Modelos 3D impresos de moléculas de proteína Bashny.Net

Así, la moda de la impresión 3D ha llegado a nuestro establecimiento modesto, orgullosamente llamada Laboratorio de Biología Molecular . Hace un par de semanas, talleres comprado 3D-impresora que inició un acalorado debate entre los científicos, los biólogos - lo nuevo puede ser útil. Fisiología, por ejemplo, ya se había reunido para imprimir algunas partes complejas para el nuevo mecanismo diseñado para probar todo tipo de respuestas de comportamiento en ratas. Tenemos cierta estructura de la proteína en tres dimensiones por análisis de rayos X (y, desde hace algún tiempo, crio-microscopía electrónica) y para nosotros beneficiamos de -impresión en 3D no es tan obvio. En consecuencia, porylis el Internet para ver lo que la gente en términos de estructuras de proteínas impresiones. El obzorchik resultante con bellas fotos y videos publicados modelos -. Bajo el corte

Breve sobre estructuras de proteínas h4> observada Como acertadamente hace más de cien años, camarada Friedrich Engels, "la vida tiene una forma de existencia de cuerpos de proteínas." Es decir, nuestro cuerpo está compuesto en gran parte de las proteínas y las proteínas cumplen funciones importantes en nuestro cuerpo - estructural (forma de la célula se mantiene en el citoesqueleto de las proteínas), motor (músculos se contraen a través del trabajo difícil de proteínas motoras), enzimática (por ejemplo, la comida se digiere a través de proteína enzimática ), el transporte (oxígeno desde los pulmones a los tejidos arrastra proteína hemoglobina), y así sucesivamente; En resumen, sin proteínas - en cualquier lugar.

En consecuencia, es muy interesante saber cómo funcionan las proteínas. Desde la perspectiva de un bioquímico, proteína - es un cuadro negro. Puede darle una sustancia diferente a la entrada y luego ver qué pasa en la salida (a qué velocidad, etc.). La determinación de la estructura tridimensional de una molécula de proteína en un sentido, esto abre la caja de negro, la estructura de la proteína - un diagrama de cómo el cuadro de negro está dispuesto en el interior. No siempre de la estructura no entiende inmediatamente cómo funciona la proteína, pero la estructura es, sin duda nos abre los ojos y nos permite planificar más experimentos.

Proteína - esta es una molécula muy grande (macromolécula). Desde un punto de vista químico, esto - un polímero lineal y una longitud de 70 a monómeros de ácido más de 1000 aminoácidos. Debido a los diferentes grupos laterales de aminoácidos larga molécula de proteína se pliega en un glóbulo compacto, para cada proteína caracterizada por su propio estilo. Se trata de una estructura colapsada de las proteínas, los científicos y definir. El método principal es el análisis de rayos X, que permite calcular las coordenadas de los átomos de la proteína mediante difracción de rayos X en un cristal de la proteína correspondiente. Haga científicos cristalógrafos actúa convención - cualquier estructura definitiva de la proteína debe ser establecido en el Protein Data Bank (PDB , Protein Data Banco ), en el que el número de estructuras que ya superó el 100 000. De acuerdo con ello, todas las estructuras están en el dominio público, que pueden descargar, ver, imprimir la impresora 3D, y así sucesivamente. Lea más acerca de las estructuras de la proteína que escribí Habré antes; en forma más ampliada acerca de la estructura se puede leer aquí .

Cabe señalar que la tarea de la cartografía de la estructura de la proteína no es tan simple. La proteína está compuesta por varios miles de átomos, que, a primera vista, parecen gachas espeluznante ("A" y "B" en la imagen). Para diferentes tareas utilizando distintos pantalla. Por ejemplo, si queremos entender cómo cumplir con la cadena principal de la proteína, entonces queremos mostrar la proteína en forma esquemática, que se enumeran sólo el curso de la cadena principal ("g" en la imagen) utilizando una notación especial - la espiral para indicar hélices alfa, flechas para designaciones beta hojas plisadas ("d", "e" en la imagen).

Si queremos ver la proteína como cuerpo tridimensional, que puede mostrar una proteína de superficie (entonces se hace similar a una patata); superficie se puede pintar con diferentes parámetros. El más útil - pintura por el potencial electrostático, entonces estará claro el área cargada
.
Si queremos entender cómo nuestra proteína de unión a fármacos de moléculas de sustrato o química, se muestra sólo una pequeña porción de la proteína -. El sitio activo de la enzima, un pequeño número de aminoácidos clave que interactúan directamente con el fármaco

estructura de proteínas Impreso h4> para comenzar con -. Un par de vídeos de entretenimiento

Aquí está una demostración muy clara de la cantidad de proteína moléculas actina recoge en las llamadas "filamentos de actina", que constituyen el citoesqueleto, que apoya la forma de nuestra células, los músculos además de que también funciona. Las moléculas individuales de actina impresas en la impresora 3D, la superficie es de color por el potencial electrostático.


Aquí hay algo abruptamente: molécula гемоглобина, transporta el oxígeno en el cuerpo (concentrado de glóbulos rojos a la proteína). La hemoglobina se compone de cuatro subunidades (moléculas de proteínas individuales), además de una pequeña molécula se une al grupo hemo de la hemoglobina átomo de hierro de la portadora, y que se une al oxígeno. En la fabricación de este modelo es utilizar más compleja desde entonces. proceso y la superficie exterior transparente resultante refleja la superficie real de la molécula de proteína, y en el interior una capa transparente exterior, visible de color hélice alfa, y otros elementos de la estructura secundaria, mostrando claramente el progreso de la cadena principal de la proteína. El vídeo muestra el conjunto de la totalidad de las cuatro subunidades de subunidades de la hemoglobina están montados en los imanes. Al final se empuje en su lugar pequeña molécula hemo.


