Одоогийн COVID-19 тахал нь хакерууд довтлохдоо баяртай байдаг олон асуудлыг үүсгэсэн. 3D хэвлэсэн нүүрний хамгаалалт, гар хийцийн эмнэлгийн маскаас эхлээд бүрэн механик агааржуулалтыг солих хүртэл санааны урсгал урам зориг өгч, зүрхийг дулаацуулж байв. Үүний зэрэгцээ өөр чиглэлээр ахих оролдлого байсан: вирус өөрөө тэмцэх зорилготой судалгаа.
Одоогийн тахал өвчнийг зогсоож, дараагийн бүх өвчнөөс давж гарах хамгийн том боломж нь асуудлын гол үндэс рүү орохыг оролдсон арга барилд оршдог бололтой. Энэхүү "дайснаа мэдэх" аргыг Folding@Home тооцооллын төсөл хэрэгжүүлдэг. Сая сая хүмүүс уг төсөлд гарын үсэг зурж, процессор болон GPU-ийнхаа боловсруулалтын зарим хүчийг хандивлаж байгаа нь түүхэн дэх хамгийн том [тархагдсан] супер компьютерийг бүтээжээ.
Гэхдээ эдгээр бүх эксафлопуудыг яг юунд ашигладаг вэ? Яагаад ийм тооцоолох хүчийг хаях шаардлагатай байна вэ? ? Энд ямар төрлийн биохими ажиллаж байна вэ, яагаад уураг бүхэлдээ нугалах ёстой вэ? Уургийн нугалах тухай товч тойм: энэ нь юу вэ, энэ нь хэрхэн тохиолддог, яагаад чухал болохыг эндээс үзнэ үү.
Нэгдүгээрт, хамгийн чухал зүйл бол уураг яагаад хэрэгтэй вэ?
Уургууд нь амин чухал бүтэц юм. Тэд зөвхөн эсийн барилгын материалаар хангаад зогсохгүй бараг бүх биохимийн урвалын ферментийн катализаторын үүрэг гүйцэтгэдэг. Хэрэм ч бай буюу , урт гинж юм , тодорхой дарааллаар байрладаг. Уургийн үйл ажиллагаа нь уургийн тодорхой хэсэгт аль амин хүчлүүд байрлаж байгаагаас хамаарч тодорхойлогддог. Жишээлбэл, уураг нь эерэг цэнэгтэй молекултай холбогдох шаардлагатай бол холбогдох хэсэг нь сөрөг цэнэгтэй амин хүчлээр дүүрсэн байх ёстой.
Уургууд нь тэдний үйл ажиллагааг тодорхойлдог бүтцийг хэрхэн олж авдагийг ойлгохын тулд молекул биологийн үндэс, эс дэх мэдээллийн урсгалыг судлах хэрэгтэй.
Үйлдвэрлэл, эсвэл уураг нь үйл явцаас эхэлдэг . Транскрипцийн явцад эсийн удамшлын мэдээллийг агуулсан ДНХ-ийн давхар мушгиа хэсэгчлэн задарч, ДНХ-ийн азотын суурь нь энзим гэж нэрлэгддэг ферментийг ашиглах боломжтой болдог. . РНХ полимеразын үүрэг бол генийн РНХ хуулбар буюу транскрипцийг хийх явдал юм. гэж нэрлэдэг генийн энэ хуулбар (мРНХ) нь эсийн доторх уургийн үйлдвэрүүдийг удирдахад тохиромжтой нэг молекул юм. үйлдвэрлэл эрхэлж байгаа хүмүүс, эсвэл уураг.
Рибосомууд нь угсрах машин шиг ажилладаг - мРНХ-ийн загварыг авч, бусад жижиг РНХ хэсгүүдтэй тааруулдаг. (тРНХ). tRNA бүр хоёр идэвхтэй бүстэй байдаг - гурван суурийн хэсэг гэж нэрлэгддэг , мРНХ-ийн харгалзах кодонтой таарч байх ёстой бөгөөд үүнд зориулагдсан амин хүчлийг холбох газар. . Орчуулах явцад рибосом дахь тРНХ молекулууд санамсаргүй байдлаар антикодон ашиглан мРНХ-тэй холбогдохыг оролддог. Хэрэв амжилттай бол тРНХ молекул амин хүчлээ өмнөхтэй нь холбож, мРНХ-ээр кодлогдсон амин хүчлүүдийн гинжин хэлхээний дараагийн холбоосыг бүрдүүлнэ.
