Автор: uNiUs. Использован материал c официального сайта.
Что такое Rosetta?
Rosetta - это программа для предсказания и проектирования структур и комплексов белка - одной из святых чаш Грааля вычислительной биологии.
Что такое белок (протеин)?
Белок это полимер из аминокислот, закодированный геном. Для всех живущих организмов белки - не только строительные блоки жизни, но и миниатюрные молекулярные машины, которые выполняют почти все важные функции химического и биологического взаимодейстивия в процессе жизнедеятельности. .
Что такое аминокислоты?
Аминокислоты это химические детали, из которых формируются основные стандартные блоки белков. Благодаря недавно завершенному проекту "Геном человека" известны аминокислотные последовательности всех белков в человеческом организме. Есть 20 различных аминокислот, которые определены генетическим кодом. Эти 20 аминокислот относятся к различным группам, основанным на их химических свойствах: кислой или щелочной, гидрофильной (любящий воду) или гидрофобной (жирной).
Что делают белки?
Белки выполняют много основных функций в клетках живых организмов. Они копируют и поддерживают геном (ДНК), помогают клеткам расти и делиться, мешают им расти слишком много, дают клетке ее идентичность (печень, нейрон, поджелудочная железа, и т.д.), помогают клеткам общаться друг с другом. Белки, когда они видоизменяются или когда затронуты токсинами могут вызвать болезнь, типа рака или Альцгеймера. Бактериальные и вирусные белки могут захватить клетку и уничтожить ее. Короче говоря, белки делают все.
Как белки выполняют все их различные функции?
Каждый белок сворачивается в уникальную 3-мерную форму, или структуру. Эта структура определяет функцию белка. Например, белок, который разрушает глюкозу в клетке, способный использовать энергию, сохраненную в сахаре, будет иметь форму, которая распознает глюкозу и связывает ее (как замок и ключ). Он будет иметь химически реактивные аминокислоты, которые будут реагировать с глюкозой и разрушать ее, освобождая энергию.
Почему белки сворачиваются в уникальные структуры?
Уже давно известно, что для большинства белков наиболее устойчивое состояние - в термодинамическом минимуме. Имеется в виду, что уникальная структура белка - самое устойчивое состояние, которое он может принять. Представьте шар в трубе - шар будет всегда катиться вниз к основанию трубы, потому что это - самое устойчивое состояние.
Какие силы определяют природную уникальность (самую устойчивую) структуру белка?
Знание последовательности аминокислот достаточно, чтобы определить естественное состояние белка. На основании их различных химических свойств, некоторые аминокислоты связываются друг с другом (например, противоположно заряженные аминокислоты) и объединяются; другие аминокислоты стараются избежать воды (потому что они являются жирными), и управляют сворачиванием белка в такую компактную форму, которая исключает контакт воды с большинством аминокислот, которые "скрываются" в ядре этого уплотненного белка.
Почему так трудно определить природную структуру белка?
Даже маленькие белки могут состоять из 100 аминокислот. Число потенциальных структур, доступных для даже такого относительно маленького белка является астрономическим, потому что есть очень много степеней свободы. Вычислять энергию каждого возможного состояния (таким образом мы можем выяснить, какое состояние является самым устойчивым) - в вычислительном отношении тяжелая проблема. Проблема растет по экспоненте с размером белка. Некоторые человеческие белки могут быть огромными (1000 аминокислот).
Как Rosetta решает эту проблему?
Философия Розетты должна использовать и понимание физических и химических свойств различных типов аминокислотного взаимодействия , и знание того, какие локальные структуры являются наиболее вероятными для коротких отрезков аминокислот принятыми в пределах белка, ограничивать область поиска, и оценивать энергию различных возможных структур. Проверяя достаточно много структур, Розетта может найти самую низкую энергию, самую устойчивую естественную структуру белка.
Почему для предсказания структуры Розетта использует распределенные вычисления?
Во многих случаях, где родная структура белка уже известна, мы обратили внимание, что функция энергии Розетты может распознать естественную структуру как более устойчивое, чем любое другое выбранное состояние. Начиная со случайной формы, однако, мы заметили, что естественное состояние никогда не выбирается. Применяя большую вычислительную мощность для решения проблемы, мы можем образовать еще много форм белка, и пробовав различные стратегии поиска увидеть, какая является самой эффективной.
Как может Rosetta@home принести пользу медицинской науке?
Rosetta занимается как исследованиями фундаментальных методов развития проектирования структур и комплексов белка, так и более непосредственно пытается бороться с такими болезнями как: Рак, ВИЧ, Малярия, Сибирская язва, Болезнь Альцгеймера. Для более подробной информации посетите страницу "Исследование Болезней" с информацией о том, как Rosetta используется для решения медицинских проблем.
