Janga la sasa la COVID-19 limezua matatizo mengi ambayo wadukuzi wamefurahia kushambulia. Kuanzia ngao za uso zilizochapishwa za 3D na vinyago vya matibabu vya kujitengenezea nyumbani hadi kuchukua nafasi ya kipumulio kamili cha mitambo, mtiririko wa mawazo ulikuwa wa kusisimua na wa kuchangamsha moyo. Wakati huo huo, kulikuwa na majaribio ya kuendeleza katika eneo lingine: katika utafiti unaolenga kupambana na virusi yenyewe.
Inavyoonekana, uwezo mkubwa zaidi wa kukomesha janga la sasa na kupita yote yanayofuata upo katika njia ambayo inajaribu kupata mzizi wa shida. Mbinu hii ya "mjue adui yako" inachukuliwa na mradi wa kompyuta wa Folding@Home. Mamilioni ya watu wamejiandikisha kwa mradi huu na wanachangia baadhi ya nguvu za kuchakata za vichakataji na GPU zao, hivyo basi kuunda kompyuta kuu [iliyosambazwa] kubwa zaidi katika historia.
Lakini exaflops hizi zote zinatumika kwa nini hasa? Kwa nini ni muhimu kutupa nguvu hiyo ya kompyuta ? Ni aina gani ya biokemia inafanya kazi hapa, kwa nini protini zinahitaji kukunja kabisa? Hapa kuna muhtasari wa haraka wa kukunja protini: ni nini, jinsi inavyotokea, na kwa nini ni muhimu.
Kwanza, jambo muhimu zaidi: kwa nini protini zinahitajika?
Protini ni muundo muhimu. Hazitoi tu nyenzo za ujenzi kwa seli, lakini pia hutumika kama vichocheo vya enzyme kwa karibu athari zote za biochemical. Squirrels, iwe wao au , ni minyororo mirefu , iko katika mlolongo fulani. Kazi za protini zimedhamiriwa na ambayo asidi ya amino iko katika sehemu fulani kwenye protini. Ikiwa, kwa mfano, protini inahitaji kushikamana na molekuli yenye chaji chanya, tovuti ya kuunganisha lazima ijazwe na asidi ya amino yenye chaji hasi.
Ili kuelewa jinsi protini hupata muundo unaoamua kazi yao, tunahitaji kupitia misingi ya biolojia ya molekuli na mtiririko wa habari katika seli.
Uzalishaji, au protini huanza na mchakato . Wakati wa unukuzi, DNA double helix, ambayo ina taarifa za kijenetiki za seli, hujifungua kwa kiasi, na hivyo kuruhusu besi za nitrojeni za DNA kupatikana kwa kimeng'enya kiitwacho. . Kazi ya RNA polymerase ni kutengeneza nakala ya RNA, au unukuzi wa jeni. Nakala hii ya jeni inayoitwa (mRNA), ni molekuli moja bora kwa kudhibiti viwanda vya protini ndani ya seli, ambao wanajishughulisha na uzalishaji, au protini.
Ribosomu hufanya kama mashine za kusanyiko - huchukua kiolezo cha mRNA na kuilinganisha na vipande vingine vidogo vya RNA, (tRNA). Kila tRNA ina maeneo mawili ya kazi - sehemu ya besi tatu inayoitwa , ambayo lazima ilingane na kodoni zinazolingana za mRNA, na tovuti ya kufunga asidi ya amino maalum kwa hili. . Wakati wa tafsiri, molekuli za tRNA katika ribosomu hujaribu kujifunga kwa mRNA kwa kutumia antikodoni. Ikifaulu, molekuli ya tRNA huambatanisha amino asidi yake na ile ya awali, na kutengeneza kiungo kinachofuata katika msururu wa asidi ya amino iliyosimbwa na mRNA.