Амин хүчлүүдийн энэ дараалал нь уургийн бүтцийн шатлалын эхний түвшин бөгөөд иймээс үүнийг гэж нэрлэдэг. . Уургийн бүхэл бүтэн гурван хэмжээст бүтэц, түүний үйл ажиллагаа нь анхдагч бүтцээс шууд үүсэлтэй бөгөөд амин хүчлүүд тус бүрийн янз бүрийн шинж чанар, тэдгээрийн харилцан үйлчлэлээс хамаардаг. Эдгээр химийн шинж чанар, амин хүчлийн харилцан үйлчлэлгүйгээр тэдгээр нь гурван хэмжээст бүтэцгүйгээр шугаман дараалал хэвээр үлдэнэ. Үүнийг хоол хийх бүрт харж болно - энэ процесст дулаан байдаг уургийн гурван хэмжээст бүтэц.
Уургийн хэсгүүдийн урт хугацааны холбоо
Гурван хэмжээст бүтцийн дараагийн түвшинд анхдагчаас давж, ухаалаг нэр өгсөн . Энэ нь харьцангуй ойрхон үйлдэлтэй амин хүчлүүдийн хоорондох устөрөгчийн холбоог агуулдаг. Эдгээр тогтворжуулах харилцан үйлчлэлийн гол мөн чанар нь хоёр зүйлээс үүдэлтэй. и . Альфа спираль нь полипептидийн нягт ороомогтой хэсгийг бүрдүүлдэг бол бета хуудас нь гөлгөр, өргөн бүсийг бүрдүүлдэг. Энэ хоёр формац нь тэдгээрийн бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн амин хүчлүүдийн онцлогоос хамааран бүтцийн болон үйл ажиллагааны шинж чанартай байдаг. Жишээлбэл, альфа спираль нь ихэвчлэн гидрофилик амин хүчлүүдээс бүрддэг бол буюу , дараа нь энэ нь усан урвалд оролцох магадлалтай.
Уургууд дахь альфа мушгиа ба бета хуудас. Устөрөгчийн холбоо нь уургийг илэрхийлэх явцад үүсдэг.
Эдгээр хоёр бүтэц ба тэдгээрийн хослолууд нь уургийн бүтцийн дараагийн түвшинг бүрдүүлдэг. . Хоёрдогч бүтцийн энгийн хэсгүүдээс ялгаатай нь гуравдагч бүтэц нь голчлон гидрофобикт нөлөөлдөг. Ихэнх уургийн төвүүд нь өндөр гидрофобик амин хүчлүүд, тухайлбал буюу , мөн радикалуудын "тослог" шинж чанараас шалтгаалан усыг тэндээс хасдаг. Эдгээр бүтэц нь ихэвчлэн эсийг тойрсон липидийн давхар мембранд суулгагдсан трансмембран уурагт илэрдэг. Уургийн гидрофобик бүсүүд нь мембраны өөхний хэсэг дотор термодинамикийн хувьд тогтвортой байдаг бол уургийн гидрофиль хэсгүүд нь усан орчинд хоёр талдаа өртдөг.
Мөн гуравдагч бүтцийн тогтвортой байдал нь амин хүчлүүдийн хоорондох урт хугацааны холбоогоор хангагдана. Ийм холболтын сонгодог жишээ бол , ихэвчлэн хоёр цистеины радикалуудын хооронд үүсдэг. Үйлчлүүлэгчийнхээ үсийг хагалгааны үеэр үсчинд ялзарсан өндөг шиг үнэртэж байсан бол энэ нь үсэнд агуулагдах кератины гуравдагч бүтцийн хэсэгчилсэн денатураци байсан бөгөөд энэ нь үсний салонтой дисульфидын холбоог багасгах замаар үүсдэг. хүхэр агуулсан тусламж холимог.
Гуравдагч бүтэц нь гидрофоб эсвэл дисульфидын холбоо зэрэг урт хугацааны харилцан үйлчлэлээр тогтворждог.
хооронд дисульфидын холбоо үүсч болно ижил полипептидийн гинжин хэлхээнд эсвэл өөр өөр бүрэн гинжин хэлхээний цистеины хооронд радикалууд. Янз бүрийн гинж хоорондын харилцан үйлчлэл үүсдэг уургийн бүтцийн түвшин. Дөрөвдөгч бүтцийн гайхалтай жишээ бол таны цусанд байдаг. Гемоглобины молекул бүр нь дөрвөн ижил глобин, уургийн хэсгээс бүрдэх бөгөөд тэдгээр нь тус бүр нь дисульфидын гүүрээр полипептидийн дотор тодорхой байрлалд байрладаг бөгөөд төмөр агуулсан гемийн молекултай холбоотой байдаг. Бүх дөрвөн глобин нь молекул хоорондын дисульфидын гүүрээр холбогддог бөгөөд бүх молекул нь хэд хэдэн агаарын молекулуудтай нэг дор холбогдож, дөрөв хүртэл, шаардлагатай бол тэдгээрийг суллах чадвартай.
