Hozirgi COVID-19 pandemiyasi xakerlar hujum qilishdan xursand bo'lgan ko'plab muammolarni keltirib chiqardi. 3D bosilgan yuz qalqonlari va uy qurilishi tibbiy niqoblaridan tortib to to‘liq mexanik ventilyatorni almashtirishgacha bo‘lgan g‘oyalar oqimi ilhomlantiruvchi va yurakni isituvchi edi. Shu bilan birga, boshqa sohada: virusning o'zi bilan kurashishga qaratilgan tadqiqotlarda oldinga siljishga urinishlar bo'ldi.
Ko'rinishidan, hozirgi pandemiyani to'xtatish va keyingi barcha pandemiyalarni ortda qoldirishning eng katta salohiyati muammoning ildiziga kirishga harakat qiladigan yondashuvdadir. Ushbu "dushmaningizni biling" yondashuvi Folding@Home hisoblash loyihasi tomonidan qabul qilingan. Millionlab odamlar loyihaga a'zo bo'lishdi va o'zlarining protsessorlari va grafik protsessorlarining qayta ishlash quvvatlarining bir qismini sovg'a qilmoqdalar va shu bilan tarixdagi eng katta [tarqatilgan] superkompyuterni yaratmoqdalar.
Ammo bu eksafloplar aynan nima uchun ishlatiladi? Nima uchun bunday hisoblash kuchini tashlash kerak ? Bu erda qanday biokimyo ishlaydi, nima uchun oqsillar umuman katlanishi kerak? Protein qatlamlarining qisqacha ko'rinishi: bu nima, u qanday sodir bo'ladi va nima uchun bu muhim.
Birinchidan, eng muhimi: oqsillar nima uchun kerak?
Proteinlar hayotiy tuzilmalardir. Ular nafaqat hujayralar uchun qurilish materiali, balki deyarli barcha biokimyoviy reaktsiyalar uchun ferment katalizatori bo'lib xizmat qiladi. Sincaplar, ular bo'lsin yoki , uzun zanjirlardir , ma'lum bir ketma-ketlikda joylashgan. Proteinlarning funktsiyalari qaysi aminokislotalar oqsilning ma'lum joylarida joylashganligi bilan belgilanadi. Agar, masalan, oqsil musbat zaryadlangan molekulaga bog'lanishi kerak bo'lsa, bog'lanish joyi manfiy zaryadlangan aminokislotalar bilan to'ldirilishi kerak.
Oqsillar ularning funksiyasini belgilovchi tuzilishga qanday ega bo‘lishini tushunish uchun molekulyar biologiya asoslari va hujayradagi axborot oqimini ko‘rib chiqishimiz kerak.
Ishlab chiqarish yoki oqsillar jarayon bilan boshlanadi . Transkripsiya paytida hujayraning genetik ma'lumotlarini o'z ichiga olgan DNK qo'sh spiral qisman ochilib, DNKning azot asoslarini ferment deb ataladigan fermentga kirishga imkon beradi. . RNK polimerazasining vazifasi genning RNK nusxasini yoki transkripsiyasini yaratishdir. Bu genning nusxasi deb ataladi (mRNK), hujayra ichidagi oqsil fabrikalarini boshqarish uchun ideal yagona molekuladir, ishlab chiqarish bilan shug'ullanuvchilar, yoki oqsillar.
Ribosomalar yig'ish mashinalari kabi ishlaydi - ular mRNK shablonini oladi va uni RNKning boshqa kichik qismlariga moslashtiradi, (tRNK). Har bir tRNK ikkita faol hududga ega - uchta asosdan iborat bo'lim deb ataladi mRNKning tegishli kodonlariga mos kelishi kerak va buning uchun maxsus aminokislotalarni bog'lash joyi . Tarjima paytida ribosomadagi tRNK molekulalari tasodifiy ravishda antikodonlar yordamida mRNK bilan bog'lanishga harakat qiladi. Muvaffaqiyatli bo'lsa, tRNK molekulasi o'zining aminokislotasini oldingisiga biriktirib, mRNK tomonidan kodlangan aminokislotalar zanjirida keyingi bo'g'inni hosil qiladi.
