موجودہ COVID-19 وبائی بیماری نے بہت سے مسائل پیدا کیے ہیں جن پر ہیکرز حملہ کرنے میں خوش ہیں۔ 3D پرنٹ شدہ فیس شیلڈز اور گھریلو طبی ماسک سے لے کر مکمل میکینیکل وینٹی لیٹر کو تبدیل کرنے تک، خیالات کا بہاؤ متاثر کن اور دل کو گرما دینے والا تھا۔ ایک ہی وقت میں، ایک اور علاقے میں آگے بڑھنے کی کوششیں کی گئیں: تحقیق میں جس کا مقصد خود وائرس کا مقابلہ کرنا تھا۔
بظاہر، موجودہ وبائی مرض کو روکنے اور اس کے بعد کے تمام لوگوں کو پیچھے چھوڑنے کی سب سے بڑی صلاحیت اس نقطہ نظر میں مضمر ہے جو مسئلے کی جڑ تک پہنچنے کی کوشش کرتا ہے۔ یہ "اپنے دشمن کو جانیں" کا طریقہ Folding@Home کمپیوٹنگ پروجیکٹ کے ذریعے لیا گیا ہے۔ لاکھوں لوگوں نے اس پروجیکٹ پر سائن اپ کیا ہے اور وہ اپنے پروسیسرز اور GPUs کی پروسیسنگ پاور کا کچھ حصہ عطیہ کر رہے ہیں، اس طرح تاریخ کا سب سے بڑا [تقسیم شدہ] سپر کمپیوٹر بنا ہے۔
لیکن یہ تمام exaflops بالکل کس لیے استعمال ہوتے ہیں؟ ایسی کمپیوٹنگ پاور کو پھینکنا کیوں ضروری ہے؟ ? یہاں کس قسم کی بائیو کیمسٹری کام کر رہی ہے، پروٹین کو فولڈ کرنے کی ضرورت کیوں ہے؟ یہاں پروٹین فولڈنگ کا ایک فوری جائزہ ہے: یہ کیا ہے، یہ کیسے ہوتا ہے، اور یہ کیوں ضروری ہے۔
سب سے پہلے، سب سے اہم بات: پروٹین کی ضرورت کیوں ہے؟
پروٹین اہم ڈھانچے ہیں۔ وہ نہ صرف خلیوں کے لیے تعمیراتی مواد فراہم کرتے ہیں بلکہ تقریباً تمام حیاتیاتی کیمیائی رد عمل کے لیے انزائم کیٹیلیسٹ کے طور پر بھی کام کرتے ہیں۔ گلہری، وہ ہو یا ، لمبی زنجیریں ہیں۔ ، ایک خاص ترتیب میں واقع ہے۔ پروٹین کے افعال کا تعین کیا جاتا ہے جس کے ذریعے امینو ایسڈ پروٹین پر مخصوص جگہوں پر واقع ہوتے ہیں۔ اگر، مثال کے طور پر، ایک پروٹین کو مثبت چارج شدہ مالیکیول سے باندھنے کی ضرورت ہے، بائنڈنگ سائٹ کو منفی چارج شدہ امینو ایسڈ سے بھرنا چاہیے۔
یہ سمجھنے کے لیے کہ پروٹین کس طرح اس ڈھانچے کو حاصل کرتے ہیں جو ان کے کام کا تعین کرتی ہے، ہمیں مالیکیولر بائیولوجی کی بنیادی باتوں اور سیل میں معلومات کے بہاؤ کو جاننے کی ضرورت ہے۔
پیداوار، یا پروٹین کے عمل کے ساتھ شروع ہوتا ہے . نقل کے دوران، ڈی این اے ڈبل ہیلکس، جس میں خلیے کی جینیاتی معلومات ہوتی ہیں، جزوی طور پر کھل جاتی ہے، جس سے ڈی این اے کے نائٹروجن بیسز ایک انزائم کے لیے دستیاب ہو جاتے ہیں۔ . آر این اے پولیمریز کا کام ایک جین کی آر این اے کاپی، یا ٹرانسکرپشن بنانا ہے۔ نامی ایک جین کی یہ نقل (mRNA)، انٹرا سیلولر پروٹین فیکٹریوں کو کنٹرول کرنے کے لیے ایک واحد مالیکیول ہے، جو پیداوار میں مصروف ہیں، یا پروٹین