Өвчнийг эмчлэх аргыг хайж буй бүтцийг загварчлах
Хөрвүүлэлтийн явцад полипептидийн гинж нь рибосомоос гарах үед эцсийн хэлбэрээ атираат болгож эхэлдэг. Гэсэн хэдий ч биологийн хувьд бүх зүйл тийм ч энгийн зүйл биш юм.
Олон эсүүдэд транскрипц хийсэн генүүд нь орчуулахаас өмнө их хэмжээний засварт ордог бөгөөд генийн цэвэр үндсэн дараалалтай харьцуулахад уургийн үндсэн бүтцийг ихээхэн өөрчилдөг. Энэ тохиолдолд орчуулгын механизмууд нь ихэвчлэн молекулын каперонуудын тусламжийг авдаг бөгөөд энэ нь шинээр үүссэн полипептидийн гинжин хэлхээнд түр зуур холбогдож, түүнийг ямар ч завсрын хэлбэрт оруулахаас сэргийлдэг бөгөөд үүнээс хойш эцсийн хэлбэрт шилжих боломжгүй болно.
Энэ нь уургийн эцсийн хэлбэрийг урьдчилан таамаглах нь тийм ч энгийн ажил биш гэдгийг харуулж байна. Хэдэн арван жилийн турш уургийн бүтцийг судлах цорын ганц арга бол рентген кристаллографи гэх мэт физик аргууд юм. 1960-аад оны сүүлч хүртэл биофизикийн химичүүд уургийн нугалах тооцооллын загварыг бүтээж эхэлсэн бөгөөд үндсэндээ хоёрдогч бүтцийн загварчлалд анхаарлаа хандуулсан. Эдгээр аргууд болон тэдгээрийн үр удам нь үндсэн бүтцээс гадна асар их хэмжээний оролтын өгөгдөл шаарддаг - жишээлбэл, амин хүчлийн бондын өнцгийн хүснэгтүүд, гидрофобик чанар, цэнэгийн төлөвийн жагсаалт, тэр ч байтугай хувьслын цаг хугацааны хувьд бүтэц, функцийг хадгалах зэрэг бүгд эцсийн уураг шиг юу болохыг таамаглаж байна.
Folding@Home сүлжээн дээр ажиллаж байгаа гэх мэт хоёрдогч бүтцийг урьдчилан таамаглах өнөөгийн тооцооллын аргууд нь 80% орчим нарийвчлалтай ажилладаг бөгөөд энэ нь асуудлын нарийн төвөгтэй байдлыг харгалзан үзэхэд маш сайн юм. SARS-CoV-2 баяжуулалтын уураг зэрэг уургийн талаар урьдчилан таамаглах загвараар үүсгэсэн өгөгдлийг вирусын физик судалгааны өгөгдөлтэй харьцуулах болно. Үүний үр дүнд уургийн нарийн бүтцийг олж авах, магадгүй вирус рецепторуудтай хэрхэн холбогддогийг ойлгох боломжтой болно. бие махбодид хүргэдэг амьсгалын замд байрлах хүн. Хэрэв бид энэ бүтцийг тодорхойлж чадвал холбоосыг хааж, халдвараас урьдчилан сэргийлэх эмийг олж авах боломжтой.
Уургийн нугалах судалгаа нь маш олон өвчин, халдварын талаарх бидний ойлголтын гол цөм нь байдаг тул бид сүүлийн үед өсөх хандлагатай байгаа COVID-19-ийг хэрхэн ялах талаар Folding@Home сүлжээг ашигласан ч энэ сүлжээ ялах болно. удаан ажиллахгүй байх. Энэ нь Альцгеймерийн өвчин эсвэл галзуу үхрийн өвчин гэж нэрлэгддэг Крейцфельдт-Якобын хувилбар гэх мэт олон арван уургийн эмгэгийн үндэс суурь болдог уургийн хэв шинжийг судлахад тохиромжтой судалгааны хэрэгсэл юм. Өөр нэг вирус зайлшгүй гарч ирэх үед бид түүнтэй дахин тэмцэж эхлэхэд бэлэн байх болно.
Эх сурвалж: www.habr.com