แบบจำลองโมเลกุลโปรตีน DIY การผลิตและการประยุกต์ใช้ในบทเรียนทางชีววิทยาของแบบจำลองไดนามิกของกระบวนการสังเคราะห์โปรตีน สายยาวมาก

จะเป็นวงกลมออกแบบรถได้อย่างไร? ควรสร้างรถอะไรในนั้น? วิธีการจัดชั้นเรียน? คำถามเหล่านี้และคำถามอื่น ๆ อีกมากมายถูกหยิบยกขึ้นมาในสิ่งพิมพ์ล่าสุดโดย M. L. Larkin และ I. F. Ryshkov "โครงการ - โมเดล - รถยนต์" และ "ผู้ออกแบบรถยนต์สำหรับนักออกแบบรถยนต์!" ("เอ็มเค" ครั้งที่ 1, 2522). ผู้อ่านของเราส่วนใหญ่สนใจ ด้านเทคนิคเคส - อุปกรณ์ของ microcar แบบแยกส่วน วันนี้เราขอเสนอการพัฒนาล่าสุดของห้องปฏิบัติการออกแบบอัตโนมัติของ KYUT ของสาขาไซบีเรียของสถาบันวิทยาศาสตร์แห่งสหภาพโซเวียต - Belka microcar

"รถจี๊ป" เดินและเล่นกีฬาที่มีขนาดเล็กและสง่างามนี้สามารถเปลี่ยนรูปลักษณ์ทั้งหมดได้ภายในเวลาเพียงครึ่งชั่วโมง มันคุ้มค่าที่จะจัดเรียงองค์ประกอบโครงสร้างใหม่สองหรือสามองค์ประกอบ - และคุณมีรถม้าอยู่ข้างหน้าคุณ และหากมีความปรารถนาที่จะหยุด "กระรอก" ในรถท่องเที่ยวก็เพียงพอที่จะติดตั้งกันสาดแบบถอดได้ ปราศจาก งานพิเศษมันยังกลายเป็นรถบรรทุกขนาดเล็กอีกด้วย หากจำเป็น สามารถถอดประกอบและพับรถได้อย่างง่ายดาย ตัวสินค้าเหมือนอยู่ในกล่อง

แม้จะมีขนาดค่อนข้างเล็ก ("กระรอก" วางได้อย่างอิสระแม้บนโต๊ะ!) นี่ไม่ใช่ของเล่น แต่ส่วนใหญ่ รถจริง. ความเร็วประมาณ 40 กม. / ชม. และเชื้อเพลิงในถังแก๊สก็เพียงพอแล้วสำหรับ 100 กม.

ไอเดียเกิดขึ้นได้อย่างไร รถโมดูลาร์? อย่างแรกเลย เราไม่พอใจกับจังหวะเวลาของการออกแบบและก่อสร้างรถยนต์ "ดั้งเดิม" - เด็กๆ ของเรามีเวลาที่จะโต เรียนจบ และออกจากสโมสรโดยที่ไม่เคยนั่งหลังพวงมาลัยเลย

โครงร่างที่ใช้เฟรมและแผงโปรไฟล์ที่ไม่ใช่เทคโนโลยีภายใต้เงื่อนไขของวงกลมก็ไม่เหมาะกับเราเช่นกัน การออกแบบดังกล่าว นอกเหนือไปจากความจริงที่ว่าการใช้งานต้องใช้เวลาและความพยายามมากเกินไป ยังไม่เปลี่ยนแปลงโดยสิ้นเชิง - เป็นเรื่องยากมากที่จะสร้างเครื่องจักรอื่นโดยใช้เครื่องเก่า สร้างเหมือนกัน รถใหม่โดยไม่ใช้องค์ประกอบที่ไม่เป็นประโยชน์แบบเก่า

1 - สปริงขวาง, 2 - ลิงค์ขวาง, 3 - ลูกตุ้มช่วงล่างด้านหน้า, 4 - ตาติดตั้งช่วงล่างด้านหน้า, 5 - โครงกระดูกสันหลัง, 6 - คันสตาร์ทเครื่องยนต์, 7 - คานขวางเฟรม, 8 - ตาติดตั้งลูกตุ้ม ระบบกันสะเทือนหลัง, 9 - ลูกตุ้มช่วงล่างด้านหลัง, 10 - ล้อหลัง, 11 - สปริงตามยาว, เครื่องยนต์ 12 - VP-150

และสิ่งสุดท้ายที่กระตุ้นให้เกิดการพัฒนา microcar ที่ปรับเปลี่ยนได้คือปัญหาของการจัดเก็บ จำนวนการพัฒนาของเราเพิ่มขึ้นอย่างช้าๆ แต่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่อง เราเก็บรถสองสามคันในห้องปฏิบัติการ ส่วนที่เหลืออยู่ในโรงรถ ความสนใจในพวกเขาหายไปเพราะผู้ชายต้องการลองสร้างรถของตัวเองและค่อยๆงานของสมาชิกในวงหลายชั่วอายุคนกลายเป็นเศษเหล็ก

ทั้งหมดนี้ทำให้เราหันไปใช้แนวคิดใหม่โดยพื้นฐาน - เพื่อออกแบบรถบล็อกอเนกประสงค์ (โมดูลาร์)

อย่างไรก็ตาม มีการคัดค้าน บางคนคิดว่าการออกแบบเครื่องจักรดังกล่าวจะทำให้นักออกแบบรุ่นเยาว์อยู่ในกรอบการทำงานที่เข้มงวดซึ่งขัดขวางการจินตนาการเชิงสร้างสรรค์ แต่ผู้ชายส่วนใหญ่มักจะคิดว่าสิ่งนี้จะไม่เกิดขึ้น ในทางตรงกันข้าม ข้อจำกัดในการออกแบบจะทำให้ผู้สร้างรถยนต์รุ่นเยาว์สามารถแสดงความเฉลียวฉลาดสูงสุดเมื่อพัฒนารุ่นของตนเองตาม ชุดมาตรฐานองค์ประกอบ

ตอนนี้เรามาเปิดกล่องร่างกายและพิจารณาว่าอะไรเป็นพื้นฐานของตัวสร้างอัตโนมัติ

ตัวถังของรถบรรทุก Belka เป็นกล่องที่ประกอบขึ้นจากไม้อัดขนาด 6 มม. และปิดขอบด้วยมุมดูราลูมิน ด้านบนเป็นรายละเอียดของเบาะนั่งคนขับ-พนักพิงและเบาะนั่ง เรียบง่าย - ฐาน (ไม้อัดหนา 6 มม.) พร้อมโฟมติดกาวหุ้มด้วยหนังเทียมสีแดง ขนาดเบาะนั่ง 570X300 มม.

ใต้รายละเอียดของเบาะนั่งมีแผ่นเหล็กหนา 720X510 มม. หนา 2 มม. ติดกาวด้านหนึ่งด้วยยางลูกฟูก - นี่คือส่วนล่างของรถ สิบสองรู Ø 4 มม. ตามขอบของแผ่นได้รับการออกแบบสำหรับยึดพื้นกับตัวเครื่อง

หลังจากถอดด้านล่างออกแล้ว คุณจะพบแผงด้านข้างหกแผงข้างใต้ ซึ่งเป็นพื้นฐานของตัวรถ เนื่องจากส่วนประกอบอื่นๆ เกือบทั้งหมดของร่างกายติดอยู่กับแผงดังกล่าว

ตรงกลางกล่องระหว่างแผงด้านข้างมีที่ว่างสำหรับสี่ล้อ 3.50-5 รุ่น V-25 A. Eight ขอบล้อและดุมล้อสองอันที่มีลูกปืนและเพลาพร้อมหมุดเดือยและแท่งตามยาว

ด้านล่างเป็นเก้าอี้โยกสองตัว เพลาหน้าเชื่อมจากท่อแก๊สด้านนอก Ø 20 mm. นอกจากนี้ยังมีซับเฟรมซึ่งทำหน้าที่เป็นฐานของเพลาล้อหลังและระบบกันสะเทือนในเวลาเดียวกัน เชื่อมจากท่อแก๊ส Ø 30 mm.

ในกล่องตัวถังเดียวกันนั้น โครงกระดูกสันหลังของรถยนต์ส่วนสี่เหลี่ยมจัตุรัสขนาด 40X40 มม. พร้อมตัวเชื่อมสำหรับติดเก้าอี้โยกของเพลาหน้าและเพลาหลัง ใต้เฟรมมีสปริงสองตัว (ด้านหน้า - ตามขวางและด้านหลัง - ตามยาว) และบันไดสี่ตัวพร้อมแผ่นปิดสำหรับติดระบบกันสะเทือนเข้ากับเฟรม แถบสปริงสามารถหยิบขึ้นมาได้จากรถ Moskvich ทุกยี่ห้อ

ชุดออกแบบยังรวมถึงพวงมาลัย คอพวงมาลัยพร้อมขายึดและสายจูง และก้านตามขวางพร้อมบานพับ ในแพ็คเกจแยกต่างหาก - คันเร่งคาร์บูเรเตอร์ คลัตช์ และแป้นเบรก ที่ด้านล่างสุดของตัวถังมีแผงประทุน, กระจกบังลม, ส่วนรองรับด้านหลังของพนักพิง (ยังเป็นฝากระโปรงถังแก๊ส), บังโคลนหน้าและหลัง, แผงควบคุมและโครงเหล็กเข้ามุม 2 ด้าน 20X20 มม. ยาว 720 มม. ช่องพิเศษประกอบด้วยไฟหน้าและไฟข้าง, ไฟแสดงตำแหน่ง, สายเคเบิล, มาตรวัดความเร็ว, สวิตช์สลับ, ชุดสายไฟและชุดรัด - สลักเกลียว, สกรู, แหวนรองและน็อต ประแจกระบอกและไขควงก็ไม่ลืมเช่นกัน

เครื่องยนต์ VP-150 บรรจุถังแก๊ส ท่อน้ำมันเชื้อเพลิง และสตาร์ทเตอร์ในกล่องแยกต่างหาก

มีชุดอะไหล่รถยนต์ ทีนี้ลองรวบรวมหนึ่งในตัวแปรของ autoconstructor โดยเฉพาะอย่างยิ่ง Belka microcar - "jeep"

ทางที่ดีควรเริ่มประกอบกับโครงเครื่อง ในการทำเช่นนี้ ให้วางโครงกระดูกสันหลังบนแท่นยึดและเชื่อมต่อโครงย่อยและตัวโยกเพลาหน้าเข้ากับโครงด้วยสลักเกลียว M10 สองตัว เราใส่ปลายสปริงขวางด้านหน้าเข้ากับโครงรองรับของเก้าอี้โยกเพลาหน้าและยึดตรงกลางด้วยบันไดเลื่อนสองตัวบนเฟรม

เพลามอเตอร์ถูกเสียบเข้าไปในบูชด้านซ้ายของซับเฟรม และต่อเข้ากับเฟรมด้วยสลักเกลียวสองตัว แกนของล้อที่หมุนได้อิสระพร้อมลูกปืนและกรงถูกสอดเข้าไปในบุชชิ่งด้านขวาของซับเฟรม หลังจากนั้นก็สามารถติดตั้งสปริงตามยาวด้านหลังได้ โดยปลายด้านหนึ่งควรอยู่ในฐานรองรับของโครงสวิงใต้เครื่องยนต์ และอีกอันยึดด้วยบันไดสองขั้นบนโครงกระดูกสันหลัง

มาเริ่มการติดตั้งกันเลย ล้อหลัง. ขั้นตอนแรกคือการประกอบยางกับกล้องและดิสก์ทั้งสองโดยใช้สลักเกลียวและน็อตสามตัวและปั๊มล้อ ล้อถูกติดตั้งบนกระดุมดุม เพลาหลังพร้อมกับผ้าเบรกและดิสก์ เพลาหลังจึงประกอบเข้าด้วยกันอย่างสมบูรณ์

1 - ตราสัญลักษณ์, 2 - แผงหน้าปัด, 3 - ฝากระโปรงหน้า, 4 - พยุงหลัง, 5, 17 - บังโคลนด้านหลัง, 6, 18 - ฐานตัวถัง, 7, 13 - แผงด้านข้าง, 8, 14 - บังโคลนหน้าด้านข้าง, 9, 15, 16 - ปีกด้านหน้าและด้านหลัง (ขนาดในวงเล็บ - สำหรับปีกหลัง), 10 - แผงด้านหน้า, 11 - แผ่นปิด, 12 - ด้านล่าง, 19 - แผงด้านหลัง

ขั้นตอนต่อไปคือการประกอบเพลาหน้า ขั้นแรกให้ติดตั้งหมุดหมุนสองตัวพร้อมเพลาล้อหน้าบนกำปั้นของเก้าอี้โยกซึ่งยึดด้วยเดือยและหมุดแบบผ่า ดุมล้อที่มีแบริ่งกดเข้าที่เพลา การประกอบล้อหน้าไม่แตกต่างจากการทำงานที่สัมพันธ์กับล้อหลัง

ยังคงต้องวางคอพวงมาลัยและแกนด้านข้างให้เข้าที่ และการทำงานกับแชสซีก็ถือว่าสมบูรณ์

ตอนนี้ถึงคราวของร่างกาย ในการเริ่มต้น ให้ใช้แผงฐานของตัวรถสองสามแผ่นแล้วขันให้แน่นด้วยสลักเกลียวสี่มิลลิเมตร ต่อไปเราจะติดแผงด้านข้างปีกด้วยการแทรกองค์ประกอบดูดซับเสียงที่จำเป็น ข้างหน้าและ ส่วนหลังร่างกายในช่องเปิดที่เกิดขึ้นระหว่างการประกอบเราติดตั้งมุมตัวเว้นวรรคสองมุมแล้วยึดด้วยสลักเกลียวสี่ตัว เราขันด้านล่างให้จับเจ่าของปีก

ถัดไป ฝากระโปรงหน้าได้รับการแก้ไขตามลำดับ (อย่าลืมปะเก็น!), กระจกหน้ารถ, แผงหน้าปัด (ติดด้วยสกรูตัวเอง) ไฟหน้าและไฟตำแหน่งด้านหลัง และโดยสรุปมีการติดตั้งถังแก๊สในกล่องที่เสร็จแล้วและบน แผงควบคุม- มาตรวัดความเร็ว สวิตช์สลับ และล็อคจุดระเบิด ร่างกายเกือบจะประกอบแล้วยังคงวางคันเหยียบและคันบังคับเข้าที่และติดตั้งสายไฟ

ตอนนี้ร่างกายสามารถเชื่อมต่อกับแชสซี ติดตั้งสายควบคุมและท่อแก๊ส รถ "กระรอก" - "รถจี๊ป" ประกอบขึ้น คุณสามารถตีถนน

M. LARKIN หัวหน้าห้องปฏิบัติการทดลอง

การสร้างแบบจำลองและการออกแบบของ KYuT SB AS USSR

สิ่งเหล่านี้คือโมเลกุลทางชีววิทยาที่ทำหน้าที่จำเพาะนับพันภายในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตแต่ละเซลล์ โปรตีนถูกสังเคราะห์ในไรโบโซมเป็นเส้นใยโพลีเปปไทด์ที่ยาว แต่จากนั้นจะพับเก็บอย่างรวดเร็วในโครงสร้างเชิงพื้นที่ตามธรรมชาติ ("ดั้งเดิม") ของพวกมัน กระบวนการนี้เรียกว่า พับกระรอก. อาจดูน่าประหลาดใจ แต่กระบวนการพื้นฐานนี้ยังไม่ค่อยเข้าใจในระดับโมเลกุล ด้วยเหตุนี้ ยังไม่สามารถทำนายโครงสร้างดั้งเดิมของโปรตีนจากลำดับกรดอะมิโนของมันได้ อย่างน้อยที่สุด เพื่อที่จะรู้สึกถึงแง่มุมที่ไม่สำคัญบางประการของปัญหานี้ เรามาลองแก้ปัญหานี้ด้วยแบบจำลองโมเลกุลโปรตีนที่ง่ายมากต่อไปนี้

ให้โปรตีนประกอบด้วยลิงค์ที่เหมือนกันทุกประการที่เชื่อมต่อกันเป็นอนุกรม (รูปที่ 1) โซ่นี้สามารถงอได้และเพื่อความเรียบง่ายเราจะถือว่าไม่งอในอวกาศ แต่อยู่ในระนาบเท่านั้น ห่วงโซ่มีความยืดหยุ่นในการดัด: หากทิศทางของลิงค์ที่อยู่ติดกันสองอันสร้างมุม α (วัดเป็นเรเดียน) การเชื่อมต่อดังกล่าวจะเพิ่มพลังงานของโมเลกุลโดย อาα 2 /2 โดยที่ อาเป็นค่าคงที่ของมิติพลังงาน ให้แต่ละลิงค์ที่ด้านข้างมี "พื้นที่สัมผัส" สองแห่งซึ่งสามารถเชื่อมโยงเข้าด้วยกันได้ การติดกาวแต่ละครั้งมีพลังงาน - บี(กล่าวคือลดพลังงานของโซ่ลงเป็นจำนวนหนึ่ง บี). สุดท้ายเราจะถือว่า บีน้อย อา(นั่นคือโซ่มีความยืดหยุ่นเพียงพอ)

งาน

การกำหนดค่าอะไรโมเลกุลจาก นู๋ลิงค์จะเป็นที่นิยมอย่างกระฉับกระเฉงที่สุด? สำรวจการกำหนดค่านี้เปลี่ยนไปตามการเพิ่มขึ้นอย่างไร นู๋.

เบาะแส

การกำหนดค่าด้วยพลังงานต่ำสุดเป็นวิธีที่ได้ผลดีที่สุด ดังนั้นจึงจำเป็นต้องหาวิธีจัดการเชื่อมโยง "การติดกาว" จำนวนมาก (ซึ่งแต่ละอันลดพลังงาน) แต่ในขณะเดียวกันก็อย่างอโซ่แรงเกินไปเพื่อไม่ให้เพิ่มพลังงานยืดหยุ่นเช่นกัน มาก.

ในปัญหานี้ ไม่จำเป็นต้องมองหารูปร่างที่แน่นอนของห่วงโซ่สำหรับลิงก์แต่ละจำนวน จำเป็นต้องอธิบายลักษณะ "รูปแบบ" ที่จะเกิดขึ้นกับการพับของ "โมเลกุลโปรตีน" ที่เหมาะสมที่สุดเท่านั้น และหาค่าประมาณ นู๋มันมีประโยชน์มากกว่าสำหรับโมเลกุลที่จะเปลี่ยนจากโครงร่างหนึ่งไปอีกแบบหนึ่ง

วิธีการแก้

พลังงานของโซ่ตรงอย่างยิ่งเป็นศูนย์ หากต้องการลดระดับลง ลิงก์บางรายการต้องติดกัน แต่สำหรับสิ่งนี้ โซ่ต้องจัดเป็นวง และการมีห่วงจะเพิ่มพลังงาน หากการวนซ้ำยาวเกินไป ลิงก์จำนวนมากที่สามารถสื่อสารกันได้จะถูกปล่อยทิ้งไว้โดยไม่มีการสื่อสาร ลิงก์เหล่านี้สามารถเชื่อมต่อได้ราวกับใช้ซิปซึ่งจะทำให้ห่วงสั้นลง แต่จะช่วยเพิ่มความยืดหยุ่น ดังนั้นจึงจำเป็นต้องหาความยาวที่เหมาะสมของห่วง ซึ่งแรงยืดหยุ่นที่ขยายวงและแรงยึดเหนี่ยวที่ "ยึด" จะสมดุล

พลังงานห่วง

ให้มีวงวน มลิงค์ที่ไม่ติดกาว (รูปที่ 2) มุมลักษณะเฉพาะระหว่างลิงก์ที่อยู่ติดกันในนั้นคือประมาณ2π/ ม. (อันที่จริง มุมนี้แตกต่างกันไปตามแต่ละลิงก์ เนื่องจากรูปร่างที่ได้เปรียบที่สุดของลูปไม่ได้เป็นวงกลมเลย แต่สำหรับการศึกษาโดยประมาณ การประมาณของเราจะทำได้) มีการเชื่อมต่อดังกล่าว มชิ้นส่วน ดังนั้นลูปจึงมีพลังงาน 2π 2 อา/ม. มารัดมันด้วยอีกหนึ่งลิงค์ จากนั้นวงจะสั้นลงโดยสองลิงค์และพลังงานของห่วงโซ่ทั้งหมดจะเปลี่ยนโดย

ในทางกลับกัน ถ้าพันธะหนึ่งขาด พลังงานของโซ่จะเปลี่ยนโดย

วนออก มการเชื่อมโยงจะเหมาะสมที่สุดเมื่อการเปลี่ยนแปลงพลังงานทั้งสองนี้เป็นไปในทางบวก กล่าวคือ จากมุมมองที่มีพลัง จะไม่เกิดประโยชน์ที่จะยืดหรือทำให้วงจรสั้นลง เพราะว่า บีน้อยมาก อา, เป็นที่ชัดเจนว่าค่า มจะยิ่งใหญ่กว่าความสามัคคี ดังนั้น สำหรับค่าประมาณที่เหมาะสมที่สุด มความไม่เท่าเทียมกันทั้งสองนี้สามารถแทนที่ด้วยความเท่าเทียมกันได้:

ดังนั้น ความยาวลูปที่เหมาะสมที่สุดจะเท่ากับ

ในสูตรต่อมาทั้งหมดภายใต้ตัวอักษร มความยาวสูงสุดของลูปจะถูกระบุโดยนัย สุดท้าย การหาพลังงานยืดหยุ่นของลูปที่ปรับให้เหมาะสมนั้นมีประโยชน์ มันจะเท่ากัน

นิพจน์นี้ (พลังงานลูปใน ม/2 เท่าของมูลค่า บี) สะดวกมากสำหรับการคำนวณเพิ่มเติม

ลูปปรากฏขึ้นเมื่อใด

ตอนนี้มันง่ายที่จะค้นหาด้วยโซ่ที่มีความยาวเท่าใดมันจะทำกำไรได้มากกว่าที่จะไม่ตรง แต่ขดเป็นวงที่มีความยาว "หางคู่" น. ในการทำเช่นนี้ พลังงานทั้งหมดของโครงแบบดังกล่าวจะต้องเป็นลบ:

ดังนั้นหากความยาวของโซ่ นู๋ > ม + 2(ม/2) = 2มแล้วมันทำกำไรได้มากกว่าสำหรับเธอในการวนซ้ำ

วงที่สองจะปรากฏขึ้นเมื่อใด

"หางคู่" ไม่ใช่การกำหนดค่าที่สะดวกที่สุด เนื่องจากมีเพียงหนึ่งในส่วนการติดต่อที่ "ทำงาน" ในแต่ละลิงก์ แต่ฉันต้องการให้ทั้งสองทำงาน อย่างน้อยก็สำหรับบางลิงก์ สามารถจัดเรียงได้โดยสร้างวงที่สอง (รูปที่ 3)

เงื่อนไขสำหรับการเปลี่ยนเป็นสองลูป อี 1 > อี 2 จะให้ นู๋ > 8ม.

สายยาวมาก

เมื่อโซ่ยาวมาก จะสะดวกที่จะพับเก็บเพื่อติดกาวเข้ากับบริเวณสัมผัสทั้งสองของโซ่ให้ได้มากที่สุด ดังนั้นเราจึงได้รับการกำหนดค่าที่คล้ายกับผืนผ้าใบที่มีกรอบตาไก่ หากเราหลับตาโดยที่ลูปข้างเคียงรบกวนกัน เราสามารถคำนวณแบบเดียวกันและหาจำนวนลูปที่ได้เปรียบมากที่สุดสำหรับค่าที่กำหนด นู๋(เติบโตตามสัดส่วนของรากที่สองของ นู๋). หากเราพิจารณาว่าลูปรบกวนซึ่งกันและกัน การคำนวณก็จะซับซ้อนมากขึ้น อย่างไรก็ตาม โครงสร้างทั่วไปจะยังคงเหมือนเดิม: ข้อดีที่สุดคือผ้าใบแบนที่มีรูปร่างบางกรอบที่ขอบด้วยตาไก่ ผู้ที่ต้องการสามารถลองค้นหารูปร่างที่เหมาะสมที่สุดของผืนผ้าใบโดยใช้การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์รวมทั้งสะท้อนงานที่คล้ายกันในพื้นที่สามมิติ

Afterword

แน่นอนว่าปัญหาง่าย ๆ นี้ไม่สามารถสะท้อนถึงรูปแบบการพับของโมเลกุลโปรตีนจริงหรือวิธีการทางฟิสิกส์เชิงทฤษฎีสมัยใหม่ที่ใช้อธิบายโปรตีนและโพลีเมอร์ (โดยวิธีการนี้เป็นสาขาที่ค่อนข้างรุนแรง ฟิสิกส์) จุดประสงค์ของงานนี้เป็นเพียงเพื่อแสดงให้เห็นว่า "ปริมาณกลายเป็นคุณภาพ" นั่นคือการเปลี่ยนแปลงพารามิเตอร์ตัวเลข (และไม่ใช่เชิงคุณภาพ) เพียงตัวเดียวของปัญหาสามารถเปลี่ยนแปลงวิธีการแก้ปัญหาได้อย่างไร

งานนี้สามารถทำให้ "มีชีวิต" ขึ้นอีกเล็กน้อยและน่าสนใจถ้าเราแนะนำอุณหภูมิที่ไม่เป็นศูนย์ ในกรณีนี้ การกำหนดค่าที่เหมาะสมที่สุดไม่เพียงกำหนดโดยพลังงานเท่านั้น แต่ยังกำหนดโดยเอนโทรปีด้วย จากนั้นจะสอดคล้องกับค่าต่ำสุดของสิ่งที่เรียกว่าพลังงานอิสระของโมเลกุล ด้วยการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ การเปลี่ยนเฟสที่แท้จริงจะเกิดขึ้น ซึ่งตัวโมเลกุลเองจะยืดตรง พับ หรือจัดเรียงใหม่จากรูปร่างหนึ่งไปยังอีกรูปร่างหนึ่ง น่าเสียดายที่งานดังกล่าวจะต้องใช้วิธีการที่อยู่นอกเหนือขอบเขตของหลักสูตรของโรงเรียน

นอกจากนี้ยังเป็นที่น่าสนใจที่จะสังเกตว่าการศึกษาเชิงทฤษฎีเกี่ยวกับการพับโปรตีนไม่ได้จำกัดอยู่ที่การจำลองเชิงตัวเลขเพียงอย่างเดียว ในปัญหาที่ดูเหมือน "ตรงไปตรงมา" นี้ มีการเปิดเผยรายละเอียดปลีกย่อยทางคณิตศาสตร์ที่ค่อนข้างไม่สำคัญ นอกจากนี้ยังมีงานที่ใช้วิธีการของทฤษฎีสนามควอนตัมและทฤษฎีปฏิสัมพันธ์ของเกจเพื่ออธิบายกระบวนการนี้

คุณสามารถฝึกฝนในการค้นหาการกำหนดค่าโปรตีนที่เหมาะสมที่สุดบนเว็บไซต์ Fold.it

ตามกฎแล้วขนาดของโมเลกุลนั้นเล็กกว่าขีด จำกัด ที่สามารถมองเห็นได้ด้วยตาอย่างไม่ลดละแม้จะใช้กล้องจุลทรรศน์แบบออปติคัลที่ดีที่สุดก็ตามความยาวคลื่นของแสงที่มองเห็นได้นั้นเกินขนาดที่มีลักษณะเฉพาะของโมเลกุลส่วนใหญ่อย่างมาก ดังนั้น เพื่อศึกษารากฐานพื้นฐานของชีวิต เราต้องหันไปใช้ความเรียบง่าย - แบบจำลองโมเลกุล, - เพื่อให้โมเลกุลทางชีววิทยาจากพื้นที่ที่เข้าถึงได้โดยสติปัญญาเท่านั้นถูกถ่ายโอนไปยังพื้นที่ของสิ่งที่มองเห็นได้ (บนจอแสดงผลหรือแผ่นกระดาษ) หรือแม้แต่จับต้องได้ อย่างไรก็ตาม โมเลกุลกลับกลายเป็นว่าไม่เพียงแต่เป็นวัตถุอันพึงประสงค์สำหรับการศึกษาเท่านั้น แก่นแท้ของพวกมันกลายเป็นวัตถุแห่งแรงบันดาลใจสำหรับนักวิทยาศาสตร์และศิลปินหลายคน - และ ประติมากรรมโมเลกุล.

ความทะเยอทะยานอันน่าอัศจรรย์ของจิตใจมนุษย์
การสร้างแบบจำลองและปรับปรุงพวกเขา
จนเข้าใกล้ความเป็นจริงมากขึ้น...
Ludwig Boltzmann
ไม่น่าเชื่อจริงๆ ว่าการเจาะซึ่งกันและกันน้อยแค่ไหน
ศาสตร์แห่งศตวรรษที่ 20 และศิลปะแห่งศตวรรษเดียวกัน
ชาร์ลส์ สโนว์. สองวัฒนธรรม

ประวัติอ้างอิง

แนวคิดของโครงสร้างอะตอมของสสารย้อนกลับไปในสมัยโบราณ - มาจากปราชญ์เดโมคริตุสที่พูดถึงการจัดระเบียบของทุกสิ่งที่มีอยู่ อย่างไรก็ตามความสนใจ วิทยาศาสตร์โลกมุ่งความสนใจไปที่ปัญหาโครงสร้างของสสารอยู่แล้วในยุคกลาง เมื่อโยฮันเนส เคปเลอร์คิดถึงปัญหาความสมมาตรของเกล็ดหิมะและการบรรจุวัตถุทรงกลมแบบสมมาตร (ปัญหาที่เรียกอีกอย่างว่าปัญหาที่ 18 ของฮิลเบิร์ต ซึ่งเพิ่งแก้ไขได้ไม่นาน ). ในตอนต้นของศตวรรษที่ 19 จอห์น ดาลตันได้พูดถึงอะตอมว่าเป็นอนุภาคจริงที่มีมวลและขนาดต่างกัน และเมื่อเข้าใกล้ช่วงกลางศตวรรษ นักวิทยาศาสตร์ชาวออสเตรีย Josef Loschmidt ได้บรรยายถึงโมเลกุลต่างๆ ว่าเป็นชุดของวงกลมที่ต่อเนื่องกัน การสร้างครั้งแรก เชิงพื้นที่แบบจำลองโมเลกุล (มันคือมีเทน) มาจาก August Wilhelm Hofmann แต่แนวคิดที่สำคัญที่สุดของวิทยาศาสตร์เคมีคือ สเตอริโอเคมี- ก่อตั้งโดย Jacob Hendrik van't Hoff ผู้ซึ่งดึงความสนใจไปที่โครงสร้างจัตุรมุขของเปลือกอิเล็กตรอนของอะตอมคาร์บอนในก๊าซมีเทน การพัฒนาเคมีและผลึกเอ็กซ์เรย์นำไปสู่การค้นพบที่สำคัญที่สุดในชีววิทยาของศตวรรษที่ 20 - การจัดตั้งโครงสร้างเชิงพื้นที่ของ DNA และโมเลกุลโปรตีน - และปัญหาของการเป็นตัวแทนที่เพียงพอของโครงสร้างของโมเลกุลทางชีววิทยาโดยเฉพาะอย่างยิ่งซับซ้อน กลายเป็นเฉียบพลันมาก "ผู้สร้าง" ได้รับการพัฒนาเพื่อประกอบแบบจำลองโมเลกุล (บางส่วนยังคงเป็นมาตรฐานอุตสาหกรรม) และการพัฒนาเทคโนโลยีคอมพิวเตอร์และหน้าจอคอมพิวเตอร์ไปพร้อม ๆ กันทำให้เกิดโปรแกรมที่มุ่งสร้างภาพและศึกษาชีวโมเลกุล

แม้จะมีความก้าวหน้าอย่างไม่เคยปรากฏมาก่อนในด้านกราฟิกระดับโมเลกุลในช่วง 10-20 ปีที่ผ่านมา แต่แบบจำลอง "ทางกายภาพ" ของโมเลกุลไม่ได้สูญเสียความสำคัญไป เอ็ดการ์ เมเยอร์ หนึ่งใน "ตัวละคร" ของเรื่องนี้ สังเกตเห็นจุดด้อยของคอมพิวเตอร์กราฟิก: " การเผชิญหน้าครั้งแรกของฉันกับชีวโมเลกุลสอนให้ฉันเคารพธรรมชาติในระดับโมเลกุล คอมพิวเตอร์กราฟิกถึงแม้จะดึงดูดด้วยไดนามิกของสี แต่ก็ไม่สามารถถ่ายทอดเสน่ห์สามมิติของโมเลกุลได้อย่างเต็มที่».

