ដូច្នេះ​តើ​អ្វី​ទៅ​ជា​«​ការ​បត់​ប្រូតេអ៊ីន​»​?

ជំងឺរាតត្បាត Covid-19 នាពេលបច្ចុប្បន្ននេះបានបង្កើតបញ្ហាជាច្រើនដែលពួក Hacker រីករាយនឹងវាយប្រហារ។ ចាប់ពីខែលការពារមុខដែលបានបោះពុម្ព 3D និងរបាំងវេជ្ជសាស្ត្រដែលផលិតដោយគេហដ្ឋាន រហូតដល់ការជំនួសម៉ាស៊ីនខ្យល់ចេញចូលពេញលេញ លំហូរនៃគំនិតបានបំផុសគំនិត និងផ្តល់ភាពកក់ក្តៅដល់បេះដូង។ ក្នុងពេលជាមួយគ្នានេះមានការប៉ុនប៉ងដើម្បីឈានទៅមុខក្នុងតំបន់មួយផ្សេងទៀត: នៅក្នុងការស្រាវជ្រាវដែលមានបំណងប្រយុទ្ធប្រឆាំងនឹងមេរោគខ្លួនឯង។

ជាក់ស្តែង សក្តានុពលដ៏អស្ចារ្យបំផុតសម្រាប់ការបញ្ឈប់ការរាតត្បាតនៃជំងឺរាតត្បាតបច្ចុប្បន្ន និងលើសពីការបន្តបន្ទាប់ទាំងអស់ គឺស្ថិតនៅក្នុងវិធីសាស្រ្តដែលព្យាយាមឈានទៅដល់ឫសគល់នៃបញ្ហា។ វិធីសាស្រ្ត "ដឹងពីសត្រូវរបស់អ្នក" នេះត្រូវបានធ្វើឡើងដោយគម្រោងកុំព្យូទ័រ Folding@Home ។ មនុស្សរាប់លាននាក់បានចុះឈ្មោះក្នុងគម្រោងនេះ ហើយកំពុងបរិច្ចាគថាមពលដំណើរការមួយចំនួននៃ processors និង GPUs របស់ពួកគេ ដូច្នេះបង្កើត supercomputer [ចែកចាយ] ដ៏ធំបំផុតក្នុងប្រវត្តិសាស្ត្រ។

ប៉ុន្តែតើ exaflops ទាំងអស់នេះប្រើសម្រាប់អ្វី? ហេតុអ្វីចាំបាច់បោះថាមពលកុំព្យូទ័របែបនេះ? ការបត់ប្រូតេអ៊ីន? តើជីវគីមីប្រភេទណាដែលធ្វើការនៅទីនេះ ហេតុអ្វីបានជាប្រូតេអ៊ីនចាំបាច់ត្រូវបត់? នេះជាទិដ្ឋភាពទូទៅនៃការបត់ប្រូតេអ៊ីន៖ តើវាជាអ្វី របៀបដែលវាកើតឡើង និងហេតុអ្វីបានជាវាសំខាន់។

ទីមួយរឿងសំខាន់បំផុត: ហេតុអ្វីបានជាប្រូតេអ៊ីនត្រូវការ?

ប្រូតេអ៊ីនគឺជារចនាសម្ព័ន្ធសំខាន់។ ពួកគេមិនត្រឹមតែផ្តល់សម្ភារៈសំណង់សម្រាប់កោសិកាប៉ុណ្ណោះទេ ប៉ុន្តែថែមទាំងបម្រើជាកាតាលីករអង់ស៊ីមសម្រាប់ប្រតិកម្មជីវគីមីស្ទើរតែទាំងអស់។ កំប្រុក ត្រូវជាពួកគេ។ រចនាសម្ព័ន្ធ ឬ អង់ស៊ីមគឺជាខ្សែសង្វាក់វែង អាស៊ីតអាមីណូ។ដែលមានទីតាំងនៅក្នុងលំដាប់ជាក់លាក់មួយ។ មុខងារនៃប្រូតេអ៊ីនត្រូវបានកំណត់ដោយអាស៊ីតអាមីណូដែលមានទីតាំងនៅកន្លែងជាក់លាក់នៅលើប្រូតេអ៊ីន។ ឧទាហរណ៍ ប្រសិនបើប្រូតេអ៊ីនត្រូវភ្ជាប់ទៅនឹងម៉ូលេគុលដែលមានបន្ទុកវិជ្ជមាន កន្លែងចងត្រូវតែបំពេញដោយអាស៊ីតអាមីណូដែលមានបន្ទុកអវិជ្ជមាន។

