Oqsil strukturalarini oldindan aytish va oqsil muhandisligi

OQSIL STRUKTURALARINI OLDINDAN AYTISH VA OQSIL MUHANDISLIGI

Tabiiy oqsillarning fizik va kimyoviy xossalari ko'pincha bu oqsillar odamlar tomonidan qo'llaniladigan sharoitlarni qondirmaydi. Uning birlamchi tuzilishini o'zgartirish talab qilinadi, bu esa boshqa sharoitlarda tabiiy oqsilga xos bo'lgan funktsiyalarni bajarishga imkon beradigan, fazoviy tuzilishga va yangi fizik-kimyoviy xususiyatlarga ega bo'lgan oqsil hosil bo'lishini ta'minlaydi. Protein muhandisligi oqsillarni qurishda ishtirok etadi [1, 2, 9].
Hozirgi vaqtda oqsil muhandisligining eng mashhur qo'llanilishi "ekologik toza" sanoat jarayonlarini ishlab chiqish uchun fermentlarning katalitik xususiyatlarini o'zgartirishdir. Atrof-muhit nuqtai nazaridan fermentlar sanoatda qo'llaniladigan barcha katalizatorlar ichida eng maqbul hisoblanadi . Bu biokatalizatorlarning suvda erishi va neytral pH bo'lgan muhitda va nisbatan past haroratlarda to'liq ishlash qobiliyati bilan ta'minlanadi. Bundan tashqari, ularning yuqori o'ziga xosligi tufayli, biokatalizatorlardan foydalanish ishlab chiqarishning juda kam kiruvchi qo'shimcha mahsulotiga olib keladi. Kimyo, to‘qimachilik, farmatsevtika, sellyuloza-qog‘oz, oziq-ovqat, energetika va zamonaviy sanoatning boshqa sohalarida biokatalizatorlardan foydalangan holda ekologik toza va energiya tejaydigan sanoat jarayonlari uzoq vaqtdan beri faol joriy etilgan.
Oqsil strukturalarini uzatilish jarayoni va uning asosiy vositalari
Oqsillar turli fazoviy strukturalarga ega bo‘lib, nuklein kislota yoki aminokislota ketma –ketligi yordamida bu jararayonni aniqlashning iloji yo‘q. Shuning uchun, barcha funksional oqsillarni to‘g‘ridan to‘g‘ri ajratib olib ularning strukturasini aniqlash hozirgi kunda ham dolzarb vazifalardan hisoblanadi (hozirda insondagi oqsillarning tahminan 10% to‘liq o‘rganilgan). Shu tariqa genomikaga qo‘shimcha ravishda “proteomika” atamasi paydo bo‘lgan. Ilmiy nashrda proteomika atamasi 1995 yildan boshlab paydo bo‘la boshlagan.
Organizmning hayot faoliyatida oligopeptid yoki shunchaki peptidlar deb nomlanuvchi kichik molekulali oqsil tabiatiga ega bo‘lgan fermentlar muxim o‘rin egallaydi. So‘ngi paytlarda proteome va proteomika terminlari bilan bir qatorda “peptidomika” atamasi ham paydo bo‘lmoqda.
Demak, yangi paydo bo‘lgan fanlarning o‘zoro bog‘liqligini quyidagicha ko‘rish
mumkin. Uchta yangi bioligik fanni o‘zoro bog‘liqligi.
Genomika va bioinformatika xaqida yuqorida to‘xtalib o‘tgan edik. Proteomika – oqsillar va ularning tirik organizmdagi o‘zoro ta'sirini o‘rganuvchi fan hisoblanadi (proteom -organizmdagi barcha oqsillarning yig‘indisi) . Proteomika quyidagi bo‘limlarga bo‘lib o‘rganiladi: strukturaviy proteomika, funksional proteomika va amaliy proteomika.
Bu kabi sodda misollar yordamida funksional proteomikani to‘liq tavsiflab bo‘lmaydi. Organizmda oqsil va boshqa moddalarning o‘zoro ta'sirlanish tarmog‘i to‘g‘risidagi tushunchalarni yaratish katta mexnat kuchi va barcha zamonaviy bioinformasion vositalarni jalb etishni talab qiladi. Bu kabi tushunchalarni yaratish ustida ishlar boshlangan va yildan yilga boyitib borilmoqda.
Karbon kislotalar metabolizmi haritasining umumiy konturlariKarbon kislotalar metabolizmi xaritasining yaralishi bu soxada qo‘lga kiritilgan dastlabki yutuqlardan biri sanaladi. U Rossiya fanlar akademiyasi qoshidagi A.N. Bax nomidagi biokimyo institutida yaratilgan. Bu xarita doimiy davriy tuzilishdagi reaksiyalar tarmog‘ini namoyon etadi. Xaritada vertikal bo‘ylab bir xil sondagi uglerod atomlarini (1dan 10 tagacha) tutuvchi birikmalar, gorizontal chiziqda esa funksional analogik metabolitlarni namoyon etadi. Xaritadagi kimyoviy strukturalar ko‘plab ko‘rsatmaga ega strelkalar (mos kinyoviy jarayonlarda ishtirok etuvchi fermentlar(oqsillar)) bilan bog‘langan. Buni D.I.Mendeleevning davriy sistemasiga qiyoslasa bo‘ladi. Mendeleev davriy sistemasi singari mazkur xarita bashorat qilish kuchiga ega. Uni yordami bilan bir qator yangi fermentlar bashorat qilingan, keyinchalik esa ushbu fermentlar tadqiqotlar natijasida kashf qilingan.
