آشنایی با بانك پروتئین، جلسه سوم

مشاهده ساختار سه‌ بُعدی پروتئین با استفاده از نرم‌افزار Rasmol

پژوهش گران با استفاده از روش‌ های مختلفی از جمله پرتونگاری اشعه ایكس ساختار سه‌ بُعدی پروتئین‌ ها و دیگر مولكول‌ های زیستی را تعیین می ‌نمایند. تصویری كه آنها بدست می ‌آورند یك ساختار سه‌ بُعدی است كه در آن مختصات اتم ‌ها مشخص شده است. نرم افزارهای متعددی برای دیدن این تصاویر سه بعدی طراحی شده كه علاوه بر نمایش ساختار سه بعدی مولكول، امكانات مختلفی نظیر حركت ساختار درتمام جهات، ابزارهای مختلف ‌رنگ‌ آمیزی ساختار‌، نمایش فاصله و زوایای پیوندهای تشكیل شده بین اتم‌ های مختلف و نمایش پیوندها در ساختار مولكول و یا حتی بررسی تأثیر تغییر یك آمینو اسید را فراهم می ‌كنند.

در واقع این نرم‌افزارها جانشین لِگوهای (Lego ) پلاستیكی برای ساخت مدل مولكولی گلوله میله شده ‌اند كه علاوه بر امكان ساخت مجازی مدل گلوله و میله، ساخت مدل ‌های دیگری را نیز ممكن كرده‌اند. در حالتی مشابه لگوهای پلاستیکی هر اتم به صورت یک گوی رنگی نمایش داده می شود که قطر آن متناسب با شعاع اتمی عنصر مورد نظر است. همچنین در نرم افزار پیوندهای مختلف به شکل های متفاوتی رسم می گردند. در حالی که لگوهای پلاستیکی تنها قابلیت ایجاد پیوندهای کوالانسی بین دو اتم را ممکن می سازند. علاوه بر نمایش کل مولکول، امکان چرخش در سه بعد، تغییر ابعاد، نام گذاری اتم یا گروه ها، پیدا کردن خودکار یک اتم یا گروه خاص، قابلیت یافتن اتم ها در فاصله تعیین شده از اتم مورد نظر و غیره از دیگر امکاناتی است که نرم افزارهای مشاهده سه بعدی مولکول به کاربرد می دهد.

نرم افزار ‍Rasmol یك نرم‌افزار ساده و رایگان است و می‌توان با استفاده از آن ساختارهای سه‌بُعدی مولكول‌ها را مشاهده نمود. برای دانلود آخرین ویرایش این نرم‌افزار در جعبه جستجوی Google، عبارت "Rasmol download" را تایپ كرده و در اولین نتیجه ، لینك دانلود نرم‌افزار را پیدا كنید، در این مرحله توجه كنید كه سیستم (Operating System ) عامل خود را درست انتخاب نمایید.

- بعد از نصب نرم‌افزار Rasmol، با كلیك بر روی آیكون Raswin در صفحه كار (Windows ) سیستم عامل ویندوز (Desk top) (‌به‌صورت پیش‌فرض این نرم افزار بر روی Desktop یك آیكون میان‌بر با نام Raswin ایجاد می‌كند.) برنامه اجرا كنید.

2- فایل ساختار میوگلوبین با پسوند‌ .pdb را كه قبلا دانلود كرده‌اید را در محیط نرم‌افزار باز كنید.

- ساختار پروتئین به صورت پیش‌فرض به صورت قاب سیمی (Wireframe) نمایش داده می ‌شود، برای تغییر و انتخاب مدل ‌های دیگر از منوی Display و از گزینه‌های منوی Colours نیز برای تغییر رنگ استفاده كنید.

مراحل استفاده از نرم افزار برای مشاهده مدل سه بعدی ساختار پروتئین

4- با استفاده از گزینه‌ های منوی Setting می ‌توانید جزئیات مختلفی از ساختار پروتئین را بررسی كنید. به عنوان نمونه در مثال زیر پروتئین میوگلوبین به صورت ‍Cartoons و با رنگ آمیزی نوع Group نمایش داده شده است و با استفاده از ابزار pick distance از منوی Setting قطر تقریبی پروتئین تعیین شده است بعد از انتخاب pick distance نشانگر موس را در یك سمت پروتئین قرار داده و چپ كلیك كنید. سپس نشانگر موس را به نقطه مقابل پروتئین منتقل كرده و مجدداً كلیك كنید. در این زمان در فاصله دو نقطه، خط‌چین با رنگ سبز ایجاد می ‌شود كه در وسط آن طول خط (نمایان گر فاصله دو نقطه) به واحد آنگستروم درج شده است.

سؤالاتی كه بعد از انجام آزمایش می ‌توانید به آنها پاسخ گویید:

1- به‌نظر شما میوگلوبین چه موجوداتی شباهت بیشتری به هم دارند؟

2- چند درصد از ساختارهای بانك پروتئین، مربوط به پروتئین‌ها است؟

3- میوگلوبین از چه عناصر ساختاری نوع دوم تشكیل شده است؟

این پروژه را چگونه می‌ توان ادامه داد:

1- با چرخیدن در پایگاه بانك پروتئین امكانات دیگر آن را كشف كنید.

2- در آدرس زیر نیز ساختارهای متنوعی از مولكول ‌های مهم جمع ‌آوری شده است كه با انتخاب هر یك، اطلاعات كاملی از عملكرد و ساختار آن نمایش داده می ‌شود، البته برای دیدن ساختار در این پایگاه و پایگاه‌ های مشابه لازم است مرورگر اینترنت شما مجهز به برنامه Java باشد:

Atlas of Macromolecule:

http://bioinformatics.org/molvis/atlas/atlas.htm

3- چگونگی تا خوردن رشته پروتئینی و ایجاد یك ساختار مشخص از بین میلیون‌ ها ساختار ممكن، مسئله مهمی است كه زیست ‌شناسان ساختاری را علاقمند به تحقیق و پژوهش در این زمینه كرده است. برای آشنایی با این مسئله می ‌توانید بازی كامپیوتری"foldit" را امتحان كنید‌. بازیكن در هر مرحله از بازی، با بخشی از ساختار سه‌ بعدی پروتئینی مواجه است كه به درستی تا نخورده و هدف بازی اصلاح این بخش‌ های غلط براساس قوانین فیزیك و شیمیایی حاكم بر دنیای مولكول ‌ها است. و هر مرحله از بازی زمانی تمام می ‌شودكه تاخوردگی پروتئین اصلاح گردد.

به راحتی می ‌توانید نام این بازی را در موتورهای جستجوی اینترنت (‌نظیر Google)‌ تایپ كرده و لینك دانلود جدیدترین نسخه آن را پیدا كنید، این بازی را می ‌توانید به صورت آنلاین (On-Line) نیز انجام داده و در رقابتی جهانی برای فهمیدن راز ساختار پروتئین ‌ها شركت كنید.