Пандемияи кунунии COVID-19 мушкилоти зиёдеро ба вуҷуд овард, ки ҳакерҳо бо хушнудӣ ҳамла мекарданд. Аз сипарҳои рӯи 3D чопшуда ва ниқобҳои тиббии хонагӣ то иваз кардани вентилятори пурраи механикӣ, ҷараёни ғояҳо илҳомбахш ва дилгармкунанда буд. Ҳамзамон, кӯшишҳои пешрафт дар соҳаи дигар вуҷуд доштанд: дар тадқиқоте, ки ба мубориза бо худи вирус нигаронида шудааст.
Эҳтимол, бузургтарин потенсиали боздоштани пандемияи кунунӣ ва гузаштан аз ҳама падидаҳои минбаъда дар равишест, ки мекӯшад ба решаи мушкилот бирасад. Ин равиши "душмани худро бидонед" аз ҷониби лоиҳаи компютерии Folding@Home гирифта шудааст. Миллионҳо одамон ба лоиҳа имзо гузоштанд ва як қисми қудрати коркарди протсессорҳо ва GPU-ҳои худро ҳадя мекунанд ва ба ин васила бузургтарин суперкомпютери [тақсимшуда] дар таърихро эҷод мекунанд.
Аммо ҳамаи ин эксафлопҳо барои чӣ истифода мешаванд? Барои чӣ лозим аст, ки чунин қудрати ҳисоббарориро ба он партоянд ? Дар ин ҷо чӣ гуна биохимия кор мекунад, чаро сафедаҳо бояд умуман қат шаванд? Ин аст шарҳи мухтасари қабати сафеда: ин чист, он чӣ гуна рух медиҳад ва чаро он муҳим аст.
Аввалан, чизи аз ҳама муҳим: чаро сафедаҳо лозиманд?
Протеинҳо сохторҳои ҳаётан муҳим мебошанд. Онҳо на танҳо барои ҳуҷайраҳо масолеҳи сохтмонӣ медиҳанд, балки ҳамчун катализатор барои қариб ҳама реаксияҳои биохимиявӣ хизмат мекунанд. Сугур, хох онхо ё , занҷирҳои дароз мебошанд , дар як пайдарпаии муайян ҷойгир шудааст. Функсияҳои сафедаҳо аз рӯи он муайян карда мешаванд, ки аминокислотаҳо дар ҷойҳои муайяни сафеда ҷойгиранд. Агар, масалан, сафеда бояд ба молекулаи заряди мусбат пайваст шавад, макони пайвастшавӣ бояд бо аминокислотаҳои заряди манфӣ пур карда шавад.
Барои фаҳмидани он, ки чӣ гуна сафедаҳо сохтореро, ки вазифаи онҳоро муайян мекунанд, ба даст меоранд, мо бояд ба асосҳои биологияи молекулавӣ ва ҷараёни иттилоот дар ҳуҷайра гузарем.
Истеҳсол, ё сафедаҳо бо раванд оғоз меёбад . Ҳангоми транскрипсия спирали дугонаи ДНК, ки дорои маълумоти генетикии ҳуҷайра мебошад, қисман кушода мешавад ва имкон медиҳад, ки асосҳои нитрогении ДНК ба ферменте, ки ДНК ном дорад, дастрас шаванд. . Вазифаи полимеразаи РНК ин сохтани нусхаи РНК ё транскрипсияи ген мебошад. Ин нусхаи ген номида мешавад (mRNA), як молекулаи ягонаест, ки барои идоракунии заводҳои сафедаи дохили ҳуҷайра беҳтарин аст, ки бо истехсолот машгуланд, ё сафедахо.
Рибосомаҳо мисли мошинҳои васлкунӣ амал мекунанд - онҳо қолаби mRNA-ро мегиранд ва онро бо дигар қисмҳои хурди РНК мувофиқ мекунанд, (tRNA). Ҳар як tRNA ду минтақаи фаъол дорад - қисмати се пойгоҳ номида мешавад , ки бояд ба кодонҳои мувофиқи mRNA мувофиқат кунад ва макони пайваст кардани аминокислотаи барои ин хос . Ҳангоми тарҷума, молекулаҳои tRNA дар рибосома ба таври тасодуфӣ кӯшиш мекунанд, ки бо истифода аз антикодонҳо ба mRNA пайваст шаванд. Дар сурати муваффақ шудан, молекулаи tRNA аминокислотаи худро ба кислотаи қаблӣ пайваст карда, пайванди навбатии занҷири аминокислотаҳои бо mRNA рамзшударо ташкил медиҳад.
