Ajakaye-arun COVID-19 lọwọlọwọ ti ṣẹda ọpọlọpọ awọn iṣoro ti awọn olosa ti dun lati kọlu. Lati awọn apata oju ti a tẹjade 3D ati awọn iboju iparada iṣoogun ti ibilẹ si rirọpo ẹrọ ategun ẹrọ ni kikun, ṣiṣan awọn imọran jẹ iwunilori ati imorusi ọkan. Ni akoko kanna, awọn igbiyanju wa lati ni ilọsiwaju ni agbegbe miiran: ninu iwadi ti a pinnu lati koju ọlọjẹ funrararẹ.
Nkqwe, agbara ti o tobi julọ fun didaduro ajakaye-arun lọwọlọwọ ati ijade gbogbo awọn ti o tẹle wa ni ọna ti o gbiyanju lati de gbongbo iṣoro naa. Ọna “mọ ọta rẹ” yii ni a mu nipasẹ iṣẹ-ṣiṣe iṣiro Folding@Home. Awọn miliọnu eniyan ti forukọsilẹ si iṣẹ akanṣe naa ati pe wọn n ṣetọrẹ diẹ ninu agbara sisẹ ti awọn olutọsọna wọn ati awọn GPUs, nitorinaa ṣiṣẹda supercomputer [pinpin] ti o tobi julọ ninu itan-akọọlẹ.
Ṣugbọn kini gangan gbogbo awọn exaflops wọnyi lo fun? Kini idi ti o ṣe pataki lati jabọ iru agbara iširo ni ? Iru biochemistry wo ni o wa ni iṣẹ nibi, kilode ti awọn ọlọjẹ nilo lati agbo ni gbogbo? Eyi ni iwoye iyara ti kika amuaradagba: kini o jẹ, bawo ni o ṣe ṣẹlẹ, ati idi ti o ṣe pataki.
Ni akọkọ, ohun pataki julọ: kilode ti awọn ọlọjẹ nilo?
Awọn ọlọjẹ jẹ awọn ẹya pataki. Wọn kii ṣe pese ohun elo ile nikan fun awọn sẹẹli, ṣugbọn tun ṣiṣẹ bi awọn ayase enzymu fun gbogbo awọn aati biokemika. Okere, boya tabi , jẹ awọn ẹwọn gigun , be ni kan awọn ọkọọkan. Awọn iṣẹ ti awọn ọlọjẹ ni ipinnu nipasẹ eyiti awọn amino acids wa ni awọn aaye kan lori amuaradagba. Ti, fun apẹẹrẹ, amuaradagba nilo lati sopọ mọ molikula ti o gba agbara daadaa, aaye abuda gbọdọ kun fun awọn amino acid ti ko ni agbara.
Lati loye bii awọn ọlọjẹ ṣe gba eto ti o pinnu iṣẹ wọn, a nilo lati lọ lori awọn ipilẹ ti isedale molikula ati ṣiṣan alaye ninu sẹẹli naa.
Ṣiṣejade, tabi awọn ọlọjẹ bẹrẹ pẹlu ilana naa . Lakoko igbasilẹ, DNA helix meji, eyiti o ni alaye jiini sẹẹli naa, yọkuro ni apakan, gbigba awọn ipilẹ nitrogen ti DNA laaye lati wa si enzymu kan ti a pe . Iṣẹ ti RNA polymerase ni lati ṣe ẹda RNA kan, tabi transcription, ti jiini kan. Eleyi daakọ ti a Jiini ti a npe ni (mRNA), jẹ apẹrẹ moleku kan ṣoṣo fun ṣiṣakoso awọn ile-iṣẹ amuaradagba intracellular, ti o ti wa ni npe ni gbóògì, tabi awọn ọlọjẹ.
Awọn ribosomes ṣe bi awọn ẹrọ apejọ - wọn mu awoṣe mRNA naa ki o baamu si awọn ege kekere ti RNA miiran, (tRNA). TRNA kọọkan ni awọn agbegbe meji ti nṣiṣe lọwọ - apakan ti awọn ipilẹ mẹta ti a pe , eyiti o gbọdọ baramu awọn codons ti o baamu ti mRNA, ati aaye kan fun dipọ amino acid kan pato fun eyi . Lakoko itumọ, awọn moleku tRNA ninu ribosome gbiyanju laileto lati di mRNA nipa lilo awọn anticodons. Ti o ba ṣaṣeyọri, moleku tRNA naa so amino acid rẹ pọ si ti iṣaaju, ti o ṣẹda ọna asopọ atẹle ni pq ti amino acids ti a fi koodu si nipasẹ mRNA.
