Pandemiya COVID-19 ya heyî gelek pirsgirêk çêkiriye ku hacker ji êrîşa wan kêfxweş bûne. Ji mertalên rûyê çapkirî yên 3D û masûlkeyên bijîjkî yên xwemalî bigire heya guheztina hewayek mekanîkî ya tevahî, herikîna ramanan îlham û dilgerm bû. Di heman demê de, hewildanên pêşkeftinê li herêmek din jî hebûn: di lêkolîna ku bi mebesta şerê li dijî vîrusê bixwe.
Xuya ye, potansiyela herî mezin ji bo rawestandina pandemiya heyî û pêşkeftina hemî paşerojê di nêzîkatiyek ku hewl dide xwe bigihîne bingeha pirsgirêkê ye. Ev nêzîkatiya "dijminê xwe nas bike" ji hêla projeya hesabkirinê ya Folding@Home ve tê girtin. Bi mîlyonan mirov îmzeya xwe dane projeyê û hin ji hêza pêvajoyê ya pêvajo û GPU-yên xwe didin, bi vî rengî superkomputera herî mezin [belavbûyî] di dîrokê de diafirînin.
Lê bi rastî ev hemî exaflops ji bo çi têne bikar anîn? Çima pêdivî ye ku meriv hêzek wusa hesabkerî bavêje ser xwe ? Kîjan celeb biyokîmya li vir dixebite, çima pêdivî ye ku proteîn qet biqelişe? Li vir nihêrînek bilez a pêçandina proteînê heye: ew çi ye, çawa diqewime, û çima ew girîng e.
Ya yekem, ya herî girîng: çima proteîn hewce ne?
Proteîn strukturên girîng in. Ew ne tenê materyalê avahîsaziyê ji bo hucreyan peyda dikin, lê di heman demê de hema hema hemî reaksiyonên biyokîmyayî wekî katalîzatorên enzîmê jî kar dikin. Squirrel, ew bibin an , zincîran dirêj in , di rêzek diyar de cih digire. Fonksiyonên proteînan bi kîjan asîdên amînî li hin cihên proteînê hene têne destnîşankirin. Ger, bo nimûne, pêdivî ye ku proteînek bi molekulek bi bargiraniya erênî ve girêbide, divê cîhê girêdanê bi asîdên amînî yên bi barkirina neyînî ve were dagirtin.
Ji bo ku fêm bikin ka proteîn çawa strukturek ku fonksiyona wan diyar dike digirin, divê em li ser bingehên biyolojiya molekulî û herikîna agahdariya di şaneyê de biçin.
Hilberîn, an proteîn bi pêvajoyê dest pê dike . Di dema transkripsiyonê de, helîka dualî ya ADN-ê, ku agahdariya genetîkî ya şaneyê dihewîne, bi qismî vediqete, û dihêle ku bingehên nîtrojen ên ADNyê ji enzîmek bi navê re peyda bibin. . Karê RNA polymerase ew e ku kopiyek RNA, an jî transkripsiyona genê çêbike. Ev kopiya gene tê gotin (mRNA), yek molekulek îdeal e ji bo kontrolkirina fabrîqeyên proteîna hundurîn, yên ku bi hilberînê re mijûl dibin, an proteînan.
Rîbozom mîna makîneyên komkirinê tevdigerin - ew şablonê mRNA digirin û bi perçeyên din ên piçûk ên ARNyê re li hev dikin, (tRNA). Her tRNA du herêmên çalak hene - beşek ji sê bingehan tê gotin , ku divê kodonên têkildar ên mRNA-yê, û cîhek ji bo girêdana asîdek amînî ya taybetî ji bo vê yekê bişopîne. . Di dema wergerandinê de, molekulên tRNAyê yên di rîbozomê de bi awayekî rasthatî hewl didin ku bi karanîna antîkodonan bi mRNA ve girêbidin. Ger biserkeve, molekula tRNA asîda xwe ya berê girêdide û zincîra asîdên amînî yên ku ji hêla mRNA ve hatî kodkirin zencîra din ava dike.