Aminokislotalarning bu ketma-ketligi oqsil strukturaviy ierarxiyasining birinchi darajasidir, shuning uchun u deyiladi. . Proteinning butun uch o'lchovli tuzilishi va uning funktsiyalari bevosita birlamchi tuzilishdan kelib chiqadi va aminokislotalarning har birining turli xil xususiyatlariga va ularning bir-biri bilan o'zaro ta'siriga bog'liq. Ushbu kimyoviy xususiyatlar va aminokislotalarning o'zaro ta'sirisiz, ular uch o'lchovli tuzilishsiz chiziqli ketma-ketliklar bo'lib qolaveradi. Buni har safar ovqat pishirganingizda ko'rish mumkin - bu jarayonda termal bor oqsillarning uch o'lchovli tuzilishi.
Protein qismlarining uzoq masofali aloqalari
Uch o'lchovli tuzilmaning navbatdagi darajasi, birlamchidan tashqariga aqlli nom berildi . U nisbatan yaqin ta'sirga ega aminokislotalar orasidagi vodorod aloqalarini o'z ichiga oladi. Ushbu barqarorlashtiruvchi o'zaro ta'sirlarning asosiy mohiyati ikkita narsaga to'g'ri keladi: и . Alfa spiral polipeptidning mahkam o'ralgan hududini, beta varaq esa silliq, keng hududni hosil qiladi. Ikkala shakllanish ham tarkibiy va funktsional xususiyatlarga ega bo'lib, ular tarkibidagi aminokislotalarning xususiyatlariga ko'ra. Misol uchun, agar alfa spiral asosan gidrofil aminokislotalardan iborat bo'lsa, masalan yoki , keyin u katta ehtimollik bilan suvli reaktsiyalarda ishtirok etadi.
Proteinlardagi alfa spirallari va beta varaqlari. Vodorod aloqalari oqsillarni ifodalash jarayonida hosil bo'ladi.
Ushbu ikki tuzilma va ularning kombinatsiyasi oqsil tuzilishining keyingi darajasini tashkil qiladi - . Ikkilamchi tuzilishning oddiy bo'laklaridan farqli o'laroq, uchinchi darajali tuzilishga asosan hidrofobiklik ta'sir qiladi. Aksariyat oqsillarning markazlarida yuqori darajada hidrofobik aminokislotalar mavjud, masalan yoki , va radikallarning "yog'li" tabiati tufayli u erdan suv chiqarib tashlanadi. Ushbu tuzilmalar ko'pincha hujayralarni o'rab turgan lipid ikki qavatli membrana ichiga o'rnatilgan transmembran oqsillarida paydo bo'ladi. Oqsillarning hidrofobik hududlari membrananing yog 'qismi ichida termodinamik jihatdan barqaror bo'lib qoladi, oqsilning gidrofil hududlari esa har ikki tomondan suvli muhitga ta'sir qiladi.
Shuningdek, uchinchi darajali tuzilmalarning barqarorligi aminokislotalar orasidagi uzoq masofali aloqalar bilan ta'minlanadi. Bunday ulanishlarning klassik namunasi , ko'pincha ikkita sistein radikali o'rtasida paydo bo'ladi. Agar mijozning sochlariga perm o'tkazish paytida siz sartaroshxonada chirigan tuxumga o'xshash hidni sezgan bo'lsangiz, bu sochlar tarkibidagi keratinning uchinchi darajali tuzilishining qisman denatüratsiyasi bo'lib, u keratin bilan disulfid bog'lanishlarining qisqarishi natijasida yuzaga keladi. oltingugurt o'z ichiga olgan yordam aralashmalar.
Uchinchi darajali tuzilma gidrofobiklik yoki disulfid aloqalari kabi uzoq muddatli o'zaro ta'sirlar bilan barqarorlashadi.
O'rtasida disulfid aloqalari paydo bo'lishi mumkin bir xil polipeptid zanjiridagi yoki turli to'liq zanjirlardagi sisteinlar orasidagi radikallar. Turli zanjirlar orasidagi o'zaro ta'sirlar hosil bo'ladi protein tuzilishi darajasi. To'rtlamchi tuzilishning ajoyib namunasi bu sizning qoningizda. Har bir gemoglobin molekulasi to'rtta bir xil globinlardan, oqsil qismlaridan iborat bo'lib, ularning har biri polipeptid ichida disulfid ko'priklar orqali ma'lum bir holatda saqlanadi va shuningdek, temir o'z ichiga olgan gem molekulasi bilan bog'lanadi. Barcha to'rt globin molekulalararo disulfid ko'priklar bilan bog'langan va butun molekula bir vaqtning o'zida to'rttagacha bir nechta havo molekulalari bilan bog'lanadi va kerak bo'lganda ularni chiqarishga qodir.