การสร้างต้นแบบ 3 มิติ

โครงสร้างโปรตีนรุ่นแรกๆ ถูกสร้างขึ้นจากลูกบอล สายไฟ บูช สกรู และชิ้นส่วนอื่นๆ จำนวนมาก พวกมันเทอะทะ เปราะบาง และต้องใช้เวลาและความอุตสาหะอย่างมากในการผลิต แม้จะต้องใช้ "ตัวสร้าง" พิเศษ - ชุดชิ้นส่วนมาตรฐานสำหรับการประกอบ ในปัจจุบัน คอมพิวเตอร์ได้เข้ามาแทนที่ชุดก่อสร้างดังกล่าวเกือบทั้งหมดแล้ว แต่การที่สามารถดูแบบจำลองของโมเลกุลได้ ไม่เพียงแต่บนหน้าจอคอมพิวเตอร์เท่านั้น แต่ยังหมายถึง "ในชีวิตจริง" อีกด้วย หมายถึงการเข้าใจหน้าที่การทำงานและชื่นชมความงามของมันมากขึ้น!

หนึ่งในวิธีการที่ทันสมัยสำหรับการผลิตแบบจำลองโมเลกุลที่ "แข็ง" (เราจะไม่พูดถึงรายละเอียดเกี่ยวกับ "ตัวสร้าง" ในที่นี้ เพราะก่อนหน้านี้ได้มีการพูดถึงเพียงพอแล้ว) คือ การสร้างต้นแบบ 3 มิติ- วิธีการผลิตเลย์เอาต์สามมิติของวัตถุใด ๆ ที่ใช้โดยเฉพาะในการออกแบบอุตสาหกรรม โมเดลถูกสร้างขึ้นจากการติดตั้งอัตโนมัติ (รวมถึงที่ควบคุมผ่านอินเทอร์เน็ต) ข้อมูลอินพุตที่เป็นไฟล์ CAD หรือไฟล์ที่มีพิกัดของอะตอมโปรตีนในรูปแบบ pdb ที่ยอมรับโดยทั่วไป 3D Molecular Designs หนึ่งในบริษัทที่เสนอให้สร้างแบบจำลอง "แข็ง" ของโปรตีน มีคลังแสงทั้งหมดของเทคโนโลยีการสร้างต้นแบบ: Stereolithography, การเผาผนึกด้วยเลเซอร์แบบคัดเลือก, การผลิตการเคลือบ, การสร้างแบบจำลองการสะสมตามลำดับ และการพิมพ์ 3 มิติ เทคโนโลยีหลังนี้คล้ายกับการพิมพ์อิงค์เจ็ตทั่วไป โดยมีความแตกต่างพื้นฐานเพียงอย่างเดียวแทนที่จะใช้หมึก เครื่องพิมพ์ดังกล่าวใช้วัสดุผสมโพลีเมอร์พิเศษ เช่น ยิปซั่มหรือเรซิน และวัตถุจะถูกพิมพ์ทีละชั้นจนกว่าแบบจำลองจะพร้อม การพิมพ์ 3 มิตินำไปสู่เทคโนโลยีการสร้างต้นแบบอื่น ๆ ในแง่ของความเร็ว (แม้ว่าจะสูญเสียคุณภาพไปเล็กน้อย) และนอกจากนี้ยังเป็นสิ่งเดียวที่ช่วยให้คุณพิมพ์วัตถุสีได้ (เนื่องจากการใช้ "หมึก" หลากสี) โมเดลที่ได้จากเทคโนโลยีอื่นจะต้องทาสีเพิ่มเติมหลังจากการผลิต เนื่องจากสีเฉพาะของอะตอมมีความสำคัญมากสำหรับ "แบบจำลอง" ของโมเลกุล

นักวิทยาศาสตร์ตั้งข้อสังเกตว่าแบบจำลองดังกล่าวมีประโยชน์อย่างยิ่งในการสอน เพราะหากนักเรียนสามารถถือโมเลกุลของคีโมทริปซิน เฮโมโกลบินหรือไรโบโซมไว้ในมือของเขาเอง เขาจะรู้สึกทันทีว่าโครงสร้างของโปรตีนสัมพันธ์กับระดับสัญชาตญาณอย่างไร หน้าที่ของมัน - และนี่เป็นหนึ่งในแง่มุมที่สำคัญที่สุดของอณูชีววิทยา!

รัสเซียไป 3D

เราไม่ควรคิดว่าปัญหาของการแสดงภาพโมเลกุลและวัสดุที่เน้นวิทยาศาสตร์โดยทั่วไปจะครอบงำจิตใจของนักวิทยาศาสตร์ต่างชาติโดยเฉพาะ Visual Science บริษัท มอสโกให้บริการในการสร้างภาพประกอบทางวิทยาศาสตร์, โมเดล 3 มิติของวัตถุทางชีววิทยา, การนำเสนอแบบมัลติมีเดียและแบบจำลองพลาสติกของชีวโมเลกุลและวัตถุชีวการแพทย์อื่น ๆ (ผลิตโดยใช้เทคโนโลยีการพิมพ์ 3 มิติ) ท่ามกลางเป้าหมาย บริษัท แสดงรายการ:

1. การนำเสนอข้อมูลทางวิทยาศาสตร์ที่มีความสามารถและมองเห็นได้โดยใช้เทคโนโลยีที่ทันสมัย
2. การสร้างภาพประกอบและไดอะแกรมระดับมืออาชีพสำหรับสื่อการเรียนการสอนและตำราเรียน
3. แสดงให้เห็นถึงสิ่งพิมพ์ทางวิทยาศาสตร์ที่เป็นที่นิยมโดยไม่มีข้อผิดพลาดตามข้อเท็จจริงที่สิ่งพิมพ์สมัยใหม่มีอยู่มากมาย

ผลึกโปรตีน

มักจะอยู่ภายใต้ ผลึกโปรตีนกล่าวเป็นนัยถึงตัวอย่างโปรตีนที่เตรียมมาเป็นพิเศษ เนื่องจากโครงสร้างที่ได้รับคำสั่งอย่างสูง สามารถให้รูปแบบการเลี้ยวเบนที่ชัดเจนภายใต้การฉายรังสีเอกซ์ (ผลกระทบนี้ใช้สำหรับการศึกษาทดลองของโครงสร้างของโปรตีน (ดูตัวอย่าง)) อย่างไรก็ตาม ยังมีคริสตัลอื่นๆ อีก ซึ่งเป็นงานศิลปะขนาดจิ๋วในรูปแบบของโครงสร้างโปรตีน ซึ่งทำขึ้นในความหนาของบล็อกแก้วพอดี

อนุสาวรีย์ยาปฏิชีวนะ

ด้านหน้าทางเข้าหลักของ Institute of Bioorganic Chemistry ของ Russian Academy of Sciences ตั้งชื่อตามนักวิชาการ M. M. Shemyakin และ Yu. A. Ovchinnikov (ที่ฉันทำงานอยู่ - ก. ช.) ยืนเป็นรูปปั้น " ประติมากรรมนี้แสดงให้เห็นถึงความซับซ้อนของยาปฏิชีวนะวาลิโนมัยซินที่มีโพแทสเซียมไอออน หลักการทั่วไปการผูกมัดของไอออนโลหะและการถ่ายเทผ่านเยื่อแผ่นโดยใช้ไอโอโนฟอร์ถูกค้นพบที่สถาบันในปี พ.ศ. 2506" อ่านจารึกบนแท่น

แบบจำลองโมเลกุลที่ผิดปกติจะต้องสร้างจากวัสดุที่ผิดปกติ อย่างไรก็ตาม ดูเหมือนว่าผู้ที่ชื่นชอบการแกะสลักโมเลกุลบางคนไม่มีเงินทุนสำหรับการสร้างบล็อคที่ผิดปกติ - พวกเขาใช้... ลูกโป่งธรรมดา! (นี่คือท่อเป่าลมที่ยาวมาก บิดเกลียวซึ่งตัวตลกบนเวทีสร้างร่างสัตว์) โพสต์บนเว็บไซต์พิเศษที่อุทิศให้กับการสร้างแบบจำลองของโมเลกุลจากลูกบอลดังกล่าว คำแนะนำโดยละเอียดบนโหนดที่จำเป็นต้องได้รับการฝึกฝนเพื่อสร้าง ตัวอย่างเช่น โมเลกุลดีเอ็นเอที่ "ทำให้พองได้" และให้ภาพถ่ายของแบบจำลองจำนวนมาก ผู้สร้างไซต์ - ผู้สมัครวิทยาศาสตร์สามคน (ปริญญาเอก) จากประเทศเยอรมนี - รับรองว่าเทคโนโลยีของพวกเขาขาดไม่ได้ในกระบวนการศึกษา - ในการบรรยายและสัมมนา

โมเลกุล DIY

แรงบันดาลใจที่เกิดจากโมเลกุลทางชีววิทยาในนักวิทยาศาสตร์ทำให้พวกเขากล้าที่จะทำมากกว่าการสร้างแบบจำลอง "ทางกายภาพ" ที่แม่นยำอย่างยิ่ง แม้ว่าจะมีรูปลักษณ์ที่น่าดึงดูดใจ คัดลอกอย่างพิถีพิถันจากไฟล์โครงสร้าง แต่แบบจำลองก็ยังเป็นเพียงแบบจำลองเท่านั้น จิตวิญญาณที่โรแมนติกของนักวิจัยต้องการมากขึ้นและบางคนก็เริ่มสร้างงานศิลปะ "ตาม" โครงสร้างของโปรตีน

รูปที่ 8 "Polypeptide Waltz" โดย Mara Hazeltineประติมากรรมนี้ตั้งอยู่ที่ Cold Spring Harbor Institute ประเทศสหรัฐอเมริกา โปรตีน BLyS (โปรตีนกระตุ้น B-lymphocyte ที่รับผิดชอบในการผลิตแอนติบอดีในร่างกาย) ถูกค้นพบโดยการมีส่วนร่วมของพ่อของ Mara และเห็นได้ชัดว่ากลายเป็นองค์ประกอบสำคัญขององค์ประกอบ