Ev rêza asîdên amînî asta yekem a hiyerarşiya avahîsaziya proteînê ye, ji ber vê yekê jê re tê gotin. . Tevahiya avahiya sê-alî ya proteînekê û fonksiyonên wê rasterast ji avahiya bingehîn têne wergirtin, û bi taybetmendiyên cihêreng ên her yek ji asîdên amînî û têkiliyên wan ên bi hev re ve girêdayî ne. Bêyî van taybetmendiyên kîmyewî û danûstendinên amino acîd, ew ê rêzikên rêzikan bêyî avahiyek sê-alî bimînin. Her gava ku hûn xwarinê çêdikin ev tê dîtin - di vê pêvajoyê de germî heye avahiya sê-alî ya proteînan.
Girêdanên dirêj ên parçeyên proteîn
Asta din a avahiya sê-alî, ku ji ya seretayî wêdetir, navek jêhatî hate dayîn . Ew di navbera asîdên amînoyî yên bi çalakiya nêzik ve girêdanên hîdrojenê vedihewîne. Esasê sereke yên van danûstendinên aramker bi du tiştan ve tê: и . Helîsa alfa herêma bi kelijandinê ya polîpeptîdê çêdike, dema ku pelika betayê herêma nerm û fireh pêk tîne. Her du avabûn xwedan taybetmendiyên avahî û fonksiyonel in, li gorî taybetmendiyên asîdên amînî yên pêkhateyên wan. Mînakî, heke helîka alfa bi gelemperî ji asîdên amînî yên hîdrofîlîk pêk tê, mîna an , wê hingê ew ê bi îhtîmalek mezin beşdarî reaksiyonên avî bibe.
Alpha helices û pelên beta di proteînan de. Girêdanên hîdrojenê di dema vegotina proteînê de çêdibin.
Ev her du avahî û hevgirtinên wan asta duyemîn a avahiya proteînê pêk tînin - . Berevajî perçeyên hêsan ên strukturên duyemîn, strukturên sêyem bi giranî ji hêla hîdrofobiyê ve tê bandor kirin. Navendên piraniya proteînan dihewîne asîdên amînî yên pir hîdrofobîk, wek an , û av ji wir tê derxistin ji ber xwezaya "gewr" a radîkalan. Van strukturên bi gelemperî di proteînên transmembranî yên ku di membrana dulayera lîpîdê ya hucreyên dorpêçkirî de ne xuya dibin. Herêmên hîdrofobîk ên proteînan ji hêla termodinamîkî ve di hundurê beşa rûn a membranê de aram dimînin, dema ku deverên hîdrofîlîk ên proteînan ji her du aliyan ve li hawîrdora avî têne xuyang kirin.
Di heman demê de, aramiya strukturên sêyem bi girêdanên dûr-dirêj di navbera asîdên amînoyî de tê peyda kirin. Mînaka klasîk a girêdanên bi vî rengî ye , bi gelemperî di navbera du radîkalên cysteine de çêdibe. Ger we di salona porê de di dema prosedurek permê ya li ser porê xerîdar de bîhnek mîna hêkên xirav bîhtibû, wê hingê ev yek denaturasyonek qismî ya strûktûra sêyem a keratinê ya di porê de ye, ku bi kêmkirina girêdanên dîsulfîdê re pêk tê. alîkariya sulfur-hewa têkelên.
Struktura sêyem bi danûstendinên dûr-dirêj ên wekî hîdrofobîtî an girêdanên dîsulfîdê stabîl dibe.
Girêdanên dîsulfîdî dikarin di navbera wan de çêbibin radîkalên di heman zincîra polîpeptîdê de, an jî di navbera sîsteînên ji zincîreyên bêkêmasî yên cihêreng de. Têkiliyên di navbera zincîreyên cuda de pêk tê asta avahiya proteîn. Nimûneyek hêja ya avahiya çargoşe ye di xwîna te de ye. Her molekulek hemoglobînê ji çar globînên wekhev, beşên proteîn pêk tê, ku her yek ji wan di nav polîpeptîdê de bi pirên dîsulfîdê ve di cîhek taybetî de tê girtin, û di heman demê de bi molekulek heme ya ku hesin tê de ye ve girêdayî ye. Her çar globîn bi pirên dîsulfîdî yên navmolekularî ve girêdayî ne, û molekul tev bi yekcarî, heta çaran, bi çend molekulên hewayê ve girêdide û li gorî hewcedariyê dikare wan berde.