Mlolongo huu wa asidi ya amino ni ngazi ya kwanza ya uongozi wa muundo wa protini, ndiyo maana inaitwa. . Muundo mzima wa pande tatu za protini na kazi zake zinatokana moja kwa moja na muundo wa msingi, na hutegemea mali mbalimbali za kila moja ya amino asidi na mwingiliano wao na kila mmoja. Bila mali hizi za kemikali na mwingiliano wa asidi ya amino, zingesalia mfuatano wa mstari bila muundo wa pande tatu. Hii inaweza kuonekana kila wakati unapopika chakula - katika mchakato huu kuna joto muundo wa tatu-dimensional wa protini.
Vifungo vya muda mrefu vya sehemu za protini
Ngazi inayofuata ya muundo wa tatu-dimensional, kwenda zaidi ya moja ya msingi, ilipewa jina la wajanja . Inajumuisha vifungo vya hidrojeni kati ya amino asidi ya hatua ya karibu. Kiini kikuu cha mwingiliano huu wa kuleta utulivu unakuja kwa vitu viwili: ΠΈ . Alpha helix huunda eneo lililofungwa sana la polipeptidi, huku karatasi ya beta ikiunda eneo nyororo na pana. Miundo yote miwili ina sifa za kimuundo na kazi, kulingana na sifa za amino asidi zao. Kwa mfano, ikiwa alpha helix inajumuisha hasa asidi ya amino haidrofili, kama au , basi itakuwa na uwezekano mkubwa wa kushiriki katika athari za maji.
Alpha helices na karatasi za beta katika protini. Vifungo vya hidrojeni huunda wakati wa kujieleza kwa protini.
Miundo hii miwili na mchanganyiko wao huunda kiwango kinachofuata cha muundo wa protini - . Tofauti na vipande rahisi vya muundo wa sekondari, muundo wa elimu ya juu huathiriwa hasa na hydrophobicity. Vituo vya protini nyingi vina asidi ya amino haidrofobi, kama vile au , na maji hutolewa kutoka hapo kwa sababu ya asili ya "greasy" ya radicals. Miundo hii mara nyingi huonekana katika protini za transmembrane zilizopachikwa kwenye utando wa lipid bilayer unaozunguka seli. Mikoa ya hydrophobic ya protini hubakia thabiti ya thermodynamically ndani ya sehemu ya mafuta ya membrane, wakati maeneo ya hydrophilic ya protini yanakabiliwa na mazingira ya maji kwa pande zote mbili.
Pia, utulivu wa miundo ya elimu ya juu huhakikishwa na vifungo vya muda mrefu kati ya asidi ya amino. Mfano wa classic wa viunganisho vile ni , mara nyingi hutokea kati ya radicals mbili za cysteine. Ikiwa ulisikia harufu kidogo kama mayai yaliyooza kwenye saluni ya nywele wakati wa utaratibu wa vibali kwenye nywele za mteja, basi hii ilikuwa ni dhihirisho la sehemu ya muundo wa juu wa keratini iliyomo kwenye nywele, ambayo hutokea kwa kupunguzwa kwa vifungo vya disulfide. msaada wa sulfuri-zenye mchanganyiko.
Muundo wa elimu ya juu umeimarishwa na mwingiliano wa masafa marefu kama vile hydrophobicity au vifungo vya disulfide.
Vifungo vya disulfide vinaweza kutokea kati itikadi kali katika mnyororo wa polipeptidi sawa, au kati ya cysteines kutoka minyororo kamili tofauti. Mwingiliano kati ya minyororo tofauti huunda kiwango cha muundo wa protini. Mfano bora wa muundo wa quaternary ni iko kwenye damu yako. Kila molekuli ya hemoglobini ina globini nne zinazofanana, sehemu za protini, ambayo kila moja inashikiliwa katika nafasi maalum ndani ya polipeptidi na madaraja ya disulfide, na pia inahusishwa na molekuli ya heme iliyo na chuma. Globini zote nne zimeunganishwa na madaraja ya disulfidi kati ya molekuli, na molekuli nzima hujifunga kwa molekuli kadhaa za hewa mara moja, hadi nne, na inaweza kuzitoa inapohitajika.