ដើម្បីយល់ពីរបៀបដែលប្រូតេអ៊ីនទទួលបានរចនាសម្ព័ន្ធដែលកំណត់មុខងាររបស់វា យើងត្រូវឆ្លងកាត់មូលដ្ឋានគ្រឹះនៃជីវវិទ្យាម៉ូលេគុល និងលំហូរព័ត៌មាននៅក្នុងកោសិកា។

ផលិតកម្ម, ឬ កន្សោម ប្រូតេអ៊ីនចាប់ផ្តើមជាមួយនឹងដំណើរការ ប្រតិចារិក. កំឡុងពេលចម្លង DNA helix ទ្វេរដង ដែលមានផ្ទុកព័ត៌មានហ្សែនរបស់កោសិកា បន្ធូរបន្ថយដោយផ្នែក ដែលអនុញ្ញាតឱ្យមូលដ្ឋានអាសូតនៃ DNA ក្លាយជាអង់ស៊ីមដែលហៅថា RNA polymerase. ការងាររបស់ RNA polymerase គឺបង្កើតច្បាប់ចម្លង RNA ឬការចម្លងនៃហ្សែនមួយ។ ច្បាប់ចម្លងនៃហ្សែននេះហៅថា អ្នកនាំសារ RNA (mRNA) គឺជាម៉ូលេគុលតែមួយដ៏ល្អសម្រាប់គ្រប់គ្រងរោងចក្រប្រូតេអ៊ីនក្នុងកោសិកា។ ribosomesដែលចូលរួមក្នុងការផលិត ឬ ការចាក់ផ្សាយ ប្រូតេអ៊ីន។

Ribosomes ដើរតួដូចជាម៉ាស៊ីនដំឡើង - ពួកគេយកគំរូ mRNA ហើយផ្គូផ្គងវាទៅនឹងបំណែកតូចៗផ្សេងទៀតនៃ RNA, ផ្ទេរ RNA (tRNA) ។ tRNA នីមួយៗមានតំបន់សកម្មពីរ - ផ្នែកមួយនៃមូលដ្ឋានចំនួនបីហៅថា ថ្នាំ anticodonដែលត្រូវតែផ្គូផ្គង codons ដែលត្រូវគ្នានៃ mRNA និងកន្លែងសម្រាប់ភ្ជាប់អាស៊ីតអាមីណូជាក់លាក់សម្រាប់វា កូឌុន. កំឡុងពេលបកប្រែ ម៉ូលេគុល tRNA នៅក្នុង ribosome ចៃដន្យព្យាយាមភ្ជាប់ជាមួយ mRNA ដោយប្រើ anticodons ។ ប្រសិនបើជោគជ័យ ម៉ូលេគុល tRNA ភ្ជាប់អាស៊ីតអាមីណូរបស់វាទៅនឹងធាតុមុន បង្កើតជាតំណភ្ជាប់បន្ទាប់នៅក្នុងខ្សែសង្វាក់នៃអាស៊ីតអាមីណូដែលត្រូវបានអ៊ិនកូដដោយ mRNA ។

លំដាប់នៃអាស៊ីតអាមីណូនេះគឺជាកម្រិតដំបូងនៃឋានានុក្រមរចនាសម្ព័ន្ធប្រូតេអ៊ីនដែលជាមូលហេតុដែលវាត្រូវបានគេហៅថា រចនាសម្ព័ន្ធបឋម. រចនាសម្ព័ន្ធបីវិមាត្រទាំងមូលនៃប្រូតេអ៊ីនមួយ និងមុខងាររបស់វាត្រូវបានចេញដោយផ្ទាល់ពីរចនាសម្ព័ន្ធចម្បង ហើយអាស្រ័យលើលក្ខណៈសម្បត្តិផ្សេងៗនៃអាស៊ីតអាមីណូនីមួយៗ និងអន្តរកម្មរបស់វាជាមួយគ្នាទៅវិញទៅមក។ ដោយគ្មានលក្ខណៈសម្បត្តិគីមី និងអន្តរកម្មអាស៊ីតអាមីណូទាំងនេះទេ polypeptides ពួកវានឹងនៅតែជាលំដាប់លីនេអ៊ែរដោយគ្មានរចនាសម្ព័ន្ធបីវិមាត្រ។ នេះអាចត្រូវបានគេមើលឃើញរាល់ពេលដែលអ្នកចម្អិនអាហារ - នៅក្នុងដំណើរការនេះមានកំដៅ និកាយ រចនាសម្ព័ន្ធបីវិមាត្រនៃប្រូតេអ៊ីន។

