1798
3D друк моделі молекул білків
Таким чином, мода для 3D-друку досягла нашого хмелю, гордо називається Лабораторія молекулярної біології. Кілька тижнів тому в майстер-класах придбали 3D-принтер, який запалив дискусію серед біологів про те, як було корисно нове. Фізіологи, наприклад, роздруковують деякі складні деталі для нового механізму, призначеного для тестування поведінкових відповідей у щурів. Ми займаємося визначенням об’ємної структури білка на рентгенівському структурному аналізі (і, більш недавно, кріоелектронної мікроскопії), а для нас переваг 3D-друку не так очевидні. Відповідно, ми порушили Інтернет для розуміння того, що люди з точки зору білкових структур друкуються. Отриманий рецензент з красивими фотографіями та відео друкованих моделей - під кат.
Як Comrade Фрідріх «Життя є режимом існування білкових тіл». Тобто, наші тіла значно виготовляються з білків і білків, які виконують найважливіші функції в нашому організмі - структурна (форма клітин зберігається на цитоскелетоні білка), мотор (підряд мідії через збивну роботу моторних білків), ферментативна (справа, їжа перетравлюється завдяки білковим ферментам), транспорт (кисень від легенів до тканин перетягне гемоглобінову білок) і так далі; в короткі, без білка - ніде.
Цікаво, як працюють білки. З точки зору біохіміка, протеїн такий чорний ящик. Ви можете надати їй різні речовини при вході, а потім подивитися, що відбувається на виході (на якій швидкості і т.д.). Тривимірна структура молекули білка, в розумінні, відкриває цю чорну коробку, структура білка є діаграмою того, як вбудована чорна коробка. Не завжди легко зрозуміти, як працює білок з структури, але структура, безумовно, відкриває очі і дозволяє нам планувати подальші експерименти.
Білок дуже велика молекула (макролекул). З хімічної точки зору, це лінійний полімер, від 70 до більш ніж 1000 мономер-амінокислот. У зв'язку з різними боковими групами амінокислот, довга молекула білка складається у компактній жовчці, кожен білок має власну складку. Це структура складеного білка, який визначає вчені. Провідним методом є рентгенівський структурний аналіз, що дозволяє розрахувати координати білкових атомів шляхом дифракції рентгенівського випромінювання на кристалі відповідного білка. Вчені Кристаллоскопа мають конвенцію, що будь-яка специфічна структура білка повинна бути відкладена в Білковому банку даних (PDB), в якому кількість структур вже перевищило 100 000. Відповідно, всі конструкції загальнодоступні, їх можна завантажити, переглянути, 3D друкувати і так далі. Я написав більше про білкові структури на Habre раніше, ви можете дізнатися більше про структури тут.
Слід зазначити, що завдання мапінгу структури білка не так просто. Білок складається з декількох тисяч атомів, які, на перший погляд, здавалося б, каша ярої ( "а" і "с" на малюнку). Для різних завдань використовуються різні дисплеї. Наприклад, якщо ми хочемо зрозуміти, як покладено основну ланцюжку білка, ми хочемо відобразити білки в schematic формі, де буде зазначено лише курс основного ланцюжка ("г" на малюнку) за допомогою спеціальних нотацій - спіралі для альфа-спіралі, стріли для бета складених аркушів ("d", "e" на малюнку).
Якщо ми хочемо бачити білок як об'ємний організм, ми можемо на карті поверхні білка (то він стає схожою на картопля); поверхня може бути пофарбована за допомогою різних параметрів. Найкориснішим є забарвлення електростатичного потенціалу, після чого нараховані ділянки відразу будуть видимі.
Якщо ми хочемо зрозуміти, як молекула препарату або хімічна субстратність зв'язується до нашого білка, то ми тільки відображаємо невелику частину білка — активний центр ферменту, невелику кількість ключових амінокислот, які взаємодіють безпосередньо з препаратом.
Друковані білкові конструкції По-перше, кілька розважальних відео.
Ось дуже графічна демонстрація того, як багато молекул протеїну, зібрані в так звані «активні нитки», які формують цитоскелетон, на якому працює ціла форма наших клітин, плюс у м'язах. Организационно-правовая форма Товариство з обмеженою вiдповiдальнiстю
Ось щось охолоджувач: молекула гемоглобіну, яка несе кисень в нашому організмі (еритроцити набиваються цим білком). Гемоглобін складається з чотирьох піднітів (індивідуальні молекули білка), а також невеликої молекули гемоглобіну, що носить залізо атом, зв'язується з гемоглобіном, що зв'язує киснем. При виготовленні цієї моделі використовується більш складний технічний процес, а в результаті прозора поверхня зовнішньої поверхні відображає реальну поверхню молекули білка, а всередині, під прозорим зовнішнім шаром, різнокольоровими альфа-спіралями та іншими елементами вторинної структури видно, чітко показано перебіг основного ланцюга білка. Відео показує збірку цілого гемоглобіну чотирьох піднітів, підніци прикріплюються до магнітів. На самому кінці в місці застрягається невелика молекула гема.
Ось ще один відео тієї ж моделі, яка показує вторинну структуру краще, і показує, як знизити модель в воду дозволяє побачити більш контрастну структуру. Ще одна відмінність полягає в тому, що в цій моделі зовнішній шар білка не тільки прозорий, так як в попередній версії, але і злегка тонований електростатичним потенціалом:
Ці відео приймаються з каналу японського білка 3D-принтера Kawakami Masaru, більш відео з різними друкованими білками конструкції можна знайти тут:
http://www.youtube.com/канал/UCsrgChR36VUMVy8GejyuD0Q/відео
Зрозуміло, не вдалося підібрати ідею і виробництво молекулярної краси вже поставлено на потік: такі когнітивні структури білка вже можна купити.
Знову, якщо ви хочете друкувати свій білок, вам не доведеться купувати принтер 3D. До замовлення вже достатньо компаній, які продають як готові комплекти (наприклад, тривимірні моделі ДНК) та друк будь-якого білка. Наприклад, 3D молекулярні конструкції.
На додаток до 3D-друку, компаніям, які готові друкувати тривимірну структуру вашого улюбленого білка в прозорому кристалі. Ідея досить популярна з структурними біологами: наприклад, схожий кристал був представлений шефом другу шахти після того, як вона визначила першу структуру білка в її житті. Наукове значення такого кристала, як правило, до нуля, але виглядає дуже красиво і естетично.
Якщо хтось вважає, що це всі жарти і помпа - не на всіх. Серйозність ситуації показана нещодавно започаткованою репозиторією готових 3D моделей з Американської НІХ – Національними інститутами охорони здоров’я у співпраці з Національною бібліотекою медицини (це найбільш серйозна структура, що входить до складу відділу охорони здоров’я США). На додаток до структур високопроменевих білків (X-ray crystallography) та низьких дозволів (cryo-електронна мікроскопія), моделі тест-тубусів та інших лабораторних деталей також видно в репозиторію. Репозиторій призначений для покращення внутрішнього обміну моделями при НІХ. В даний час є моделі 452.
Якщо ви надихнула над фотографіями і мають доступ до принтера 3D, досить легко друкувати структуру самого білка. В Інтернеті є багато покрокових інструкцій, тут є два найбільш чутливі і деталі:
http://www.instructables.com/id/3D-Print-a-Protein-Modeling-a-Molecular-Machine/? СКЛАД
http://www.over-engineered.com/projects/3d-printed-protein
Коротко необхідно встановити одну з програм для відображення білкових структур. Потім знайдіть структуру для друку. Всі структури розташовані в Білковому дата-Банку, є пошук ключових слів. На додаток до пошуку, вони мають чудовий проект, який називається Molecule of the Moon – вони обирають білок і розповідають докладно про його структуру і функцію для широкої аудиторії льодян. Основна сторінка проекту виглядає лякаючи через велику кількість неперевершених імен білків, але якщо ви починаєте натискання на посилання, будуть красиві фотографії і чіткі описи роботи і структури білка. На жаль, ця інформація допоможе вибрати білок для друку.
Після завантаження структури (в Білковому дата-банку є чудова кнопка «Завантажити файли») і відображення її в відповідній програмі, необхідно вибрати в якій формі, яку потрібно роздрукувати молекулу. У наведеній вище інструкції пропонується відображення білка у вигляді поверхні, пофарбованої електростатичним потенціалом, вивозити поверхню, перетворювати її в формат друку і - voila! Як картопля, об'ємна модель білка дуже легко друкується.
Тим не менш, буде цікаво друкувати і, скажуть, що схема картування головного білкового ланцюжка, щось схоже на це (до того, як я можу побачити, білковий і ДНК-комплекс):
Тільки така скелетна структура білка може бути крихким. Для такого друку рекомендується використовувати програму для відображення структур білку Чимера, оскільки він може безпосередньо експортувати файли .stl, які розуміють більшість принтерів 3D. Відповідно, будь-який тип молекул, який ви обираєте в Чимері, безпечно експортується і може бути надрукований, включаючи скелетне представлення. Ось короткий відео-презентація, що пояснює процес:
Як бачимо, люди активно друкують білкові конструкції. Питання залишається: чому вони роблять це? Поки єдина відповідь для освітніх, демонстраційних, освітніх цілей. Білки – це комплексні об’єкти, що об’єднуються з такими «молекулами» в руці, безумовно, сприяє розумінню, як працює білок і працює. Плюс, багато ковдр просто візуально красиво. Друк скелетної структури білка може бути досить технічним завданням, а потім вражаючою демонстрацією можливостей 3D-друку. Отже, якщо у вас є 3D принтер, вільний час і ентузіазм... Ви знаєте, що робити!
