ప్రస్తుత COVID-19 మహమ్మారి అనేక సమస్యలను సృష్టించింది, హ్యాకర్లు దాడి చేయడం సంతోషంగా ఉంది. 3D ప్రింటెడ్ ఫేస్ షీల్డ్‌లు మరియు ఇంట్లో తయారుచేసిన మెడికల్ మాస్క్‌ల నుండి పూర్తి మెకానికల్ వెంటిలేటర్‌ను భర్తీ చేయడం వరకు, ఆలోచనల ప్రవాహం స్ఫూర్తిదాయకంగా మరియు హృదయాన్ని వేడెక్కేలా చేసింది. అదే సమయంలో, మరొక ప్రాంతంలో ముందుకు సాగడానికి ప్రయత్నాలు జరిగాయి: వైరస్ను ఎదుర్కోవడానికి ఉద్దేశించిన పరిశోధనలో.
స్పష్టంగా, ప్రస్తుత మహమ్మారిని ఆపడానికి మరియు అన్ని తదుపరి వాటిని అధిగమించడానికి గొప్ప సంభావ్యత సమస్య యొక్క మూలాన్ని పొందడానికి ప్రయత్నించే విధానంలో ఉంది. ఈ "మీ శత్రువును తెలుసుకోండి" విధానం Folding@Home కంప్యూటింగ్ ప్రాజెక్ట్ ద్వారా తీసుకోబడింది. లక్షలాది మంది వ్యక్తులు ఈ ప్రాజెక్ట్‌కి సైన్ అప్ చేసారు మరియు వారి ప్రాసెసర్‌లు మరియు GPUల ప్రాసెసింగ్ పవర్‌లో కొంత భాగాన్ని విరాళంగా ఇస్తున్నారు, తద్వారా చరిత్రలో అతిపెద్ద [పంపిణీ చేయబడిన] సూపర్ కంప్యూటర్‌ను సృష్టించారు.
అయితే ఈ ఎక్సాఫ్లాప్‌లన్నీ సరిగ్గా దేనికి ఉపయోగించబడతాయి? అటువంటి కంప్యూటింగ్ శక్తిని ఎందుకు విసిరేయాలి ? ఇక్కడ ఏ రకమైన బయోకెమిస్ట్రీ పని చేస్తోంది, ప్రోటీన్లు ఎందుకు మడవాలి? ఇక్కడ ప్రోటీన్ మడత యొక్క శీఘ్ర అవలోకనం ఉంది: ఇది ఏమిటి, ఇది ఎలా జరుగుతుంది మరియు ఎందుకు ముఖ్యమైనది.
మొదటిది, అతి ముఖ్యమైన విషయం: ప్రోటీన్లు ఎందుకు అవసరం?
ప్రోటీన్లు ముఖ్యమైన నిర్మాణాలు. అవి కణాలకు నిర్మాణ సామగ్రిని అందించడమే కాకుండా, దాదాపు అన్ని జీవరసాయన ప్రతిచర్యలకు ఎంజైమ్ ఉత్ప్రేరకాలుగా కూడా పనిచేస్తాయి. ఉడుతలు, అవి కావచ్చు లేదా , పొడవాటి గొలుసులు , ఒక నిర్దిష్ట క్రమంలో ఉంది. ప్రొటీన్‌లోని కొన్ని ప్రదేశాలలో అమైనో ఆమ్లాలు ఉండేటటువంటి ప్రొటీన్ల విధులు నిర్ణయించబడతాయి. ఉదాహరణకు, ఒక ప్రోటీన్ ధనాత్మకంగా చార్జ్ చేయబడిన అణువుతో బంధించవలసి వస్తే, బైండింగ్ సైట్ తప్పనిసరిగా ప్రతికూలంగా చార్జ్ చేయబడిన అమైనో ఆమ్లాలతో నిండి ఉండాలి.
ప్రొటీన్లు వాటి పనితీరును నిర్ణయించే నిర్మాణాన్ని ఎలా పొందుతాయో అర్థం చేసుకోవడానికి, మేము పరమాణు జీవశాస్త్రం యొక్క ప్రాథమికాలను మరియు సెల్‌లోని సమాచార ప్రవాహాన్ని పరిశీలించాలి.