رائبوزوم اسمبلی مشینوں کی طرح کام کرتے ہیں - وہ mRNA ٹیمپلیٹ لیتے ہیں اور اسے RNA کے دوسرے چھوٹے ٹکڑوں سے ملاتے ہیں، (tRNA)۔ ہر ٹی آر این اے میں دو فعال علاقے ہوتے ہیں - تین اڈوں کا ایک حصہ جسے کہا جاتا ہے۔ ، جو mRNA کے متعلقہ کوڈنز سے مماثل ہونا چاہیے، اور اس کے لیے مخصوص امینو ایسڈ کو بائنڈنگ کرنے کے لیے ایک سائٹ . ترجمہ کے دوران، رائبوزوم میں tRNA مالیکیولز تصادفی طور پر اینٹی کوڈنز کا استعمال کرتے ہوئے mRNA سے منسلک ہونے کی کوشش کرتے ہیں۔ اگر کامیاب ہو جاتا ہے تو، tRNA مالیکیول اپنے امینو ایسڈ کو پچھلے ایک سے جوڑتا ہے، جو mRNA کے ذریعے انکوڈ شدہ امینو ایسڈ کی زنجیر میں اگلا لنک بناتا ہے۔
امینو ایسڈ کی یہ ترتیب پروٹین کے ساختی درجہ بندی کی پہلی سطح ہے، اسی لیے اسے کہا جاتا ہے۔ . پروٹین کی پوری تین جہتی ساخت اور اس کے افعال براہ راست بنیادی ڈھانچے سے اخذ ہوتے ہیں، اور ہر ایک امینو ایسڈ کی مختلف خصوصیات اور ایک دوسرے کے ساتھ ان کے تعامل پر منحصر ہوتے ہیں۔ ان کیمیائی خصوصیات اور امینو ایسڈ کے تعامل کے بغیر، وہ تین جہتی ساخت کے بغیر لکیری ترتیب رہیں گے۔ ہر بار جب آپ کھانا پکاتے ہیں تو یہ دیکھا جا سکتا ہے - اس عمل میں تھرمل ہوتا ہے۔ پروٹین کی تین جہتی ساخت.
پروٹین حصوں کے طویل فاصلے کے بانڈز
تین جہتی ڈھانچے کی اگلی سطح، پرائمری سے آگے بڑھ کر، ایک ہوشیار نام دیا گیا تھا۔ . اس میں نسبتاً قریبی عمل کے امینو ایسڈ کے درمیان ہائیڈروجن بانڈز شامل ہیں۔ ان مستحکم تعاملات کا بنیادی جوہر دو چیزوں پر آتا ہے: и . الفا ہیلکس پولی پیپٹائڈ کے مضبوطی سے جڑے ہوئے علاقے کو تشکیل دیتا ہے، جبکہ بیٹا شیٹ ہموار، وسیع خطہ بناتی ہے۔ دونوں فارمیشنوں میں ساختی اور فعال خصوصیات ہیں، ان کے اجزاء امینو ایسڈ کی خصوصیات پر منحصر ہے۔ مثال کے طور پر، اگر الفا ہیلکس بنیادی طور پر ہائیڈرو فیلک امینو ایسڈ پر مشتمل ہو، جیسے یا ، پھر یہ زیادہ تر ممکنہ طور پر پانی کے رد عمل میں حصہ لے گا۔
پروٹین میں الفا ہیلیکس اور بیٹا شیٹس۔ پروٹین کے اظہار کے دوران ہائیڈروجن بانڈ بنتے ہیں۔