ចំណងវែងនៃផ្នែកប្រូតេអ៊ីន

កម្រិតបន្ទាប់នៃរចនាសម្ព័ន្ធបីវិមាត្រដែលហួសពីកម្រិតបឋមត្រូវបានគេផ្តល់ឈ្មោះដ៏ឆ្លាតវៃ រចនាសម្ព័ន្ធបន្ទាប់បន្សំ. វារួមបញ្ចូលចំណងអ៊ីដ្រូសែនរវាងអាស៊ីតអាមីណូនៃសកម្មភាពជិតស្និទ្ធ។ ខ្លឹមសារសំខាន់នៃអន្តរកម្មស្ថេរភាពទាំងនេះមានពីរយ៉ាង៖ អាល់ហ្វា helices и បញ្ជីបេតា. អាល់ហ្វា helix បង្កើតបានជាតំបន់រុំយ៉ាងតឹងនៃ polypeptide ខណៈពេលដែលសន្លឹកបេតាបង្កើតបានជាផ្ទៃរលោង និងធំទូលាយ។ ទម្រង់ទាំងពីរមានទាំងរចនាសម្ព័ន្ធ និងមុខងារ អាស្រ័យលើលក្ខណៈនៃអាស៊ីតអាមីណូធាតុផ្សំរបស់វា។ ឧទាហរណ៍ ប្រសិនបើអាល់ហ្វា helix ភាគច្រើនមានអាស៊ីតអាមីណូ hydrophilic ដូចជា arginine ឬ lysineបន្ទាប់មក វាទំនងជានឹងចូលរួមក្នុងប្រតិកម្ម aqueous ។

អាល់ហ្វា helices និងសន្លឹកបេតានៅក្នុងប្រូតេអ៊ីន។ ចំណងអ៊ីដ្រូសែនបង្កើតកំឡុងពេលបញ្ចេញប្រូតេអ៊ីន។

រចនាសម្ព័ន្ធទាំងពីរនេះ និងការរួមផ្សំគ្នាបង្កើតបានជាកម្រិតបន្ទាប់នៃរចនាសម្ព័ន្ធប្រូតេអ៊ីន - រចនាសម្ព័ន្ធទីបី. មិនដូចបំណែកសាមញ្ញនៃរចនាសម្ព័ន្ធបន្ទាប់បន្សំទេ រចនាសម្ព័ន្ធទីបីត្រូវបានជះឥទ្ធិពលជាចម្បងដោយ hydrophobicity ។ មជ្ឈមណ្ឌលនៃប្រូតេអ៊ីនភាគច្រើនមានអាស៊ីតអាមីណូ hydrophobic ខ្ពស់ដូចជា អាឡានីន ឬ methionineហើយទឹកត្រូវបានដកចេញពីទីនោះដោយសារតែធម្មជាតិ "ជាតិខាញ់" នៃរ៉ាឌីកាល់។ រចនាសម្ព័ន្ធទាំងនេះជារឿយៗលេចឡើងនៅក្នុងប្រូតេអ៊ីន transmembrane ដែលបានបង្កប់នៅក្នុងភ្នាស lipid bilayer ជុំវិញកោសិកា។ តំបន់ hydrophobic នៃប្រូតេអ៊ីននៅតែមានស្ថេរភាពតាមបែបទែម៉ូឌីណាមិកនៅខាងក្នុងផ្នែកខ្លាញ់នៃភ្នាស ខណៈដែលតំបន់ hydrophilic នៃប្រូតេអ៊ីនត្រូវបានប៉ះពាល់ទៅនឹងបរិយាកាស aqueous ទាំងសងខាង។

ដូចគ្នានេះផងដែរស្ថេរភាពនៃរចនាសម្ព័ន្ធទីបីត្រូវបានធានាដោយចំណងជួរវែងរវាងអាស៊ីតអាមីណូ។ ឧទាហរណ៍បុរាណនៃការតភ្ជាប់បែបនេះគឺ ស្ពាន disulfideជាញឹកញាប់កើតឡើងរវាងរ៉ាឌីកាល់ cysteine ​​​​ពីរ។ ប្រសិនបើអ្នកធុំក្លិនអ្វីបន្តិចដូចជាស៊ុតរលួយនៅក្នុងហាងធ្វើសក់ ក្នុងអំឡុងពេលនីតិវិធី perm នៅលើសក់របស់អតិថិជននោះ នេះគឺជាការ denaturation មួយផ្នែកនៃរចនាសម្ព័ន្ធទីបីនៃ keratin ដែលមាននៅក្នុងសក់ ដែលកើតឡើងតាមរយៈការកាត់បន្ថយចំណង disulfide ជាមួយ ជំនួយនៃស្ពាន់ធ័រ ធីអូល។ ល្បាយ។