ఉత్పత్తి, లేదా ప్రోటీన్ ప్రక్రియతో ప్రారంభమవుతుంది . ట్రాన్స్క్రిప్షన్ సమయంలో, సెల్ యొక్క జన్యు సమాచారాన్ని కలిగి ఉన్న DNA డబుల్ హెలిక్స్, పాక్షికంగా నిలిపివేయబడుతుంది, DNA యొక్క నైట్రోజన్ స్థావరాలు అనే ఎంజైమ్‌కు అందుబాటులోకి రావడానికి వీలు కల్పిస్తుంది. . RNA పాలిమరేస్ యొక్క పని ఒక జన్యువు యొక్క RNA కాపీని లేదా ట్రాన్స్క్రిప్షన్ను తయారు చేయడం. అనే జన్యువు యొక్క ఈ కాపీ (mRNA), కణాంతర ప్రోటీన్ కర్మాగారాలను నియంత్రించడానికి అనువైన ఏకైక అణువు, ఎవరు ఉత్పత్తిలో నిమగ్నమై ఉన్నారు, లేదా ప్రోటీన్లు.
రైబోజోమ్‌లు అసెంబ్లీ మెషీన్‌ల వలె పనిచేస్తాయి - అవి mRNA టెంప్లేట్‌ను తీసుకుని, RNAలోని ఇతర చిన్న ముక్కలతో సరిపోల్చుతాయి, (tRNA). ప్రతి tRNA రెండు క్రియాశీల ప్రాంతాలను కలిగి ఉంటుంది - మూడు బేస్‌ల విభాగం అని పిలుస్తారు , ఇది తప్పనిసరిగా mRNA యొక్క సంబంధిత కోడన్‌లతో సరిపోలాలి మరియు దీని కోసం ప్రత్యేకమైన అమైనో ఆమ్లాన్ని బంధించడానికి ఒక సైట్ . అనువాదం సమయంలో, రైబోజోమ్‌లోని tRNA అణువులు యాదృచ్ఛికంగా ప్రతికోడన్‌లను ఉపయోగించి mRNAతో బంధించడానికి ప్రయత్నిస్తాయి. విజయవంతమైతే, tRNA అణువు దాని అమైనో ఆమ్లాన్ని మునుపటి దానికి జోడించి, mRNA చే ఎన్కోడ్ చేయబడిన అమైనో ఆమ్లాల గొలుసులో తదుపరి లింక్‌ను ఏర్పరుస్తుంది.
ఈ అమైనో ఆమ్లాల శ్రేణి ప్రోటీన్ స్ట్రక్చరల్ సోపానక్రమం యొక్క మొదటి స్థాయి, అందుకే దీనిని పిలుస్తారు . ప్రోటీన్ యొక్క మొత్తం త్రిమితీయ నిర్మాణం మరియు దాని విధులు నేరుగా ప్రాథమిక నిర్మాణం నుండి ఉద్భవించాయి మరియు ప్రతి అమైనో ఆమ్లాల యొక్క వివిధ లక్షణాలు మరియు ఒకదానితో ఒకటి వాటి పరస్పర చర్యలపై ఆధారపడి ఉంటాయి. ఈ రసాయన లక్షణాలు మరియు అమైనో ఆమ్లాల పరస్పర చర్యలు లేకుండా, అవి త్రిమితీయ నిర్మాణం లేకుండా సరళ శ్రేణులుగా ఉంటాయి. మీరు ఆహారాన్ని ఉడికించిన ప్రతిసారీ ఇది చూడవచ్చు - ఈ ప్రక్రియలో థర్మల్ ఉంటుంది ప్రోటీన్ల యొక్క త్రిమితీయ నిర్మాణం.
ప్రోటీన్ భాగాల దీర్ఘ-శ్రేణి బంధాలు
త్రీ-డైమెన్షనల్ స్ట్రక్చర్ యొక్క తదుపరి స్థాయి, ప్రాథమిక స్థాయికి మించి, ఒక తెలివైన పేరు పెట్టబడింది . ఇది సాపేక్షంగా దగ్గరి చర్య యొక్క అమైనో ఆమ్లాల మధ్య హైడ్రోజన్ బంధాలను కలిగి ఉంటుంది. ఈ స్థిరీకరణ పరస్పర చర్యల యొక్క ప్రధాన సారాంశం రెండు విషయాలకు వస్తుంది: и . ఆల్ఫా హెలిక్స్ పాలీపెప్టైడ్ యొక్క గట్టిగా చుట్టబడిన ప్రాంతాన్ని ఏర్పరుస్తుంది, అయితే బీటా షీట్ మృదువైన, విస్తృత ప్రాంతాన్ని ఏర్పరుస్తుంది. రెండు నిర్మాణాలు వాటి అమైనో ఆమ్లాల లక్షణాలపై ఆధారపడి నిర్మాణాత్మక మరియు క్రియాత్మక లక్షణాలను కలిగి ఉంటాయి. ఉదాహరణకు, ఆల్ఫా హెలిక్స్ ప్రధానంగా హైడ్రోఫిలిక్ అమైనో ఆమ్లాలను కలిగి ఉంటే లేదా , అప్పుడు అది సజల ప్రతిచర్యలలో ఎక్కువగా పాల్గొంటుంది.
ప్రోటీన్లలో ఆల్ఫా హెలిక్స్ మరియు బీటా షీట్లు. ప్రోటీన్ వ్యక్తీకరణ సమయంలో హైడ్రోజన్ బంధాలు ఏర్పడతాయి.
ఈ రెండు నిర్మాణాలు మరియు వాటి కలయికలు తదుపరి స్థాయి ప్రోటీన్ నిర్మాణాన్ని ఏర్పరుస్తాయి - . ద్వితీయ నిర్మాణం యొక్క సాధారణ శకలాలు కాకుండా, తృతీయ నిర్మాణం ప్రధానంగా హైడ్రోఫోబిసిటీ ద్వారా ప్రభావితమవుతుంది. చాలా ప్రొటీన్ల కేంద్రాలు అధిక హైడ్రోఫోబిక్ అమైనో ఆమ్లాలను కలిగి ఉంటాయి లేదా , మరియు రాడికల్స్ యొక్క "జిడ్డైన" స్వభావం కారణంగా నీరు అక్కడ నుండి మినహాయించబడుతుంది. ఈ నిర్మాణాలు తరచుగా కణాల చుట్టూ ఉన్న లిపిడ్ బిలేయర్ మెమ్బ్రేన్‌లో పొందుపరిచిన ట్రాన్స్‌మెంబ్రేన్ ప్రోటీన్లలో కనిపిస్తాయి. ప్రోటీన్ల యొక్క హైడ్రోఫోబిక్ ప్రాంతాలు పొర యొక్క కొవ్వు భాగం లోపల థర్మోడైనమిక్‌గా స్థిరంగా ఉంటాయి, అయితే ప్రోటీన్ యొక్క హైడ్రోఫిలిక్ ప్రాంతాలు రెండు వైపులా సజల వాతావరణానికి గురవుతాయి.
అలాగే, అమైనో ఆమ్లాల మధ్య దీర్ఘ-శ్రేణి బంధాల ద్వారా తృతీయ నిర్మాణాల స్థిరత్వం నిర్ధారిస్తుంది. అటువంటి కనెక్షన్లకు ఒక క్లాసిక్ ఉదాహరణ , తరచుగా రెండు సిస్టీన్ రాడికల్స్ మధ్య సంభవిస్తుంది. క్లయింట్ హెయిర్‌పై పెర్మ్ ప్రక్రియలో హెయిర్ సెలూన్‌లో కుళ్ళిన గుడ్ల వంటి వాసన మీకు కనిపిస్తే, ఇది జుట్టులో ఉన్న కెరాటిన్ యొక్క తృతీయ నిర్మాణం యొక్క పాక్షిక డీనాటరేషన్, ఇది డైసల్ఫైడ్ బంధాలను తగ్గించడం ద్వారా సంభవిస్తుంది. సల్ఫర్-కలిగిన సహాయం మిశ్రమాలు.
హైడ్రోఫోబిసిటీ లేదా డైసల్ఫైడ్ బంధాలు వంటి దీర్ఘ-శ్రేణి పరస్పర చర్యల ద్వారా తృతీయ నిర్మాణం స్థిరీకరించబడుతుంది
మధ్య డైసల్ఫైడ్ బంధాలు ఏర్పడవచ్చు ఒకే పాలీపెప్టైడ్ గొలుసులోని రాడికల్‌లు లేదా వివిధ పూర్తి గొలుసుల నుండి సిస్టీన్‌ల మధ్య ఉంటాయి. వివిధ గొలుసుల మధ్య పరస్పర చర్యలు ఏర్పడతాయి ప్రోటీన్ నిర్మాణం స్థాయి. క్వాటర్నరీ నిర్మాణానికి అద్భుతమైన ఉదాహరణ అది మీ రక్తంలో ఉంది. ప్రతి హిమోగ్లోబిన్ అణువులో నాలుగు సారూప్య గ్లోబిన్‌లు, ప్రోటీన్ భాగాలు ఉంటాయి, వీటిలో ప్రతి ఒక్కటి పాలీపెప్టైడ్‌లో డైసల్ఫైడ్ వంతెనల ద్వారా ఒక నిర్దిష్ట స్థితిలో ఉంచబడుతుంది మరియు ఇనుముతో కూడిన హీమ్ అణువుతో కూడా సంబంధం కలిగి ఉంటుంది. నాలుగు గ్లోబిన్‌లు ఇంటర్‌మోలిక్యులర్ డైసల్ఫైడ్ వంతెనల ద్వారా అనుసంధానించబడి ఉంటాయి మరియు మొత్తం అణువు ఒకేసారి అనేక గాలి అణువులతో నాలుగు వరకు బంధిస్తుంది మరియు అవసరమైన విధంగా వాటిని విడుదల చేయగలదు.
వ్యాధికి నివారణ అన్వేషణలో మోడలింగ్ నిర్మాణాలు
పాలీపెప్టైడ్ గొలుసులు అనువాదం సమయంలో వాటి తుది ఆకారంలోకి మడవటం ప్రారంభిస్తాయి, పెరుగుతున్న గొలుసు రైబోజోమ్ నుండి నిష్క్రమిస్తుంది, మెమరీ-అల్లాయ్ వైర్ ముక్క వలె వేడిచేసినప్పుడు సంక్లిష్ట ఆకృతులను పొందవచ్చు. అయితే, జీవశాస్త్రంలో ఎప్పటిలాగే, విషయాలు అంత సులభం కాదు.
అనేక కణాలలో, అనువాదానికి ముందు లిప్యంతరీకరించబడిన జన్యువులు విస్తృతమైన సవరణకు లోనవుతాయి, జన్యువు యొక్క స్వచ్ఛమైన బేస్ సీక్వెన్స్‌తో పోలిస్తే ప్రోటీన్ యొక్క ప్రాథమిక నిర్మాణాన్ని గణనీయంగా మారుస్తుంది. ఈ సందర్భంలో, అనువాద మెకానిజమ్‌లు తరచుగా మాలిక్యులర్ చాపెరోన్‌ల సహాయాన్ని పొందుతాయి, ఇవి తాత్కాలికంగా కొత్త పాలీపెప్టైడ్ గొలుసుతో బంధిస్తాయి మరియు ఏదైనా ఇంటర్మీడియట్ రూపాన్ని తీసుకోకుండా నిరోధించాయి, దాని నుండి అవి చివరిదానికి వెళ్లలేవు.
