Учурдагы COVID-19 пандемиясы хакерлерге кол салууга кубанычта болгон көптөгөн көйгөйлөрдү жаратты. 3D басып чыгарылган бет калканчтарынан жана үйдө жасалган медициналык маскалардан баштап толук механикалык вентиляторду алмаштырууга чейин идеялардын агымы шыктандырган жана жүрөк жылыткан. Ошол эле учурда башка чөйрөдө: вирустун өзү менен күрөшүүгө багытталган изилдөөдө алдыга жылуу аракеттери болду.
Кыязы, азыркы пандемияны токтотуунун жана андан кийинкилердин баарынан озуп кетүүнүн эң чоң потенциалы маселенин түпкү тамырына жетүүгө аракет кылган мамиледе жатат. Бул "душманыңды бил" ыкмасы Folding@Home эсептөө долбоору тарабынан кабыл алынган. Миллиондогон адамдар долбоорго катталып, процессорлорунун жана GPUларынын иштетүүчү кубаттуулугунун бир бөлүгүн тартуулап жатышат, ошентип тарыхтагы эң чоң [бөлүштүрүлгөн] суперкомпьютерди түзүштү.
Бирок бул exaflops эмне үчүн колдонулат? Эмне үчүн мындай эсептөө күчүн ыргытуу керек ? Бул жерде кандай биохимия иштеп жатат, белоктор эмне үчүн бүктөлүшү керек? Бул жерде протеиндин бүктөлүшүнүн кыскача баяндамасы: бул эмне, ал кантип болот жана эмне үчүн маанилүү.
Биринчиден, эң негизгиси: белоктор эмне үчүн керек?
Белоктор абдан маанилүү структуралар болуп саналат. Алар клеткалар үчүн курулуш материалын гана камсыз кылбастан, ошондой эле дээрлик бардык биохимиялык реакциялар үчүн фермент катализатору катары кызмат кылат. Беркилер, алар болсун же , узун чынжырлар болуп саналат , белгилүү бир ырааттуулукта жайгашкан. Белоктордун функциялары кайсы аминокислоталардын белоктун белгилүү жерлеринде жайгашканы менен аныкталат. Мисалы, бир белок оң заряддуу бир молекула менен байланышы керек болсо, байланыш жери терс заряддуу аминокислоталар менен толтурулат.
Белоктордун алардын функциясын аныктаган түзүлүшкө кантип ээ болорун түшүнүү үчүн молекулярдык биологиянын негиздерин жана клеткадагы маалымат агымын карап чыгышыбыз керек.
Өндүрүш, же протеиндер жараяны менен башталат . Транскрипция учурунда клетканын генетикалык маалыматын камтыган ДНКнын кош спиралы жарым-жартылай ачылып, ДНКнын азоттук негиздери деп аталган ферментке жеткиликтүү болуп калат. . РНК полимеразанын милдети гендин РНК көчүрмөсүн же транскрипциясын жасоо. деп аталган гендин бул көчүрмөсү (mRNA), клетка ичиндеги протеин фабрикаларын башкаруу үчүн идеалдуу бир молекула, өндүрүш менен алектенген, же белоктор.
Рибосомалар монтаждоочу машиналар сыяктуу иштешет – алар mRNA үлгүсүн алып, аны РНКнын башка майда бөлүктөрүнө дал келтиришет. (тРНК). Ар бир тРНКнын эки активдүү аймагы бар - үч базадан турган бөлүм мРНКнын тиешелүү кодондоруна дал келиши керек жана бул үчүн өзгөчө бир аминокислота менен байланышуу үчүн жер . Которуу учурунда рибосомадагы тРНК молекулалары антикодондор аркылуу мРНКга туш келди байланышууга аракет кылышат. Ийгиликтүү болсо, тРНК молекуласы өзүнүн аминокислотасын мурункусуна жабышып, мРНК тарабынан коддолгон аминокислота тизмегинин кийинки звеносун түзөт.
