Photo: Bhaskar Banerji
Protein: Gradivo života
Nije teško razumjeti kako je genetsko upravljanje postalo
metafora kada su se znanstvenici sa sve većim oduševljenjem
fokusirali na mehanizme DNK. Organski kemičari otkrili su da
su stanice sačinjene od četiri vrste velikih molekula: polisaharida
(složenih šećera), lipida (masti), nukleinskih kiselina (DNK/
RNK) i proteina. Iako stanici treba svaka od te četiri vrste molekula,
najvažnija pojedinačna komponenta živih organizama su
proteini. Naše stanice su najvećim dijelom skup proteinskih građevnih
blokova. Tako je jedan način promatranja naših trilijunsko
staničnih tijela taj da su ona proteinski strojevi, iako, kao što
znate, osobno smatram da smo više od strojeva! Zvuči jednostavno,
ali nije. Na primjer, u našem tijelu postoji 100.000 različitih
vrsta proteina... Svaki protein je linearni niz povezanih molekula
aminokiselina, što se može usporediti s dječjom ogrlicom od plastičnih kuglica...
Svaka kuglica predstavlja jednu od dvadeset molekula aminokiselina
što ih koriste stanice. Premda volim analogiju s ogrlicom
od kuglica jer svatko zna kako ona izgleda, analogija nije
potpuno točna jer svaka aminokiselina ima malo drukčiji oblik.
Stoga, da budem dokraja precizan, trebate zamisliti ogrlicu s plastičnim
kuglicama koja je malo oštećena u tvornici.
Da budem još precizniji, morate znati da je ogrlica od aminokiselina
koja oblikuje »kralješnicu« (odnosno okosnicu, eng.
backbone; op. prev.) proteina u stanici daleko savitljivija od obične
ogrlice s kuglicamai koja se raspadne kada ju previše savijete.
Struktura i ponašanje povezanih aminokiselina u proteinskoj
kralješnici više nalikuje strukturi i ponašanju kralješnice zmije.
Zmijska kralješnica sastavljena je od velikog broja povezanih po-
djedinica, kralježaka, što omogućava zmiji da se savije u čitav niz
različitih oblika, od štapa pa do zamršene »lopte«.
Varijacije u obliku kralješnice posljedica su različitih rotacija na
spojevima između susjednih dijelova cijevne armature. Poput cijevne
armature, različito oblikovane aminokiseline proteina također rotiraju
kod svojih spojeva (peptidnih veza), omogućavajući
kralješnici da se izvija poput zmije. Proteini mijenjaju svoj oblik,
iako će generalno preferirati dva ili tri specifična oblika...
Fleksibilne veze (peptidne veze) između aminokiselina u proteinskoj
kralješnici omogućavaju svakom proteinu da poprimi
veliki broj različitih oblika. Pomoću rotacije i savijanja njihovih
aminokiselinskih »kralježaka«, molekule proteina po njihovoj
sposobnostii da se previjaju i migolje nalikuju nano-zmijama. Dva
su primarna faktora koji određuju konturu kralješnice proteina i
prema tome njegov oblik. Jedan faktor je fizički uzorak definiran
slijedom različito oblikovanih aminokiselina koji sačinjavaju kralješnicu
što je nalik ogrlici od kuglica.
Drugi faktor tiče se međudjelovanja elektromagnetskih naboja
kod povezanih aminokiselina. Većina aminokiselina ima
pozitivne ili negativne naboje koji djeluju poput magneta: jednaki
naboji dovode do toga da se molekule odbijaju jedna od druge,
a suprotni naboji uzrokuju da se molekule međusobno privlače...
... fleksibilna kralješnica proteina spontano se savija u preferirani
oblik kada se njezine aminokiselinske podjedinice rotiraju i savijaju
svoje spojeve kako bi uravnotežile sile što ih stvaraju njihovi pozitivni
i negativni naboji.
Kralješnice nekih proteinskih molekula tako su duge da trebaju
pomoć posebnih proteina »pomagača« zvanih pratioci koji
im pomažu pri savijanju. Nepravilno savijeni proteini, poput ljudi
s defektima kralješnice, ne mogu dobro funkcionirati. Takve
atipične proteine stanica označava za uništenje; aminokiseline u
njihovoj kralješnici se rastavljaju i ponovno iskorištavaju u sintezi
novih proteina.
Kako proteini stvaraju život
Živi organizmi se od neživih entiteta razlikuju po činjenici
da se kreću, oni su animirani. Energija koja ih pokreće koristi se
za obavljanje »rada« koji karakterizira žive sustave kao što su, na
primjer, disanje, probava i stezanje mišića. Da bi se razumjelo prirodu
života, treba shvatiti kako se proteinski »strojevi« kreću.
Konačni oblik odnosno konformacija (tehnički izraz što
ga koriste biolozi) proteinske molekule odražava uravnoteženo
stanje među njezinim elektromagnetskim nabojima. Međutim,
ukoliko se pozitivni i negativni naboji proteina promijene, proteinska
kralješnica će se dinamički savinuti kako bi se prilagodila
novoj raspodjeli naboja. Raspodjelu elektromagnetskih naboja
unutar proteina selektivno može promijeniti niz procesa, uklju-
čujući: spajanje drugih molekula ili kemijskih skupina kao što
su hormoni, enzimatsko uklanjanje ili dodavanje nabijenih iona,
ili interferencija iz elektromagnetskih polja kao što su ona koje
stvaraju mobiteli. [Tsong, 1989.]
Proteini promjenjivog oblika pokazuju jedno još impresivnije
tehničko svojstvo - njihovi precizni trodimenzionalni oblici
daju im i sposobnost povezivanja s drugim proteinima. Kada
protein naiđe na molekulu koja je njegov fizički i energetski komplement,
oni se povezu slično nekom mehaničkom uređaju s preklapajućim
zupčanicima, na primjer mikseru za jaja ili nekom starijem satu.
...
Kada se zavrti zupčanik A, to uzrokuje vrtnju zupčanika B, a
pokretanje zupčanika B uzrokuje vrtnju zupčanika C i tako dalje.
...
Citoplazmički proteini koji surađuju u stvaranju specifičnih
fizioloških funkcija grupirani su u specifične sklopove poznate
kao putovi. Ti sklopovi se identificiraju po funkcijama. Npr.,
postoje dišni putovi, probavni putovi, putovi stezanja mišića
i zloglasni Krebsov ciklus koji generira energiju, nevolja mnogog
studenta koji mora zapamtiti sve njegove proteinske dijelove
i složene kemijske reakcije.
Možete li zamisliti to uzbuđenje staničnih biologa kada su shvatili
kako ti proteinski sklopni strojevi funkcioniraju?
Stanice iskorištavaju pokrete proteinskih sklopnih strojeva
za opskrbljivanje energijom određenih funkcija metabolizma
i ponašanja. Neprekidno mijenjanje oblika proteina i pokreti koji
iz toga proizlaze - do kojih može doći tisuću puta u jednoj sekundi
- pokreti su koji proizvode život.
