ProHoster > Blogs > Administrācija > Tātad, kas Ä«sti ir ā€œolbaltumvielu locÄ«Å”anaā€?

Tātad, kas Ä«sti ir ā€œolbaltumvielu locÄ«Å”anaā€?

Tātad, kas Ä«sti ir ā€œolbaltumvielu locÄ«Å”anaā€?

PaÅ”reizējā COVID-19 pandēmija ir radÄ«jusi daudzas problēmas, kurām hakeri labprāt uzbrÅ«k. No 3D drukātiem sejas vairogiem un paÅ”taisÄ«tām medicÄ«niskām maskām lÄ«dz pilna mehāniskā ventilatora nomaiņai ideju plÅ«sma bija iedvesmojoÅ”a un sirdi sildoÅ”a. Tajā paŔā laikā tika mēģināts virzÄ«ties uz priekÅ”u citā jomā: pētÄ«jumos, kuru mērÄ·is bija apkarot paÅ”u vÄ«rusu.

AcÄ«mredzot lielākais potenciāls, lai apturētu paÅ”reizējo pandēmiju un apsteigtu visas nākamās, ir pieejā, kas mēģina nokļūt lÄ«dz paÅ”ai problēmas saknei. Å o pieeju ā€œpazÄ«sti savu ienaidniekuā€ izmanto skaitļoÅ”anas projekts Folding@Home. Miljoniem cilvēku ir parakstÄ«juÅ”ies projektā un ziedo daļu no savu procesoru un GPU apstrādes jaudas, tādējādi izveidojot vēsturē lielāko [izplatÄ«to] superdatoru.

Bet kam Ä«sti tiek izmantoti visi Å”ie eksaflopi? Kāpēc ir nepiecieÅ”ams mest tādu skaitļoÅ”anas jaudu olbaltumvielu locÄ«Å”ana? Kāda bioÄ·Ä«mija te darbojas, kāpēc olbaltumvielām vispār ir jālocās? Å eit ir Ä«ss pārskats par olbaltumvielu locÄ«Å”anu: kas tas ir, kā tas notiek un kāpēc tas ir svarÄ«gi.

Pirmkārt, vissvarÄ«gākā lieta: kāpēc ir nepiecieÅ”ami proteÄ«ni?

Olbaltumvielas ir svarÄ«gas struktÅ«ras. Tie ne tikai nodroÅ”ina Ŕūnu celtniecÄ«bas materiālu, bet arÄ« kalpo kā fermentu katalizatori gandrÄ«z visām bioÄ·Ä«miskajām reakcijām. Vāveres, lai tās bÅ«tu strukturāli vai fermentatÄ«vs, ir garas ķēdes aminoskābes, kas atrodas noteiktā secÄ«bā. Olbaltumvielu funkcijas nosaka tas, kuras aminoskābes atrodas noteiktās proteÄ«na vietās. Ja, piemēram, olbaltumvielai ir jāsaistaas ar pozitÄ«vi lādētu molekulu, saistÄ«Å”anās vieta ir jāaizpilda ar negatÄ«vi lādētām aminoskābēm.

Lai saprastu, kā olbaltumvielas iegūst struktūru, kas nosaka to darbību, mums jāiet pāri molekulārās bioloģijas pamatiem un informācijas plūsmai Ŕūnā.

RažoÅ”ana, vai izteiksme olbaltumvielas sākas ar procesu transkripcijas. Transkripcijas laikā DNS dubultspirāle, kas satur Ŕūnas Ä£enētisko informāciju, daļēji atritinās, ļaujot DNS slāpekļa bāzēm kļūt pieejamām fermentam, ko sauc. RNS polimerāze. RNS polimerāzes uzdevums ir izveidot gēna RNS kopiju jeb transkripciju. Å Ä« gēna kopija sauc kurjers RNS (mRNS) ir viena molekula, kas ideāli piemērota intracelulāro proteÄ«nu rÅ«pnÄ«cu kontrolei, ribosomaskas nodarbojas ar ražoÅ”anu, vai pārraide olbaltumvielas.

Ribosomas darbojas kā montāžas maŔīnas ā€” tās ņem mRNS veidni un saskaņo to ar citiem maziem RNS gabaliņiem, pārnes RNS (tRNS). Katrai tRNS ir divi aktÄ«vi reÄ£ioni - trÄ«s bāzu sadaļa, ko sauc antikodons, kam jāatbilst atbilstoÅ”ajiem mRNS kodoniem, un vietai, kas saistās ar tam specifisku aminoskābi kodons. TulkoÅ”anas laikā tRNS molekulas ribosomā nejauÅ”i mēģina saistÄ«ties ar mRNS, izmantojot antikodonus. Ja tas izdodas, tRNS molekula pievieno savu aminoskābi iepriekŔējai, veidojot nākamo saiti mRNS kodētajā aminoskābju ķēdē.

