タンパク質構造について簡単に
フリードリッヒ・エンゲルス同志が100年以上前に正しく指摘したように、「生命はタンパク質体の存在の方法です」。 つまり、私たちの体は主にタンパク質でできており、タンパク質は私たちの体内で最も重要な機能を果たします-構造（細胞の形状はタンパク質の細胞骨格上にあります）、モーター（運動タンパク質のcな仕事のために筋肉が収縮する）、酵素（例えば、タンパク質は酵素によって消化されます） ）、輸送（肺から組織への酸素がヘモグロビンタンパク質を運ぶ）など。 要するに、タンパク質なし-どこにもありません。
したがって、タンパク質の仕組みを知ることは非常に興味深いです。 生化学者の観点から見ると、タンパク質はそのようなブラックボックスです。 入口でさまざまな物質を与え、出口で何が起こるか（どの速度でなど）を見ることができます。 タンパク質分子の3次元構造の定義は、ある意味でこのブラックボックスを開きます。タンパク質の構造は、ブラックボックスが内部にどのように配置されているかを示す図です。 タンパク質がどのように機能するかを構造からすぐに理解することは常に可能とは限りませんが、もちろん構造は目を開き、さらなる実験を計画することができます。
タンパク質は非常に大きな分子（高分子）です。 化学的な観点からは、長さ70から1000を超えるアミノ酸モノマーまでの線状ポリマーです。 アミノ酸の側方グループが異なるため、長いタンパク質分子はコンパクトな小球に崩壊し、各タンパク質には独自のスタイルがあります。 科学者が決定するのは、折りたたまれたタンパク質の構造です。 主要な方法はX線回折分析です。これにより、対応するタンパク質の結晶のX線回折により、タンパク質の原子の座標を計算できます。 結晶学の科学者には慣習があります-特定のタンパク質構造は、 Protein Data Bank （ PDB ）にアップロードする必要があります。ここでは、構造の数はすでに100,000を超えています。 3Dプリンターなどで印刷します。 先ほど、Habréのタンパク質構造について詳しく説明しました。 構造に関するより詳細な形式では、ここで読むことができます 。
タンパク質構造を表示するタスクはそれほど単純ではないことに注意してください。 タンパク質は数千個の原子で構成されており、一見するとひどい混乱のように見えます（写真の「a」と「c」）。 さまざまなタスクに対して、さまざまなマッピングが使用されます。 たとえば、タンパク質の主鎖がどのように配置されているかを理解したい場合、主鎖経路（図の「g」）のみが特別な表記法を使用して示される概略形式でタンパク質を表示します。ベータ折り畳まれたシートの指定（写真の「e」、「e」）。
タンパク質をボリュームのあるボディとして見たい場合は、タンパク質の表面を表示できます（それはジャガイモのようになります）。 さまざまなパラメータを使用して表面をペイントできます。 最も有用なのは、静電ポテンシャルに従って色付けすることです。そうすると、帯電した領域がすぐに見えるようになります。
薬物分子または化学基質がタンパク質にどのように結合するかを理解したい場合は、タンパク質のごく一部、酵素の活性中心、薬物と直接相互作用する少数の重要なアミノ酸のみを表示します。
印刷されたタンパク質構造
手始めに、いくつかの面白いビデオ。
これは、 アクチンタンパク質の分子が細胞骨格を形成するいわゆる「アクチンフィラメント」に組み込まれていることを示す非常に鮮明なデモンストレーションです。 個々のアクチン分子は3Dプリンターで印刷され、表面は静電ポテンシャルに従ってペイントされます。
ここにもっとクールなものがあります：私たちの体に酸素を運ぶヘモグロビン分子（赤血球にはこのタンパク質が詰まっています）。 ヘモグロビンは、4つのサブユニット（個々のタンパク質分子）に加えて、酸素を結合する鉄原子を運ぶヘモグロビンに結合した小さなヘム分子で構成されています。 このモデルの製造では、より複雑な技術を使用しました。 プロセスとその結果、透明な外部表面はタンパク質分子の実際の表面を反映し、内部、透明な外部層の下には、マルチカラーのアルファヘリックスや二次構造の他の要素が見え、タンパク質の主鎖のコースを明確に示しています。 ビデオは、4つのサブユニットからのヘモグロビン全体のアセンブリを示しています。サブユニットは磁石に取り付けられています。 最後に、小さなヘム分子が所定の位置に押し込まれます。
同じモデルの別のビデオを次に示します。ここでは、二次構造をよりよく示し、モデルを水中に下げると、二次構造をよりコントラストで見ることができることを示しています。 別の違い-このモデルでは、タンパク質の外層は、前のバージョンのように透明であるだけでなく、静電ポテンシャルによってわずかに色付けされています。
これらのビデオは、川上勝リス3Dプリンティング愛好家の日本のチャンネルからのものです。さまざまなプリンテッドプロテイン構造を備えたビデオがここにあります。