Kasallikni davolashni izlashda tuzilmalarni modellashtirish
Polipeptid zanjirlari tarjima paytida oxirgi shakliga burila boshlaydi, chunki o'sib borayotgan zanjir ribosomadan chiqadi, xuddi xotira qotishma simining bo'lagi qizdirilganda murakkab shakllarni olishi mumkin. Biroq, biologiyada har doimgidek, hamma narsa oddiy emas.
Ko'pgina hujayralarda transkripsiyalangan genlar transkripsiyadan oldin keng qamrovli tahrirdan o'tadi, genning sof asosiy ketma-ketligiga nisbatan oqsilning asosiy tuzilishini sezilarli darajada o'zgartiradi. Bunday holda, tarjima mexanizmlari ko'pincha molekulyar şaperonlarning yordamiga murojaat qiladi, ular yangi paydo bo'lgan polipeptid zanjiri bilan vaqtincha bog'lanadi va uni har qanday oraliq shaklga kirishiga to'sqinlik qiladi, keyinchalik ular yakuniy shaklga o'ta olmaydi.
Bu shuni anglatadiki, oqsilning yakuniy shaklini bashorat qilish arzimas ish emas. O'nlab yillar davomida oqsillarning tuzilishini o'rganishning yagona yo'li rentgen kristallografiyasi kabi jismoniy usullar edi. Faqat 1960-yillarning oxiriga kelib biofizik kimyogarlar birinchi navbatda ikkilamchi strukturani modellashtirishga e'tibor qaratgan holda oqsil katlamasining hisoblash modellarini yaratishga kirishdilar. Ushbu usullar va ularning avlodlari birlamchi tuzilishga qo'shimcha ravishda juda katta miqdordagi kirish ma'lumotlarini talab qiladi - masalan, aminokislotalarning bog'lanish burchaklari jadvallari, hidrofobiklik ro'yxati, zaryadlangan holatlar va hatto evolyutsion vaqt oralig'ida struktura va funktsiyaning saqlanishi - barchasi nima sodir bo'lishini taxmin qiling, oxirgi oqsilga o'xshaydi.
Ikkilamchi tuzilmani bashorat qilishning bugungi hisoblash usullari, masalan, Folding@Home tarmog'ida ishlaydiganlar, taxminan 80% aniqlik bilan ishlaydi - bu muammoning murakkabligini hisobga olgan holda juda yaxshi. SARS-CoV-2 spike oqsili kabi oqsillar bo'yicha bashoratli modellar tomonidan yaratilgan ma'lumotlar virusning fizik tadqiqotlari ma'lumotlari bilan taqqoslanadi. Natijada, oqsilning aniq tuzilishini olish va, ehtimol, virusning retseptorlarga qanday yopishishini tushunish mumkin bo'ladi. tanaga olib boradigan nafas yo'llarida joylashgan odam. Agar biz ushbu tuzilmani aniqlay olsak, biz bog'lanishni to'sib qo'yadigan va infektsiyani oldini oladigan dorilarni topishimiz mumkin.
Proteinlarni yig'ish bo'yicha tadqiqotlar shunchalik ko'p kasalliklar va infektsiyalar haqidagi tushunchamizning markazida bo'lib, hatto biz Folding@Home tarmog'idan so'nggi paytlarda o'sish sur'atida portlashini ko'rgan COVID-19 ni qanday yengish kerakligini aniqlash uchun foydalansak ham, tarmoq g'alaba qozonadi' uzoq vaqt ishlamaslik. Bu Altsgeymer kasalligi yoki ko'pincha noto'g'ri jinni sigir kasalligi deb ataladigan Creutzfeldt-Jakob kasalligi kabi o'nlab oqsillarni noto'g'ri qatlamlash kasalliklarining asosini tashkil etuvchi oqsil naqshlarini o'rganish uchun juda mos bo'lgan tadqiqot vositasidir. Va yana bir virus muqarrar ravishda paydo bo'lganda, biz yana unga qarshi kurashishga tayyor bo'lamiz.
Manba: www.habr.com