در سراسر غشای سلولی

برخی از مهمترین فرایندهای ضروری در این سیاره شامل آب و انرژی ورود و خروج از سلول.

تلفن همراه doormen مسئول این دسترسی هستند شناخته شده به عنوان aquaporins قند و حمل و نقل دو خانواده از پروتئین است که تسهیل سریع و در عین حال انتخابی شار از آب قند و دیگر مواد در سراسر غشاهای بیولوژیکی.

Aquaporins در حال حاضر در تمام امپراطوری زندگی نشان دادن خود نقش محوری در حفظ سلامت همه موجودات زنده. اولین aquaporin کشف شد در سال 1992 درآمد آن کاشف Peter Agre, جایزه نوبل در شیمی در سال 2003. از آن زمان بیش از 450 فردی aquaporins شناسایی شده اند.

کامپیوتر مبتنی بر آزمایش — به ویژه در دینامیک مولکولی (MD) و شبیه سازی — ثابت کرده اند مهم در تعیین چگونه مواد نفوذ از طریق کانال پروتئین در سطح مولکولی.

با توجه به لیائو چن, کتاب درسی توصیف گلوکز حمل و نقل را دست کم گرفت پیچیدگی چگونه این پروتئین ها به کار گیرند. آزمایش و x-ray کریستالوگرافی تنها می تواند ضبط خیلی جزئیات و شبیه سازی های کامپیوتری محدود شده است در توانایی خود را به مدل سیستم های در مقیاس بزرگ است که شامل غشاء پیچیدگی های درگیر در راهگاهی و عوامل دیگر.

چن مورد مطالعه قرار داده است این مشکل را با استفاده از ابر رایانه ها در تگزاس مرکز محاسبات پیشرفته (TACC) برای بیش از یک دهه با افزایش دقت و پیچیدگی است.

“به عنوان یک فیزیکدان نظری من بصورتی پایدار و محکم بر این باورند در آنچه ریچارد فاینمن گفت: که همه چیز را که در زندگی همه چیز را می توان از نظر jigglings و wigglings از اتم” چن گفت. “ما سعی کرده ایم برای ساخت یک پل از jiggling و wiggling از میلیون ها نفر از اتم ها بسیار ساده و قطعی رفتار سیستم های بیولوژیکی.”

پس از 2019 او اعمال کرده مدلسازی قدرت Frontera-یکی از قدرتمند ترین ابر رایانه در جهان — به بررسی چگونگی aquaporins قند و حمل و نقل در انسان سلول های قرمز خون در آب حرکت می کند و گلوکز در داخل و خارج از سلول است.

“ما در حال ساخت مدل از پروتئین های غشاء و فرآیندهای غشایی از اتم خود از جمله محیط زیست فوری در غشاء و فرآیندهای غشایی” چن گفت. “غشا تشکیل شده است از چربي و درونی و بیرونی جزوات نامتقارن هستند. از لحاظ کیفی ما را در درک چگونه آب قند و حرکت می کند اما هیچ یک از مدل غشاء به درستی کمی دقت که یک هنجار در دیگر شاخه های فیزیک است. ما در حال حرکت در این جهت است.”

چن تحقیقات نشان داده است تفاوت معنی داری بین نتایج تولید شده توسط مدل های ساده و واقع بینانه تر آنهایی که او استفاده می کند.

“با فرنترا ما شده اند قادر به دریافت نزدیک به واقعیت و رسیدن به كمي توافق بین آزمایش و شبیه سازی های کامپیوتری,” او گفت:.

فراتر از اساسی عملکرد بیولوژیکی از aquaporins قند و حمل و نقل این پروتئین های دخیل در بیماری هایی مانند د Vivo سندرم یک اختلال عصبی و چندین شکل از سرطان است. در مارس سال 2020 چن چاپ مقاله در مرزهای فیزیک با استفاده از تحقیقات به یک بیماری زا انگل است که مفید آنالوگ برای ویروس است که باعث مالاریا در انسان است. محققان همچنین در حال بررسی دستکاری از این پروتئین به عنوان یک درمان برای انواع خاصی از سرطان ها — محدود کردن دسترس بودن مواد مغذی مورد نیاز برای متوقف کردن رشد تومور.