http://www.youtube.com/channel/UCsrgChR36VUMVy8GejyuD0Q/videos
もちろん、cなビジネスマンはアイデアを手に入れずにはいられず、分子の美しさの生産はすでに流れています。そのようなタンパク質の認知構造はすでに購入可能です。
繰り返しますが、タンパク質を印刷する場合は、3Dプリンターを購入する必要はありません。 既製のキット（たとえば、3次元DNAモデル）と注文するあらゆる種類のタンパク質の印刷の両方を販売している企業が既に十分にあります。 たとえば、 3D Molecular Designsなど 。
ビジネスの問題：3D印刷自体に加えて、透明な結晶にお気に入りのタンパク質の3次元構造を印刷する準備ができている企業が長い間ありました 。 アイデアは構造生物学者の間で非常に需要があります。例えば、彼女が人生で最初のタンパク質構造を決定した後、シェフが私の知り合いの一人に同様の結晶を提示しました。 このような結晶の科学的価値はゼロになる傾向がありますが、非常に美しく見た目も美しいです。
誰かがこれがすべて冗談といたずらだと思ったら-全くそうではない。 状況の深刻さは、 米国立医科大学と国立医学図書館が共同で作成した既製の3Dモデルの最近公開されたリポジトリによって示されています （これらは、米国保健省の一部である最も深刻な構造です）。 リポジトリには、高（X線結晶構造解析）および低解像度（低温電子顕微鏡検査）のタンパク質構造に加えて、チューブスタンドのモデルやその他の実験室の詳細も表示されます。 リポジトリは、私が理解しているように、NIHのモデルの内部交換を改善するために作成されました。 現在、452モデルがあります。
タンパク質構造を自分で印刷する方法
上記の写真に触発され、3Dプリンターにアクセスできる場合、タンパク質構造自体の印刷は非常に簡単です。 インターネットには多くの段階的な手順がありますが、ここでは最も賢明で詳細な2つの手順を示します。
http://www.instructables.com/id/3D-Print-a-Protein-Modeling-a-Molecular-Machine/?ALLSTEPS
http://www.over-engineered.com/projects/3d-printed-protein
つまり、最初にタンパク質構造を表示するためのプログラムの1つをインストールする必要があります。 次に-印刷する構造を見つけます。 すべての構造はProtein Data Bankにあり、キーワードの検索があります。 検索に加えて、彼らは「今月の分子」と呼ばれる素晴らしいプロジェクトを持っています-彼らは特定のタンパク質を選択し、非専門家の幅広い聴衆のためにその構造と機能について詳細に伝えます。 プロジェクトのメインページはタンパク質の不明瞭な名前が豊富にあるためすばらしく見えますが、リンクをクリックすると、タンパク質の働きと構造の美しい写真と明確な説明が表示されます。 この情報が、印刷するタンパク質の選択に役立つことを願っています。
構造を読み込み（Protein Data Bankには素晴らしい「ファイルのダウンロード」ボタンがあります）、適切なプログラムで表示した後、分子を印刷する形式を選択する必要があります。 上記の指示では、タンパク質を静電ポテンシャルに応じてペイントされた表面として表示し、表面をエクスポートし、印刷形式に変換することを提案しています。 ジャガイモのような体積タンパク質モデルは本当に簡単に印刷できます。
しかし、印刷して、たとえば、タンパク質の主鎖の概略図を印刷することは興味深いでしょう。これは次のようなものです（ここで、私が見る限り、タンパク質とDNAの複合体）。
ただ、タンパク質のそのような骨格構造は壊れやすい可能性があります。 このような印刷では、ほとんどの3Dプリンターで認識される.stlファイルを直接エクスポートできるため、プログラムを使用してキメラタンパク質構造を表示することをお勧めします。 したがって、キメラで選択した任意のタイプの分子は静かにエクスポートされ、骨格表現を含めて印刷できます。 このプロセスを少し説明する短いビデオプレゼンテーションを次に示します。
結論（またはヤギバヤンの場合）
これまで見てきたように、人々はタンパク質構造を積極的に印刷しています。 問題は未解決のままです。なぜ彼らはこれをしているのですか？ これまでのところ、唯一の答えは教育、デモンストレーション、教育目的です。 タンパク質は複雑な3次元オブジェクトであり、そのような「分子」を手に持つ能力は、もちろん、タンパク質がどのように構築され、機能するかを理解するのに役立ちます。 さらに、多くのタンパク質は視覚的に単純です。 タンパク質の骨格構造を印刷することは非常に深刻な技術的課題であり、3Dプリントの機能の印象的なデモンストレーションです。 3Dプリンター、自由時間、そして熱意があれば...何をすべきか知っています！
この美しさはリボソームです。