Pandemi COVID-19 saiki wis nggawe akeh masalah sing disenengi para peretas. Saka tameng rai sing dicithak 3D lan topeng medis krasan kanggo ngganti ventilator mekanik sing lengkap, aliran ide kasebut menehi inspirasi lan nyenengake ati. Ing wektu sing padha, ana upaya kanggo maju ing wilayah liyane: ing riset sing dituju kanggo nglawan virus kasebut dhewe.
Ketoke, potensial paling gedhe kanggo mungkasi pandemi saiki lan ngluwihi kabeh sing sabanjure ana ing pendekatan sing nyoba ngrampungake masalah kasebut. Pendekatan "ngerti mungsuh" iki ditindakake dening proyek komputasi Folding@Home. Mayuta-yuta wong wis ndhaptar proyek kasebut lan nyumbang sawetara kekuwatan pangolahan prosesor lan GPU, saéngga nggawe superkomputer [didistribusikake] paling gedhe ing sejarah.
Nanging kanggo apa kabeh exaflops iki digunakake? Apa iku perlu kanggo uncalan daya komputasi kuwi ing ? Apa jenis biokimia sing ana ing kene, kenapa protein kudu dilipat? Mangkene ringkesan cepet babagan lempitan protein: apa iku, kepiye kedadeyane, lan kenapa pentinge.
Pisanan, sing paling penting: kenapa protein dibutuhake?
Protein minangka struktur penting. Dheweke ora mung nyedhiyakake bahan bangunan kanggo sel, nanging uga dadi katalis enzim kanggo meh kabeh reaksi biokimia. Bajing, dadi utawa , iku ranté dawa , dumunung ing urutan tartamtu. Fungsi protein ditemtokake dening asam amino dumunung ing panggonan tartamtu ing protein. Yen, contone, protein kudu ikatan karo molekul sing muatane positif, situs ikatan kasebut kudu diisi asam amino sing muatane negatif.
Kanggo mangerteni carane protein entuk struktur sing nemtokake fungsine, kita kudu nliti dasar-dasar biologi molekuler lan aliran informasi ing sel.
Produksi, utawa protein diwiwiti kanthi proses . Sajrone transkripsi, heliks ganda DNA, sing ngemot informasi genetik sèl, sebagéyan bisa dibuwang, saéngga basa nitrogen DNA kasedhiya kanggo enzim sing disebut. . Tugas RNA polimerase yaiku nggawe salinan RNA, utawa transkripsi, saka gen. Iki salinan gen disebut (mRNA), minangka molekul tunggal sing cocog kanggo ngontrol pabrik protein intraselular, sing melu produksi, utawa protein.
Ribosom tumindak kaya mesin perakitan - njupuk cithakan mRNA lan cocog karo potongan cilik RNA liyane, (tRNA). Saben tRNA nduweni rong wilayah aktif - bagean saka telung basa sing disebut , sing kudu cocog karo kodon mRNA sing cocog, lan situs kanggo ngiket asam amino khusus kanggo iki. . Sajrone terjemahan, molekul tRNA ing ribosom kanthi acak nyoba ngiket mRNA nggunakake antikodon. Yen kasil, molekul tRNA nempelake asam amino menyang sing sadurunge, mbentuk pranala sabanjure ing rantai asam amino sing dikode dening mRNA.
Urutan asam amino iki minangka tingkat pisanan saka hirarki struktural protein, mula diarani . Kabeh struktur telung dimensi saka protein lan fungsine langsung diturunake saka struktur primer, lan gumantung marang macem-macem sifat saben asam amino lan interaksi siji liyane. Tanpa sifat kimia lan interaksi asam amino kasebut, padha bakal tetep urutan linear tanpa struktur telung dimensi. Iki bisa dideleng saben sampeyan masak panganan - ing proses iki ana termal struktur telung dimensi saka protein.
Ikatan dawa saka bagean protein
Tingkat sabanjure struktur telung dimensi, ngluwihi sing utami, diwenehi jeneng sing pinter . Iku kalebu ikatan hidrogen antarane asam amino tumindak relatif cedhak. Inti saka interaksi stabil iki ana rong perkara: и . Helix alfa mbentuk wilayah polipeptida sing digulung kanthi rapet, dene lembaran beta mbentuk wilayah sing alus lan lebar. Loro-lorone formasi kasebut nduweni sipat struktural lan fungsional, gumantung saka karakteristik asam amino konstituen. Contone, yen alpha helix kasusun utamané saka asam amino hidrofilik, kaya utawa , banjur paling kamungkinan bakal melu ing reaksi banyu.
Heliks alfa lan lembaran beta ing protein. Ikatan hidrogen dibentuk nalika ekspresi protein.
