Photo: Bhakar Banerji
Tajna života
Kao što ste saznali u ovom poglavlju, znanstvenici su nedavno
ostvarili velik napredak prema otkrivanju složenosti naizgled
jednostavne membrane. Međutim, čak su i prije dvadeset
godina glavne funkcije membrane ugrubo bile poznate. U stvari,
prije dvadeset godina došlo se do spoznaje kako bi razumijevanje
funkcioniranja membrane moglo promijeniti naš pogled na
život. Moj »eureka trenutak« nalikovao je dinamici prezasićenih
otopina u kemiji. Te otopine, koje izgledaju kao obična voda,
potpuno su zasićene otopljenom tvari. Toliko su zasićene da još
samo jedna kap otapala izaziva dramatičnu reakciju u kojoj se sve
otopljene tvari trenutačno sjedinjuju u ogromni kristal.
Godine 1985. živio sam u unajmljenoj kući na začinima prepunom
karipskom otoku Grenadi i predavao na još jednom »offshore«
Medicinskom fakultetu. Bilo je dva sata ujutro, a ja sam
bio budan i pregledavao godine bilješki o biologiji, kemiji i fizici
stanične membrane, pokušavajući shvatiti kako ona funkcionira
kao sustav za obradu podataka. Tada sam doživio trenutak spoznaje
koji me je preobrazio - ne u kristal, nego u membranski usmjerenog
biologa koji više nema isprika za pogreške u vlastitom životu.
U tim ranim jutarnjim satima redefinirao sam svoje shvaćanje
strukturalne organizacije membrane. Najprije sam promatrao
lizalicama slične fosfolipidne molekule i uočio da su posložene
u membrani poput vojnika postrojenih na paradi, savršeno
poravnato. Po definiciji, struktura čije su molekule posložene u
pravilnom, opetovanom uzorku određuje se kao kristal. Kristali
poznati većini ljudi su tvrdi i otporni minerali kao, na primjer,
dijamanti, rubini ili čak sol. Druga vrsta kristala posjeduje fluidniju
strukturu, iako molekule i dalje imaju uređeni uzorak. Neki
od poznatih primjera tekućih kristala su digitalni satovi i ekrani
prijenosnih računala.
Da bismo bolje razumjeli prirodu tekućih kristala vratimo
se vojnicima postrojenima na paradi. Kada vojnici koji stupaju
promjene smjer kretanja, oni zadržavaju organiziranu strukturu
unatoč tome što se svaki od njih kreće. Ponašaju se kao tekućina,
no ipak ne gube svoje kristalno uređenje. Membranske fosfolipidne
molekule ponašaju se na sličan način. Njihovo fluidno kristalno
uređenje membrani omogućava da dinamički mijenja svoj
oblik zadržavajući pri tome svoj integritet, što je nužno svojstvo
za gipku membransku barijeru. Tako sam definirajući tu značajku
membrane napisao: »Membrana je tekući kristal.«
...
»Membrana je poluvodič.«
Na kraju, želio sam u svoj opis uključiti dvije najčešće vr-
ste integralnih membranskih proteina. To su receptori i razred
efektora zvanih kanali, jer oni stanici omogućavaju krajnje važne
funkcije unošenja hranjivih i izbacivanja otpadnih tvari. Baš sam
htio napisati da membrana sadrži »receptore i kanale« kada sam
shvatio da je sinonim za receptor riječ "vrata". Tako sam umjesto
toga svoje pisanje dovršio riječima »membrana sadrži vrata i kanale.«
Zavalio sam se u svojoj stolici i pročitao svoj novi opis membrane:
»Membrana je tekuće-kristalni poluvodič s vratima i kanalima.
« U tom trenutku mi je sinula činjenica da sam nedavno
čuo ili pročitao identičnu frazu, međutim tog se trenutka nisam
mogao sjetiti gdje sam naišao na nju. Jedna stvar bila je sigurna;
to nije bilo u kontekstu biološke znanosti.