ప్రోటీన్ యొక్క తుది ఆకారాన్ని అంచనా వేయడం సామాన్యమైన పని కాదని చెప్పడానికి ఇదంతా. దశాబ్దాలుగా, ఎక్స్-రే క్రిస్టల్లాగ్రఫీ వంటి భౌతిక పద్ధతుల ద్వారా ప్రోటీన్ల నిర్మాణాన్ని అధ్యయనం చేసే ఏకైక మార్గం. 1960ల చివరి వరకు జీవభౌతిక రసాయన శాస్త్రవేత్తలు ప్రోటీన్ మడత యొక్క గణన నమూనాలను రూపొందించడం ప్రారంభించారు, ప్రధానంగా ద్వితీయ నిర్మాణ నమూనాపై దృష్టి పెట్టారు. ఈ పద్ధతులు మరియు వాటి వారసులకు ప్రాథమిక నిర్మాణంతో పాటుగా అపారమైన ఇన్‌పుట్ డేటా అవసరం - ఉదాహరణకు, అమైనో యాసిడ్ బాండ్ కోణాల పట్టికలు, హైడ్రోఫోబిసిటీ జాబితాలు, చార్జ్డ్ స్టేట్‌లు మరియు పరిణామ సమయ ప్రమాణాలపై నిర్మాణం మరియు పనితీరును కూడా పరిరక్షించడం - అన్నింటికీ చివరి ప్రోటీన్ లాగా ఏమి జరుగుతుందో ఊహించండి.
సెకండరీ స్ట్రక్చర్ ప్రిడిక్షన్ కోసం నేటి గణన పద్ధతులు, ఫోల్డింగ్@హోమ్ నెట్‌వర్క్‌లో నడుస్తున్నవి, దాదాపు 80% ఖచ్చితత్వంతో పని చేస్తాయి-ఇది సమస్య యొక్క సంక్లిష్టతను పరిగణనలోకి తీసుకుంటే చాలా మంచిది. SARS-CoV-2 స్పైక్ ప్రోటీన్ వంటి ప్రొటీన్‌లపై ప్రిడిక్టివ్ మోడల్‌ల ద్వారా ఉత్పత్తి చేయబడిన డేటా వైరస్ యొక్క భౌతిక అధ్యయనాల డేటాతో పోల్చబడుతుంది. ఫలితంగా, ప్రోటీన్ యొక్క ఖచ్చితమైన నిర్మాణాన్ని పొందడం సాధ్యమవుతుంది మరియు వైరస్ గ్రాహకాలకు ఎలా జోడించబడుతుందో అర్థం చేసుకోవచ్చు. శరీరంలోకి దారితీసే శ్వాసకోశంలో ఉన్న వ్యక్తి. మేము ఈ నిర్మాణాన్ని గుర్తించగలిగితే, బైండింగ్‌ను నిరోధించే మరియు ఇన్‌ఫెక్షన్‌ను నిరోధించే మందులను మనం కనుగొనగలుగుతాము.
ప్రోటీన్ ఫోల్డింగ్ పరిశోధన చాలా వ్యాధులు మరియు ఇన్‌ఫెక్షన్ల గురించి మనకున్న అవగాహనలో ఉంది, మనం ఇటీవల వృద్ధిలో పేలుతున్న COVID-19ని ఎలా ఓడించాలో గుర్తించడానికి Folding@Home నెట్‌వర్క్‌ని ఉపయోగించినప్పుడు కూడా, నెట్‌వర్క్ గెలిచింది. ఎక్కువసేపు ఖాళీగా ఉండకండి, పని చేయండి. ఇది అల్జీమర్స్ వ్యాధి లేదా క్రూట్జ్‌ఫెల్డ్-జాకోబ్ వ్యాధి వంటి డజన్ల కొద్దీ ప్రోటీన్ మిస్‌ఫోల్డింగ్ వ్యాధులకు కారణమయ్యే ప్రోటీన్ నమూనాలను అధ్యయనం చేయడానికి బాగా సరిపోయే ఒక పరిశోధనా సాధనం, దీనిని తరచుగా పిచ్చి ఆవు వ్యాధి అని తప్పుగా పిలుస్తారు. మరియు మరొక వైరస్ అనివార్యంగా కనిపించినప్పుడు, మేము మళ్ళీ దానితో పోరాడటానికి సిద్ధంగా ఉంటాము.
మూలం: www.habr.com