یہ دونوں ڈھانچے اور ان کے مجموعے پروٹین کی ساخت کی اگلی سطح بناتے ہیں۔ . ثانوی ڈھانچے کے سادہ ٹکڑوں کے برعکس، ترتیری ساخت بنیادی طور پر ہائیڈروفوبیسیٹی سے متاثر ہوتی ہے۔ زیادہ تر پروٹین کے مراکز میں انتہائی ہائیڈروفوبک امینو ایسڈ ہوتے ہیں، جیسے یا ، اور ریڈیکلز کی "چکنائی" نوعیت کی وجہ سے وہاں سے پانی کو خارج کردیا گیا ہے۔ یہ ڈھانچے اکثر خلیوں کے ارد گرد لپڈ بائلیئر جھلی میں سرایت شدہ ٹرانس میبرن پروٹین میں ظاہر ہوتے ہیں۔ پروٹین کے ہائیڈروفوبک علاقے جھلی کے فربہ حصے کے اندر تھرموڈینامک طور پر مستحکم رہتے ہیں، جبکہ پروٹین کے ہائیڈرو فیلک علاقے دونوں اطراف کے پانی کے ماحول کے سامنے آتے ہیں۔
نیز، ترتیری ڈھانچے کی استحکام کو امینو ایسڈز کے درمیان طویل فاصلے کے بانڈز کے ذریعے یقینی بنایا جاتا ہے۔ اس طرح کے رابطوں کی ایک بہترین مثال ہے۔ ، اکثر دو سیسٹین ریڈیکلز کے درمیان ہوتا ہے۔ اگر آپ کو کسی کلائنٹ کے بالوں پر پرم کے طریقہ کار کے دوران ہیئر سیلون میں سڑے ہوئے انڈوں جیسی کوئی چیز سونگھ رہی ہے، تو یہ بالوں میں موجود کیراٹین کی ترتیری ساخت کی جزوی خرابی تھی، جو بالوں کے ساتھ ڈسلفائیڈ بانڈز کی کمی کے ذریعے ہوتی ہے۔ سلفر پر مشتمل کی مدد مرکب
ترتیری ڈھانچہ طویل فاصلے تک تعاملات جیسے ہائیڈروفوبیسیٹی یا ڈسلفائیڈ بانڈز سے مستحکم ہوتا ہے۔
ڈسلفائڈ بانڈ کے درمیان ہو سکتا ہے ایک ہی پولی پیپٹائڈ چین میں ریڈیکلز، یا مختلف مکمل زنجیروں سے سسٹین کے درمیان۔ مختلف زنجیروں کے درمیان تعاملات بنتے ہیں۔ پروٹین کی ساخت کی سطح. quaternary ساخت کی ایک بہترین مثال ہے یہ آپ کے خون میں ہے. ہر ہیموگلوبن مالیکیول چار ایک جیسے گلوبینز، پروٹین پرزوں پر مشتمل ہوتا ہے، جن میں سے ہر ایک کو پولی پیپٹائڈ کے اندر ایک مخصوص پوزیشن میں ڈسلفائیڈ برجز کے ذریعے رکھا جاتا ہے، اور اس کا تعلق لوہے پر مشتمل ہیم مالیکیول سے بھی ہوتا ہے۔ چاروں گلوبین انٹرمولیکیولر ڈسلفائیڈ پلوں کے ذریعے جڑے ہوئے ہیں، اور پورا مالیکیول ایک ساتھ، چار تک کئی ہوا کے مالیکیولز سے جڑ جاتا ہے، اور ضرورت کے مطابق انہیں چھوڑنے کے قابل ہوتا ہے۔
بیماری کے علاج کی تلاش میں ڈھانچے کی ماڈلنگ
پولی پیپٹائڈ زنجیریں ترجمے کے دوران اپنی آخری شکل میں جوڑنا شروع کر دیتی ہیں، کیونکہ بڑھتی ہوئی زنجیر رائبوزوم سے باہر نکل جاتی ہے، بالکل اسی طرح جیسے میموری الائے تار کا ایک ٹکڑا گرم ہونے پر پیچیدہ شکل اختیار کر سکتا ہے۔ تاہم، حیاتیات میں ہمیشہ کی طرح، چیزیں اتنی آسان نہیں ہیں۔
بہت سے خلیوں میں، نقل شدہ جین ترجمے سے پہلے وسیع تر ترمیم سے گزرتے ہیں، جین کی خالص بنیاد ترتیب کے مقابلے پروٹین کی بنیادی ساخت کو نمایاں طور پر تبدیل کرتے ہیں۔ اس صورت میں، ترجمے کا طریقہ کار اکثر مالیکیولر چیپیرونز، پروٹین کی مدد لیتا ہے جو عارضی طور پر نوزائیدہ پولی پیپٹائڈ چین سے منسلک ہوتے ہیں اور اسے کسی بھی درمیانی شکل اختیار کرنے سے روکتے ہیں، جس سے وہ پھر حتمی شکل تک نہیں جا سکیں گے۔