Å Ä« aminoskābju secÄ«ba ir proteÄ«na strukturālās hierarhijas pirmais lÄ«menis, tāpēc to sauc primārā struktÅ«ra. Visa proteÄ«na trÄ«sdimensiju struktÅ«ra un tās funkcijas ir tieÅ”i atvasinātas no primārās struktÅ«ras un ir atkarÄ«gas no katras aminoskābes dažādajām Ä«paŔībām un to savstarpējās mijiedarbÄ«bas. Bez Ŕīm Ä·Ä«miskajām Ä«paŔībām un aminoskābju mijiedarbÄ«bas, polipeptÄ«di tās paliktu lineāras sekvences bez trÄ«sdimensiju struktÅ«ras. To var redzēt katru reizi, kad gatavojat ēdienu ā€“ Å”ajā procesā ir termiskais denaturācija Olbaltumvielu trÄ«sdimensiju struktÅ«ra.

Olbaltumvielu daļu tāldarbības saites

Nākamajam trÄ«sdimensiju struktÅ«ras lÄ«menim, kas pārsniedz primāro, tika dots gudrs nosaukums sekundārā struktÅ«ra. Tas ietver Å«deņraža saites starp aminoskābēm ar relatÄ«vi cieÅ”u darbÄ«bu. Å o stabilizējoÅ”o mijiedarbÄ«bu galvenā bÅ«tÄ«ba ir saistÄ«ta ar divām lietām: alfa spirāles Šø beta saraksts. Alfa spirāle veido polipeptÄ«da cieÅ”i saritinātu reÄ£ionu, bet beta loksne veido gludu, plaÅ”u reÄ£ionu. Abiem veidojumiem ir gan strukturālas, gan funkcionālas Ä«paŔības atkarÄ«bā no to sastāvā esoÅ”o aminoskābju Ä«paŔībām. Piemēram, ja alfa spirāle galvenokārt sastāv no hidrofilām aminoskābēm, piemēram arginÄ«ns vai lizÄ«na, tad tas, visticamāk, piedalÄ«sies Å«dens reakcijās.

Tātad, kas Ä«sti ir ā€œolbaltumvielu locÄ«Å”anaā€?
Alfa spirāles un beta loksnes olbaltumvielās. ÅŖdeņraža saites veidojas proteÄ«na ekspresijas laikā.

Å Ä«s divas struktÅ«ras un to kombinācijas veido nākamo olbaltumvielu struktÅ«ras lÄ«meni - terciārā struktÅ«ra. AtŔķirÄ«bā no vienkārÅ”iem sekundārās struktÅ«ras fragmentiem, terciāro struktÅ«ru galvenokārt ietekmē hidrofobitāte. Lielākajai daļai olbaltumvielu centri satur izteikti hidrofobas aminoskābes, piemēram alanÄ«ns vai metionÄ«ns, un Å«dens no turienes tiek izslēgts radikāļu "taukainÄ«bas" dēļ. Å Ä«s struktÅ«ras bieži parādās transmembrānas proteÄ«nos, kas iestrādāti lipÄ«du divslāņu membrānā, kas apņem Ŕūnas. Olbaltumvielu hidrofobie reÄ£ioni paliek termodinamiski stabili membrānas taukainā daļā, savukārt proteÄ«na hidrofilie reÄ£ioni ir pakļauti Å«dens videi no abām pusēm.

Tāpat terciāro struktÅ«ru stabilitāti nodroÅ”ina tālās saites starp aminoskābēm. Klasisks Ŕādu savienojumu piemērs ir disulfÄ«da tilts, kas bieži rodas starp diviem cisteÄ«na radikāļiem. Ja frizētavā, veicot ilgviļņu procedÅ«ru uz klienta matiem, jutāt kaut ko lÄ«dzÄ«gu puvuÅ”u olu smaržai, tad tā bija daļēja matos esoŔā keratÄ«na terciārās struktÅ«ras denaturācija, kas notiek, samazinot disulfÄ«da saites ar matus. sēru saturoÅ”a palÄ«dzÄ«ba tiols maisÄ«jumi.

Tātad, kas Ä«sti ir ā€œolbaltumvielu locÄ«Å”anaā€?
Terciāro struktūru stabilizē liela attāluma mijiedarbība, piemēram, hidrofobitāte vai disulfīda saites

DisulfÄ«da saites var rasties starp cisteÄ«ns radikāļi vienā polipeptÄ«du ķēdē vai starp cisteÄ«niem no dažādām pilnām ķēdēm. Veidojas mijiedarbÄ«ba starp dažādām ķēdēm kvartārs olbaltumvielu struktÅ«ras lÄ«menis. Lielisks kvartāra struktÅ«ras piemērs ir hemoglobÄ«ns tas ir tavās asinÄ«s. Katra hemoglobÄ«na molekula sastāv no četriem identiskiem globÄ«niem, proteÄ«nu daļām, no kurām katra noteiktā polipeptÄ«da pozÄ«cijā tiek noturēta ar disulfÄ«da tiltiem, kā arÄ« ir saistÄ«ta ar dzelzi saturoÅ”u hema molekulu. Visi četri globÄ«ni ir savienoti ar starpmolekulāriem disulfÄ«du tiltiem, un visa molekula vienlaikus saistās ar vairākām gaisa molekulām, lÄ«dz pat četrām, un spēj tās atbrÄ«vot pēc vajadzÄ«bas.