រចនាសម្ព័ន្ធទីបីមានស្ថេរភាពដោយអន្តរកម្មរយៈចម្ងាយឆ្ងាយដូចជាចំណង hydrophobicity ឬ disulfide bonds

ចំណង disulfide អាចកើតឡើងរវាង ស៊ីស្ទីន រ៉ាឌីកាល់នៅក្នុងសង្វាក់ polypeptide ដូចគ្នា ឬរវាង cysteines ពីខ្សែសង្វាក់ពេញលេញផ្សេងគ្នា។ អន្តរកម្មរវាងខ្សែសង្វាក់ផ្សេងៗគ្នា quaternary កម្រិតនៃរចនាសម្ព័ន្ធប្រូតេអ៊ីន។ ឧទាហរណ៍ដ៏ល្អនៃរចនាសម្ព័ន្ធ quaternary គឺ អេម៉ូក្លូប៊ីន វាស្ថិតនៅក្នុងឈាមរបស់អ្នក។ ម៉ូលេគុលអេម៉ូក្លូប៊ីននីមួយៗមាន globin ដូចគ្នាចំនួនបួន ផ្នែកប្រូតេអ៊ីន ដែលនីមួយៗត្រូវបានរក្សានៅក្នុងទីតាំងជាក់លាក់មួយនៅក្នុង polypeptide ដោយស្ពាន disulfide ហើយត្រូវបានផ្សារភ្ជាប់ជាមួយនឹងម៉ូលេគុល heme ដែលមានជាតិដែកផងដែរ។ globin ទាំងបួនត្រូវបានតភ្ជាប់ដោយស្ពាន disulfide អន្តរម៉ូលេគុល ហើយម៉ូលេគុលទាំងមូលភ្ជាប់ទៅនឹងម៉ូលេគុលខ្យល់ជាច្រើនក្នុងពេលតែមួយ រហូតដល់បួន ហើយអាចបញ្ចេញវាតាមតម្រូវការ។

រចនាសម្ព័នគំរូក្នុងការស្វែងរកវិធីព្យាបាលជំងឺ

ខ្សែសង្វាក់ Polypeptide ចាប់ផ្តើមបត់ចូលទៅក្នុងរូបរាងចុងក្រោយរបស់វា កំឡុងពេលបកប្រែ ដោយសារខ្សែសង្វាក់ដែលកំពុងលូតលាស់ចេញពី ribosome ជាច្រើនដូចជាដុំនៃ memory-alloy wire អាចបង្កើតជារាងស្មុគស្មាញនៅពេលកំដៅ។ ទោះយ៉ាងណាក៏ដោយ ដូចតែងតែនៅក្នុងជីវវិទ្យា អ្វីៗមិនសាមញ្ញនោះទេ។

នៅក្នុងកោសិកាជាច្រើន ហ្សែនដែលបានចម្លងឆ្លងកាត់ការកែសម្រួលយ៉ាងទូលំទូលាយមុនពេលបកប្រែ ផ្លាស់ប្តូររចនាសម្ព័ន្ធប្រូតេអ៊ីនយ៉ាងសំខាន់បើប្រៀបធៀបទៅនឹងលំដាប់មូលដ្ឋានសុទ្ធនៃហ្សែន។ ក្នុងករណីនេះ យន្ដការបកប្រែជារឿយៗបញ្ចូលជំនួយពីមេម៉ូលេគុល ប្រូតេអ៊ីនដែលភ្ជាប់ជាបណ្ដោះអាសន្នទៅនឹងខ្សែសង្វាក់ polypeptide ដែលទើបនឹងកើត និងការពារវាពីការទទួលយកទម្រង់កម្រិតមធ្យមណាមួយ ដែលបន្ទាប់មកពួកគេនឹងមិនអាចបន្តទៅវគ្គចុងក្រោយបានទេ។