Ця краса є ribosome.
Джерело: habrahabr.ru/post/238451/
Як Comrade Фрідріх «Життя є режимом існування білкових тіл». Тобто, наші тіла значно виготовляються з білків і білків, які виконують найважливіші функції в нашому організмі - структурна (форма клітин зберігається на цитоскелетоні білка), мотор (підряд мідії через збивну роботу моторних білків), ферментативна (справа, їжа перетравлюється завдяки білковим ферментам), транспорт (кисень від легенів до тканин перетягне гемоглобінову білок) і так далі; в короткі, без білка - ніде.
Цікаво, як працюють білки. З точки зору біохіміка, протеїн такий чорний ящик. Ви можете надати їй різні речовини при вході, а потім подивитися, що відбувається на виході (на якій швидкості і т.д.). Тривимірна структура молекули білка, в розумінні, відкриває цю чорну коробку, структура білка є діаграмою того, як вбудована чорна коробка. Не завжди легко зрозуміти, як працює білок з структури, але структура, безумовно, відкриває очі і дозволяє нам планувати подальші експерименти.
Білок дуже велика молекула (макролекул). З хімічної точки зору, це лінійний полімер, від 70 до більш ніж 1000 мономер-амінокислот. У зв'язку з різними боковими групами амінокислот, довга молекула білка складається у компактній жовчці, кожен білок має власну складку. Це структура складеного білка, який визначає вчені. Провідним методом є рентгенівський структурний аналіз, що дозволяє розрахувати координати білкових атомів шляхом дифракції рентгенівського випромінювання на кристалі відповідного білка. Вчені Кристаллоскопа мають конвенцію, що будь-яка специфічна структура білка повинна бути відкладена в Білковому банку даних (PDB), в якому кількість структур вже перевищило 100 000. Відповідно, всі конструкції загальнодоступні, їх можна завантажити, переглянути, 3D друкувати і так далі. Я написав більше про білкові структури на Habre раніше, ви можете дізнатися більше про структури тут.
Слід зазначити, що завдання мапінгу структури білка не так просто. Білок складається з декількох тисяч атомів, які, на перший погляд, здавалося б, каша ярої ( "а" і "с" на малюнку). Для різних завдань використовуються різні дисплеї. Наприклад, якщо ми хочемо зрозуміти, як покладено основну ланцюжку білка, ми хочемо відобразити білки в schematic формі, де буде зазначено лише курс основного ланцюжка ("г" на малюнку) за допомогою спеціальних нотацій - спіралі для альфа-спіралі, стріли для бета складених аркушів ("d", "e" на малюнку).
Якщо ми хочемо бачити білок як об'ємний організм, ми можемо на карті поверхні білка (то він стає схожою на картопля); поверхня може бути пофарбована за допомогою різних параметрів. Найкориснішим є забарвлення електростатичного потенціалу, після чого нараховані ділянки відразу будуть видимі.
Якщо ми хочемо зрозуміти, як молекула препарату або хімічна субстратність зв'язується до нашого білка, то ми тільки відображаємо невелику частину білка — активний центр ферменту, невелику кількість ключових амінокислот, які взаємодіють безпосередньо з препаратом.
Друковані білкові конструкції По-перше, кілька розважальних відео.
Ось дуже графічна демонстрація того, як багато молекул протеїну, зібрані в так звані «активні нитки», які формують цитоскелетон, на якому працює ціла форма наших клітин, плюс у м'язах. Организационно-правовая форма Товариство з обмеженою вiдповiдальнiстю
Ось щось охолоджувач: молекула гемоглобіну, яка несе кисень в нашому організмі (еритроцити набиваються цим білком). Гемоглобін складається з чотирьох піднітів (індивідуальні молекули білка), а також невеликої молекули гемоглобіну, що носить залізо атом, зв'язується з гемоглобіном, що зв'язує киснем. При виготовленні цієї моделі використовується більш складний технічний процес, а в результаті прозора поверхня зовнішньої поверхні відображає реальну поверхню молекули білка, а всередині, під прозорим зовнішнім шаром, різнокольоровими альфа-спіралями та іншими елементами вторинної структури видно, чітко показано перебіг основного ланцюга білка. Відео показує збірку цілого гемоглобіну чотирьох піднітів, підніци прикріплюються до магнітів. На самому кінці в місці застрягається невелика молекула гема.