Бул аминокислота ырааттуулугу белок структуралык иерархиясынын биринчи деңгээли болуп саналат, ошондуктан ал деп аталат. . Белоктун бүт үч өлчөмдүү түзүлүшү жана анын функциялары түздөн-түз баштапкы түзүлүштөн келип чыгат жана аминокислоталардын ар биринин ар кандай касиеттеринен жана алардын бири-бири менен болгон өз ара аракетинен көз каранды. Бул химиялык касиеттери жана аминокислоталардын өз ара аракеттенүүсү болбосо, алар үч өлчөмдүү түзүлүшсүз сызыктуу ырааттуулук бойдон кала бермек. Бул тамак-аш бышырган сайын көрүүгө болот - бул процессте жылуулук бар белоктордун үч өлчөмдүү түзүлүшү.
Белок бөлүктөрүнүн узак аралыктагы байланыштары
Үч өлчөмдүү түзүлүштүн кийинки деңгээли, негизгиден тышкары, акылдуу ат менен аталды . Ал салыштырмалуу жакын аракеттеги аминокислоталардын ортосундагы суутек байланыштарын камтыйт. Бул стабилдештирүүчү өз ара аракеттенүүнүн негизги маңызы эки нерсеге келет: и . Альфа спиралы полипептиддин бекем оролгон аймагын түзөт, ал эми бета барагы жылмакай, кең аймакты түзөт. Эки формация тең түзүмдүк жана функционалдык касиеттерге ээ, алардын курамына кирген аминокислоталардын өзгөчөлүктөрүнө жараша. Мисалы, альфа спиралы негизинен гидрофилдик аминокислоталардан турса, мисалы же , анда ал суулуу реакцияларга катышат.
Белоктордогу альфа спиральдары жана бета барактары. Суутек байланыштары белоктун экспрессиясында пайда болот.
Бул эки түзүлүш жана алардын айкалышы белок структурасынын кийинки баскычын түзөт - . Экинчилик түзүлүштөгү жөнөкөй фрагменттерден айырмаланып, үчүнчү структурага негизинен гидрофобдук таасир этет. Көпчүлүк белоктордун борборлору, мисалы, өтө гидрофобдук аминокислоталарды камтыйт же , ал эми суу радикалдардын "майлуу" мүнөзүнөн улам ал жерден чыгарылат. Бул структуралар көбүнчө клеткаларды курчап турган липиддик кош катмарлуу мембранага камтылган трансмембраналык белоктордо пайда болот. Белоктордун гидрофобдук аймактары мембрананын майлуу бөлүгүнүн ичинде термодинамикалык жактан туруктуу бойдон калат, ал эми белоктун гидрофильдүү аймактары эки тараптан тең суулуу чөйрөгө дуушар болушат.
Ошондой эле үчүнчү даражадагы структуралардын туруктуулугу аминокислоталардын ортосундагы узак аралыктагы байланыштар менен камсыз кылынат. Мындай байланыштардын классикалык мисалы болуп саналат , көбүнчө эки цистеин радикалынын ортосунда пайда болот. Эгерде сиз кардардын чачына пермь процедурасы учурунда чач салондо чириген жумурткага окшогон нерсенин жытын сезип жатсаңыз, анда бул чачтын курамындагы кератиндин үчүнчү структурасынын жарым-жартылай денатурациясы болгон, ал чач менен дисульфиддик байланыштарды кыскартуу аркылуу пайда болот. күкүрт камтыган жардам аралашмалар.
Үчүнчү түзүлүш гидрофобдук же дисульфиддик байланыш сыяктуу узак аралыктагы өз ара аракеттешүү менен турукташтырылган.
ортосунда дисульфиддик байланыштар пайда болушу мүмкүн бир эле полипептиддик чынжырдагы радикалдар же ар кандай толук чынжырдагы цистеиндердин ортосунда. Ар кандай чынжырлардын өз ара аракеттенүүсү пайда болот белок структурасынын деңгээли. Төртүнчүлүк түзүлүштүн эң сонун мисалы ал сенин канында. Ар бир гемоглобин молекуласы төрт бирдей глобинден, белок бөлүктөн турат, алардын ар бири полипептид ичинде дисульфиддик көпүрөлөр аркылуу белгилүү бир абалда кармалат жана ошондой эле темирди камтыган гем молекуласы менен байланышкан. Төрт глобин тең молекулалар аралык дисульфиддик көпүрөлөр аркылуу туташтырылган жана бүт молекула бир эле учурда төрткө чейин бир нече аба молекулалары менен байланышат жана керек болсо аларды чыгара алат.