នេះ​ជា​ការ​និយាយ​ថា​ការ​ទស្សន៍ទាយ​រូបរាង​ចុង​ក្រោយ​នៃ​ប្រូតេអ៊ីន​គឺ​មិន​មែន​ជា​កិច្ចការ​តូចតាច​នោះ​ទេ។ អស់ជាច្រើនទសវត្សរ៍មកហើយ មធ្យោបាយតែមួយគត់ដើម្បីសិក្សាពីរចនាសម្ព័ន្ធនៃប្រូតេអ៊ីនគឺតាមរយៈវិធីសាស្ត្ររូបវន្ត ដូចជាគ្រីស្តាល់កាំរស្មីអ៊ិច។ វាមិនមែនរហូតដល់ចុងទសវត្សរ៍ឆ្នាំ 1960 ដែលអ្នកគីមីវិទ្យាជីវរូបវិទ្យាបានចាប់ផ្តើមបង្កើតគំរូគណនានៃការបត់ប្រូតេអ៊ីន ដោយផ្តោតជាចម្បងលើការធ្វើគំរូរចនាសម្ព័ន្ធបន្ទាប់បន្សំ។ វិធីសាស្រ្តទាំងនេះ និងកូនចៅរបស់ពួកគេ ត្រូវការបរិមាណដ៏ធំនៃទិន្នន័យបញ្ចូលបន្ថែមលើរចនាសម្ព័ន្ធចម្បង - ឧទាហរណ៍ តារាងនៃមុំចំណងអាស៊ីតអាមីណូ បញ្ជីនៃ hydrophobicity រដ្ឋចោទប្រកាន់ និងសូម្បីតែការអភិរក្សរចនាសម្ព័ន្ធ និងមុខងារលើមាត្រដ្ឋានការវិវត្តន៍ - ទាំងអស់ដើម្បី ទាយអ្វីដែលនឹងកើតឡើងមើលទៅដូចជាប្រូតេអ៊ីនចុងក្រោយ។

វិធីសាស្រ្តគណនានាពេលបច្ចុប្បន្ននេះសម្រាប់ការទស្សន៍ទាយរចនាសម្ព័ន្ធបន្ទាប់បន្សំ ដូចជាកម្មវិធីដែលដំណើរការលើបណ្តាញ Folding@Home ដំណើរការជាមួយនឹងភាពត្រឹមត្រូវប្រហែល 80% ដែលជាការល្អណាស់ក្នុងការពិចារណាពីភាពស្មុគស្មាញនៃបញ្ហា។ ទិន្នន័យដែលបង្កើតដោយគំរូព្យាករណ៍លើប្រូតេអ៊ីនដូចជាប្រូតេអ៊ីន SARS-CoV-2 នឹងត្រូវបានប្រៀបធៀបជាមួយនឹងទិន្នន័យពីការសិក្សារាងកាយនៃមេរោគ។ ជាលទ្ធផល វានឹងអាចទទួលបានរចនាសម្ព័ន្ធពិតប្រាកដនៃប្រូតេអ៊ីន ហើយប្រហែលជាយល់ពីរបៀបដែលមេរោគភ្ជាប់ទៅនឹងអ្នកទទួល អង់ស៊ីមបំប្លែង angiotensin ២ មនុស្សដែលស្ថិតនៅក្នុងផ្លូវដង្ហើមដែលនាំចូលទៅក្នុងខ្លួន។ ប្រសិនបើយើងអាចស្វែងយល់ពីរចនាសម្ព័ន្ធនេះ យើងប្រហែលជាអាចស្វែងរកថ្នាំដែលរារាំងការចង និងការពារការឆ្លង។

ការស្រាវជ្រាវផ្នត់ប្រូតេអ៊ីន គឺជាបេះដូងនៃការយល់ដឹងរបស់យើងអំពីជំងឺ និងការឆ្លងជាច្រើន ដែលសូម្បីតែនៅពេលដែលយើងប្រើបណ្តាញ Folding@Home ដើម្បីរកវិធីកម្ចាត់ COVID-19 ដែលយើងបានឃើញផ្ទុះឡើងក្នុងពេលថ្មីៗនេះ បណ្តាញនឹង' កុំនៅទំនេរយូរ។ វាគឺជាឧបករណ៍ស្រាវជ្រាវដែលស័ក្តិសមសម្រាប់ការសិក្សាអំពីគំរូប្រូតេអ៊ីនដែលបង្ហាញពីជំងឺជាច្រើននៃប្រូតេអ៊ីនខុសប្រក្រតី ដូចជាជំងឺ Alzheimer ឬជំងឺ Creutzfeldt-Jakob ខុសប្រក្រតី ដែលជារឿយៗគេហៅថាជំងឺគោឆ្កួត។ ហើយនៅពេលដែលមេរោគមួយផ្សេងទៀតលេចឡើងដោយជៀសមិនរួច យើងនឹងត្រៀមខ្លួនដើម្បីចាប់ផ្តើមប្រយុទ្ធប្រឆាំងនឹងវាម្តងទៀត។

ប្រភព: www.habr.com