nke taa maka amụma nhazi nke abụọ, dị ka ndị na-agba ọsọ na netwọk Folding @ Home, na-arụ ọrụ na ihe dịka 80% ziri ezi-nke mara mma na-atụle mgbagwoju anya nke nsogbu ahụ. A ga-atụnyere data sitere na ụdị amụma sitere na protein dị ka SARS-CoV-2 spike protein na data sitere na ọmụmụ anụ ahụ nke nje. N'ihi ya, ọ ga-ekwe omume ịnweta nhazi nke protein ahụ na, ikekwe, ghọta otú nje ahụ si ejikọta na ndị na-anabata ya. Angiotensin na-agbanwe enzyme 2 onye dị na traktị iku ume na-eduga n'ime ahụ. Ọ bụrụ na anyị nwere ike ịchọpụta usoro a, anyị nwere ike ịchọta ọgwụ ndị na-egbochi njikọ ahụ ma gbochie ọrịa.

Nnyocha mpịachi protein bụ isi nghọta anyị banyere ọtụtụ ọrịa na ọrịa na-efe efe na ọbụlagodi mgbe anyị na-eji netwọọdụ Folding @ Home iji chọpụta otu esi emeri COVID-19, nke anyị hụla ka ọ na-eto n'oge na-adịbeghị anya, netwọkụ ahụ meriri. Adịghịkwa ọrụ ogologo oge. rụọ ọrụ. Ọ bụ ngwá ọrụ nyocha nke dabara nke ọma maka ịmụ usoro protein nke na-ebute ọtụtụ ọrịa na-emebi protein, dị ka ọrịa Alzheimer ma ọ bụ ọrịa Creutzfeldt-Jakob dị iche, nke a na-akpọkarị ọrịa ehi na-ezighi ezi. Ma mgbe nje ọzọ a na-apụghị izere ezere pụtara, anyị ga-adị njikere ịmalite ịlụso ya ọgụ ọzọ.

isi: www.habr.com