William Hazeltine พ่อของ Mara เป็นนักวิทยาศาสตร์และนักธุรกิจที่มีชื่อเสียง ซึ่งก่อตั้งบริษัทเทคโนโลยีชีวภาพ 7 แห่ง ซึ่งได้แก่ Human Genome Sciences ซึ่งมีส่วนร่วมในการวิจัยจีโนมที่มุ่งต่อสู้กับโรคที่รักษาไม่หาย เช่น มะเร็งหรือโรคเอดส์หลายรูปแบบ " [ในองค์ประกอบประติมากรรมนี้ BLyS] เติบโตจากตัวอ่อนด้วยกล้องจุลทรรศน์ไปเป็นโมเลกุลขนาดเต็ม, - เขาแสดงความคิดเห็นเกี่ยวกับการสร้างลูกสาวของเขา - ในทางวิทยาศาสตร์ รูปแบบกำหนดหน้าที่ การรู้โครงสร้างเป็นสิ่งสำคัญอย่างยิ่งในการทำความเข้าใจว่าบางสิ่งทำงานอย่างไร แบบฟอร์มนี้แสดงอยู่ในผลงานของมาร เธอสวยในความแปรปรวนไดนามิกของเธอ". มารเองยอมรับว่าพ่อของเธอและนักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ เป็นแรงบันดาลใจให้เธอไม่รู้จบ " ประติมากรรมชิ้นนี้อุทิศให้กับพ่อของฉันและงานอันยิ่งใหญ่ที่เขาทำ"ประติมากรกล่าว

ในปี 2549 ประติมากรรมสำริด "Inhibited SARS" ได้เปิดตัวในสิงคโปร์โดย Mara Hazeltine ตามคำเชิญพิเศษของผู้นำของกลุ่มเทคโนโลยีชีวภาพ Biopolis ซึ่งเป็นที่ตั้งของประติมากรรม ระหว่างการระบาดของโรคระบบทางเดินหายใจเฉียบพลันรุนแรง (SARS) ปี พ.ศ. 2546 นักวิทยาศาสตร์ชาวสิงคโปร์จากกลุ่มนี้ได้ทำการศึกษาจีโนมอย่างละเอียดถี่ถ้วนของไวรัส TOPC ที่ก่อให้เกิดโรค และกำหนดโครงสร้างเชิงพื้นที่ของโปรตีเอสที่รับผิดชอบในการนำไวรัสเข้าสู่เซลล์ ประติมากรรมชิ้นนี้ (รูปที่ 9) กลายเป็นอนุสาวรีย์ของผลงานของนักวิทยาศาสตร์ซึ่งช่วยชีวิตมนุษย์จำนวนมาก

รูปที่ 9 ประติมากรรมสำริดขนาดใหญ่ที่ตั้งอยู่ในวิทยาเขต Biopolis (สิงคโปร์) เผยให้เห็นกลไกของตัวยับยั้งโปรตีเอสไวรัสซาร์สที่ค้นพบในศูนย์วิจัยแห่งนี้

« เราโชคดีอย่างไม่น่าเชื่อที่ได้รับจิตสำนึกที่ช่วยให้เราเพลิดเพลินไปกับความงามของโลกของเราและต้องขอบคุณ เทคโนโลยีที่ทันสมัยเพื่อมองดูโลกด้วยกล้องจุลทรรศน์ซึ่งอยู่ในทุกเซลล์ของการดำรงอยู่ของเราพร้อม ๆ กันและเข้าไปในห้วงอวกาศอันกว้างใหญ่ มันเป็นปรากฏการณ์ที่ฉันพยายามเปิดเผยในงานของฉัน”, - Hazeltine อธิบายบทบาทสร้างสรรค์ของเขา

บทความ "The Statue of the Invisible" ได้รับการตีพิมพ์ครั้งแรกใน Computerra

วรรณกรรม

1. Chugunov A.O. (2007). รูปปั้นที่มองไม่เห็น "คอมพิวเตอร์". 712 , 24–26.

และเคมีเชิงทฤษฎีและใช้ในเทคโนโลยีชีวภาพ (เมื่อสร้างใหม่) และในทางการแพทย์ (ในเภสัชกรรม) ประสิทธิภาพของการพัฒนาวิธีการทำนายได้รับการประเมินในกรอบของการทดลองทั่วโลก ซึ่งผลลัพธ์ขั้นกลางจะสรุปทุก ๆ สองปี เริ่มตั้งแต่ปี 2537

ในทศวรรษที่ 1960 Christian Anfinsen นักชีวเคมีชาวอเมริกันได้เสนอสมมติฐานทางอุณหพลศาสตร์ ซึ่งอะตอมของโมเลกุลโปรตีนภายใต้สภาวะธรรมชาตินั้นมีความเสถียรทางอุณหพลศาสตร์ ซึ่งสอดคล้องกับพลังงานอิสระขั้นต่ำสุดของระบบ กล่าวอีกนัยหนึ่ง โปรตีนมีรูปร่างเชิงพื้นที่อันเป็นผลมาจากข้อจำกัดที่กำหนดโดยองค์ประกอบและคุณสมบัติทางเคมีกายภาพที่เกิดขึ้น

ในทางกลับกัน โมเลกุลโปรตีนที่มีโครงสร้างเชิงพื้นที่คล้ายกันมักจะมีบทบาททางชีววิทยาที่คล้ายคลึงกันในกระบวนการระดับเซลล์ ดังนั้น โครงสร้างของโปรตีนจึงถือได้ว่าเป็นตัวเชื่อมระหว่างองค์ประกอบทางเคมี (โครงสร้างหลัก) และหน้าที่ของโปรตีน

ลำดับกรดอะมิโนโปรตีนส่วนใหญ่ในปัจจุบันได้มาจากการแปลยีนจากลำดับนิวคลีโอไทด์ ซึ่งถูกกำหนดโดยโครงการวิจัยขนาดใหญ่ เช่น โครงการจีโนมมนุษย์

ในเวลาเดียวกัน วิธีการในการทดลองกำหนดโครงสร้างโปรตีนมีความซับซ้อนทางเทคโนโลยี มีราคาแพง และมีนัยสำคัญ (โดยมากกว่าสองลำดับความสำคัญ) ล้าหลังวิธีการกำหนดองค์ประกอบทางเคมีในการผลิต ณ เดือนมีนาคม 2010 มีการสะสมลำดับโปรตีนเกือบ 10,000,000 ลำดับในฐานข้อมูลสาธารณะ และจำนวนนี้ยังคงเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็ว แม้ว่าจะมีการเติมโครงสร้างเพียง 60,000 โครงสร้างในฐานข้อมูลส่วนกลางของโครงสร้างโปรตีนผ่านความพยายามของโลก ศูนย์กลางที่สำคัญของพันธุศาสตร์โครงสร้าง สันนิษฐานว่าช่องว่างระหว่างจำนวนลำดับและโครงสร้างของโปรตีนสามารถเติมได้โดยวิธีการเท่านั้น ทฤษฎีการทำนายโครงสร้างโปรตีน

การแก้ปัญหานี้หมายถึงการเปิดโอกาสกว้างๆ ในการแนะนำและปรับปรุงเทคโนโลยีชีวภาพต่างๆ (ปัจจุบัน การทำนายโครงสร้างโปรตีนด้วยคอมพิวเตอร์ถูกใช้ในชีววิทยาและการแพทย์ โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ในการพัฒนายา)

ความรู้เกี่ยวกับโครงสร้างโปรตีนสามารถแนะนำพันธมิตรที่มีศักยภาพสำหรับปฏิสัมพันธ์ของโปรตีน และด้วยเหตุนี้จึงสนับสนุนให้นักวิจัยพัฒนาหรือปรับปรุงโครงสร้างใหม่ อธิบายการกลายพันธุ์โดยทางอ้อม ช่วยในการกำหนดสถานที่สำหรับการกลายพันธุ์เพื่อเปลี่ยนฟีโนไทป์บางประเภท

วิธีการทำนายโครงสร้างโปรตีน

การทำนายโครงสร้างโปรตีนเป็นสิ่งที่ท้าทายด้วยเหตุผลหลายประการ:

• ประการแรก จำนวนของโครงแบบเชิงพื้นที่ที่เป็นไปได้ของโปรตีนค่อนข้างมาก
• ประการที่สอง รากฐานทางกายภาพของการก่อรูปโครงสร้างโปรตีนและความคงตัวของพวกมันยังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างถ่องแท้

เพื่อให้ประสบความสำเร็จในการสร้างแบบจำลองสำหรับการทำนายโครงสร้างโปรตีน ขั้นแรกต้องพัฒนากลยุทธ์เพื่อสร้างพื้นที่ของโครงสร้างที่เป็นไปได้ใหม่อย่างมีประสิทธิภาพ และเลือกตัวเลือกที่มีแนวโน้มมากที่สุดสำหรับโครงสร้างดั้งเดิม

วันนี้มีสองหลัก, แนวความคิด วิธีการต่าง ๆลดช่องว่างการค้นหาสำหรับโครงสร้างโครงสร้างของโปรตีน:

วิธีการทำนายประเภทแรกใช้สมมติฐานที่ว่าโครงสร้างโปรตีนที่ต้องการอาจคล้ายกับโครงสร้างโปรตีนที่รู้จักหนึ่งโครงสร้างหรือมากกว่า หรืออย่างน้อยก็ประกอบด้วยส่วนประกอบพื้นฐานของโปรตีนดังกล่าว

วิธีการทำนายประเภทที่สอง ไม่ได้ใช้ข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างที่รู้จัก โดยอาศัยศักยภาพของพลังงานแบบง่ายเป็นหลัก โดยใช้กลยุทธ์โดยประมาณเพื่อค้นหาภูมิทัศน์พลังงานขั้นต่ำสำหรับการสร้างแบบจำลอง

การทำนายโครงสร้างโปรตีนจากตัวอย่าง (แม่แบบ)

หากในบรรดาโครงสร้างโปรตีนที่รู้จัก เป็นไปได้ที่จะพบสิ่งที่สามารถสันนิษฐานได้ว่าสามารถคล้ายกับเป้าหมายของการสร้างแบบจำลอง (การทำนาย) ในระดับหนึ่ง พวกมันสามารถใช้เป็นแม่แบบ (ตัวอย่าง) สำหรับ การสร้างแบบจำลอง วิธีการสร้างแบบจำลองความคล้ายคลึงกันนี้เรียกว่า "การทำนายโครงสร้างโปรตีนจากตัวอย่าง (จากแม่แบบ") (การสร้างแบบจำลองตามแม่แบบ)

แม่แบบการทำนายสามารถพบได้โดยใช้การเปรียบเทียบโดยตรงของลำดับกรดอะมิโน (วิธีการสร้างแบบจำลองเปรียบเทียบ) หรือวิธีการที่ซับซ้อนมากขึ้นสำหรับการจำแนกโปรตีนที่มีโครงสร้างคล้ายคลึงกันที่มีความคล้ายคลึงกันของลำดับเพียงเล็กน้อยหรือแทบจะตรวจไม่พบ (วิธีการจดจำรอยพับ / วิธีการทำเกลียว)