Ооруга даба издөөдө моделдөө структуралары
Полипептиддик чынжырлар котормо учурунда өзүнүн акыркы формасына бүгө баштайт, анткени өсүп жаткан чынжыр рибосомадан чыкканда, эс тутумдагы эритме зым ысытылганда татаал формаларга ээ боло алат. Бирок, биологиядагыдай эле, баары жөнөкөй эмес.
Көптөгөн клеткаларда транскрипцияланган гендер котормонун алдында кеңири редакциялоодон өтүп, гендин таза базалык ырааттуулугуна салыштырмалуу белоктун негизги структурасын олуттуу түрдө өзгөртөт. Бул учурда, котормо механизмдери көбүнчө молекулярдык шаперондордун, протеиндердин, жаңы пайда болгон полипептиддик чынжыр менен убактылуу байланышып, анын кандайдыр бир ортоңку формага өтүшүнө жол бербөөчү жардамга кайрылышат, андан соң алар акыркы формага өтө алышпайт.
Мунун баары бир белоктун акыркы формасын алдын ала айтуу анчалык деле маанилүү иш эмес экенин билдирет. Ондогон жылдар бою протеиндердин түзүлүшүн изилдөөнүн бирден-бир жолу рентгендик кристаллография сыяктуу физикалык ыкмалар аркылуу болгон. 1960-жылдардын аяк ченинде гана биофизикалык химиктер белоктун бүктөлүшүнүн эсептөө моделдерин түзө башташты, биринчи кезекте экинчи структураны моделдөө иштерине басым жасашкан. Бул ыкмалар жана алардын тукумдары негизги структурадан тышкары эбегейсиз чоң көлөмдөгү киргизүү маалыматтарды талап кылат - мисалы, аминокислоталардын байланыш бурчтарынын таблицалары, гидрофобдуктун тизмеси, заряддуу абалдар, ал тургай эволюциялык убакыт масштабында структураны жана функцияны сактоо - мунун баары акыркы белок сыяктуу көрүнөт, эмне болорун болжолдо.
Folding@Home тармагында иштегендер сыяктуу экинчилик структураны болжолдоо үчүн бүгүнкү эсептөө ыкмалары болжол менен 80% тактык менен иштейт — бул маселенин татаалдыгын эске алганда абдан жакшы. SARS-CoV-2 протеин сыяктуу протеиндердин болжолдуу моделдери тарабынан түзүлгөн маалыматтар вирустун физикалык изилдөөлөрүнүн маалыматтары менен салыштырылат. Натыйжада, протеиндин так түзүлүшүн алууга жана балким, вирустун рецепторлорго кантип жабышканын түшүнүүгө болот. денеге кирген дем алуу жолдорунда жайгашкан адам. Эгерде биз бул структураны аныктай алсак, анда биз байланышты тосуучу жана инфекциянын алдын алган дарыларды таба алабыз.
Протеинди бүктөөнү изилдөө биздин көптөгөн ооруларды жана инфекцияларды түшүнүүбүздүн өзөгүн түзөт, ошондуктан биз Folding@Home тармагын колдонуп, акыркы убакта өсүп жаткан COVID-19ны кантип жеңүү керектигин аныктоо үчүн, тармак жеңип чыгат' көпкө бош калуу.иш. Бул Альцгеймер оорусу же Крейцфельдт-Якоб оорусунун варианты сыяктуу, көбүнчө жинди уйдун оорусу деп аталган ондогон протеиндердин катаалдыгы менен ооруган белок моделдерин изилдөө үчүн эң ылайыктуу изилдөө куралы. Жана дагы бир вирус сөзсүз пайда болгондо, биз аны менен кайрадан күрөшүүнү баштоого даяр болобуз.
Source: www.habr.com