head-wadbangkra-min2
วันที่ 30 มิถุนายน 2022 5:23 AM
ยินดีต้อนรับเข้าสู่เว็บไซต์ โรงเรียนวัดบางกระ
โรงเรียนวัดบางกระ
หน้าหลัก » นานาสาระ » โปรตีน ความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์เปิดการเข้าถึงโครงสร้างโปรตีน

โปรตีน ความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์เปิดการเข้าถึงโครงสร้างโปรตีน

อัพเดทวันที่ 5 กุมภาพันธ์ 2022

โปรตีน ในการปราศรัยรางวัลโนเบลปี 1972 คริสเตียน แอนฟินเซน นักชีวเคมีชาวอเมริกัน ได้สรุปวิสัยทัศน์ของเขาไว้ว่า วันหนึ่งเขากล่าวว่ามีความเป็นไปได้ที่จะทำนายโครงสร้าง 3 มิติของโปรตีนใดๆ ก็ตามได้ง่ายๆ จากลำดับของการสร้างกรดอะมิโน ด้วยโปรตีนเพียงไม่กี่แสนในร่างกายมนุษย์ ความก้าวหน้าดังกล่าวสามารถนำมาใช้กันอย่างแพร่หลาย โดยให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับพื้นฐานของชีววิทยา และการค้นพบทิศทางของยาที่มีแนวโน้มใหม่ เกือบ 50 ปีต่อมา

นักวิจัยได้แสดงให้เห็นว่าซอฟต์แวร์ ที่ขับเคลื่อนด้วย AI สามารถสร้างโครงสร้างโปรตีนที่แม่นยำได้หลายพันแบบ ความสำเร็จที่ทำให้ความฝันของอันฟินเซ่น เป็นจริงและเป็นเครื่องหมายแห่งความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์แห่งปี กาลครั้งหนึ่งโครงสร้างโปรตีนสามารถกำหนดได้ โดยใช้การทดสอบในห้องปฏิบัติการ ที่เพียรพยายามเท่านั้น แต่ตอนนี้สามารถคำนวณได้อย่างรวดเร็ว สำหรับโปรตีนนับหมื่นและสำหรับสารเชิงซ้อน ที่มีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน

โปรตีน

ซึ่งนี่เป็นตัวเปลี่ยนเกมสำหรับชีววิทยาโครงสร้าง เกตาโน่ มอนเต ลิโอเน่ นักชีววิทยาโครงสร้างที่สถาบันสารพัดช่างเรนส์เซเลอร์กล่าว เดวิด เบเกอร์ นักชีวเคมีคอมพิวเตอร์แห่งมหาวิทยาลัยวอชิงตันในซีแอตเทิล ซึ่งเป็นผู้นำโครงการทำนายผลรายหนึ่ง กล่าวเสริมว่าด้วยโครงสร้างที่พร้อมใช้งานมากมาย พื้นที่ทั้งหมดของชีววิทยาเชิงคำนวณ และโมเลกุลจะเปลี่ยนไป โปรตีนเป็นตัวขับเคลื่อนของชีววิทยา พวกมันหดตัวของกล้ามเนื้อ

แปลงอาหารเป็นพลังงานระดับเซลล์ ส่งออกซิเจนไปยังกระแสเลือดของเราและต่อสู้กับเชื้อโรค อย่างไรก็ตาม แม้จะมีความสามารถต่างกัน โปรตีนทั้งหมด ก็มีรูปแบบพื้นฐานเหมือนกันนั่นคือ สายโซ่เชิงเส้นของกรดอะมิโน 20 ชนิดที่เชื่อมโยงกันในลำดับที่เข้ารหัสใน DNA ของเรา เมื่อประกอบเข้าด้วยกันในโรงงานเซลล์ที่เรียกว่าไรโบโซม เส้นใยแต่ละเส้นจะพับเป็นรูปทรงสามมิติ ที่มีความซับซ้อนอย่างวิจิตรงดงาม

รูปร่างเหล่านี้กำหนดว่าโปรตีน มีปฏิสัมพันธ์กับโมเลกุลอื่นอย่างไร และกำหนดบทบาทของพวกมันในเซลล์ งานของอันฟินเซ่นและคนอื่นๆ แสดงให้เห็นว่าปฏิสัมพันธ์ระหว่างกรดอะมิโน ทำให้โปรตีนอยู่ในรูปแบบสุดท้าย แต่เมื่อพิจารณาถึงปฏิสัมพันธ์ที่เป็นไปได้จำนวนมากระหว่าง แต่ละลิงก์ในห่วงโซ่และลิงก์อื่นๆ ทั้งหมด โปรตีนแม้แต่ชิ้นเล็กๆ ก็สามารถมีรูปแบบที่เป็นไปได้มากมาย ทางดาราศาสตร์ ในปี 1969 นักชีววิทยาระดับโมเลกุลชาวอเมริกัน

ไซรัส เลวินทัลคำนวณว่าต้องใช้สายโซ่โปรตีนที่ยาวกว่าอายุของเอกภพ เพื่อผ่านพวกมันไปทีละตัว แม้กระทั่งในจังหวะที่หยุดชะงัก แต่โดยธรรมชาติแล้วโปรตีนแต่ละชนิดจะพับเก็บไว้เป็นรูปร่างที่โดดเด่น เพียงรูปร่างเดียวอย่างแน่นหนา และโดยปกติแล้วจะเป็นเช่นนั้นในชั่วพริบตา ในปี 1950 นักวิจัยเริ่มทำแผนที่โครงสร้างสามมิติของโปรตีน โดยการวิเคราะห์ว่ารังสีเอกซ์กระดอนอะตอมของโมเลกุลอย่างไร เทคนิคนี้เรียกว่าผลึกเอกซเรย์ ในไม่ช้าก็กลายเป็นแนวทางชั้นนำ