วิธีการกลุ่มสุดท้ายอยู่บนพื้นฐานของหลักการที่ว่าโครงสร้างได้รับการอนุรักษ์เชิงวิวัฒนาการ ตรงข้ามกับลำดับ และบางครั้งก็เป็นไปได้ที่จะค้นหาโปรตีนที่เกี่ยวข้องซึ่งมีลำดับต่างกัน จากนั้นจึงพยายาม "ติดตาม" ลำดับของโปรตีนเป้าหมายผ่านโครงสร้างแม่แบบ . ในทางทฤษฎี โปรตีนดังกล่าวสามารถระบุได้โดยการสร้างและเปรียบเทียบโปรไฟล์ลำดับของโปรตีนที่ต้องการและโครงสร้างที่ทราบ

การทำนายโครงสร้างของโปรตีนจากตัวอย่าง (แม่แบบ) มีศักยภาพในทางปฏิบัติอย่างมาก เนื่องจากถ้าโครงสร้างเป็นที่รู้จัก อย่างน้อยหนึ่งครอบครัวโปรตีนดังนั้นคุณจึงสามารถลองสร้างแบบจำลองสำหรับโปรตีนเกือบทุกชนิดในตระกูลนี้ เมื่อฐานข้อมูลโครงสร้างเต็ม การสร้างแบบจำลองนี้จะเป็นไปได้สำหรับโปรตีนมากขึ้นเรื่อยๆ

วิธีการแบบไม่มีเทมเพลตสำหรับการทำนายโครงสร้างโปรตีน

หากวิธีใดวิธีหนึ่งข้างต้นไม่พบเทมเพลตสำหรับการทำนายโครงสร้างโปรตีน จะใช้วิธีที่ไม่มีเทมเพลต / เดอโนโวในสถานการณ์นี้ วิธีการคาดคะเนแบบไม่มีเทมเพลตรวมถึงวิธีแฟรกเมนต์และวิธีการทางกายภาพล้วนๆ

การทำนายโครงสร้างของโปรตีนแบบไม่มีแม่แบบโดยพลศาสตร์ของโมเลกุลด้วยฟังก์ชันพลังงาน (โดยเฉพาะ พลวัตของโมเลกุลและวิธีมอนติคาร์โล โดยใช้ข้อดีของการคำนวณแบบกระจายและการคำนวณแบบขนาน) ซึ่งคำนึงถึงรายละเอียดของปฏิสัมพันธ์ที่ระดับอะตอม ในปัจจุบันไม่สามารถเกิดขึ้นได้จริงเนื่องจากความต้องการทรัพยากรการประมวลผลที่สูง ด้วยเหตุนี้เองที่วิธี ab initio ส่วนใหญ่จึงใช้โครงสร้างอะตอมแบบง่ายของโปรตีน

ทำนายการพับของโดเมนโปรตีนแบบเกลียวอัลฟาขนาดเล็ก เช่น โปรตีน สำเร็จแล้ว ในซิลิโค. ต้องขอบคุณการใช้วิธีการทำนายแบบไฮบริดที่รวมพลวัตของโมเลกุลมาตรฐานกับกลศาสตร์ควอนตัม สถานะทางอิเล็กทรอนิกส์ของโรดอปซินสีที่มองเห็นได้รับการตรวจสอบแล้ว

วิธีการทำนายโครงสร้างโปรตีนที่ไม่มีแม่แบบมีความน่าเชื่อถือน้อยกว่าแม่แบบ แต่อนุญาตให้สร้างแบบจำลองที่มี ทั่วไปแบบฟอร์ม (อังกฤษ - พับ) ใกล้เคียงกับโครงสร้างดั้งเดิมของโปรตีนที่ต้องการ

หมายเหตุ

หมายเหตุและคำอธิบายของบทความ "การทำนายโครงสร้างโปรตีน (แบบจำลอง)"