حرکت آب در داخل و خارج از سلول های شامل ساده ترین غشاء حمل و نقل. اما گلوکز حمل و نقل که انجام قند — فراهم می کند که انرژی مورد نیاز توسط تمام سلول — در سراسر غشای سلولی پیچیده تر هستند.

“ساز و چگونه قند و حمل و نقل بحث برانگیز است اما من معتقدم که ما در حال حاضر بسیار نزدیک به جواب” چن گفت.

آن فرض گلوکز حمل و نقل اطاعت متناوب دسترسی نظریه مانند بسیاری از پروتئین های دیگر در عمده تسهیل superfamily. پروتئین در این superfamily دو گروه از transmembrane helices که استدلال به نوسان نسبت به یکدیگر. در راه است که این پروتئین می تواند در خارج سلولی طرف اجازه می دهد تا قند به پروتئین است. سپس دو گروه نوسان به طوری که پروتئین می شود باز به سمت داخل سلولی اجازه می دهد شکر به ترک پروتئین و وارد سیتوپلاسم. پروتئین نگه می دارد متناوب بین conformations باز و باز به داخل کشتی انرژی مورد نیاز در متابولیسم سلولی است.

اما گلوکز حمل و نقل در حال متمایز از دیگر اعضای این superfamily از حمل و نقل پروتئین است. بر خلاف دیگر اعضای که فعال حمل و نقل با منابع انرژی در دسترس به آنها گلوکز حمل و نقل منفعل هستند تسهیل; آنها را به تامین انرژی برای فعال کردن آنها را به کار گیرند. چن معتقد گلوکز حمل و نقل ممکن است اطاعت متناوب دسترسی تئوری و شروع به بررسی گلوکز حمل و نقل 1 و 3 بسیار نزدیک است.

“مطالعات ما نشان می دهد که هنگامی که ما را به این ساده حمل و نقل در سلول های, اگر شما با استفاده از یک غشاء نامتقارن به حمل و نقل نیست و باید از طریق متناوب دسترسی به مکانیسم” چن گفت. “این در واقع یک دروازه در سمت خارج سلولی است که نوسان بین باز بودن و بسته بر اساس درجه حرارت بدن. به طوری که به عنوان مثال تنوع در ساز و حمل و نقل پروتئین است.”

چن چاپ دو مقاله در این موضوع خاص است. نوشتن در ACS شیمی. علوم اعصابتیم خود را ارائه یک مطالعه کمی گلوکز ترانسپورتر 3 شایع است که در سیستم عصبی مرکزی و در نتیجه به نام سلولی گلوکز ترانسپورتر. در اخیر مقاله در بیوشیمیایی و بیوفیزیکی تحقیقات ارتباطاتآنها پیشنهاد امکان جدید برای چگونه قند حمل و نقل به کار گیرند.

چن تیم نیز آزمایش های آزمایشگاهی برای دیدن کلی رفتار سلول و برای دریافت یک پایه حقیقت به مقایسه مدل های خود را. اما ابر رایانه مورد نیاز برای رسیدن به خاص مکانیکی جزئیات.

در مارس سال 2020 چن اهدا شد 200,000 گره ساعت در فرنترا به مدل پروتئین کانال های در جزئیات بیشتر.

“در فرنترا هر هسته پردازنده سریع تر و سیستم عظیم است به طوری که ما می تواند مدل بزرگتر سیستم بسیار سریعتر,” او گفت:. “سیستم های بزرگتر هستند باید. هنگامی که شما در مقابله با سیستم های شما به واقعیت نزدیک نیست.”

tinyurlis.gdv.gdv.htclck.ruulvis.netshrtco.detny.im