آشنایی با بانك پروتئین، جلسه اول

آشنایی با ساختار سوم پروتئین

مقدمه

در بانك پروتئین (Protein data bank ) بیش از نود و پنج هزار ساختار مولكولی تا به الان (سال 2015 ) ثبت شده است و این تعداد به سرعت در حال افزایش است. از سال 2005 به طور متوسط سالانه 5000 ساختار جدید به این بانك اضافه شده است. پس از اتمام پروژه ژنوم (Human genome project )، این‌گونه تصور می ‌شد كه با شناسایی كل توالی ژنتیكی انسان بسیاری از سوالات پاسخ داده و علت بسیاری از بیماری ‌ها مشخص خواهد شد‌. اما بعد از اتمام آن معلوم شد كه دانسته ‌ها از ندانسته‌ ها بیشتر است. یكی از مهم ترین ندانسته‌ ها ساختار پروتئین ‌هایی (Protein 3D structure) است كه اكثر كارهای سلول ‌ها را انجام می ‌دهند و اگر عیبی پیدا كنند در موارد بسیاری سبب ایجاد بیماری خواهند شد. یكی از تلاش ‌های جهانی تعیین ساختار تمام پروتئین‌ های ژنوم انسان (به‌خصوص پروتئین ‌هایی كه در بیماری ‌ها نقش دارند) و پروتئین‌ های مهم از موجودات دیگر است. تا به امروز پروتئین ‌های بسیاری تعیین ساختار شده‌اند كه اطلاعات آنها به‌ همراه ساختار مولكول‌ های زیستی دیگری نظیر اسیدهای نوكلئیك در بانك پروتئین ثبت شده است. با انجام این پروژه با بانك پروتئین بیشتر آشنا می‌ شوید.

پروتئین ‌ها، مولكول‌ هایی هستند كه در تمام فعالیت ‌های بدن نقش دارند و از این رو در بدن هر یك از ما چندین هزار نوع پروتئین وجود دارد. پروتئین ‌ها از زیر واحدهای (Monomer) كوچكی به نام آمینو‌اسید تشكیل شده‌اند كه هر یك ویژگی شیمیایی و شكل متفاوتی دارد. تمام پروتئین‌ ها از 20 نوع آمینواسید (Amino acid) تشكیل شده ‌اند. به‌طور متوسط 50 تا 2000 آمینو اسید از سر به دم دنبال هم ردیف می ‌شوند و یك زنجیره پروتئینی (Polypeptide) را ایجاد می ‌كنند. به این زنجیره ساختار اول (Primary structure ) پروتئین گفته می ‌شود. ترتیب و تعداد آمینواسیدها برای هر پروتئین ثابت است و اطلاعات آن در ژنوم موجودات قرار دارد.

زنجیره پروتئینی راست و مستقیم نمی ‌ماند و پیچ و تاب‌ هایی خورده و ساختار سه‌ بُعدی ویژه‌ای را ایجاد می ‌كند. فرآیند تاخوردن پروتئین به محض ساخته شدن زنجیره پروتئینی آغاز و در زمانی كمتر از یك ثانیه انجام می ‌شود. تا خوردن پروتئین ‌ها تصادفی نیست و بخش‌های كوچك پروتئین‌ ها ساختارهای مشخصی ایجاد می ‌كنند. اگر رشته پروتئینی به صورت راستگرد پیچ بخورد (‌ساختاری شبیه سیم تلفن‌)‌ ساختارهایی به نام مارپیچ آلفا (Alpha helix ) ایجاد می ‌كند و اگر نوارهای پهنی تشكیل دهد، ساختاری به نام صفحه بتا (Beta sheet ) ایجاد می ‌شود. در ساختار سه‌ بعدی پروتئین چنین بخش ‌هایی كاملاً مشخص است. بعضی از پروتئین ‌ها فقط از مارپیچ‌ های آلفا، بعضی دیگر از صفحات بتا و بعضی از پروتئین ‌ها به صورت مخلوط از این دو ساختار تشكیل شده‌اند. به این بخش‌ های مشخص كه در تمام ساختارهای پروتئینی قابل تشخیص هستند، عناصر ساختار دوم (Second structure ) (‌در مقابل ساختار سوم (Third structure ) ) ‌گفته می ‌شود.

مطالعه ساختار پروتئین ‌ها در مورد چگونگی عملكرد پروتئین ‌ها اطلاعات خوبی در زمینه ‌های مختلفی نظیر شناخت عملكرد آنزیم‌ ها (Enzyme )، بررسی علت بسیاری از بیمار‌ی ‌ها و غیره به ما می ‌دهد. از روش ‌های مختلفی برای شناسایی ساختار پروتئین (و دیگر مولكول ‌های مهم زیستی نظیر اسیدهای نوكلئیك) استفاده می‌ شود. نتیجه یك بررسی مطالعه ساختار، مختصات تك تك اتم‌های یك پروتئین است كه در زیر هم نوشته شده و با استفاده از نرم‌افزارهای نشان‌دهنده ساختار، شكل سه ‌بُعدی پروتئین نمایش داده می ‌شود.