Ин пайдарпаии аминокислотаҳо дараҷаи якуми иерархияи сохтории сафедаҳо мебошад, бинобар ин онро . Тамоми сохтори сеченакаи сафеда ва вазифаҳои он бевосита аз сохтори ибтидоӣ гирифта шуда, аз хосиятҳои гуногуни ҳар як аминокислотаҳо ва таъсири мутақобилаи онҳо бо ҳамдигар вобастаанд. Бе ин хосиятҳои химиявӣ ва мутақобилаи аминокислотаҳо, онҳо бе сохтори сеченака пайдарпайии хатӣ боқӣ мемонанд. Инро ҳар вақте, ки шумо хӯрок мепазед, дидан мумкин аст - дар ин раванд гармӣ вуҷуд дорад сохтори сеченакаи сафедаҳо.
Пайвандҳои дарозмуддати қисмҳои сафеда
Сатҳи навбатии сохтори сеченака, ки аз сатҳи ибтидоӣ берун меравад, номи оқилона дода шуд . Он пайвандҳои гидрогениро дар байни аминокислотаҳои амали нисбатан наздик дар бар мегирад. Моҳияти асосии ин муносибатҳои устуворкунанда ба ду чиз бармеояд: и . Спирали алфа минтақаи зич печонидашудаи полипептидро ташкил медиҳад, дар ҳоле ки варақи бета минтақаи ҳамвор ва васеъро ташкил медиҳад. Ҳарду формация вобаста ба хусусиятҳои аминокислотаҳои таркибии онҳо ҳам хосиятҳои сохторӣ ва ҳам функсионалӣ доранд. Масалан, агар спирали алфа асосан аз аминокислотаҳои гидрофилӣ иборат бошад, масалан ё , он гоҳ эҳтимоли зиёд дар реаксияҳои обӣ иштирок мекунад.
Спиральҳои алфа ва варақҳои бета дар сафедаҳо. Пайвандҳои гидроген ҳангоми ифодаи сафедаҳо ба вуҷуд меоянд.
Ин ду сохтор ва омезиши онҳо сатҳи навбатии сохтори сафедаҳоро ташкил медиҳанд - . Баръакси порчаҳои оддии сохтори дуюмдараҷа, сохтори сеюм асосан ба гидрофобӣ таъсир мерасонад. Дар марказҳои аксари сафедаҳо аминокислотаҳои хеле гидрофобӣ мавҷуданд, масалан ё , ва об аз он ҷо аз сабаби табиати "равгандин" будани радикалҳо хориҷ карда мешавад. Ин сохторҳо аксар вақт дар сафедаҳои трансмембранӣ пайдо мешаванд, ки дар мембранаи дуқабати липидҳои гирду атроф ҷойгир шудаанд. Минтақаҳои гидрофобии сафедаҳо дар дохили қисми равғании мембрана аз ҷиҳати термодинамикӣ устувор боқӣ мемонанд, дар ҳоле ки минтақаҳои гидрофилии сафеда аз ҳарду тараф ба муҳити обӣ дучор мешаванд.
Инчунин, устувории сохторҳои сеюм тавассути алоқаҳои дарозмуддати байни аминокислотаҳо таъмин карда мешавад. Намунаи классикии чунин робитаҳо мебошад , аксар вақт дар байни ду радикалҳои систеин рух медиҳанд. Агар шумо дар салони мӯй дар мӯи муштарӣ бӯи тухми пӯсидаро каме ба мисли тухми пӯсида пайдо карда бошед, пас ин қисман денатуратсияи сохтори сеюми кератини дар мӯй мавҷудбуда буд, ки дар натиҷаи коҳиши пайвандҳои дисульфид бо мӯй ба амал меояд. ёрии сулфурдор омехтаҳо.
Сохтори сеюм бо таъсири мутақобилаи дарозмуддат ба монанди гидрофобӣ ё пайвандҳои дисульфидӣ мӯътадил карда мешавад.
Пайвандҳои дисульфидӣ метавонанд дар байни радикалҳо дар як занҷири полипептидӣ ё байни систеинҳо аз занҷирҳои пурраи гуногун. Таъсири мутақобила байни занҷирҳои гуногун ба вуҷуд меояд сатҳи сохтори сафеда. Намунаи олии сохтори чорум аст он дар хуни шумост. Ҳар як молекулаи гемоглобин аз чаҳор глобинҳои якхела, қисмҳои сафеда иборат аст, ки ҳар яки онҳо дар як мавқеи мушаххас дар дохили полипептид тавассути пулҳои дисульфидӣ нигоҳ дошта мешаванд ва инчунин бо молекулаи гемӣ дорои оҳан алоқаманданд. Ҳамаи чор глобинҳо бо пулҳои байнимолекулярии дисульфидӣ пайваст мешаванд ва тамоми молекула якбора ба якчанд молекулаи ҳаво, то чор мепайвандад ва дар ҳолати зарурӣ қодир аст, ки онҳоро озод кунад.