Loro struktur lan kombinasi kasebut mbentuk tingkat struktur protein sabanjure - . Ora kaya pecahan prasaja saka struktur sekunder, struktur tersier utamané dipengaruhi dening hidrofobik. Pusat paling akeh protein ngemot asam amino hidrofobik, kayata utawa , lan banyu ora kalebu ing kono amarga sifat "greasy" saka radikal. Struktur iki asring katon ing protèin transmembran sing ditempelake ing membran dwilapis lipid ing saubengé sel. Wilayah hidrofobik saka protèin tetep termodinamika stabil ing sajeroning bagéan lemak membran, déné wilayah hidrofilik saka protèin kapapar ing lingkungan banyu ing loro-lorone.
Kajaba iku, stabilitas struktur tersier dijamin dening ikatan jarak adoh antarane asam amino. Conto klasik saka sambungan kasebut yaiku , asring dumadi ing antarane rong radikal sistein. Yen sampeyan mambu kaya endhog bosok ing salon rambut sajrone prosedur perm ing rambut klien, mula iki minangka denaturasi parsial saka struktur tersier keratin sing ana ing rambut, sing kedadeyan liwat pengurangan ikatan disulfida karo bantuan saka belerang-ngandhut campuran.
Struktur tersier distabilake kanthi interaksi jarak jauh kayata hidrofobik utawa ikatan disulfida
Ikatan disulfida bisa dumadi ing antarane radikal ing rantai polipeptida sing padha, utawa ing antarane sistein saka rantai lengkap sing beda. Interaksi antarane macem-macem ranté dibentuk tingkat struktur protein. Conto apik banget saka struktur kuarter yaiku iku ing getihmu. Saben molekul hemoglobin kasusun saka papat globin sing padha, bagéan protein, sing saben-saben ditahan ing posisi tartamtu ing polipeptida kanthi jembatan disulfida, lan uga digandhengake karo molekul heme sing ngandhut wesi. Kabeh globin papat disambungake dening jembatan disulfida intermolecular, lan kabeh molekul ngiket menyang sawetara molekul udara bebarengan, nganti papat, lan bisa ngeculake yen perlu.
Modeling struktur kanggo golek obat kanggo penyakit
Rantai polipeptida wiwit lempitan dadi wangun pungkasan nalika diterjemahake, amarga ranté sing tuwuh metu saka ribosom, kaya potongan kawat paduan memori sing bisa dadi wangun rumit nalika dipanaskan. Nanging, kaya biasane ing biologi, iku ora prasaja.
Ing pirang-pirang sel, gen sing ditranskripsi ngalami panyuntingan ekstensif sadurunge terjemahan, kanthi signifikan ngowahi struktur dhasar protein dibandhingake karo urutan basa murni saka gen kasebut. Ing kasus iki, mekanisme translasi asring njaluk bantuan saka chaperones molekul, protein sing sementara ikatan karo rantai polipeptida nascent lan nyegah saka njupuk sembarang wangun penengah, saka kang banjur ora bisa pindhah menyang final.
Iki kabeh kanggo ngomong sing prédhiksi wangun final saka protein ora tugas sepele. Kanggo sawetara dekade, siji-sijine cara kanggo nyinaoni struktur protein yaiku liwat metode fisik kayata kristalografi sinar-X. Ora nganti pungkasan taun 1960-an, ahli kimia biofisika wiwit mbangun model komputasi protein lempitan, utamane konsentrasi ing model struktur sekunder. Cara kasebut lan turunane mbutuhake data input sing akeh banget saliyane struktur utama - contone, tabel sudut ikatan asam amino, dhaptar hidrofobik, status muatan, lan uga konservasi struktur lan fungsi sajrone skala wektu evolusi - kabeh supaya guess apa sing bakal kelakon katon kaya protein final.
Cara komputasi saiki kanggo prediksi struktur sekunder, kayata sing mlaku ing jaringan Folding@Home, bisa digunakake kanthi akurasi 80% - sing cukup apik yen dipikirake kerumitan masalah kasebut. Data sing digawe dening model prediktif babagan protein kayata protein spike SARS-CoV-2 bakal dibandhingake karo data saka studi fisik virus kasebut. Akibaté, bakal bisa entuk struktur protein sing tepat lan, bisa uga, ngerti kepiye virus nempel ing reseptor. wong dumunung ing ngambakake ambegan anjog menyang awak. Yen kita bisa ngerteni struktur iki, kita bisa nemokake obat-obatan sing ngalangi ikatan lan nyegah infeksi.
Riset lempitan protein minangka inti pemahaman kita babagan akeh penyakit lan infeksi, sanajan kita nggunakake jaringan Folding@Home kanggo ngerteni carane ngalahake COVID-19, sing wis katon njeblug ing wutah akhir-akhir iki, jaringan kasebut menang. ora nganggur suwe, kerja. Iki minangka alat riset sing cocog kanggo nyinaoni pola protein sing nyebabake puluhan penyakit salah lipatan protein, kayata penyakit Alzheimer utawa penyakit Creutzfeldt-Jakob varian, asring salah diarani penyakit sapi gila. Lan nalika virus liyane mesthi katon, kita bakal siyap miwiti nglawan maneh.
Source: www.habr.com