Kuunda miundo katika kutafuta tiba ya ugonjwa
Minyororo ya polipeptidi huanza kukunjwa katika umbo lake la mwisho wakati wa tafsiri, msururu unaokua unapotoka kwenye ribosomu, kama vile kipande cha waya wa aloi ya kumbukumbu kinaweza kuchukua maumbo changamano kinapopashwa moto. Walakini, kama kawaida katika biolojia, mambo sio rahisi sana.
Katika seli nyingi, jeni zilizonakiliwa hupitia uhariri wa kina kabla ya kutafsiri, na kubadilisha kwa kiasi kikubwa muundo wa msingi wa protini ikilinganishwa na mlolongo safi wa msingi wa jeni. Katika kesi hii, mifumo ya utafsiri mara nyingi huomba msaada wa chaperones za Masi, protini ambazo hufunga kwa mnyororo wa polipeptidi changa na kuizuia kuchukua fomu yoyote ya kati, ambayo haitaweza kuendelea hadi ya mwisho.
Hii yote ni kusema kwamba kutabiri umbo la mwisho la protini sio kazi ndogo. Kwa miongo kadhaa, njia pekee ya kusoma muundo wa protini ilikuwa kupitia mbinu za kimwili kama vile kioo cha X-ray. Haikuwa hadi mwishoni mwa miaka ya 1960 ambapo wanakemia wa biofizikia walianza kuunda mifano ya kukokotoa ya kukunja protini, hasa wakizingatia uundaji wa muundo wa pili. Mbinu hizi na vizazi vyake zinahitaji kiasi kikubwa cha data ya pembejeo pamoja na muundo wa msingi - kwa mfano, majedwali ya pembe za dhamana ya amino asidi, orodha za haidrofobi, hali zenye chaji, na hata uhifadhi wa muundo na utendaji kazi katika nyakati za mabadiliko - yote ili nadhani nini kitatokea kuonekana kama protini ya mwisho.
Mbinu za kisasa za kukokotoa za utabiri wa muundo wa pili, kama vile zile zinazoendeshwa kwenye mtandao wa Folding@Home, hufanya kazi kwa usahihi wa takriban 80%βambayo ni nzuri sana kwa kuzingatia utata wa tatizo. Data inayotolewa na mifano ya ubashiri juu ya protini kama vile protini ya SARS-CoV-2 italinganishwa na data kutoka kwa masomo ya mwili ya virusi. Kama matokeo, itawezekana kupata muundo halisi wa protini na, labda, kuelewa jinsi virusi inavyoshikamana na vipokezi. mtu aliye kwenye njia ya upumuaji inayoelekea mwilini. Ikiwa tunaweza kubaini muundo huu, tunaweza kupata dawa zinazozuia kufunga na kuzuia maambukizi.
Utafiti wa kukunja protini ndio kiini cha uelewa wetu wa magonjwa na maambukizo mengi hivi kwamba hata tunapotumia mtandao wa Folding@Home kubaini jinsi ya kushinda COVID-19, ambayo tumeona ikilipuka katika ukuaji hivi majuzi, mtandao hautaweza' t kuwa bila kufanya kazi kwa muda mrefu. Ni chombo cha utafiti ambacho kinafaa kwa ajili ya kuchunguza mifumo ya protini inayosababisha magonjwa mengi ya kuharibika kwa protini, kama vile ugonjwa wa Alzheimer au ugonjwa wa Creutzfeldt-Jakob, ambao mara nyingi huitwa ugonjwa wa ng'ombe wazimu. Na virusi vingine vinapotokea bila shaka, tutakuwa tayari kuanza kupambana navyo tena.
Chanzo: mapenzi.com