Ilana ti amino acids yii jẹ ipele akọkọ ti awọn ilana igbekalẹ amuaradagba, eyiti o jẹ idi ti a fi pe ni . Gbogbo eto onisẹpo mẹta ti amuaradagba ati awọn iṣẹ rẹ jẹ taara lati inu ipilẹ akọkọ, ati dale lori awọn ohun-ini oriṣiriṣi ti ọkọọkan awọn amino acids ati awọn ibaraẹnisọrọ wọn pẹlu ara wọn. Laisi awọn ohun-ini kemikali wọnyi ati awọn ibaraenisepo amino acid, wọn yoo wa awọn ilana laini laini igbekalẹ onisẹpo mẹta. Eyi ni a le rii ni gbogbo igba ti o ba ṣe ounjẹ - ninu ilana yii igbona wa onisẹpo mẹta be ti awọn ọlọjẹ.
Awọn ifunmọ gigun ti awọn ẹya amuaradagba
Ipele t’okan ti igbekalẹ onisẹpo mẹta, ti o kọja ti akọkọ, ni a fun ni orukọ ọlọgbọn . O pẹlu awọn ifunmọ hydrogen laarin awọn amino acids ti iṣe isunmọ. Koko akọkọ ti awọn ibaraenisepo imuduro wọnyi wa si awọn nkan meji: и . Hẹlikisi alpha n ṣe agbegbe ti o ni wiwọ ti polypeptide, lakoko ti dì beta ṣe agbekalẹ agbegbe dan, ti o gbooro. Awọn idasile mejeeji ni awọn ohun-ini igbekale ati iṣẹ ṣiṣe, da lori awọn abuda ti awọn amino acids ti o wa ninu wọn. Fun apẹẹrẹ, ti o ba jẹ pe helix alpha jẹ nipataki awọn amino acids hydrophilic, bii tabi , lẹhinna o ṣeese julọ yoo kopa ninu awọn aati olomi.
Awọn helices Alpha ati awọn iwe beta ninu awọn ọlọjẹ. Awọn ifunmọ hydrogen dagba lakoko ikosile amuaradagba.
Awọn ẹya meji wọnyi ati awọn akojọpọ wọn jẹ ipele atẹle ti eto amuaradagba - . Ko dabi awọn ajẹkù ti o rọrun ti eto ile-ẹkọ giga, eto ile-ẹkọ giga jẹ nipataki ni ipa nipasẹ hydrophobicity. Awọn ile-iṣẹ ti ọpọlọpọ awọn ọlọjẹ ni awọn amino acids hydrophobic ti o ga julọ, gẹgẹbi tabi , ati omi ti wa ni rara lati ibẹ nitori awọn "greasy" iseda ti awọn radicals. Awọn ẹya wọnyi nigbagbogbo han ninu awọn ọlọjẹ transmembrane ti a fi sii ninu awo awọ bilayer ọra ti o yika awọn sẹẹli. Awọn agbegbe hydrophobic ti awọn ọlọjẹ wa ni iduroṣinṣin thermodynamically inu apakan ọra ti awo ilu, lakoko ti awọn agbegbe hydrophilic ti amuaradagba ti farahan si agbegbe olomi ni ẹgbẹ mejeeji.
Paapaa, iduroṣinṣin ti awọn ẹya ile-ẹkọ giga jẹ idaniloju nipasẹ awọn ifunmọ gigun laarin awọn amino acids. A Ayebaye apẹẹrẹ ti iru awọn isopọ ni , nigbagbogbo waye laarin awọn ipilẹṣẹ cysteine meji. Ti o ba gbọ ohun kan diẹ bi awọn eyin rotten ni ile iṣọ irun lakoko ilana perm kan lori irun alabara, lẹhinna eyi jẹ denaturation apa kan ti eto ile-ẹkọ giga ti keratin ti o wa ninu irun, eyiti o waye nipasẹ idinku awọn ifunmọ disulfide pẹlu iranlọwọ ti efin-ti o ni awọn awọn akojọpọ.
Eto ile-ẹkọ giga jẹ iduroṣinṣin nipasẹ awọn ibaraenisepo gigun-gun gẹgẹbi hydrophobicity tabi awọn iwe ifowopamọ disulfide
Awọn ifunmọ Disulfide le waye laarin radicals ni kanna polypeptide pq, tabi laarin awọn cysteines lati yatọ si pipe awọn ẹwọn. Awọn ibaraẹnisọrọ laarin awọn oriṣiriṣi awọn ẹwọn fọọmu ipele ti amuaradagba be. Ẹya o tayọ apẹẹrẹ ti quaternary be ni o wa ninu ẹjẹ rẹ. Molikula hemoglobin kọọkan ni awọn globins aami mẹrin, awọn ẹya amuaradagba, ọkọọkan wọn wa ni ipo kan pato laarin polypeptide nipasẹ awọn afara disulfide, ati pe o tun ni nkan ṣe pẹlu moleku heme ti o ni irin. Gbogbo awọn globins mẹrin ni o ni asopọ nipasẹ awọn afara disulfide intermolecular, ati gbogbo moleku naa sopọ mọ ọpọlọpọ awọn moleku afẹfẹ ni ẹẹkan, to mẹrin, o si ni anfani lati tu wọn silẹ bi o ba nilo.
Awoṣe awọn ẹya ni wiwa ti arowoto fun arun
Awọn ẹwọn polypeptide bẹrẹ lati ṣe pọ si apẹrẹ ipari wọn lakoko itumọ, bi ẹwọn ti n dagba ti jade kuro ni ribosome, pupọ bi nkan ti okun waya alloy iranti le gba awọn apẹrẹ eka nigbati o ba gbona. Sibẹsibẹ, gẹgẹbi nigbagbogbo ninu isedale, awọn nkan ko rọrun.
Ninu ọpọlọpọ awọn sẹẹli, awọn Jiini ti a kọ silẹ ni ṣiṣatunṣe nla ṣaaju itumọ, ni pataki iyipada eto ipilẹ ti amuaradagba ni akawe si ilana ipilẹ mimọ ti jiini. Ni ọran yii, awọn ọna ṣiṣe itumọ nigbagbogbo n ṣe iranlọwọ fun awọn chaperones molikula, awọn ọlọjẹ ti o sopọ mọ pq polypeptide fun igba diẹ ti wọn si ṣe idiwọ fun gbigba eyikeyi fọọmu agbedemeji, lati eyiti wọn kii yoo ni anfani lati lọ siwaju si eyi ti o kẹhin.
Eyi jẹ gbogbo lati sọ pe asọtẹlẹ apẹrẹ ipari ti amuaradagba kii ṣe iṣẹ-ṣiṣe ti ko niye. Fun awọn ewadun, ọna kan ṣoṣo lati ṣe iwadi eto ti awọn ọlọjẹ jẹ nipasẹ awọn ọna ti ara bii crystallography X-ray. Kii ṣe titi di ipari awọn ọdun 1960 ti awọn onimọ-jinlẹ biophysical bẹrẹ lati kọ awọn awoṣe iširo ti kika amuaradagba, ni akọkọ ni idojukọ lori awoṣe igbekalẹ igbekalẹ keji. Awọn ọna wọnyi ati awọn arọmọdọmọ wọn nilo iye nla ti data titẹ sii ni afikun si ipilẹ akọkọ - fun apẹẹrẹ, awọn tabili ti awọn igun asopọ asopọ amino acid, awọn atokọ ti hydrophobicity, awọn ipinlẹ ti o gba agbara, ati paapaa itọju eto ati iṣẹ lori awọn akoko itankalẹ - gbogbo rẹ lati le gboju le won ohun ti yoo ṣẹlẹ wo bi ik amuaradagba.
Awọn ọna iširo ti ode oni fun asọtẹlẹ igbekalẹ atẹle, gẹgẹbi awọn ti nṣiṣẹ lori Nẹtiwọọki Folding@Home, ṣiṣẹ pẹlu deede 80% — eyiti o dara julọ ni imọran idiju iṣoro naa. Data ti ipilẹṣẹ nipasẹ awọn awoṣe asọtẹlẹ lori awọn ọlọjẹ gẹgẹbi ọlọjẹ SARS-CoV-2 yoo ṣe afiwe pẹlu data lati awọn iwadii ti ara ti ọlọjẹ naa. Bi abajade, yoo ṣee ṣe lati gba eto gangan ti amuaradagba ati, boya, loye bii ọlọjẹ naa ṣe somọ awọn olugba. eniyan ti o wa ni atẹgun atẹgun ti o lọ si ara. Ti a ba le ro ero eto yii, a le ni anfani lati wa awọn oogun ti o dina asopọ ati ṣe idiwọ ikolu.
Iwadi kika Amuaradagba wa ni ọkan ti oye wa ti ọpọlọpọ awọn arun ati awọn akoran ti paapaa nigba ti a ba lo Folding @ Home nẹtiwọki lati ro bi o ṣe le ṣẹgun COVID-19, eyiti a ti rii gbamu ni idagbasoke laipẹ, nẹtiwọọki naa gba ' t jẹ laišišẹ fun pipẹ. ṣiṣẹ. O jẹ ohun elo iwadii ti o baamu daradara fun kikọ ẹkọ awọn ilana amuaradagba ti o wa labẹ awọn dosinni ti awọn aarun aiṣedeede amuaradagba, gẹgẹbi arun Alṣheimer tabi iyatọ Creutzfeldt-Jakob arun, nigbagbogbo ti a pe ni aiṣedeede aarun maalu aṣiwere. Ati nigbati ọlọjẹ miiran ba han laiseaniani, a yoo ṣetan lati bẹrẹ ija si lẹẹkansi.
orisun: www.habr.com