صرف اتنا کہنا ہے کہ پروٹین کی حتمی شکل کا اندازہ لگانا کوئی معمولی کام نہیں ہے۔ کئی دہائیوں تک، پروٹین کی ساخت کا مطالعہ کرنے کا واحد طریقہ جسمانی طریقوں جیسے کہ ایکس رے کرسٹالوگرافی تھا۔ یہ 1960 کی دہائی کے آخر تک نہیں تھا جب بائیو فزیکل کیمیا دانوں نے پروٹین فولڈنگ کے کمپیوٹیشنل ماڈل بنانا شروع کیے تھے، بنیادی طور پر ثانوی ساخت کی ماڈلنگ پر توجہ مرکوز کرتے تھے۔ ان طریقوں اور ان کی اولاد کو بنیادی ڈھانچے کے علاوہ بہت زیادہ ان پٹ ڈیٹا کی ضرورت ہوتی ہے - مثال کے طور پر، امینو ایسڈ بانڈ کے زاویوں کی میزیں، ہائیڈروفوبیسیٹی کی فہرستیں، چارج شدہ حالتیں، اور یہاں تک کہ ارتقائی اوقات کے دوران ساخت اور کام کا تحفظ - یہ سب کچھ کرنے کے لیے۔ اندازہ لگائیں کہ آخر پروٹین کی طرح کیا ہو گا۔
ثانوی ساخت کی پیشین گوئی کے لیے آج کے کمپیوٹیشنل طریقے، جیسے کہ Folding@Home نیٹ ورک پر چل رہے ہیں، تقریباً 80% درستگی کے ساتھ کام کرتے ہیں— جو کہ مسئلے کی پیچیدگی کو دیکھتے ہوئے کافی اچھا ہے۔ SARS-CoV-2 اسپائک پروٹین جیسے پروٹین پر پیشن گوئی کرنے والے ماڈلز کے ذریعے تیار کردہ ڈیٹا کا موازنہ وائرس کے جسمانی مطالعے کے ڈیٹا سے کیا جائے گا۔ نتیجے کے طور پر، پروٹین کی صحیح ساخت کو حاصل کرنا ممکن ہو گا اور شاید یہ سمجھنا کہ وائرس کس طرح ریسیپٹرز سے منسلک ہوتا ہے۔ ایک شخص جو سانس کی نالی میں واقع ہے جو جسم میں جاتا ہے۔ اگر ہم اس ساخت کا پتہ لگا سکتے ہیں، تو ہم ایسی دوائیں تلاش کرنے کے قابل ہو سکتے ہیں جو بائنڈنگ کو روکتی ہیں اور انفیکشن کو روکتی ہیں۔
پروٹین فولڈنگ کی تحقیق بہت ساری بیماریوں اور انفیکشن کے بارے میں ہماری سمجھ کے بالکل مرکز میں ہے کہ یہاں تک کہ جب ہم Folding@Home نیٹ ورک کا استعمال کرتے ہوئے یہ معلوم کرتے ہیں کہ COVID-19 کو کیسے شکست دی جائے، جسے ہم نے حال ہی میں ترقی میں پھٹتے دیکھا ہے، نیٹ ورک جیت گیا۔ زیادہ دیر تک بیکار نہ رہو۔ کام۔ یہ ایک تحقیقی ٹول ہے جو پروٹین کے ان نمونوں کا مطالعہ کرنے کے لیے موزوں ہے جو پروٹین کی غلط فولڈنگ سے وابستہ درجنوں بیماریوں جیسے الزائمر کی بیماری یا Creutzfeldt-Jakob بیماری کی ایک قسم ہے، جسے اکثر غلط طریقے سے پاگل گائے کی بیماری کہا جاتا ہے۔ اور جب ایک اور وائرس لامحالہ ظاہر ہوتا ہے، تو ہم اس سے دوبارہ لڑنے کے لیے تیار ہو جائیں گے۔
ماخذ: www.habr.com