StruktÅ«ru modelÄ“Å”ana, meklējot zāles pret slimÄ«bu

PolipeptÄ«du ķēdes sāk salocÄ«t galÄ«gajā formā translācijas laikā, augoÅ”ajai ķēdei izejot no ribosomas, lÄ«dzÄ«gi kā atmiņas sakausējuma stieples gabals karsējot var iegÅ«t sarežģītas formas. Tomēr, kā vienmēr bioloÄ£ijā, lietas nav tik vienkārÅ”i.

Daudzās Ŕūnās transkribētie gēni pirms translācijas tiek plaÅ”i rediģēti, bÅ«tiski mainot proteÄ«na pamatstruktÅ«ru salÄ«dzinājumā ar gēna tÄ«ro bāzes secÄ«bu. Å ajā gadÄ«jumā translācijas mehānismi bieži izmanto molekulāro chaperonu palÄ«dzÄ«bu, olbaltumvielas, kas Ä«slaicÄ«gi saistās ar topoÅ”o polipeptÄ«du ķēdi un neļauj tai iegÅ«t jebkādu starpformu, no kuras tie pēc tam nevarēs pāriet uz galÄ«go.

Tas viss nozÄ«mē, ka proteÄ«na galÄ«gās formas prognozÄ“Å”ana nav triviāls uzdevums. Gadu desmitiem vienÄ«gais veids, kā izpētÄ«t proteÄ«nu struktÅ«ru, bija ar fizikālām metodēm, piemēram, rentgenstaru kristalogrāfiju. Tikai 1960. gadu beigās biofizikālie Ä·Ä«miÄ·i sāka veidot proteÄ«nu locÄ«Å”anas skaitļoÅ”anas modeļus, galvenokārt koncentrējoties uz sekundāro struktÅ«ru modelÄ“Å”anu. Lai izmantotu Ŕīs metodes un to pēctečus, papildus primārajai struktÅ«rai ir nepiecieÅ”ams milzÄ«gs ievades datu apjoms, piemēram, aminoskābju saiÅ”u leņķu tabulas, hidrofobitātes, uzlādēto stāvokļu saraksti un pat struktÅ«ras un funkciju saglabāŔana evolÅ«cijas laika diapazonos. uzminiet, kas notiks, izskatās pēc gala proteÄ«na.

MÅ«sdienu skaitļoÅ”anas metodes sekundārās struktÅ«ras prognozÄ“Å”anai, piemēram, tās, kas darbojas tÄ«klā Folding@Home, darbojas ar aptuveni 80% precizitāti, kas ir diezgan labi, ņemot vērā problēmas sarežģītÄ«bu. Dati, kas iegÅ«ti, izmantojot prognozējoÅ”os modeļus par olbaltumvielām, piemēram, SARS-CoV-2 smaile, tiks salÄ«dzināti ar datiem no vÄ«rusa fizikālajiem pētÄ«jumiem. Rezultātā bÅ«s iespējams iegÅ«t precÄ«zu proteÄ«na struktÅ«ru un, iespējams, saprast, kā vÄ«russ saistās ar receptoriem angiotenzÄ«nu konvertējoÅ”ais enzÄ«ms 2 persona, kas atrodas elpceļos, kas nonāk Ä·ermenÄ«. Ja mēs varam noskaidrot Å”o struktÅ«ru, mēs, iespējams, varēsim atrast zāles, kas bloķē saistÄ«Å”anos un novērÅ” infekciju.

Olbaltumvielu locÄ«Å”anas pētÄ«jumi ir mÅ«su izpratnes pamatā par tik daudzām slimÄ«bām un infekcijām, ka pat tad, ja mēs izmantojam Folding@Home tÄ«klu, lai noskaidrotu, kā uzveikt Covid-19, kuras izaugsme pēdējā laikā ir strauji pieaugusi, tÄ«kls ilgi bÅ«t dÄ«kstāvē.darbs. Tas ir pētniecÄ«bas rÄ«ks, kas ir labi piemērots, lai pētÄ«tu proteÄ«nu modeļus, kas ir pamatā desmitiem olbaltumvielu nepareizas salocÄ«Å”anas slimÄ«bu, piemēram, Alcheimera slimÄ«bas vai Kreicfelda-Jakoba slimÄ«bas varianta, ko bieži nepareizi sauc par govju trakuma slimÄ«bu. Un, kad neizbēgami parādÄ«sies kāds cits vÄ«russ, mēs bÅ«sim gatavi atkal sākt ar to cÄ«nÄ«ties.

Avots: www.habr.com

Pievieno komentāru