Livet — en forbløffende samling af kæder

HAR du nogen sinde betragtet din krop som en samling af mikroskopiske kæder? Det har du måske ikke, men i virkeligheden ’er kæden det organisationsprincip som benyttes i livets mindste relevante bestanddele,’ siger bogen The Way Life Works. Blot en lille defekt i nogle af disse kæder kan have stor indflydelse på vores helbred. Hvad er det for nogle kæder? Hvordan fungerer de? Og hvilken forbindelse har de med vores helbred og velvære?

I alt væsentligt er der tale om kædelignende molekyler som kan opdeles i to hovedkategorier. De molekyler vi vil se nærmere på i denne artikel, er proteinerne. Den anden kategori er de molekyler som oplagrer og videresender genetiske informationer, nemlig dna og rna. De to grupper er naturligvis nært beslægtede. En af de hovedfunktioner som varetages af dna og rna, er faktisk at producere de mange forskellige proteiner der findes i levende organismer.

Katalysatorer, vagtposter og støttepæle

Proteiner er langt de mest forskelligartede af de makromolekyler der findes i det levende. Proteinernes store familie omfatter antistoffer, enzymer, budbringere, strukturproteiner og transportører. De mange antistoffer, eller immunglobuliner, bekæmper indtrængende fjender som bakterier og virus. Andre globuliner er med til at lukke blodkar der er blevet beskadiget.

Enzymer fungerer som katalysatorer idet de fremmer kemiske reaktioner, eksempelvis dem der har med fordøjelsen at gøre. Ja, „uden enzymer ville man hurtigt komme til at sulte, for det ville tage 50  år at fordøje et almindeligt måltid mad,“ oplyser bogen The Thread of Life. Enzymer arbejder på samlebåndsmanér, og hvert protein udfører en specifik opgave. Enzymet maltase, for eksempel, spalter sukkerstoffet maltose op i to glukosemolekyler. Laktase nedbryder laktose, eller mælkesukker. Andre enzymer fremmer den kemiske forbindelse mellem forskellige atomer og molekyler så der dannes nye stoffer, og det hele foregår utroligt hurtigt. Et enkelt enzymmolekyle kan katalysere tusinder af kemiske reaktioner i sekundet!

Nogle proteiner klassificeres som hormoner og fungerer som budbringere. De føres rundt i blodbanen og stimulerer eller hæmmer processer andre steder i legemet. For eksempel stimulerer insulin kroppens celler så de optager glukose, som er deres energikilde. Strukturproteiner som kollagen og keratin udgør hovedbestanddelene i brusk, hår, negle og hud. Alle disse proteiner er „cellens modstykke til støttepæle, bjælker, krydsfinerplader, cement og søm,“ hedder det i The Way Life Works.

Transportproteiner i cellemembraner fungerer som pumper og tunneler der lader stoffer passere ind eller ud gennem cellernes vægge. Lad os nu se på hvad proteiner består af, og hvilken betydning deres kædelignende struktur har for deres funktion.

Kompleksitet baseret på enkelhed

Et alfabet med et bestemt antal bogstaver er et grundlæggende element i mange sprog. Ved hjælp af dette alfabet kan man danne ord, og ved hjælp af ord kan man danne sætninger. Et lignende princip gør sig gældende på det molekylære plan i levende organismer. Dna-molekylerne danner et grundlæggende „alfabet“. Dette „alfabet“ består forbavsende nok kun af fire bogstaver — A, C, G og T, som er symboler for de kemiske baser adenin, cytosin, guanin og thymin. Fra disse fire baser danner dna, via et rna-mellemled, aminosyrer. Dem kan man sammenligne med ord; men i modsætning til almindelige ord har alle aminosyrer samme antal bogstaver, nemlig tre. Aminosyrerne kædes sammen af ribosomer så der dannes kæder, eller proteiner, som kan sammenlignes med sætninger. Et protein kan typisk indeholde  mellem 300 og 400 aminosyrer, altså langt flere elementer end en almindelig mundtlig eller skriftlig sætning.