Modelkirina strukturên di lêgerîna dermankirina nexweşiyê de
Zincîrên polîpeptîd di dema wergerê de dest bi şiklê xwe yê paşîn diqelişînin, ji ber ku zincîra mezin dibe ji rîbozomê derdikeve, mîna ku perçeyek têl alloyeya bîranînê dikare gava ku were germ kirin şeklên tevlihev bigire. Lêbelê, wekî her gav di biyolojiyê de, tişt ne ew qas hêsan in.
Di gelek hucreyan de, genên transkrîbkirî beriya wergerandinê di bin guherandinek berfireh de ne, bi rengek girîng avahiya bingehîn a proteînê li gorî rêzika bingehîn a paqij a genê diguhezîne. Di vê rewşê de, mekanîzmayên werger bi gelemperî alîkariya chaperonên molekular, proteînên ku bi demkî bi zincîra polîpeptîdê ya nû ve girêdidin û nahêlin ku ew formek navîn werbigire, ku ji wê hingê ew ê nikaribin derbasî ya dawî bibin, digirin.
Ev hemî tê vê wateyê ku pêşbînkirina şeklê paşîn a proteîn ne karek piçûk e. Bi dehsalan, yekane awayê lêkolîna strukturên proteînan bi rêbazên fizîkî yên wekî kristalografiya tîrêjê bû. Ne di dawiya salên 1960-an de bû ku kîmyazanên biyofizîkî dest bi avakirina modelên hesabkerî yên pêçandina proteînan kirin, di serî de li ser modelkirina avahiya duyemîn. Van rêbazan û dûndana wan ji bilî strukturên bingehîn hewceyê gelek daneyên têketinê ne - mînakî, tabloyên goşeyê girêdana asîda amînî, navnîşên hîdrofobî, rewşên bargiran, û tewra parastina avahî û fonksiyonê di serdemên pêşkeftinê de - hemî ji bo ku texmîn bikin ka dê çi bibe mîna proteîna dawîn xuya dike.
Rêbazên hesabker ên îroyîn ên ji bo pêşbînkirina strukturên duyemîn, mîna yên ku li ser tora Folding@Home dixebitin, bi qasî% 80 rast dixebitin - ku ji ber tevliheviya pirsgirêkê pir baş e. Daneyên ku ji hêla modelên pêşdîtinê ve li ser proteînên wekî SARS-CoV-2 proteîna spike têne çêkirin dê bi daneyên ji lêkolînên laşî yên vîrusê re bêne berhev kirin. Wekî encamek, dê gengaz be ku hûn strukturek rastîn a proteînê bistînin û, dibe ku, fêm bikin ka vîrus çawa bi receptoran ve girêdayî ye. kesê ku di rêka nefesê de ye ku ber bi laş ve diçe. Ger em karibin vê strukturê fam bikin, dibe ku em karibin dermanên ku girêdanê asteng dikin û pêşî li enfeksiyonê digirin bibînin.
Lêkolîna daxistina proteînê di dilê têgihîştina me ya ewqas nexweşî û enfeksiyonan de ye ku tewra gava ku em tora Folding@Home bikar tînin da ku fêr bibin ka meriv çawa COVID-19-ê ku me dît ku di van demên dawî de di mezinbûnê de teqiyaye têk bibe, torgilok dê demeke dirêj bêkar bimînin. Ew amûrek lêkolînê ye ku ji bo lêkolîna şêwazên proteîn ên ku di binê bi dehan nexweşiyên xelet-pêçandî yên proteîn de ne, baş e, wek nexweşiya Alzheimer an guhertoya nexweşiya Creutzfeldt-Jakob, ku pir caran bi xeletî jê re nexweşiya gayê dîn tê gotin. Û gava ku bi neçarî vîrusek din xuya bibe, em ê amade bin ku ji nû ve dest bi şer bikin.
Source: www.habr.com