خمش، پیچش یا تاشدگی پروتئین۱، شیوه ای است که پروتئین روی خودش خم می شود و به شکل خاصش در می آید. چنان که در نوشته ی قبلی عرض کردیم، پروتئین یک پلیمر است که از کنار هم قرار گرفتن آمینواسیدهای مختلف به شیوه ای خاص، که به آن توالی می گویند، بوجود می آید. این پلیمر با توجه به برهم کنش آمینواسیدهایش با یکدیگر و در واکنش با محیط و با توجه به دما شکل خاصی پیدا می کند. این شکل خاص به زبان فیزیک کمینه انرژی آزاد پروتئین است. آمینواسیدها در pH محیط می توانند بار مثبت یا منفی داشته باشند و یا در کل خنثی باشند. برخی آمینواسیدها آب گریز و برخی آب دوست هستند. بنابراین در محیط آبی سلول، آمینواسیدهای آب گریز کنار هم و در داخل پروتئین و آمینواسیدهای آب دوست در خارج پروتئین و به سمت آب قرار می گیرند.
پروتئین برای انجام کارهای محوله اش در سلول کاملا به شکل خاصی که در محیط دارد وابسته است. به همین دلیل است که دما و pH بدن باید کاملا مشخص باشد. بسیاری از پروتئین ها مانند قبفل و کلید عمل می کنند. همچنین آنزیم ها کارکردشان کاملا وابسته به شکلشان در محیط سلولی است.
این مساله که پروتئین چگونه کمینه انرژی آزادش، و در نتیجه شکلش را در محیط، را پیدا می کند، یکی از مسائل مهم برای فیزیکدانان حوزه ی ماده چگال نرم است. همچنین یافتن کدی که بتواند با شبیه سازی و با استفاده از ابرکامپیوترها این کمینه را در زمان معقولی پیدا کند، یکی از مسائل مهم برای کدنویسان و برنامه نویسان کامپیوتری است. به علاوه این مسئله که آیا می توان الگوریتمی برای شبیه سازی پروتئین یافت که بتواند کمینه انرژی را در زمانی قابل قبول (توانی یا اصطلاحا NP) پیدا کند، یکی از ۷ مسئله هزاره ریاضیات۲ است که جایزه ی ا میلیون دلاری برای کاشفش تعیین شده است.
دقت کنید که مثلا برای پلیمری که از در هزار مونومر تشکیل شده است، امتحان تمامی حالات و سپس یافتن کمینه انرژی، با ابر کامپیوترهای فعلی، بیشتر از عمر جهان طول می کشد! این در حالی است که این اتفاق در بدن در حدود میلی ثانیه رخ می دهد! یک نکته ی جالب دیگر این است که دو-سه سال پیش یک بازی طراحی و در اختیار بازی کنان کامپیوتری حرفه ای قرار گرفت که در آن برای هر حرکت که انرژی آزاد را کاهش دهد امتیاز مثبت برای حرکاتی که آن را افزایش می دهند، امتیاز منفی در نظر گرفته می شد. جالب اینجا بود که گیمرها این کار را بسیار سریعتر از ابرکامپیوترها انجام دادند. نمی دانیم مغز این گیمرها با چه الگوریتمی این کار را انجام می دهد.
- protein folding
- Millennium Prize Problems