Ifølge et opslagsværk findes der hundreder af aminosyrer i naturen, men i de fleste proteiner er der kun omkring 20 forskellige aminosyrer. Disse aminosyrer kan indgå i et næsten ubegrænset antal kombinationer. Et eksempel: I en kæde med 100 aminosyrer er der måske kun 20 forskellige aminosyrer, men antallet af kombinationsmuligheder er til gengæld helt oppe på 10¹⁰⁰ — det vil sige et ettal efterfulgt af 100 nuller!

Proteiners form og funktion

Et proteins form er af afgørende betydning for dets funktion i cellen. Hvilken indflydelse har en kæde af aminosyrer på et proteins form? I modsætning til de løse led i en kæde af metal eller plastic bliver aminosyrer sammenkoblet i bestemte vinkler så de danner regelmæssige mønstre. Nogle af disse mønstre er spiralsnoede ligesom en telefonledning, andre ligner læg som dem man ser i plisseret stof. Disse mønstre bliver så igen „foldet“, eller formet, så der dannes en mere kompleks tredimensionel struktur. Et proteins form er alt andet end tilfældig. Den har stor funktionsmæssig betydning, hvilket viser sig særlig tydeligt når der opstår en fejl i aminosyrekæden.

Når kæden er defekt

Når proteiner har en defekt i aminosyrekæden eller er foldet forkert, kan de forårsage en række sygdomme, deriblandt seglcelleanæmi og cystisk fibrose. Seglcelleanæmi er en genetisk sygdom hvor hæmoglobinmolekylerne i de røde blodlegemer er unormale. Et hæmoglobinmolekyle består af 574 aminosyrer anbragt i fire kæder. En ændring af blot én aminosyres placering i to af de fire kæder forandrer det normale hæmoglobin til dets seglcellevariant.  De fleste tilfælde af cystisk fibrose skyldes et protein som mangler aminosyren fenylalanin et vigtigt sted i aminosyrekæden. Denne defekt forstyrrer blandt andet salt- og vandbalancen i de slimhinder som beklæder tarmene og lungerne, med det resultat at den slim som dækker disse overflader, bliver unormalt tyk og klæbrig.

En alvorlig mangel på visse proteiner kan resultere i sygdomme som albinisme og hæmofili. I dens almindeligste form optræder albinisme — en manglende pigmentdannelse — når et vigtigt protein der kaldes tyrosinase, er defekt eller helt mangler. Det påvirker produktionen af melanin, et brunt pigment som normalt findes i øjne, hår og hud. Hæmofili er forårsaget af mangel på blodplasmaproteiner, eller koagulationsfaktorer, som får blodet til at størkne. Af andre sygdomme der tilskrives defekte proteiner, kan nævnes laktoseintolerans og muskelsvind.

En teori om en sygdomsfremkaldende faktor

I de senere år har forskere rettet deres opmærksomhed mod sygdomme som nogle mener skyldes unormale udgaver af proteiner der kaldes prioner. Teorien går ud på at sådanne sygdomme opstår når defekte prioner binder sig til normale prionproteiner, hvilket får de normale proteiner til at folde forkert. Resultatet er „en kædereaktion som spreder sygdommen og frembringer nye smitstoffer,“ siger tidsskriftet Scientific American.

Et eksempel på en sygdom som kan have været forårsaget af prioner, kom til offentlighedens kendskab i 1950’erne i Papua Ny Guinea. Nogle isolerede stammer deltog i en form for kannibalisme som led i et religiøst ritual, og det førte til en sygdom der kaldes kuru, hvis symptomer ligner dem der ses ved Creutzfeldt-Jakobs sygdom. Da stammerne holdt op med at udføre ritualet, skete der et hurtigt fald i forekomsten af kuru, og i dag findes sygdommen praktisk taget ikke mere.

En forbløffende konstruktion!

Heldigvis bliver proteinerne som regel foldet rigtigt sammen, og de samarbejder indbyrdes med en forbløffende effektivitet og præcision. Det er bemærkelsesværdigt når man tænker på at der findes over 100.000 forskellige slags proteiner i det menneskelige legeme, og at alle de komplekse kæder er anbragt i tusindvis af forskellige foldninger.

Proteinernes verden er stadig ret uudforsket. For at lære mere om dem er forskere nu i færd med at udtænke avancerede computerprogrammer som måske vil være i stand til at forudsige proteinernes form ud fra rækkefølgen af deres aminosyrer. Men blot den smule vi ved om proteiner, viser tydeligt at disse „livets kæder“ ikke alene er højt organiserede, men også genspejler stor intelligens.

[Ramme/illustration på side 27]

Proteinernes „postnumre“

For at fremme ekspeditionen af breve og pakker kræver mange postvæsener at forsendelserne er forsynet med et postnummer. Skaberen har anvendt et lignende koncept for at sikre at proteiner kan finde rundt inde i cellen. Det er der også brug for eftersom en celle er et meget travlt sted, hvor der er op mod en milliard proteiner. Ikke desto mindre kan nydannede proteiner altid finde vej til deres plads takket være et molekylært „postnummer“ — en særlig kæde af aminosyrer der findes i proteinet.

Cellebiologen Günter Blobel fik i 1999 tildelt en nobelpris for at have opdaget dette forbløffende fænomen. Men han gjorde blot en opdagelse. Fortjener Skaberen af den levende celle og dens komplekse netværk af molekyler da ikke langt mere ære? — Åbenbaringen 4:11.

[Diagram/illustrationer på side 24, 25]

(Tekstens opstilling ses i den trykte publikation)

Hvordan dannes proteiner?

Celle

1 Dna-molekylerne som findes i cellekernen, indeholder instruktionerne til dannelsen af hvert enkelt protein

Dna

2 En sektion af et dna-molekyle lyner sig op, og de genetiske informationer omskrives til et budbringer-rna

Budbringer-rna

3 Ribosomer — som aflæser informationer og fremmer dannelsen af proteiner — binder sig til rna

4 Transportør-rna fører aminosyrer hen til ribosomet

Enkelte aminosyrer

Transportør-rna

Ribosom

5 Mens ribosomet „aflæser“ rna’et, sammenkobler det enkelte aminosyrer i en specifik rækkefølge så der dannes en kæde — et protein

Proteiner består af aminosyrer

6 Det kædelignende protein må folde sig helt præcist for at udføre sin funktion på rette måde. Tænk engang: Et protein har typisk over 300 „led“!

Protein

Vi har over 100.000 forskellige slags proteiner i vores krop. Disse proteiner er livsnødvendige

Antistoffer

Enzymer

Strukturproteiner

Hormoner

Transportører

[Diagram/illustration på side 25]

(Tekstens opstilling ses i den trykte publikation)

Hvordan „staver“ dna et protein?

Dna G T C T A T A A G

Dna bruger blot fire „bogstaver“: A, T, C, G

A T C G

„Dna-stavemåden“ omskrives til „rna-stavemåden“. Rna bruger U (uracil) i stedet for T

A U C G

Hver sekvens af tre bogstaver „staver“ et specifikt „ord“, eller aminosyre. For eksempel:

G U C = valin

U A U = tyrosin

A A G = lysin

Sådan kan hver af de 20 almindelige aminosyrer „staves“. „Ord“ sammenkobles for at danne en kæde, eller „sætning“ — et protein

[Diagram/illustration på side 26]

(Tekstens opstilling ses i den trykte publikation)

Hvordan bliver et protein „foldet“?

Enkelte aminosyrer sammenkobles og . . .

1 bliver til en kæde, så . . .

2 danner de mønstre, som for eksempel spiraler eller læg, og derefter. . .

Spiraler

Læg

3 bliver de „foldet“ så der dannes en mere kompleks tredimensionel struktur, som måske . . .

4 blot er én underenhed af et komplekst protein

[Illustration på side 26]

Denne computermodel af en del af et ribosomprotein angiver dets tredimensionelle opbygning i forskellige farver. Strukturmønstre ses som spiraler og pile (korte plisserede sektioner)

[Kildeangivelse]

The Protein Data Bank, ID: 1FFK; Ban, N., Nissen, P., Hansen, J., Moore, P.B., Steitz, T.A.: The Complete Atomic Structure of the Large Ribosomal Subunit at 2.4 A Resolution, Science 289 pp. 905 (2000)

[Kildeangivelse på side 24]

Tilpassede tegninger: Fra THE WAY LIFE WORKS af Mahlon Hoagland og Bert Dodson, copyright ©1995 af Mahlon Hoagland og Bert Dodson. Med tilladelse af Times Books, a division of Random House, Inc.