Viaţa — un uimitor ansamblu de lanţuri

TE-AI gândit vreodată la corpul tău ca la un ansamblu de lanţuri microscopice? Probabil că nu. În realitate însă, „la nivelul celor mai mici componente importante ale ei“, viaţa are „ca principiu organizator lanţul“, se arată în cartea The Way Life Works. Din acest motiv, chiar şi numai un mic defect în unul dintre aceste lanţuri poate afecta considerabil sănătatea noastră. Dar despre ce lanţuri e vorba? Cum funcţionează ele? Şi ce legătură există între ele şi sănătatea şi fericirea noastră?

În esenţă, e vorba despre molecule asemănătoare unor lanţuri care pot fi clasificate în două grupe principale. În articolul de faţă vom analiza doar o categorie, şi anume proteinele. În cealaltă categorie intră moleculele care conţin şi transmit informaţia genetică: ADN-ul şi ARN-ul. Bineînţeles, între cele două grupe există o strânsă legătură. De fapt, una dintre funcţiile de bază ale ADN-ului şi ale ARN-ului este producerea marii varietăţi de proteine necesare vieţii.

Catalizatori, paznici şi elemente de susţinere

În mod categoric, proteinele constituie grupa cu cele mai variate molecule mari necesare vieţii. În familia proteinelor intră anticorpii, enzimele, mesagerii, proteinele de structură şi transportorii. Marea diversitate de anticorpi, sau imunoglobuline, apără organismul de invadatorii străini precum bacteriile şi viruşii. Alte globuline ajută la închiderea vaselor de sânge lezate în urma unei traume.

Enzimele au rol de catalizatori, accelerând reacţiile chimice, de pildă cele implicate în digestie. De fapt, „fără enzime, în scurt timp am muri de foame, deoarece ne-ar trebui 50 de ani să digerăm ceea ce am consumat la o masă obişnuită“, se arată în cartea The Thread of Life. Enzimele îşi văd de treaba lor ca şi cum ar lucra pe o linie  de montaj într-o fabrică, fiecare îndeplinind o anumită sarcină. De exemplu, una dintre enzime, maltaza, descompune maltoza, un zahar, în două molecule de glucoză. Lactaza descompune lactoza, numită şi zahăr de lapte. Alte enzime combină atomi şi molecule formând noi produse. Mai mult, ele îşi îndeplinesc funcţiile cu o viteză ameţitoare. O singură moleculă-enzimă poate cataliza mii de reacţii chimice pe secundă!

Unele proteine constituie clasa hormonilor şi acţionează ca mesageri. Eliberate în fluxul sanguin, ele stimulează sau reduc activitatea altor părţi ale corpului. De exemplu, insulina stimulează celulele să absoarbă glucoza, sursa lor de energie. Proteinele de structură, precum colagenul şi keratina, reprezintă elementul principal din componenţa cartilajului, a părului, a unghiilor şi a pielii. Toate aceste proteine ar putea fi comparate „la nivel celular cu nişte stâlpi, grinzi, placaje, ciment şi cuie“, se spune în The Way Life Works.

Proteinele transportoare din membranele celulei au rol de pompe şi conducte, permiţând materialelor să intre în celulă şi să iasă din ea. Dar să vedem acum din ce sunt alcătuite proteinele şi ce legătură există între structura lor asemănătoare unui lanţ şi funcţiile lor.

Complexitate bazată pe simplitate

Multe limbi au ca element de bază alfabetul. Cuvintele se formează cu ajutorul literelor din alfabet. La rândul lor, mai multe cuvinte formează propoziţii. La nivel molecular, viaţa urmează un principiu asemănător. „Alfabetul“ e furnizat de ADN. În mod uimitor, acest „alfabet“ n-are decât patru litere, A, C, G şi T, care nu sunt altceva decât simbolurile unor baze chimice, şi anume adenină, citozină, guanină şi timină. Pornind de la aceste patru baze, cu ajutorul unui ARN intermediar, ADN-ul formează aminoacizi, care ar putea fi comparaţi cu nişte cuvinte. Dar, spre deosebire de cuvintele obişnuite, aminoacizii au toţi acelaşi număr de litere, şi anume trei. „Maşinile de asamblare a proteinelor“, numite ribozomi, leagă aminoacizii între ei. Lanţurile obţinute, adică proteinele, pot fi asemănate cu propoziţiile. O proteină obişnuită are însă mult mai multe „cuvinte“ decât o propoziţie vorbită ori scrisă. Ea poate conţine aproximativ 300–400 de aminoacizi.