• โปรตีน, โปรตีน, โปรตีน - สารอินทรีย์โมเลกุลสูงประกอบด้วยกรดอัลฟาอะมิโนที่รวมกันโดยพันธะเปปไทด์ (เกิดขึ้นเมื่อกลุ่มอะมิโนของกรดอะมิโนหนึ่งและกลุ่มคาร์บอกซิลของกรดอะมิโนอื่นทำปฏิกิริยากับการปล่อยโมเลกุลของน้ำ) โปรตีนมีสองประเภท: โปรตีนอย่างง่ายซึ่งสลายตัวเป็นกรดอะมิโนโดยเฉพาะในระหว่างการไฮโดรไลซิสและโปรตีนเชิงซ้อน (โฮโลโปรตีน, โปรตีน) ที่มีกลุ่มเทียม (คลาสย่อยของโคแฟคเตอร์) ในระหว่างการไฮโดรไลซิสของโปรตีนที่ซับซ้อน นอกจากนี้ สำหรับกรดอะมิโน ส่วนที่ไม่ใช่โปรตีนหรือผลิตภัณฑ์ที่เน่าเปื่อยจะถูกปล่อยออกมา โปรตีนเอนไซม์เร่ง (เร่ง) ปฏิกิริยาทางชีวเคมีซึ่งมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อกระบวนการเผาผลาญ โปรตีนแต่ละชนิดทำหน้าที่เชิงกลหรือเชิงโครงสร้าง ก่อตัวเป็นโครงร่างของเซลล์ที่รักษารูปร่างของเซลล์ไว้ เหนือสิ่งอื่นใด โปรตีนมีบทบาทสำคัญในระบบส่งสัญญาณของเซลล์ ในการตอบสนองของภูมิคุ้มกัน และในวัฏจักรของเซลล์ โปรตีนเป็นพื้นฐานสำหรับการสร้างเนื้อเยื่อของกล้ามเนื้อ เซลล์ เนื้อเยื่อและอวัยวะในมนุษย์
• การสร้างแบบจำลองโมเลกุล, MM, การสร้างแบบจำลองโมเลกุลเป็นชื่อรวมสำหรับวิธีการศึกษาคุณสมบัติและโครงสร้างของโมเลกุลโดยใช้เทคโนโลยีคอมพิวเตอร์และการแสดงภาพผลลัพธ์ที่ตามมา ซึ่งท้ายที่สุดแล้วจะให้การแสดงสามมิติภายใต้เงื่อนไขที่ระบุไว้ในการคำนวณ
• ในซิลิโค - คำที่แสดงถึงการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ (แบบจำลอง) ของการทดลอง ซึ่งมักจะเป็นคำทางชีววิทยา ที่มาของคำว่า ในซิลิโคนำไปสู่เงื่อนไข ในหลอดทดลอง(ในหลอดทดลอง) และ ในร่างกาย(ในสิ่งมีชีวิต) ในซิลิซิโอแท้จริงหมายถึง "ในซิลิคอน" ซึ่งเป็นสัญลักษณ์ของซิลิกอนในฐานะที่เป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ การเล่น บทบาทสำคัญในการสร้างวงจรไมโครซิลิกอนที่ใช้ในการผลิตอุปกรณ์คอมพิวเตอร์
• การออกแบบกระรอกการออกแบบโปรตีนคือการสร้างโมเลกุลโปรตีนใหม่ที่มีเหตุผลซึ่งพับเก็บอยู่ในโครงสร้างเป้าหมายของโปรตีนเพื่อออกแบบหน้าที่และ/หรือพฤติกรรมใหม่ของมัน ด้วยการออกแบบนี้ โปรตีนจึงสามารถพัฒนาได้ทั้งใหม่ (โปรตีนใหม่) และโดยการเปลี่ยนโปรตีนที่มีอยู่ โดยพิจารณาจากโครงสร้างที่รู้จักของโปรตีนและลำดับ (การสร้างใหม่)
• โครงสร้างตติยภูมิ, โครงสร้างสามมิติ - โครงสร้างเชิงพื้นที่ (รวมถึงโครงสร้าง) ของโมเลกุลโปรตีนทั้งหมด, โมเลกุลขนาดใหญ่อีกตัวที่ประกอบด้วยสายโซ่เดียว
• ชีวสารสนเทศศาสตร์- ชุดของแนวทางและวิธีการที่ใช้โดยเฉพาะในชีวฟิสิกส์ ชีวเคมี นิเวศวิทยา รวมถึงวิธีทางคณิตศาสตร์ของการวิเคราะห์ด้วยคอมพิวเตอร์ในจีโนมเปรียบเทียบ การพัฒนาโปรแกรมและอัลกอริทึมสำหรับการทำนายโครงสร้างเชิงพื้นที่ของพอลิเมอร์ชีวภาพ การศึกษากลยุทธ์ การคำนวณที่เหมาะสม วิธีการตลอดจนความซับซ้อนของข้อมูลการจัดการทั่วไปของระบบชีวภาพ ชีวสารสนเทศใช้วิธีคณิตศาสตร์ประยุกต์ สารสนเทศ และสถิติ
• เอนไซม์, เอนไซม์, เอ็นไซม์ - ตามกฎแล้ว โมเลกุลโปรตีนหรือไรโบไซม์ (โมเลกุลอาร์เอ็นเอ) หรือสารเชิงซ้อนของพวกมันที่กระตุ้น (เร่ง) ปฏิกิริยาเคมีในระบบสิ่งมีชีวิต เอนไซม์ เช่นเดียวกับโปรตีนทั้งหมด ถูกสังเคราะห์เป็นสายโซ่เชิงเส้นของกรดอะมิโนที่พับในลักษณะใดลักษณะหนึ่ง ลำดับกรดอะมิโนแต่ละลำดับพับในลักษณะพิเศษ ส่งผลให้ทรงกลมโปรตีน (โมเลกุล) มีคุณสมบัติเฉพาะตัว เอนไซม์มีอยู่ในเซลล์ที่มีชีวิตทั้งหมดและมีส่วนทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของสารบางชนิดไปเป็นสารอื่นๆ กิจกรรมของเอนไซม์สามารถควบคุมได้โดยตัวยับยั้งและตัวกระตุ้น (สารยับยั้งลดลง ตัวกระตุ้นเพิ่มขึ้น) ตามประเภทของปฏิกิริยาที่เร่งปฏิกิริยา เอ็นไซม์แบ่งออกเป็นหกประเภท: ออกซิโดเรดักเตส, ทรานสเฟอร์เรส, ไฮโดรเลส, ไลเดส, ไอโซเมอเรส และลิกาส สำหรับการเร่งปฏิกิริยา เอ็นไซม์แต่ละตัวต้องการองค์ประกอบที่ไม่ใช่โปรตีน - โคแฟคเตอร์ โคแฟกเตอร์สามารถเป็นได้ทั้งโมเลกุลอนินทรีย์ (กลุ่มเหล็ก-กำมะถัน ไอออนของโลหะ ซึ่งรวมถึง) และโมเลกุลอินทรีย์ (ฮีม ฟลาวิน รวมถึง) โคแฟกเตอร์อินทรีย์ที่มีความสัมพันธ์อย่างแน่นแฟ้นกับเอนไซม์เรียกว่ากลุ่มเทียม โคแฟคเตอร์อินทรีย์ที่สามารถแยกออกจากเอนไซม์ได้เรียกว่าโคเอ็นไซม์
• การประเมินที่สำคัญของการทำนายโครงสร้างโปรตีน, การประเมินที่สำคัญของการทำนายโครงสร้างโปรตีน, CASP เป็นการทดลองขนาดใหญ่เกี่ยวกับการทำนายโครงสร้างโปรตีนซึ่งถือเป็นการแข่งขันระดับโลกในด้านวิทยาศาสตร์ของการสร้างแบบจำลองโครงสร้าง เป้าหมายหลักของ CASP คือการประสานความพยายามในการปรับปรุงวิธีการกำหนดโครงสร้างสามมิติของโปรตีนจากลำดับกรดอะมิโนของพวกมัน เป็นส่วนหนึ่งของ CASP มีการทดสอบวิธีการทำนายโครงสร้างโปรตีนอย่างมีวัตถุประสงค์ ตามด้วยการประเมินแบบจำลองโครงสร้างอย่างอิสระ กลุ่มวิจัยมากกว่า 100 กลุ่มเข้าร่วมในการทดลองอย่างต่อเนื่อง
• Christian Boehmer Anfinsen, Christian Boehmer Anfinsen (1916 - 1995) - นักชีวเคมีชาวอเมริกัน, รางวัลโนเบลสาขาเคมี 1972 (ร่วมกับ Stanford Moore และ William Stein), "สำหรับงานของเขาในการสร้างความสัมพันธ์ระหว่างลำดับกรดอะมิโนของไรโบนิวคลีเอส A และโครงสร้างที่ออกฤทธิ์ทางชีวภาพ".
• โครงสร้าง- การจัดเรียงเชิงพื้นที่ของอะตอมในโมเลกุลของโครงแบบบางอย่าง เนื่องจากการหมุนรอบพันธะซิกมาเดี่ยวหนึ่งพันธะหรือมากกว่า
• กรดอะมิโนเป็นสารประกอบอินทรีย์ที่ วัสดุก่อสร้างสำหรับโครงสร้างโปรตีน เส้นใยกล้ามเนื้อ ร่างกายใช้กรดอะมิโนเพื่อการเจริญเติบโต เสริมสร้างและซ่อมแซม เพื่อผลิตฮอร์โมน เอ็นไซม์ และแอนติบอดีต่างๆ
• กรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก, DNA, กรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก, DNA เป็นหนึ่งในสามโมเลกุลหลัก (RNA และโปรตีนอีกสองตัว) ซึ่งให้การจัดเก็บ การถ่ายทอดจากรุ่นสู่รุ่น และการนำโปรแกรมพันธุกรรมไปใช้ในการพัฒนาและการทำงานของสิ่งมีชีวิต DNA เก็บข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้าง ประเภทต่างๆ RNA และโปรตีน จากมุมมองทางเคมี DNA เป็นโมเลกุลโพลีเมอร์ที่มีความยาวซึ่งประกอบด้วยบล็อกซ้ำ - นิวคลีโอไทด์ นิวคลีโอไทด์แต่ละชนิดประกอบด้วยเบสไนโตรเจน (ไซโตซีน ไทมีน กัวนีน และอะดีนีน) น้ำตาล (ดีออกซีไรโบส) และกลุ่มฟอสเฟต พันธะระหว่างนิวคลีโอไทด์ในสายโซ่เกิดขึ้นจากกลุ่มดีออกซีไรโบสและกลุ่มฟอสเฟต ในกรณีส่วนใหญ่อย่างท่วมท้น (ยกเว้นไวรัสแต่ละตัวที่มี DNA สายเดี่ยว) โมเลกุลของ DNA ประกอบด้วยสายโซ่สองสายที่มุ่งเน้นโดยฐานไนโตรเจนซึ่งกันและกัน โซ่พันกันเป็นเกลียว จึงเป็นที่มาของชื่อโครงสร้างของโมเลกุลดีเอ็นเอ - "เกลียวคู่"
• , โครงการจีโนมมนุษย์, โครงการจีโนมมนุษย์, HGP เป็นโครงการวิจัยระดับนานาชาติที่มีเป้าหมายหลักคือการกำหนดลำดับของนิวคลีโอไทด์ที่ประกอบเป็นดีเอ็นเอและระบุยีน 20-25,000 ยีนในจีโนมมนุษย์ โครงการนี้เริ่มต้นขึ้นในปี 1990 ภายใต้การอุปถัมภ์ของสถาบันสุขภาพแห่งชาติของสหรัฐอเมริกา ในปี 2543 ได้มีการเผยแพร่ร่างการทำงานของโครงสร้างจีโนม ซึ่งเป็นจีโนมที่สมบูรณ์ในปี 2546 การจัดลำดับส่วนใหญ่ดำเนินการที่มหาวิทยาลัยและ ศูนย์วิจัยสหรัฐอเมริกา สหราชอาณาจักร และแคนาดา
• ธนาคารข้อมูลโปรตีน, PDB เป็นฐานข้อมูลของโครงสร้างสามมิติของโปรตีนและกรดนิวคลีอิกที่ได้จากผลึกเอ็กซ์เรย์หรือ NMR spectroscopy PDB เป็นหนึ่งในแหล่งข้อมูลที่สำคัญที่สุดสำหรับนักวิทยาศาสตร์ที่ทำงานด้านชีววิทยาเชิงโครงสร้าง
• แอนติบอดี, อิมมูโนโกลบูลิน, IG, แอนติบอดี, Ab, อิมมูโนโกลบูลิน, Ig เป็นคลาสของโปรตีนไกลโคโปรตีนเชิงซ้อนที่มีอยู่เป็นโมเลกุลที่ละลายได้ในของเหลวในเนื้อเยื่อและซีรัมในเลือด ในรูปของตัวรับที่จับกับเมมเบรนบนพื้นผิวของบี-ลิมโฟไซต์ แอนติบอดีมีการคัดเลือกอย่างมากในการจับกับโมเลกุลบางประเภท (ซึ่งเรียกว่าแอนติเจน) ในมนุษย์ มีแอนติบอดีห้าประเภท (อิมมูโนโกลบูลิน) ที่แตกต่างกันในโครงสร้างและองค์ประกอบของกรดอะมิโนของสายหนักและในการทำงานของเอฟเฟกเตอร์ - IgG, IgA, IgM, IgD และ IgE แอนติบอดีเป็นปัจจัยที่สำคัญที่สุดในภูมิคุ้มกันจำเพาะ ภูมิคุ้มกันจะใช้โดยระบบภูมิคุ้มกันเพื่อระบุและทำให้เป็นกลางวัตถุแปลกปลอม รวมทั้งไวรัสและแบคทีเรีย
• ฟีโนไทป์(จากภาษากรีก `6, ^ 5, ^ 3, _7, ` 9, - "ฉันค้นพบ, ประจักษ์" และ ` 4, a3, ` 0, _9, ` 2, - "ตัวอย่าง, ตัวอย่าง, รูปแบบ") - a ชุดของลักษณะเฉพาะที่มีอยู่ในแต่ละขั้นตอนของการพัฒนา (อันเป็นผลมาจากการสร้างยีน) ฟีโนไทป์เกิดขึ้นจากพื้นฐานของจีโนไทป์ที่อาศัยปัจจัยแวดล้อมหลายประการ
• วายร้ายเป็นโปรตีนจำเพาะเนื้อเยื่อ 92.5 kDa ที่จับเส้นใยแอคตินของเส้นขอบแปรง Villin ประกอบด้วยโดเมนที่เหมือนเจลโซลินซ้ำๆ ที่เสริมด้วย "หัว" ขนาดเล็ก (8.5 kDa) ที่ปลาย C ซึ่งประกอบด้วยลำดับสามสายที่ก่อตัวขึ้นอย่างรวดเร็วและเป็นอิสระซึ่งเสถียรโดยปฏิกิริยาที่ไม่ชอบน้ำ หน้าที่ของวายร้ายยังไม่เป็นที่เข้าใจอย่างสมบูรณ์ แต่สันนิษฐานว่าเขามีส่วนร่วมในนิวเคลียส การก่อตัว การรวมกันเป็นมัด และการตัดเส้นใยแอคติน

เมื่อเขียนบทความเกี่ยวกับโครงสร้างของโปรตีน เช่นเดียวกับวิธีการทำนาย (จำลอง) โครงสร้างของโปรตีน วัสดุจากข้อมูลและการอ้างอิงพอร์ทัลอินเทอร์เน็ต เว็บไซต์ข่าว NCBI.NLM.NIH.gov, ProteinStructures.com, Stanford edu, ScienceDaily ถูกใช้เป็นแหล่งข้อมูล com, Genome.gov, FASTA.Bioch.Virginia.edu, FEN.NSU.ru, SGU.ru, VIGG.ru, Wikipedia รวมถึงสิ่งพิมพ์ต่อไปนี้:

• Ginter E. K. “ พันธุศาสตร์การแพทย์ วรรณกรรมการศึกษาสำหรับนักศึกษามหาวิทยาลัยแพทย์ สำนักพิมพ์ "ยา", 2546, มอสโก,
• Skalny A. V. , Rudakov I. A. "องค์ประกอบทางยา" สำนักพิมพ์ "Onyx", 2004, มอสโก,
• Mulberg A. A. "กระรอกพับ" สำนักพิมพ์ "สำนักพิมพ์เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก มหาวิทยาลัยของรัฐ", 2004, เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก,
• Stefanov V. E. , Mavropulo-Stolyarenko G. R. "การวิเคราะห์โครงสร้างโปรตีนด้วยวิธีชีวสารสนเทศ". สำนักพิมพ์ "ส่วนทองคำ", 2550, เซนต์ปีเตอร์สเบิร์ก,
• Konichev A. S. , Sevastyanova G. A. “ อณูชีววิทยา สูงกว่า การศึกษาระดับมืออาชีพ". สำนักพิมพ์ "Academy", 2008, มอสโก,
• Novoseletsky V. (บรรณาธิการ) “ โครงสร้างและหน้าที่ของโปรตีน การประยุกต์ใช้วิธีการทางชีวสารสนเทศ นำโดยแดเนียล จอห์น ริกเดน สำนักพิมพ์ "URSS", 2014, มอสโก. (1 คะแนนเฉลี่ย: 5,00 จาก 5)
  

ส่วน: ชีววิทยา

หัวข้อที่ศึกษาในหมวดชีววิทยาทั่วไปเมื่อเปรียบเทียบกับเนื้อหาทางพฤกษศาสตร์ สัตววิทยา ทำให้นักเรียนมีปัญหาในการทำความเข้าใจและจดจำ จะบังคับตัวเองให้จำเนื้อหาบทเรียนที่เข้าใจยากและเข้าใจยากได้อย่างไร งานของครูคือการนำเสนอหัวข้อที่เข้าใจยากในลักษณะที่นักเรียนไม่สังเกตเห็นช่วงเวลาที่ยากลำบาก