Aquí está otro video del mismo modelo, aquí se ve mejor en la estructura secundaria y muestra cómo el modelo en la reducción del agua le permite ver la estructura secundaria más contraste. Otra diferencia - en este modelo, la capa externa de la proteína no es sólo transparente, como en la última versión, y potencial electrostático además, ligeramente teñido:


Estos vídeos han sido tomados de la proteína 3D-impresión canal entusiasta japonés Masaru Kawakami, más vídeos con diferente patrón impreso de la proteína se puede encontrar aquí:
http://www.youtube.com/channel/UCsrgChR36VUMVy8GejyuD0Q/videos

Por supuesto, los hombres de negocios inteligentes no podían recoger la idea y la producción de belleza molecular ha puesto en marcha, como la estructura cognitiva del ya se puede comprar .

Una vez más, si usted quiere imprimir su proteína, que no compra necesariamente la impresora 3D. ¿Ya tiene un número suficiente de empresas que venden como preseleccionadas (por ejemplo, el modelo tridimensional del ADN) y lleva a cabo la impresión de cualquier proteína a fin. Por ejemplo, 3D Molecular Designs .

A una pregunta sobre el negocio: además de la impresión en 3D, ha sido durante mucho tiempo un imprimir estructura tridimensional de su proteína favorita en cristales transparentes . La idea es muy de la demanda por los biólogos estructurales, por ejemplo, similar a la del jefe de cristal dio uno de mi amigo después de que ella identificó su primera estructura de la proteína. El valor científico de un cristal tal tiende a cero, pero se ve muy hermosa y estéticamente agradable.

Si alguien piensa que se trata de todos los chistes y travesuras - no en todos. La gravedad de la situación, el recientemente lanzado repositorio modelos listos para 3D de la EE.UU. NIH - Institutos Nacionales de Salud, en colaboración con la Biblioteca Nacional de Medicina (este más grave estructura perteneciente al Departamento de Salud de los Estados Unidos). Además de las estructuras de alto valor proteico (cristalografía de rayos X) y baja resolución (crio-microscopía electrónica), y son visibles en el modelo de repositorio soporta bajo los tubos de ensayo de laboratorio y otros artículos pequeños. Se crea el repositorio, como yo lo entiendo, con el fin de mejorar los modelos de comunicación interna en el NIH. Ahora 452 modelo.

Cómo imprimir la estructura de una proteína h4> Si se inspiran en la citada fotos y tener acceso a la impresora 3D, la impresión en sí es bastante fácil de estructura de proteínas. En Internet hay una gran cantidad de instrucciones paso a paso, aquí están los dos más inteligente y detallado:
http://www.instructables.com/id/3D-Print-a-Protein-Modeling-a-Molecular-Machine/?ALLSTEPS
http://www.over-engineered.com/projects/3d-printed-protein

En pocas palabras, primero debe instalar uno de los programas para el отображения estructuras de proteínas . Entonces - para encontrar la estructura que se desea imprimir. Todas las estructuras están en Protein Data Bank , hay una búsqueda por palabra clave. Además de buscar, tienen un maravilloso proyecto «Molécula del Mes» - que elegir una determinada proteína y explicar en detalle acerca de su estructura y función a un público más amplio de los no profesionales. Página de inicio del proyecto es de enormes proporciones debido a la abundancia de nombres oscuros de proteínas, pero si usted comienza a hacer clic en los enlaces que hay bellas imágenes y descripciones claras de trabajo y la estructura de una proteína. Espero que esta información le ayudará a elegir la liberación de proteínas.

Después de cargar la estructura (en el Protein Data Bank tiene un maravilloso «Descargar archivos» un botón) y su presentación en el programa apropiado, usted debe elegir la forma en que desea imprimir molécula. Se invita a las instrucciones de arriba para mostrar la proteína en forma de superficie, pintado por el potencial electrostático, la exportación de la superficie, la convierten en un formato para impresión y - ¡voilá! De manera similar a la impresión de papa modelo tridimensional de la proteína es muy fácil.

Sin embargo, sería interesante para imprimir, por ejemplo, un mapa esquemático de la cadena principal de la proteína, algo como esto (en este caso, por lo que yo puedo ver, un complejo de proteínas y ADN):

Lo único que tal estructura del esqueleto de la proteína puede ser frágil. Para esta impresión recomendar a utilizar el programa para visualizar estructuras de proteínas Quimera , ya que es capaz de exportar directamente .stl-files, entiende más 3D-impresoras. En consecuencia, cualquier tipo elegido de la molécula en el Chimera exporta de forma segura y se puede imprimir, incluida la representación del esqueleto. He aquí un vídeo de presentación rápida, explica un poco este proceso:

Conclusión (o lo que para acordeón de cabra) h4> Como acabamos de ver, la gente activamente impresiones de estructura de proteínas. Abrir pregunta sigue siendo: ¿por qué lo hacen? Hasta ahora la única respuesta - en la educación, la demostración, con fines de formación. Las proteínas - los complejos objetos tridimensionales y la capacidad de mantener una "molécula" en la mano, por supuesto, contribuye a la comprensión de cómo funciona la proteína internamente. Además, muchas proteínas sólo visualmente hermosa. Imprimir la estructura del esqueleto de una proteína puede ser bastante serio desafío técnico, y luego - una impresionante demostración de las capacidades 3D de impresión. Así que si usted tiene una impresora 3D, el tiempo libre y el entusiasmo ... usted sabe qué hacer!

Esta hermosa - рибосома.

Fuente: habrahabr.ru/post/238451/