 Potrivit unei lucrări de referinţă, în natură există sute de aminoacizi, totuşi în componenţa majorităţii proteinelor intră doar 20 dintre ei. Aceşti aminoacizi pot fi aranjaţi în aproape o infinitate de combinaţii. Să dăm un exemplu: Dacă avem la dispoziţie doar 20 de aminoacizi pentru a forma un lanţ lung de 100 de aminoacizi, am putea realiza 10¹⁰⁰ combinaţii, adică 1 urmat de 100 de zerouri!

Forma şi funcţiile proteinelor

Forma unei proteine are un rol decisiv în ce priveşte funcţia ei în celulă. Cum influenţează un lanţ de aminoacizi forma unei proteine? Spre deosebire de legăturile mobile dintr-un lanţ format din zale de metal sau plastic, aminoacizii se leagă la anumite unghiuri, formând modele regulate. Unele dintre aceste modele seamănă cu o spirală, de genul firului de la telefon, sau cu nişte pliuri, asemănătoare pliseurilor de la o rochie. Aceste modele sunt apoi „îndoite“ pentru a forma o structură tridimensională mult mai complexă. Forma unei proteine nu e în nici un caz întâmplătoare. De fapt, forma are un rol decisiv în funcţia proteinei. Acest lucru se observă foarte clar când în lanţul de aminoacizi apare un defect.

Când lanţul are un defect

Când există defecte în lanţul de aminoacizi ori proteinele nu sunt „îndoite“ corect, pot apărea diverse boli, de exemplu, anemia cu celule „în seceră“ şi fibroza chistică. Anemia cu celule „în seceră“ este o boală genetică în care moleculele de hemoglobină din globulele roşii nu sunt normale. O moleculă de hemoglobină e formată din 574 de aminoacizi aranjaţi în patru lanţuri. O modificare a secvenţei cu numai un aminoacid în două din cele patru lanţuri transformă hemoglobina normală în varianta care provoacă anemia cu celule „în seceră“. Majoritatea cazurilor de fibroză chistică se datorează unei proteine  căreia îi lipseşte un aminoacid, şi anume fenilalanina, aflat într-o poziţie-cheie în lanţul de aminoacizi. Printre consecinţele acestui defect am putea aminti un dezechilibru în cantitatea de apă şi sare necesară în membranele ce căptuşesc intestinele şi plămânii, ceea ce face ca mucusul ce acoperă aceste suprafeţe să devină anormal de gros şi de vâscos.

Când anumite proteine lipsesc apar boli precum albinismul şi hemofilia. În forma sa cea mai des întâlnită, albinismul (o deficienţă în pigmentaţie) apare când o proteină importantă, numită tirozinază, fie e defectuoasă, fie lipseşte. Acest lucru afectează producerea melaninei, un pigment brun care la om se găseşte în mod normal în ochi, păr şi epidermă. Hemofilia e cauzată de nivele foarte scăzute ale unor factori proteici care contribuie la coagularea sângelui sau chiar de lipsa acestor factori. Alte afecţiuni atribuite unor proteine defectuoase pot fi intoleranţa la lactoză şi distrofia musculară, ca să menţionăm doar câteva.

O teorie privind mecanismul unei boli

În ultimii ani, oamenii de ştiinţă s-au concentrat asupra unei boli care, după părerea unora, e cauzată de o formă anormală a unei proteine numite prion. Potrivit unei teorii, boala apare când prionii defectuoşi se leagă de proteina prionică normală, determinând-o să se îndoaie greşit. Rezultatul e „o reacţie în lanţ care propagă boala şi generează noi substanţe infecţioase“, se arată în revista Scientific American.

Se pare că primele cazuri de boală prionică aduse în atenţia opiniei publice au fost cele din Papua Noua Guinee înregistrate în anii ’50 ai secolului trecut. Anumite triburi izolate au practicat o formă de canibalism din motive religioase, ceea ce a dus la apariţia unei boli numite kuru, ale cărei simptome erau asemănătoare cu boala Creutzfeldt-Jacob. După ce triburile respective au renunţat la acel ritual religios, numărul cazurilor de kuru a scăzut rapid, în prezent boala fiind aproape dată uitării.

Un proiect uluitor!

Din fericire însă, proteinele se îndoaie, de obicei, în mod corect şi-şi îndeplinesc funcţiile cu o eficienţă şi o exactitate uluitoare, conlucrând într-un mod uimitor. Acesta e un lucru extraordinar dacă ne gândim că în corpul uman există peste 100 000 de tipuri de proteine, toate lanţurile complexe fiind îndoite în mii şi mii de moduri.

Lumea proteinelor e încă în mare parte neexplorată. Ca să afle mai multe, cercetătorii concep în prezent programe sofisticate de calculator care pot prevedea forma proteinelor după secvenţa lor de aminoacizi. Cu toate acestea, chiar şi din puţinul pe care îl cunoaştem despre proteine ne dăm seama în mod clar că, pe lângă extraordinarul nivel de organizare, aceste „lanţuri ale vieţii“ reflectă şi existenţa unei inteligenţe absolute.

[Chenarul/Ilustraţia de la pagina 27]

„Coduri poştale“ pentru proteine

Pentru ca scrisorile să ajungă mai repede la destinatar, multe servicii poştale cer să se indice pe lângă adresa destinatarului şi un cod poştal. Creatorul vieţii a implementat proteinelor un concept asemănător pentru a se asigura că ştiu unde să ajungă în interiorul celulei. O astfel de măsură e esenţială dacă ne gândim cât de aglomerată e o celulă: aici există până la un miliard de proteine. Totuşi, noile proteine formate ştiu întotdeauna să ajungă la locul lor de muncă graţie unui „cod poştal“ molecular, un şir special de aminoacizi pe care îl conţine proteina.

Günter Blobel, specialist în biologie celulară, a câştigat în 1999 premiul Nobel pentru această descoperire. Însă Blobel n-a făcut decât să descopere ceea ce exista deja. N-ar trebui oare să i se acorde o onoare mai mare Creatorului celulei vii şi al uluitorului ei mod de aranjare a moleculelor? — Revelaţia 4:11.

[Diagrama/Ilustraţiile de la paginile 24, 25]

(Pentru modul în care textul apare în pagină, vezi publicaţia)

Cum iau naştere proteinele?

Celulă

1 În interiorul nucleului unei celule, ADN-ul conţine instrucţiuni pentru fiecare proteină

ADN

2 O porţiune din ADN se desface, iar informaţia genetică e preluată de un ARN mesager

ARN mesager

3 Ribozomii — maşini care „citesc mesaje şi asamblează proteine“ — se leagă de ARN

4 ARN-urile de transfer aduc aminoacizii la ribozom

Aminoacizi separaţi

ARN-uri de transfer

Ribozom

5 În timp ce „citeşte“ ARN-ul, ribozomul leagă aminoacizii, aduşi separat, într-o anumită ordine pentru a forma un lanţ, adică proteina

Proteinele sunt alcătuite din aminoacizi

6 Proteina asemănătoare unui lanţ trebuie să se îndoaie cu mare precizie pentru a-şi putea îndeplini funcţiile. Imaginaţi-vă cât de lungă este o proteină obişnuită: Are peste 300 de „zale“!

Proteină

În corpul nostru există peste 100 000 de tipuri de proteine. Ele sunt esenţiale vieţii

Anticorpi

Enzime

Proteine de structură

Hormoni

Transportori

[Diagrama/Ilustraţiile de la pagina 25]

(Pentru modul în care textul apare în pagină, vezi publicaţia)

Cum dictează ADN-ul „pe litere“ fiecare proteină?

ADN G T C T A T A A G

ADN-ul foloseşte doar patru „litere“: A, T, C, G

A T C G

Scrierea „pe litere“ e copiată într-un ARN. ARN-ul foloseşte U (uracil) în loc de T

A U C G

Fiecare secvenţă de trei litere constituie un „cuvânt“, adică un aminoacid. De exemplu:

G U C = valină

U A U = tirosină

A A G = lisină

În acest mod, fiecare dintre cei 20 de aminoacizi esenţiali pot fi „scrişi pe litere“. „Cuvintele“ se leagă pentru a forma un lanţ, sau o „propoziţie“, adică proteina

[Diagrama/Ilustraţiile de la pagina 26]

(Pentru modul în care textul apare în pagină, vezi publicaţia)

Cum se îndoaie o proteină?

Aminoacizii separaţi se leagă unul de altul pentru a . . .

1 forma un lanţ, apoi . . .

2 formează modele, precum spirale ori pliuri, după care . . .

Spirale

Pliuri

3 se îndoaie formând structuri tridimensionale mai complexe, care pot constitui . . .

4 doar o subunitate a unei proteine complexe

[Legenda fotografiei de la pagina 26]

Acest model pe calculator ce prezintă o parte dintr-o proteină ribozomală evidenţiază cu ajutorul culorilor natura tridimensională a proteinei. Modelele structurale sunt indicate de spirale (arcuri) şi săgeţi (mici secţiuni pliate)

[Provenienţa fotografiei]

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)

[Provenienţa ilustraţiei de la pagina 24]

Desene, adaptare după THE WAY LIFE WORKS de Mahlon Hoagland şi Bert Dodson, copyright ©1995 de Mahlon Hoagland şi Bert Dodson. Cu permisiunea Times Books, Random House, Inc.