คลังข้อมูลส่วนกลางคือ ธนาคารข้อมูล โปรตีน มีโครงสร้างที่แก้ไขโดยการทดลองประมาณ 185,000 โครงสร้าง แต่โครงสร้างการทำแผนที่อาจใช้เวลาหลายปี และต้องใช้เงินหลายแสนดอลลาร์ต่อโปรตีน เพื่อเร่งกระบวนการนี้ ในปี 1970 นักวิทยาศาสตร์เริ่มสร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์ เพื่อทำนายว่าโปรตีนที่กำหนดจะพับได้อย่างไร ในตอนแรกเป็นไปได้เฉพาะสำหรับโปรตีนขนาดเล็ก หรือโปรตีนที่ใหญ่กว่ากลุ่มสั้นๆ แต่ในปี 1994 แบบจำลองคอมพิวเตอร์มีความซับซ้อน

ซึ่งจะกระตุ้นการแข่งขัน การประเมินที่สำคัญของการทำนายโครงสร้างโปรตีน CASP ทุก 2 ปี ผู้จัดงานได้จัดเตรียมลำดับกรดอะมิโนของโปรตีนหลาย 10 ชนิดให้กับผู้สร้างแบบจำลอง ในตอนท้ายของงาน ผลลัพธ์การจำลองจะถูกเปรียบเทียบกับข้อมูลการทดลองล่าสุด เกี่ยวกับผลึกศาสตร์เอกซเรย์และเทคนิคล่าสุด เช่น นิวเคลียสเรโซแนนซ์เรโซแนนซ์สเปกโทรสโกปี และกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบเย็น ไครโอ EM

ค่าประมาณที่สูงกว่า 90 ถือว่าเทียบเท่ากับโครงสร้าง ที่แก้ปัญหาโดยการทดลอง ผลลัพธ์เริ่มต้นนั้นค่อนข้างเรียบง่าย โดยมีค่ามัธยฐานต่ำกว่า 60 แต่เมื่อเวลาผ่านไป ผู้สร้างโมเดลได้เรียนรู้เทคนิค เพื่อปรับปรุงการคำนวณของพวกเขา ตัวอย่างเช่น บริเวณของกรดอะมิโนที่พบได้ทั่วไป ในโปรตีนสองชนิดมักจะพับในลักษณะเดียวกัน ถ้าโปรตีนที่มีโครงสร้างที่ไม่รู้จักใช้ร่วมกัน เช่น 50 เปอร์เซ็นต์ของลำดับกรดอะมิโนกับโปรตีน

ซึ่งมีโครงสร้างที่รู้จักโปรตีนชนิดหลัง สามารถใช้เป็นแม่แบบ สำหรับการสร้างแบบจำลองคอมพิวเตอร์ได้ การค้นพบที่สำคัญอีกประการหนึ่งเกิดขึ้น จากกระบวนการวิวัฒนาการ นักวิจัยตระหนักว่าหากกรดอะมิโนตัวใดตัวหนึ่ง เปลี่ยนแปลงในโปรตีนที่เป็นของสิ่งมีชีวิตที่เกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิด เช่น ชิมแปนซีและมนุษย์ กรดอะมิโนที่อยู่ใกล้เคียงในโมเลกุล ที่ถูกพับก็จะต้องเปลี่ยนด้วย เพื่อรักษารูปแบบและหน้าที่ของโปรตีน ซึ่งหมายความว่านักวิจัย สามารถจำกัดรูปร่างของโปรตีน

จากนั้นทำให้แคบลงโดยมองหากรดอะมิโน ที่วิวัฒนาการร่วมกัน แม้ว่าพวกมันจะอยู่ห่างกันในสายโซ่ที่กางออก แต่ก็น่าจะเป็นเพื่อนบ้านกันในโครงสร้าง 3 มิติขั้นสุดท้าย เราไม่เคยคิดว่าจะได้เห็นสิ่งนี้ในชีวิตของเรา มหาวิทยาลัยจอห์นมอลต์แห่งแมริแลนด์ เชดี้ โกรฟ ภายในปี 2018 วิธีการจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ แทบไม่เปลี่ยนแปลงตั้งแต่กลางทศวรรษ 1970 จากนั้นอัลฟ่าโฟลด์ซึ่งเป็นโปรแกรมที่ขับเคลื่อนด้วย AI ที่พัฒนาโดยดีปมายด์ก็มาถึง

ซึ่งได้รับการฝึกอบรมเกี่ยวกับฐานข้อมูล โดยใช้เทมเพลตสำเร็จรูป ในการแสดงนิทรรศการครั้งแรกของเธอ คะแนนเฉลี่ยของเธออยู่ที่เกือบ 80 คะแนน ชนะ 43 จาก 90 แมทช์เมื่อเทียบกับอัลกอริทึมอื่นๆ ในปี 2020 ตัวต่อจาก AlphaFold2 นั้นเจ๋งกว่าเดิม ด้วยเครือข่ายโปรเซสเซอร์ที่ปรับให้เหมาะกับ การเรียนรู้ด้วยเครื่อง 182 ตัว AlphaFold2 ได้คะแนนเฉลี่ย 92.4 เทียบเท่ากับวิธีทดลอง

 

บทความอื่นที่น่าสนใจ :  Food อธิบายเกี่ยวกับเด็กๆ อาจได้รับฮอร์โมนเอสโตรเจนจากสิ่งแวดล้อม

นานาสาระ ล่าสุด
โรงเรียนวัดบางกระ
โรงเรียนวัดบางกระ
โรงเรียนวัดบางกระ
โรงเรียนวัดบางกระ