Ось ще один відео тієї ж моделі, яка показує вторинну структуру краще, і показує, як знизити модель в воду дозволяє побачити більш контрастну структуру. Ще одна відмінність полягає в тому, що в цій моделі зовнішній шар білка не тільки прозорий, так як в попередній версії, але і злегка тонований електростатичним потенціалом:
Ці відео приймаються з каналу японського білка 3D-принтера Kawakami Masaru, більш відео з різними друкованими білками конструкції можна знайти тут:
http://www.youtube.com/канал/UCsrgChR36VUMVy8GejyuD0Q/відео
Зрозуміло, не вдалося підібрати ідею і виробництво молекулярної краси вже поставлено на потік: такі когнітивні структури білка вже можна купити.
Знову, якщо ви хочете друкувати свій білок, вам не доведеться купувати принтер 3D. До замовлення вже достатньо компаній, які продають як готові комплекти (наприклад, тривимірні моделі ДНК) та друк будь-якого білка. Наприклад, 3D молекулярні конструкції.
На додаток до 3D-друку, компаніям, які готові друкувати тривимірну структуру вашого улюбленого білка в прозорому кристалі. Ідея досить популярна з структурними біологами: наприклад, схожий кристал був представлений шефом другу шахти після того, як вона визначила першу структуру білка в її житті. Наукове значення такого кристала, як правило, до нуля, але виглядає дуже красиво і естетично.
Якщо хтось вважає, що це всі жарти і помпа - не на всіх. Серйозність ситуації показана нещодавно започаткованою репозиторією готових 3D моделей з Американської НІХ – Національними інститутами охорони здоров’я у співпраці з Національною бібліотекою медицини (це найбільш серйозна структура, що входить до складу відділу охорони здоров’я США). На додаток до структур високопроменевих білків (X-ray crystallography) та низьких дозволів (cryo-електронна мікроскопія), моделі тест-тубусів та інших лабораторних деталей також видно в репозиторію. Репозиторій призначений для покращення внутрішнього обміну моделями при НІХ. В даний час є моделі 452.
Якщо ви надихнула над фотографіями і мають доступ до принтера 3D, досить легко друкувати структуру самого білка. В Інтернеті є багато покрокових інструкцій, тут є два найбільш чутливі і деталі:
http://www.instructables.com/id/3D-Print-a-Protein-Modeling-a-Molecular-Machine/? СКЛАД
http://www.over-engineered.com/projects/3d-printed-protein
Коротко необхідно встановити одну з програм для відображення білкових структур. Потім знайдіть структуру для друку. Всі структури розташовані в Білковому дата-Банку, є пошук ключових слів. На додаток до пошуку, вони мають чудовий проект, який називається Molecule of the Moon – вони обирають білок і розповідають докладно про його структуру і функцію для широкої аудиторії льодян. Основна сторінка проекту виглядає лякаючи через велику кількість неперевершених імен білків, але якщо ви починаєте натискання на посилання, будуть красиві фотографії і чіткі описи роботи і структури білка. На жаль, ця інформація допоможе вибрати білок для друку.
Після завантаження структури (в Білковому дата-банку є чудова кнопка «Завантажити файли») і відображення її в відповідній програмі, необхідно вибрати в якій формі, яку потрібно роздрукувати молекулу. У наведеній вище інструкції пропонується відображення білка у вигляді поверхні, пофарбованої електростатичним потенціалом, вивозити поверхню, перетворювати її в формат друку і - voila! Як картопля, об'ємна модель білка дуже легко друкується.
Тим не менш, буде цікаво друкувати і, скажуть, що схема картування головного білкового ланцюжка, щось схоже на це (до того, як я можу побачити, білковий і ДНК-комплекс):
Тільки така скелетна структура білка може бути крихким. Для такого друку рекомендується використовувати програму для відображення структур білку Чимера, оскільки він може безпосередньо експортувати файли .stl, які розуміють більшість принтерів 3D. Відповідно, будь-який тип молекул, який ви обираєте в Чимері, безпечно експортується і може бути надрукований, включаючи скелетне представлення. Ось короткий відео-презентація, що пояснює процес:
Як бачимо, люди активно друкують білкові конструкції. Питання залишається: чому вони роблять це? Поки єдина відповідь для освітніх, демонстраційних, освітніх цілей. Білки – це комплексні об’єкти, що об’єднуються з такими «молекулами» в руці, безумовно, сприяє розумінню, як працює білок і працює. Плюс, багато ковдр просто візуально красиво. Друк скелетної структури білка може бути досить технічним завданням, а потім вражаючою демонстрацією можливостей 3D-друку. Отже, якщо у вас є 3D принтер, вільний час і ентузіазм... Ви знаєте, що робити!
Ця краса є ribosome.
Джерело: habrahabr.ru/post/238451/
