Живот — задивљујући низ ланаца

ПОКРЕНИ

Живот — задивљујући низ ланаца

ДА ЛИ вам је икада пало на памет да се ваше тело састоји од ланаца микроскопске величине? Вероватно није. Али, књига The Way Life Works (Како живот функционише) каже да живот, „почев од најмањих значајних компоненти“, користи „ланац као организациони принцип“. Из тог разлога, само мала грешка у неком од тих ланаца може у великој мери утицати на наше здравље. Какви су ти ланци? Како они функционишу? И како утичу на наше здравље и на наш живот уопште?

У суштини, то су молекули налик ланцу који се сврставају у две главне групе. Молекули о којима ћемо говорити у овом чланку називају се протеини. У другој групи се налазе молекули ДНК и РНК који чувају и преносе генетске информације. Наравно, те две групе су нераскидиво везане. Заправо, једна од главних улога ДНК и РНК јесте да производе велики број протеина неопходних за живот.

Катализатори, чувари и стубови

Међу већим молекулима, протеини су убедљиво најразноврснији. У породицу протеина спадају антитела, ензими, градивни протеини, информациони протеини и транспортери. Бројне врсте антитела, то јест имуноглобулина, бране нас од уљеза као што су бактерије и вируси. Други глобулини помажу да се поправе оштећени крвни судови.

Ензими служе као катализатори, убрзавајући хемијске реакције, међу којима су и оне везане за варење. Књига The Thread of Life (Нит живота) објашњава: „Без ензима, убрзо бисте умрли од глади јер би вам требало 50 година да сварите један просечан оброк.“ Ензими раде као на производној траци и сваки од њих обавља одређени задатак. На пример, ензими малтазе разграђују малтозу, једну врсту шећера, на два молекула глукозе. Лактаза разграђује лактозу, то јест млечни шећер. Други ензими комбинују атоме и молекуле и стварају нове компоненте. Они свој посао обављају невероватном брзином. Један једини молекул ензима може катализовати хиљаде хемијских реакција у секунди!

Неки протеини су класификовани као хормони и понашају се као гласници. Када доспеју у крвоток, они подстичу или смањују активност других делова тела. На пример, инсулин стимулише ћелије да узимају глукозу, што је за њих извор енергије. Градивни протеини попут колагена и кератина представљају главне компоненте косе, коже, ноктију и хрскавице. Сви ти протеини „за ћелију су исто што и стубови, греде, даске, цемент и ексери за једну кућу“, каже се у књизи The Way Life Works (Како живот функционише).

Транспортни протеини у ћелијским мембранама служе као пумпе и канали, и они регулишу улазак материја у ћелију и излазак из ње. Хајде да видимо од чега се састоје протеини и како њихова структура налик ланцу утиче на њихово функционисање.

Сложеност заснована на једноставности

Основа неких језика је азбука. Од њених знакова, то јест слова, настају речи, а од речи пак реченице. Слично је и са молекулима. Главна „азбука“ налази се у ДНК. Задивљујуће је што се ова „азбука“ састоји од само четири слова — А, Г, Т и Ц, што су симболи за хемијске базе аденина, гуанина, тимина и цитозина. Од те четири базе, ДНК посредством РНК формира аминокиселине, које се могу упоредити с речима. Међутим, за разлику од обичних речи, све аминокиселине имају исти број слова — три. „Машине за стварање протеина“, зване рибозоми, спајају аминокиселине. Тако настали ланци, то јест протеини, могу се упоредити с реченицама. Ипак, типичан протеин има више елемената од изговорене или написане реченице јер садржи око 300 до 400 аминокиселина.

Према једном делу, у природи постоји преко 100 аминокиселина, али у већини протеина налази се само двадесетак врста. Те аминокиселине могу бити поређане у практично бескрајном броју комбинација. Рецимо, ако само 20 врста аминокиселина формира ланац у коме има 100 аминокиселина, тај ланац се може образовати на преко 10⁠¹⁰⁰ начина, што је број који се пише као 1 за којим следи 100 нула!

Облик протеина и његово функционисање

Облик једног протеина је од суштинске важности за његово функционисање у ћелији. Како један ланац аминокиселина утиче на облик протеина? За разлику од металног или пластичног ланца у коме карике нису чврсто везане једна за другу, аминокиселине се везују под одређеним угловима, образујући тако правилне облике. Неки од тих облика личе на спирални телефонски кабл или на наборе на одећи. Ти облици се затим „савијају“, то јест обликују како би образовали сложенију тродимензионалну структуру. Облик протеина нипошто не може бити случајан. Да, он је од суштинске важности за функционисање протеина, што посебно долази до изражаја када у ланцу аминокиселина настане грешка.

Кад ланац има грешку

Кад протеини имају грешку у ланцу аминокиселина или су неправилно савијени, то може довести до многих болести, укључујући и анемију српастих еритроцита и цистичну фиброзу. Анемија српастих еритроцита је генетско обољење које настаје када молекули хемоглобина у црвеним крвним зрнцима нису нормални. Молекул хемоглобина састоји се од 574 аминокиселине груписане у четири ланца. Замена само једне аминокиселине у два од та четири ланца претвара нормалан хемоглобин у облик српасте ћелије. У већини случајева цистична фиброза настаје због протеина којем недостаје аминокиселина фенилаланин на кључном месту у ланцу аминокиселина. Између осталог, ова грешка утиче на однос соли и воде у мембранама које се налазе у цревима и плућима, што доводи до стварања слузи која облаже те површине док не постану абнормално задебљане и лепљиве.

