Фолдинг белка

Микробиолог Константин Северинов о структурной биологии, методах предсказания структуры белка и краудсорсинге в науке

17.09.2014
3 629
Этот материал является частью курса «Работа генов»
Что изучает структурная биология? Какую роль играют белки в организме человека? Как клетка контролирует структуру белков? Об этом рассказывает доктор биологических наук Константин Северинов.

Сама по себе последовательность белка не достаточна, чтобы определить его функцию. Для того чтобы белок заработал, он должен свернуться — найти в трехмерном пространстве некоторую специальную форму или структуру, которая обеспечит его биологическую функцию. Белки знают, как это делать, потому что белок с определенной последовательностью в определенных биологически релевантных условиях всегда свернется как надо. Они знают, как им свернуться, а мы — нет. И это, как ни странно, по-видимому, одна из основных проблем современной биологии. Проблема биологии не победить рак, не стволовые клетки и уж точно не бессмертие. Фундаментальная проблема, которую изучают биологи, которую действительно нужно разрешить, — это как белки способны интерпретировать свою последовательность, буквы, чтобы свернуться в определенную трехмерную структуру, обеспечивающую функцию. Мы не знаем, как они это делают, поэтому вынуждены заниматься структурной биологией. Туда вкладываются большие деньги, нужны очень сложные приборы, нужны синхротроны, для того чтобы разрешать структуры белков, чтобы увидеть, какую форму принимает молекула.

Взаимодействие макромолекулМикробиолог Константин Северинов о принципе комплементарности, форме биологических молекул и стабильности белка

Про самые важные белки говорят, что они консервативные. Это значит, что они были у прапрапрадеда или прапрабабушки всей существующей жизни. Одной из групп генов, продукты которых абсолютно консервативны, являются гены, кодирующие так называемые шапероны — раньше их называли белками теплового шока. Это специальные машины в клетке, вся функция которых состоит в том, чтобы неправильно свернутые белки сворачивать обратно. Работают некоторые из них совершенно замечательным образом. Это такая большая белковая бочка с отверстием внутри, количество таких бочек резко увеличивается, к примеру, когда повышается температура. Это означает, что у вас происходит тепловой шок. А дальше происходит вот что: все белки, чья структура чуть-чуть нарушилась и стала не такой, какой надо, идут в мастерскую на починку. Они все загружаются внутрь этой бочки, проходят через нее, на это тратится энергия. Для клетки это не бесплатно. Наружу из бочки выходит белок, который свернут как надо.

Под предсказанием сворачивания белка подразумевается, что с помощью компьютерного моделирования вы хотите придумать алгоритм, который позволял бы вам правильно сворачивать белки. По-видимому, это тот редкий случай, когда новые формы научной деятельности, такой краудсорсинг, помогают решить проблему, которую ученые сами по себе решить не могут. Дело в том, что каким-то образом человеческий мозг умеет очень хорошо решать задачки в духе тетриса — складывать какие-то вещи таким образом, чтобы упаковка этих объектов в трехмерном пространстве была наиболее плотной. Белки сворачиваются до некоторой степени так же. Несколько лет назад появилась компьютерная игра, а буквально год назад появились статьи в очень престижных научных журналах, авторами которых были странные люди — школьники и, например, американский водитель-дальнобойщик. Почему? Потому что была придумана программа Foldit — буквально «сложи это». В этой программе есть научные правила, но цель — свернуть последовательность белка наилучшим образом.

доктор биологических наук, профессор Сколковского института науки и технологий (SkolTech), профессор Университета Ратгерса (США), заведующий лабораторией молекулярной, экологической и прикладной микробиологии СПбПУ Петра Великого
Узнал сам? Поделись с друзьями!
  • veve

    Проблема биологии не победить рак, не стволовые клетки и уж точно не бессмертие. Очень скользкая формулировка. Собственно все выше перечисленное и проблема и цель и задача. Другое дело что бы решить эти проблемы, достичь целей, решить эти задачи, нужно решать разные фундаментальные вопросы в том числе пространственной организации белка. Смею однако утверждать что это далеко не единственное чем нужно заниматься для решения.

  • Игорь Усимов

    Вы ошибаетесь. Ученый высказал основное свойство практически любой большой науки: наука ЭГОИСТИЧНА и ей плевать на то, что нужно человечеству.
    Поэтому проблема биологии — именно решение ИНТЕРЕСНОЙ задачки — как белки образуют свою форму — за которую могут дать нобелевку.
    Может быть, какие-то прикладные практические ответвления этой науки найдут лекарство от рака, но собственно науке этот вопрос ПО БАРАБАНУ.
    Понимаете? Науке все равно. Наука ГЕРМЕТИЧНА. Наука изучает свой предмет потому, что она ИЗУЧАЕТ СВОЙ ПРЕДМЕТ.
    У нее нет никакой иной цели, кроме тавтологической.

  • veve

    понять механизмы возрастной изменчивости — то есть механизмы возраст ассоциированных — универсальных для большинства многоклеточных заболеваний. Это не фундаментальный вопрос? Механизм управляющий экспрессией различных генов! Разве это не фундаментальный вопрос — вполне аналогичный по значимости изучению тонкостей химических связей создающих третичную и четвертичные структуры белка?

  • severik

    ув. veve, вопрос в каузальности. Проблемы свертки белков являются, в частности, причиной возрасной изменчивости или нарушений контроля экспрессии генов, а не наоборот.

  • Мне вот просто интересно, что вы вкладываете в слово «тавтологический».

    Опубликовано материалов
    03586
    Готовятся к публикации
    +28
    Самое читаемое за неделю
  • 1
    ПостНаука
    12 277
  • 2
    ПостНаука
    3 662
  • 3
    Михаил Соколов
    2 452
  • 4
    Андрей Цатурян
    2 300
  • 5
    Татьяна Тимофеева
    2 262
  • 6
    Роман Бевзенко
    1 388
  • 7
    Сергей Афонцев
    1 330
  • Новое

  • 3 662
  • 602
  • 2 262
  • 1 330
  • 1 388
  • 2 452
  • 12 277
  • 2 300