Ponovno sam se naslonio i moju pozornost privukao je ugao
radnog stola gdje je bio smješten moj novi Macintosh, moje prvo
računalo. Pokraj računala bio je primjerak jarko crvene knjige
s naslovom Razumijevanje vašeg mikroprocesora. Baš nedavno
sam u jednoj trgovini Radio Shacka kupio taj jednostavni vodič
u mekom uvezu. Zgrabio sam knjižicu i u uvodu pronašao definiciju
računalnog čipa: »Čip je kristalni poluvodič s vratima i kanalima.«
Prvih sekundu ili dvije bio sam zapanjen činjenicom da čip
i stanična membrana dijele istu tehničku definiciju. Nekoliko intenzivnih
sekundi potrošio sam uspoređujući i kontrastirajući
biološke membrane sa silikonskim poluvodičima. Zapanjio sam
se kada sam shvatio da identični karakter njihovih definicija nije
slučajnost. Stanična membrana doista je strukturalno i funkcionalno
ekvivalentna (homologna) silikonskom čipu!
Dvadeset godina kasnije jedan je australski istraživački konzorcij
pod vodstvom B. A. Cornella objavio članak u časopisu
Nature koji je potvrdio moju hipotezu da je stanična membrana
homologna računalnom čipu. [Cornell, et al., 1997.]
...
Činjenica da su stanična membrana i računalni čip homologni znači
da je i prikladno i poučno pokušati bolje proniknuti u funkcioniranje
stanice, uspoređujući je s osobnim računalom. Prva naročita spoznaja
koja dolazi iz takve vježbe je da su računala i stanice programabilni.
Druga neizbježna spoznaja je da se programer nalazi
izvan računala/stanice. Biološko ponašanje i aktivnost gena dinamički
su povezani s informacijama iz okoliša koje se učitavaju u stanicu.
Kada sam si u duhu predočio bio-računalo, shvatio sam da je
jezgra jednostavno memorijski disk, tvrdi pogon (hard drive) koji
sadrži DNK programe koji kodiraju proizvodnju proteina. Nazovimo
ga memorijski disk dvostruke spirale. U vaše kućno računalo
možete umetnuti takav memorijski disk koji sadrži mnogo
specijaliziranih programa kao što su programi za obradu teksta,
grafiku i tablične proračune. Nakon što učitate te programe u
aktivnu memoriju, možete izvaditi disk iz računala bez ometanja
rada programa. Kada odstranjivanjem jezgre stanice izvadite
memorijski disk dvostruke spirale, rad staničnog proteinskog
stroja se nastavlja jer su podaci koji su stvorili proteinski stroj
već učitani. Enukleirane jezgre imaju nevolja samo kada trebaju
genske programe koji se nalaze u izvađenom memorijskom disku
dvostruke zavojnice i koji služe za zamjenu starih ili proizvodnju
drukčijih proteina.
Ja sam obrazovan kao jezgreno-usmjeren biolog, jednako
kao što je Kopernik bio obrazovan kao geocentrični astronom,
i stoga je za mene bio udarac kada sam shvatio da jezgra unutar
koje se nalaze geni ne programira stanicu. Podaci se u stanicu/
računalo unose preko membranskih receptora koji predstavljaju
staničnu »tipkovnicu«. Receptori pobuđuju efektorske proteine
membrane, koji funkcioniraju kao središnja procesorska jedinica
(CPU - Central Processing Unit) stanice/računala. »CPU« efektorski
proteini pretvaraju okolišne informacije u bihevijoralni jezik biologije.
U tim ranim jutarnjim satima shvatio sam da, iako je biološka
misao još uvijek zaokupljena genetičkim determinizmom, avan-
garda staničnih istraživanja, koja ustrajno otkriva sve više pojedinosti
o čarobnoj membrani, priča potpuno drugačiju priču.
...
Mi upravljamo svojom biologijom, baš kao
što ja upravljam ovim računalnim programom za obradu teksta.
Mi posjedujemo sposobnost uređivanja podataka koje unosimo
u svoja bio-računala, potpuno jednako kao što ja mogu birati
riječi koje tipkam. Kada shvatimo kako integralni membranski
proteini upravljaju biologijom, prestajemo biti žrtve svojih gena i
postajemo gospodari vlastite sudbine.