Делимичан или потпун недостатак одређених протеина води до поремећаја као што су албинизам и хемофилија. Најчешћи облик албинизма, то јест недостатка пигмента, настаје када један важан протеин који се зове тирозиназа има грешку или када га уопште нема. То утиче на производњу меланина, браон пигмента присутног у кожи, коси и очима. Хемофилија настаје услед веома ниског нивоа или недостатка делова протеина који помажу згрушавање крви. Међу бројне поремећаје које проузрокују протеини с грешком такође спадају интолеранција лактозе и мишићна дистрофија.

Теорија о механизму обољења

Последњих година, научници се усредсређују на обољење које неки приписују дефектном облику протеина који се зове прион. Према тој теорији до болести долази када се приони с грешком вежу за нормалне прионе, услед чега се нормалан протеин погрешно савија. У часопису Scientific American каже се да то доводи до „ланчане реакције која омогућава да болест напредује и да се ствара нови инфективни материјал“.

Током 1950-их на Папуа-Новој Гвинеји први пут је пажњу јавности привукло оно што би се могло назвати једним случајем прионске болести. Нека изолована племена су из религиозних разлога упражњавала један облик канибализма и то је довело до болести назване куру, са симптомима сличним као код једног облика сунђерасте енцефалопатије. Када су племена укинула тај ритуал, број новооболелих је нагло опао и сада је та болест скоро заборављена.

Задивљујући дизајн!

На сву срећу, протеини се ипак савијају правилно и обављају своје задатке са задивљујућом ефикасношћу и тачношћу, и при том међусобно сарађују на изванредан начин. То је заиста изванредно када се узме у обзир да у људском телу постоји преко 100 000 врста протеина и да се сви сложени ланци могу савити на хиљаде различитих начина.

Свет протеина још увек је велика непознаница. Да би сазнали више, истраживачи сада праве сложене компјутерске програме помоћу којих може да се предвиди облик протеина на основу поретка аминокиселина од којих се састоје. Па ипак, чак и ово мало што знамо о протеинима јасно показује да ови „ланци живота“, не само да су изузетно организовани, већ и да су одраз огромне интелигенције.

[Оквир⁄Слика на 27. страни]

„Поштански бројеви“ за протеине

Да би убрзале испоруку, многе поштанске службе захтевају да адресе писама садрже и поштански број. Користећи сличан принцип, Створитељ се побринуо да протеини унутар ћелије стигну на право место. То је неопходно јер је унутар ћелија веома прометно, с обзиром да у њима постоји скоро милијарду протеина. Па ипак, новонастали протеини увек пронађу пут до свог радног места, и то захваљујући молекуларном „поштанском броју“ — посебном низу аминокиселина у протеину.

Целуларни биолог Гинтер Блобел добио је 1999. Нобелову награду за откриће овог задивљујућег концепта. Али, Блобел је то само открио. Зар не би требало да се Створитељу живих ћелија и њиховог запањујућег спектра молекула ода много веће признање? (Откривење 4:11).

[Дијаграм/Слике на странама 24, 25]

(За комплетан текст, види публикацију)

Како настају протеини?

Ћелија

1 У ћелијском једру, ДНК садржи инструкције за сваки протеин

ДНК

2 Део ДНК се раздваја и стварају се генетске информације у информационој РНК

Информациона РНК

3 Рибозоми — „читачи порука, састављачи протеина“ — везују се за РНК

4 Транспортне РНК преносе аминокиселине у рибозом

Појединачне аминокиселине

Транспортна РНК

Рибозом

5 Када рибозом „прочита“ РНК, он везује појединачне аминокиселине у одговарајућем поретку и тако формира ланац — протеин

Протеини се састоје од аминокиселина

6 Протеин у облику ланца мора се прецизно савити да би могао да функционише. Замислите, један обичан протеин има преко 300 „веза“!

Протеин

У нашем телу се налази преко 100 000 врста протеина. Они су неопходни за живот

Антитела

Ензими

Градивни протеини

Хормони

Транспортери

[Дијаграм/Слике на 25. страни]

(За комплетан текст, види публикацију)

Како ДНК „чита“ сваки протеин?

ДНК ГТЦ ТАТ ААГ

ДНК комбинује само четири „слова“: А, Т, Ц, Г

А Т Ц Г

„Слова“ ДНК преписују се у РНК, који користи У (урацил) уместо Т

А У Ц Г

Било којом комбинацијом три слова настаје одређена „реч“, то јест аминокиселина. На пример:

Г У Ц = валин

У А У = тирозин

А А Г = лизин

На тај начин се може „прочитати“ свака од 20 најчешћих аминокиселина. „Речи“ се везују и формирају ланац, то јест „реченицу“ — протеин

[Дијаграм/Слике на 26. страни]

(За комплетан текст, види публикацију)

Како се протеин „савија“?

Појединачне аминокиселине везују се и тако...

1 формирају ланац, затим...

2 формирају облике, као што су спирале и набори, потом се...

Спирале

Набори

3 савијају у једну сложенију тродимензионалну структуру, која може бити...

4 само једна подгрупа сложеног протеина

[Слика на 26. страни]

На овом компјутерском приказу дела рибозома на коме се стварају протеини бојама је дочарана његова тродимензионална природа. Структурни облици су представљени спиралама и малим наборима

[Извор]

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)

[Извор слике на 24. страни]

ПРОБУДИТЕ СЕ!