Моделсозии сохторҳо дар ҷустуҷӯи табобати беморӣ
Занҷирҳои полипептидӣ ҳангоми тарҷума ба шакли ниҳоии худ печида мешаванд, зеро занҷири афзоянда аз рибосома мебарояд, ба мисли порчаи сими хӯлаи хотира ҳангоми гармкунӣ метавонад шаклҳои мураккабро гирад. Аммо, чун ҳамеша дар биология, чизҳо он қадар оддӣ нестанд.
Дар бисёр ҳуҷайраҳо генҳои транскрипсияшуда пеш аз тарҷума таҳрири васеъро аз сар мегузаронанд, ки сохтори асосии сафедаро дар муқоиса бо пайдарпаии асосии ген ба таври назаррас тағйир медиҳанд. Дар ин ҳолат, механизмҳои тарҷума аксар вақт ба кӯмаки шаперонҳои молекулавӣ, сафедаҳо, ки муваққатан ба занҷири полипептидҳои навзод пайваст мешаванд ва аз гирифтани ҳама гуна шакли мобайнӣ пешгирӣ мекунанд, ки онҳо баъдан ба шакли ниҳоӣ гузашта наметавонанд.
Ин ҳама маънои онро дорад, ки пешгӯии шакли ниҳоии сафеда кори ночиз нест. Дар тӯли даҳсолаҳо роҳи ягонаи омӯзиши сохтори сафедаҳо тавассути усулҳои физикӣ, ба монанди кристаллографияи рентгенӣ буд. Танҳо дар охири солҳои 1960-ум химикҳои биофизикӣ ба сохтани моделҳои ҳисоббарории қабати сафедаҳо шурӯъ карданд, ки асосан ба моделсозии сохтори дуюмдараҷа тамаркуз мекарданд. Ин усулҳо ва наслҳои онҳо ба ғайр аз сохтори ибтидоӣ миқдори зиёди маълумоти воридшударо талаб мекунанд - масалан, ҷадвалҳои кунҷҳои пайвастагиҳои аминокислотаҳо, рӯйхати гидрофобӣ, ҳолати заряднок ва ҳатто нигоҳ доштани сохтор ва функсия дар ҷадвали эволютсионӣ - ҳама барои он тахмин кунед, ки чӣ рӯй медиҳад, ба сафедаи ниҳоӣ монанд аст.
Усулҳои ҳисоббарории имрӯзаи пешгӯии сохтори дуюмдараҷа, ба монанди онҳое, ки дар шабакаи Folding@Home кор мекунанд, бо дақиқии тақрибан 80% кор мекунанд, ки ин бо назардошти мураккабии мушкилот хеле хуб аст. Маълумоте, ки аз ҷониби моделҳои пешгӯишаванда дар сафедаҳо ба монанди протеини хӯшаи SARS-CoV-2 тавлид шудаанд, бо маълумот аз таҳқиқоти физикии вирус муқоиса карда мешаванд. Дар натиҷа, сохтори дақиқи сафеда ба даст овардан ва шояд фаҳмидани он, ки вирус ба ретсепторҳо чӣ гуна пайваст мешавад. шахсе, ки дар роҳи нафас ҷойгир аст, ки ба бадан ворид мешавад. Агар мо ин сохторро муайян карда тавонем, мо метавонем доруҳоеро пайдо кунем, ки басташавӣ ва пешгирии сироятро пешгирӣ мекунанд.
Тадқиқоти қабати сафеда дар маркази фаҳмиши мо дар бораи он қадар бемориҳо ва сироятҳо қарор дорад, ки ҳатто вақте ки мо шабакаи Folding@Home-ро барои фаҳмидани он ки чӣ гуна мағлуб кардани COVID-19, ки мо дар вақтҳои охир дар афзоиш дар афзоиш мушоҳида кардем, истифода мебарем, шабака ғолиб меояд' дуру дароз бекор истодан, кор кардан. Ин як воситаи тадқиқотест, ки барои омӯзиши намунаҳои сафедаҳо, ки дар асоси даҳҳо бемориҳои нодурусти сафедаҳо ҷойгиранд, ба монанди бемории Алтсгеймер ё бемории Крейтцфелдт-Якоб, ки аксар вақт нодуруст номида мешавад, бемории девона аст. Ва ҳангоме ки ногузир як вируси дигар пайдо мешавад, мо омода ҳастем, ки бо он мубориза барем.
Манбаъ: will.com