پروتئین ها
پروتئین ها شگفتانگیزترین ماشین های دنیا هستند که می توان کارهای متفاوتی با آن ها انجام داد. پروتئینها هستند که تمام عملکردهای مهم در بدن ما را انجام میدهند. مثلا پروتئینها به هضم غذا کمک کرده و باعث انقباض عضلات میشوند، نورونها را تحریک میکنندو به سیستم ایمنی قدرت عمل می دهند. تقریبا هر چیزی که در دنیای زیستی اتفاق میافتد به خاطر پروتئینها است.
پروتئینها زنجیرههایی متشکل از آمینو اسیدها هستند. طبیعت در کل از ۲۰ آمینو اسید برای ساختن تمام پروتئین ها استفاده میکند، که شاید شما نام برخی از این آمینواسیدها را شنیده باشید.
نیروهای شیمیایی بین آمینو اسیدها هستند که باعث میشود یک مولکول پروتئین به ساختار سه بعدی ویژه و منحصر به فردی تبدیل شود. فرآیند تاخوردگی بسیار دقیق است. با این وجود بسیار ساده به نظر میرسد. هر پروتئین در هر لحظه میتواند به شکل خاص خود را بگیرد، این پروسه ی تاخوردگی، تنها کسری از یک ثانیه بطول می انجامد. این شکلِ پروتئینهاست که باعث می شود هر پروتئین عملکردِ بیولوژیکی منحصر به خود را داشته باشد. مثلا، هموگلوبین به خاطر شکلی که دارد میتواند در ریه ها به مولکول اکسیژن متصل شود. وقتی مولکول هموگلوبین به سمتِ سلول های ماهیچه حرکت میکند، ساختار آن دچار تغییر اندکی می شود که این تغییر موب رها شدن اکسیژن و ورودآن به بافت ماهیچه ای می شود.
بنابر این می توان گفت که عملکرد هر پروتئین به شکل و ساختار آن بستگی دارد و این شکل و ساختار بر مبنای توالی اسیدهای آمینه ی آن تعیین و ایجاد می گردد. حالا سوال این است که این توالی و ترتیب اسیدهای آمینه از کجا تعیین می شود؟ پاسخ آن است که ژنهای هر فرد توالی این اسیدهای آمینه را مشخص می کنند. ژنهای موجود در ژنوم ، توالی آمینو اسیدهایِ پروتئینها را مشخص میکنند. هر ژن توالی آمینو اسیدِ یک پروتئینِ منحصربهفرد و خاص را کد میکند. اگر تغییری در ساختارژن ها رخ دهد ساختار و شکل فضایی پروتئین تغییر می کند. اشکال مختلفی وجود دارد که یک پروتئین میتواند به خود بگیرد. به همین دلیل انسانها توانستهاند که با ایجاد تغییرات بسیار کوچک در توالی مولکولهای آمینو اسیدها پروتئین های متفاوتی ایجاد کنند.
چندین سال است که برای کشف اصول بنیادین تاشدگی پروتئین و رمزگذاری آن از برنامه های کامپیوتری استفاده می شود. در سالهای اخیر هم پیشرفتهای زیادی ایجاد شده است. در حال حاضر میتوانیم به طور کامل پروتئین های جدید را با کامپیوتر طراحی کنیم. هنگامی که پروتئین جدید را طراحی کردیم، توالی آمینو اسیدش را در ژن ترکیبی کدگذاری کردیم. ما باید توالی ژنی آن را پیش بینی کنیم زیرا از آنجایی که پروتئین کاملا جدید است، هیچ ژنی در هیچ ارگانیسمی که هماکنون روی زمین وجود دارد نیست که آن را کدگذاری کند.
پیشرفت های به دست آمده در زمینه ی درک تا خوردگی پروتئین ویا چگونگی طراحی کامپیوتری پروتئین به همراه کمتر شدن هزینه سنتز ژن موجب شده تا دهها هزار پروتئین جدید، با شکلهای تازه و عملکردهای نو، با کمک نرم افزار های کامپیوتری طراحی شود. وقتی که ژنهای مصنوعی را وارد ژنوم باکتری کنیم، این پروتئینهای جدید را خواهند ساخت. سپس پروتئینها را از باکتری استخراج کرده و بررسی میشود که آیا عملکرد آن ها مطابق با آنچه پیش بینی شده است می باشد یا خیر و اینکه این پروتئین ها برای میزبان خود امن و بی خطر باشند.