หน่วยความจำเป็นกระบวนการที่ซับซ้อน กระบวนการจำรวมถึงการท่องจำ การทำซ้ำ การเก็บรักษา รวมถึงการลืมเนื้อหา

การท่องจำเป็นกระบวนการเก็บข้อมูลที่เข้ามาในใจในรูปของภาพ ความคิด (แนวคิด) ประสบการณ์ และการกระทำ ในการอธิบายหัวข้อที่ซับซ้อนของหลักสูตรชีววิทยาทั่วไป ครูสามารถใช้เทคนิคการท่องจำเชิงเปรียบเทียบ (แปลข้อมูลเป็นภาพ กราฟ) ,ไดอะแกรม,รูปภาพ). หน่วยความจำเป็นรูปเป็นร่างคือ ประเภทต่างๆ: ภาพ, การได้ยิน, มอเตอร์-มอเตอร์, รสนิยม, สัมผัส, การดมกลิ่น, อารมณ์ ตามระดับของกิจกรรมของกระบวนการนี้ เป็นเรื่องปกติที่จะแยกแยะความแตกต่างของการท่องจำสองประเภท: โดยไม่ได้ตั้งใจ (หรือไม่ได้ตั้งใจ) และโดยเจตนา (หรือโดยพลการ)

การเก็บรักษาเป็นกระบวนการของการประมวลผลเชิงรุก การจัดระบบ ลักษณะทั่วไปของวัสดุ ความเชี่ยวชาญของมัน การคงไว้ซึ่งสิ่งที่ได้เรียนรู้ขึ้นอยู่กับความลึกซึ้งของความเข้าใจ วัสดุที่มีความหมายดีเป็นที่จดจำได้ดีขึ้น

ความสำเร็จของการทำสำเนาขึ้นอยู่กับความสามารถในการฟื้นฟูการเชื่อมต่อที่เกิดขึ้นระหว่างการท่องจำ และความสามารถในการใช้แผนในระหว่างการทำซ้ำ

การลืมเป็นกระบวนการทางธรรมชาติ สิ่งที่ถูกตรึงอยู่ในหน่วยความจำส่วนใหญ่จะถูกลืมไปในระดับหนึ่งหรืออีกระดับหนึ่งเมื่อเวลาผ่านไป และจำเป็นต้องต่อสู้กับการลืมเพียงเพราะสิ่งที่จำเป็น สำคัญและมีประโยชน์มักถูกลืม อย่างแรกเลย อะไรที่ไม่ใช้ ไม่ซ้ำ ถูกลืม อะไรที่ไม่น่าสนใจ, ที่ไม่จำเป็นสำหรับบุคคล รายละเอียดจะถูกลืมไม่ช้าก็เร็วมักจะเก็บไว้ในความทรงจำอีกต่อไป บทบัญญัติทั่วไป, ข้อสรุป

การลืมอาจเป็นเพราะ ปัจจัยต่างๆ. สิ่งแรกและชัดเจนที่สุดคือเวลา ใช้เวลาน้อยกว่าหนึ่งชั่วโมงในการลืมเนื้อหาการท่องจำครึ่งหนึ่ง

เพื่อลดการลืมคุณต้อง:

1. ความเข้าใจ ความเข้าใจในข้อมูล
2. การทำซ้ำของข้อมูล

จากข้างต้น เราสามารถสรุปได้ว่าเนื้อหาของบทเรียนที่นักเรียนเข้าใจ เข้าใจ และกระตุ้นความสนใจของเขาถูกเก็บไว้ในความทรงจำ ไม่ทำให้เกิดปัญหา

เพื่อให้เนื้อหาเข้าใจง่ายขึ้น กระบวนการสังเคราะห์โปรตีนในเซลล์ซึ่งเรียกอีกอย่างว่าการแปลฉันใช้โมเดลไดนามิกของกระบวนการนี้ รุ่นนี้สามารถทำได้อย่างรวดเร็วและง่ายดายโดยใช้กระดาษหนา กระดาษสี กรรไกร และกาว

ขั้นตอนของการผลิตโมเดลไดนามิก:

1. เราตัดแบบจำลองของไรโบโซมออกจากกระดาษหนา (ภาพที่ 1);
2. ระหว่างหน่วยย่อยขนาดเล็กและขนาดใหญ่ทางด้านซ้ายและด้านขวา เราทำการผ่าขนาดใหญ่สองส่วน (รูปภาพที่ 2)
3. จากกระดาษหนาเราตัดแถบที่มีความกว้างน้อยกว่าความสูงของการตัดบนไรโบโซมเล็กน้อย - นี่คือแบบจำลองของ messenger RNA (ภาพที่ 3)
4. เราวัดระยะห่างระหว่างการตัดบนแบบจำลองไรโบโซม หารผลลัพธ์ด้วยสอง
5. เราใส่ผลลัพธ์สุดท้ายในโมเดล mRNA (ภาพที่ 3)
6. เราตัดสี่เหลี่ยมออกจากกระดาษสีแล้วทากาวบนโมเดล mRNA (ภาพที่ 4) สี่เหลี่ยมสีแต่ละอันเป็นสัญลักษณ์ของนิวคลีโอไทด์สามเท่า ภาพที่ 4 แสดงอย่างชัดเจนว่าไรโบโซมซึ่งเคลื่อนที่ไปตาม mRNA จับสอง codon (แฝดสาม)
7. จากกระดาษหนาเราทำแบบจำลองการขนส่ง RNA (ภาพที่ 5);
8. บน tRNA ที่ด้านบนสุด มีนิวคลีโอไทด์สามตัวที่ประกอบกับโคดอน mRNA ที่สอดคล้องกัน เรียกว่า แอนติโคดอน แถบกาวของกระดาษสีที่ส่วนบนของ tRNA, anticodon (ภาพที่ 6);
9. ตัดแบบจำลองของกรดอะมิโนออกจากกระดาษสีหนา (ภาพที่ 7)
10. สำหรับ mRNA ที่ส่วนท้ายของตัวรับ tRNA ซึ่งเป็น "แผ่นลงจอด" สำหรับกรดอะมิโน เราจะทำการตัดกรดอะมิโน (ภาพที่ 8, 9)
11. แบบจำลองของไรโบโซม, mRNA, tRNA, กรดอะมิโนพร้อมแล้ว

การใช้แบบจำลองไดนามิกเพื่ออธิบายขั้นตอนการแปล

การแปลคือการแปลลำดับนิวคลีโอไทด์ของโมเลกุล mRNA เป็นลำดับกรดอะมิโนของโมเลกุลโปรตีน

เป็นเรื่องยากมากสำหรับนักเรียนที่จะจินตนาการว่าไรโบโซมทำงานอย่างไร การแปลจากภาษาของนิวคลีโอไทด์เป็นภาษาของกรดอะมิโนนั้นดำเนินการอย่างไร โมเดลนี้จะช่วยให้คุณเข้าใจกระบวนการนี้

1. บนกระดานเราแก้ไข (โดยใช้เทปกาว) แบบจำลองของไรโบโซมที่มี mRNA (ภาพที่ 10)
2. ไรโบโซมจับแฝดสาม - codons (ภาพที่ 10);
3. เราแก้ไข tRNA ด้วยกรดอะมิโนเป็น mRNA โดยใช้หลักการของการเติมเต็ม ในกรณีนี้คือสีของ codon, anticodon, กรดอะมิโน Complementarity (จากภาษาละติน Complementum) เป็นส่วนเพิ่มเติม (ภาพที่ 11);
4. จุดเริ่มต้นของโปรตีนในอนาคตถูกระบุโดย triplet AUG (ในแผนภาพ a square สีฟ้า) ซึ่งเป็นสัญญาณเริ่มต้นของการแปล เนื่องจากรหัส codon นี้สำหรับกรดอะมิโนเมไทโอนีน โปรตีน (ยกเว้น กรณีพิเศษ) เริ่มด้วยเมไทโอนีน
5. กรดอะมิโนเมไทโอนีน (สีน้ำเงินในแผนภาพ) แยกออกจาก tRNA และยึดติดกับกรดอะมิโนบน tRNA ใกล้เคียงเพื่อสร้างพันธะเปปไทด์ นี่คือวิธีที่สายโซ่โปรตีนเริ่มเติบโต (ภาพที่ 12);
6. tRNA แรกถูกแยกออกจาก mRNA ไรโบโซมใช้ "ขั้นตอน" โดย triplet หนึ่งตัว tRNA ที่มีกรดอะมิโนติดอยู่ตามหลักการของการเติมเต็มและกระบวนการจะทำซ้ำ (รูปภาพ 13, 14, 15, 16) , 17, 18, 19, 20, 21);
7. ในที่สุด ไรโบโซมก็มาถึงหนึ่งใน codon หยุดที่เรียกว่า (UAA, UAG, UGA ในแผนภาพเป็นสีขาว) โคดอนเหล่านี้ไม่ได้เข้ารหัสสำหรับกรดอะมิโน แต่บ่งชี้ว่าการสังเคราะห์โปรตีนจะต้องเสร็จสิ้นเท่านั้น (ภาพที่ 22);
8. ห่วงโซ่โปรตีนแยกออกจากไรโบโซมเข้าสู่ไซโตพลาสซึมและสร้างโครงสร้างรอง, ตติยภูมิ, ควอเทอร์นารีที่มีอยู่ในโปรตีนนี้ (ภาพที่ 23, 24, 25)

โดยใช้วิธีการรับรู้เชิงเปรียบเทียบของกระบวนการนี้ นักเรียนจะเรียนรู้ได้ง่าย หน่วยความจำประเภทต่าง ๆ เริ่มทำงาน: ภาพ, การได้ยิน, มอเตอร์ - มอเตอร์, อารมณ์ นักเรียนไม่ต้องพยายามท่องจำเนื้อหา (ความจำแบบไม่ได้ตั้งใจ) นักเรียนไม่ต้องกลัวว่าจะไม่เข้าใจหัวข้อนี้

โครงร่างนี้ใช้งานง่ายทั้งเมื่ออธิบายเนื้อหาใหม่ และเมื่อแก้ไข ให้ทำซ้ำ ทั้งสำหรับครูและนักเรียน

แน่นอน เมื่อพิจารณาขั้นตอนการแปลบนคอมพิวเตอร์ นักเรียนเห็นและได้ยินเสียงของผู้ประกาศ แต่ไม่สามารถเข้าร่วมในกระบวนการนี้ได้ ดังนั้น ฉันเชื่อว่าแบบจำลองแบบไดนามิกของกระบวนการแปลสามารถช่วยให้ครูอธิบายหัวข้อที่ซับซ้อนได้ง่ายขึ้น และนักเรียนเข้าใจได้ดีขึ้น

บ้าน » แชสซี » แบบจำลองโมเลกุลโปรตีน DIY การผลิตและการประยุกต์ใช้ในบทเรียนทางชีววิทยาของแบบจำลองไดนามิกของกระบวนการสังเคราะห์โปรตีน สายยาวมาก