Global statistik modelni amalga oshiradigan eng qadimgi EC usullari bilan bir qatorda, foydali kontaktlarni bashorat qilish uchun zarur bo'lgan bir nechta ketmaketlikni moslashtirishning minimal hajmini taxmin qilish uchun ko'plab qo'llanmalar taklif qilingan. Dastlab, 1000 ta ketma-ketlik gomologlari aniq bashorat qilish uchun minimal deb hisoblangan (Jons va boshqalar. , 2012 yil belgilari va boshqalar. , 2012 Andreani & Söding, 2015 yil). Yaqinda Marks va hamkasblari o'z usullari uchun ko'proq ketma-ketlikka xos uzunlikka bog'liq omilni tavsiya
qilishdi. EVFold , bunda yaxshi olish uchun hizalanishdagi ketma-ketlik soni oqsil uzunligidan besh marta oshib ketishi kerak ab initio katlama natijalari (Marks va boshqalar. , 2012). Boshqalar ham shunga o'xshash talablarni taklif qilishgan (Kamisetty va boshqalar. , 2013), ammo so'nggi ishlar kovariatsiyani aniqlash algoritmlarini yaxshilash orqali bu chegarani biroz pasaytirdi (Ovchinnikov, Kinch). va boshqalar. , 2015) yoki prognoz qilingan aloqa xaritasini dekodlash uchun tizimli ma'lumotlardan foydalanish (Jeong & Kim, 2016). Biroq, bu taxminlarning hech biri ketma-ketliklar to'plamidagi xilma-xillikni ushlamaydi, bu kontaktni aniq bashorat qilish uchun ham muhimdir va shuning uchun ular noto'g'ri bo'lishi mumkin. Eng so'nggi ko'rsatmalardan biri taxminan 80% ketma-ketlik identifikatorida klasterlashgandan so'ng bir nechta ketma-ketlikni moslashtirishdagi xilma-xillikni ko'rib chiqadi: samarali ketma-ketliklar soni. Garchi turli guruhlar ketma-ketlikni aniqlashni tanlashda farq qilsalar ham (Markos va boshqalar. , 2011
Protein kristalli tuzilishini hal qilish uchun bosqichma-bosqich muammoni – faqat intensivlik ma'lumotlarini to'g'ridan-to'g'ri o'lchash qobiliyatini eksperimental yoki hisoblash vositalaridan foydalangan holda engish kerak. Kontaktni bashorat qilish, strukturaviy eritmaning hisoblash yo'li sifatida molekulyar almashtirish (MR) uchun eng mos keladi (1-rasm). MRda noma'lum maqsadli tuzilmaning kamida bir qismiga yaqin bo'lgan "qidiruv modeli" odatda ketma-ket aylanish va tarjima bosqichlari orqali nosimmetrik birlikda joylashgan. Keyinchalik bu joylashtirilgan struktura dastlabki elektron zichlik xaritalarini hisoblash imkonini beruvchi taxminiy faza ma'lumotlari manbai sifatida ishlatilishi mumkin. Biroq, MRni alohida ko'rib chiqishdan oldin, barcha bosqichma-bosqich yondashuvlar uchun protein maqsadining domen tuzilishini har tomonlama tushunish qiymatini takrorlash kerak.
Maqsad va ma'lum protein tuzilmalari yoki oilalari (domenlari) o'rtasidagi tan olingan evolyutsion munosabatlar eksperimental tuzilma yechimini
osonlashtiradigan xususiyatlar mavjudligini qimmatli ravishda bashorat qilishi mumkin. Masalan, metallni bog'lash, asosni bog'lash yoki kofaktor bilan bog'lash joylari har bir tabiiy ligandlarni yoki ularning sun'iy analoglarini, foydali anomal tarqalish xususiyatlariga va/yoki yuqori massaga ega atomlarni o'z ichiga olishi mumkin. Bunday hollarda bitta kristalli yoki ko'p kristalli diffraktsiya ma'lumotlari anomal tarqalish va / yoki izomorf almashtirish yondashuvlari bilan hal qilish uchun javob beradi (Dauter, 2002 Hendrickson, 2014). Hatto uzoq gomologiyalarni aniqlashning mashhur usullariga kiradi HHpred (Söding va boshqalar. , 2005 https://toolkit.tuebingen.mpg.de/hhpred), Phyre (Kelli va boshqalar. , 2015 http://www.sbg.bio.ic.ac.uk/
phyre2/) va FFA S-3 D (Xu va boshqalar. , 2014 http://ffas.godziklab.org). Maqsadli va ma'lum tuzilmalar o'rtasidagi yashirin evolyutsion munosabatlarni tanib olishning bunday usullari kontaktni bashorat qilishdan ikki jihatdan foyda keltiradi.
Sangerning peptid guruhini tahlil qilish usuli: