JESTE li ikada pomislili da je vaše tijelo sazdano od mnoštva mikroskopski sitnih lanaca? Vjerojatno niste. No to je zapravo točno. “Na razini najsitnijih komponenata”, stoji u knjizi The Way Life Works, živi organizam koristi “lance kao osnovni strukturni princip”. Stoga se čak i mala nepravilnost u građi nekog od tih lanaca može štetno odraziti na naše zdravlje. Kakvi su to lanci? Koja je njihova uloga u organizmu i kako su povezani s našim zdravljem?

U biti, to su molekule koje imaju oblik lanca, a mogu se svrstati u dvije glavne grupe. Molekule o kojima ćemo govoriti u ovom članku nazivaju se proteini. One druge služe za pohranjivanje i prijenos genetskih uputa, a nazivaju se DNK i RNK. Naravno, te su dvije grupe molekula blisko povezane. Ustvari, jedna od glavnih zadaća molekula DNK i RNK je proizvoditi čitav niz proteina koji su neophodni za život.

Proteini svojom raznovrsnošću daleko nadmašuju sve druge velike molekule. U porodicu proteina spadaju antitijela, enzimi te glasnički, građevni i transportni proteini. Široki spektar imunoglobulina, ili antitijela, brani organizam od stranih napadača kao što su bakterije i virusi. Neki drugi globulini pospješuju zacjeljivanje oštećenih krvnih žila.

Enzimi služe kao katalizatori, to jest ubrzavaju kemijske reakcije, primjerice one koje se odvijaju kod probave hrane. Ustvari, “kad bi vaše tijelo ostalo bez enzima, vjerojatno biste ubrzo umrli od gladi jer bi vam trebalo 50 godina da probavite obični ručak”,  objašnjava se u knjizi The Thread of Life. Enzimi obavljaju svoj posao kao radnici na pokretnoj traci, pri čemu svaki od njih obavlja neki specifičan zadatak. Tako, naprimjer, enzim maltaza razgrađuje šećer maltozu na dvije molekule glukoze. Enzim laktaza razgrađuje laktozu, ili mliječni šećer. Drugi enzimi spajaju atome i molekule, stvarajući nove spojeve. Sve se to odvija nevjerojatno brzo. Jedna enzimska molekula može pokrenuti na tisuće kemijskih reakcija u sekundi!

Neki se proteini svrstavaju u hormone i služe za prenošenje uputa. Kad dospiju u krvotok, hormoni povećavaju ili pak smanjuju aktivnost u raznim dijelovima tijela. Tako, naprimjer, inzulin potiče stanice na apsorpciju glukoze, koja ih opskrbljuje energijom. Građevni proteini, kao što su kolagen i keratin, glavni su sastojci hrskavice, dlake, noktiju i kože. Moglo bi se reći da svi ti proteini “služe u stanici poput potpornih stupova, greda, dasaka, cementa i čavala”, piše u knjizi The Way Life Works.

Transportni proteini koji se nalaze u staničnim membranama služe kao pumpe i kanali koji omogućavaju protok tvari u stanicu i iz nje. Pogledajmo sada od čega su građeni proteini te kako je njihova lančana struktura povezana s funkcijama koje obavljaju.

Abeceda je jedan od osnovnih elemenata mnogih jezika. Od tog niza slova slažu se riječi, a od riječi se sastavljaju rečenice. Na molekularnoj razini vrijedi sličan princip. Slova “abecede” daje DNK. No zanimljivo je da ta “abeceda” ima samo četiri slova — A, C, G i T, koja su simboli za kemijske baze adenin, citozin, gvanin i timin. Od te četiri baze DNK uz pomoć RNK stvara aminokiseline, koje se mogu usporediti s riječima. No, za razliku od riječi, aminokiseline uvijek imaju jednak broj slova — tri. “Sastavljači proteina”, takozvani ribosomi, spajaju te aminokiseline i stvaraju lance, odnosno proteine, koji se mogu usporediti s rečenicama. Protein se obično sastoji od više dijelova nego izgovorena ili napisana rečenica — može sadržavati 300 do 400 aminokiselina.

U jednoj enciklopediji piše da u prirodi postoji nekoliko stotina vrsta  aminokiselina, no u većini proteina može ih se naći samo dvadesetak. Te se aminokiseline mogu posložiti na gotovo bezbroj načina. Zamislite: ako samo 20 vrsta aminokiselina tvori lanac od 100 aminokiselina, taj se lanac može složiti na više od 10¹⁰⁰ (to je broj 1 sa 100 nula) različitih načina!

Oblik proteina vrlo je važan jer određuje njegovu ulogu u stanici. Kako lanac aminokiselina utječe na oblik proteina? Za razliku od karika u metalnom ili plastičnom lancu koje se mogu pomicati i zakretati, aminokiseline se spajaju pod točno određenim kutom, tvoreći uvijek iste strukture. Neke od njih nalikuju telefonskoj žici savijenoj u obliku spirale, a neke plisiranoj tkanini. Savijanjem i nabiranjem tih struktura nastaju složenije trodimenzionalne strukture. Građa proteina nipošto nije prepuštena slučaju. Dapače, ona je presudna za njegovu funkciju, što postaje očito kad se pojavi greška u lancu aminokiselina.

Kad proteini imaju grešku u lancu aminokiselina ili su neispravno savijeni, mogu uzrokovati bolesti kao što su anemija srpastih stanica i cistična fibroza. Anemija srpastih stanica je genetska bolest kod koje se javljaju anomalije na molekulama hemoglobina u crvenim krvnim stanicama. Molekula hemoglobina sastoji se od 574 aminokiseline koje tvore četiri lanca. Ako se promijeni samo jedna aminokiselina u dva od četiri lanca, normalna molekula hemoglobina dobit će srpasti oblik. Cističnu fibrozu u većini slučajeva uzrokuje jedan protein kojem na ključnom mjestu u lancu nedostaje aminokiselina fenilalanin. Ta greška, između ostalog, dovodi do poremećaja u protoku soli i vode kroz stijenke crijeva i pluća,  uslijed čega sluznica tih organa postane neuobičajeno gusta i ljepljiva.

Znatan manjak ili odsutnost određenih proteina dovode do poremećaja kao što su albinizam i hemofilija. Najčešći oblik albinizma (nedostatak pigmenta) javlja se kad jedan važan protein koji se naziva tirozinaza ima u sebi neku grešku ili ga uopće nema. To utječe na proizvodnju melanina, smeđeg pigmenta koji je inače prisutan u čovjekovom oku, kosi i koži. Hemofilija se javlja uslijed vrlo niske koncentracije ili potpunog nedostatka proteinskih faktora koji pospješuju zgrušavanje krvi. Postoje i mnogi drugi poremećaji koji su posljedica grešaka u građi proteina, a neki od njih su nepodnošenje laktoze i distrofija mišića.

U posljednje vrijeme istraživači posvećuju puno pažnje jednoj vrsti bolesti koja je, po mišljenju nekih znanstvenika, posljedica greške u građi proteina nazvanog prion. Prema teoriji tih znanstvenika, bolest nastupa kad se prioni koji imaju u sebi grešku vežu za ispravne prionske proteine, uzrokujući da se ispravni proteinski lanac krivo savine. Posljedica toga je “lančana reakcija koja dovodi do širenja bolesti i stvaranja nove zarazne tvari”, stoji u časopisu Scientific American.

Moguće je da je bolest koja je u 1950-ima otkrivena u Papui Novoj Gvineji također bila uzrokovana mutacijama priona. Neka domorodačka plemena koja su živjela u zabačenim područjima imala su običaj prilikom vjerskog obreda jesti ljudsko meso, što je dovelo do bolesti kuru, čiji su simptomi slični simptomima Creutzfeldt-Jakobove bolesti. Kad su pripadnici plemena u kojima se pojavila bolest prestali vršiti spomenuti vjerski obred, stopa obolijevanja od kurua naglo se smanjila, a danas je ta bolest gotovo potpuno iskorijenjena.

No u većini slučajeva sinteza proteina odvija se bez greške, tako da proteini izuzetno skladno surađuju jedni s drugima dok efikasno i precizno izvršavaju svoje zadatke. To je zadivljujuće s obzirom na to da u ljudskom tijelu postoji preko 100 000 vrsta proteina te da su svi ti kompleksni lanci savijeni na tisuće različitih načina.

Proteini su još uvijek uvelike neistraženi. U želji da saznaju nešto više o njima istraživači kreiraju složene kompjuterske programe pomoću kojih bi se moglo predvidjeti oblik proteina na temelju redoslijeda njihovih aminokiselina. No, čak i ono malo što znamo o proteinima jasno pokazuje da su te lančane strukture o kojima ovisi naš život izuzetno složene te da su odraz vrhunske inteligencije.