Život — zadivljujući niz lanaca

POKRENI

Život — zadivljujući niz lanaca

DA LI vam je ikada palo na pamet da se vaše telo sastoji od lanaca mikroskopske veličine? Verovatno nije. Ali, knjiga The Way Life Works (Kako život funkcioniše) kaže da život, „počev od najmanjih značajnih komponenti“, koristi „lanac kao organizacioni princip“. Iz tog razloga, samo mala greška u nekom od tih lanaca može u velikoj meri uticati na naše zdravlje. Kakvi su ti lanci? Kako oni funkcionišu? I kako utiču na naše zdravlje i na naš život uopšte?

U suštini, to su molekuli nalik lancu koji se svrstavaju u dve glavne grupe. Molekuli o kojima ćemo govoriti u ovom članku nazivaju se proteini. U drugoj grupi se nalaze molekuli DNK i RNK koji čuvaju i prenose genetske informacije. Naravno, te dve grupe su neraskidivo vezane. Zapravo, jedna od glavnih uloga DNK i RNK jeste da proizvode veliki broj proteina neophodnih za život.

Katalizatori, čuvari i stubovi

Među većim molekulima, proteini su ubedljivo najraznovrsniji. U porodicu proteina spadaju antitela, enzimi, gradivni proteini, informacioni proteini i transporteri. Brojne vrste antitela, to jest imunoglobulina, brane nas od uljeza kao što su bakterije i virusi. Drugi globulini pomažu da se poprave oštećeni krvni sudovi.

Enzimi služe kao katalizatori, ubrzavajući hemijske reakcije, među kojima su i one vezane za varenje. Knjiga The Thread of Life (Nit života) objašnjava: „Bez enzima, ubrzo biste umrli od gladi jer bi vam trebalo 50 godina da svarite jedan prosečan obrok.“ Enzimi rade kao na proizvodnoj traci i svaki od njih obavlja određeni zadatak. Na primer, enzimi maltaze razgrađuju maltozu, jednu vrstu šećera, na dva molekula glukoze. Laktaza razgrađuje laktozu, to jest mlečni šećer. Drugi enzimi kombinuju atome i molekule i stvaraju nove komponente. Oni svoj posao obavljaju neverovatnom brzinom. Jedan jedini molekul enzima može katalizovati hiljade hemijskih reakcija u sekundi!

Neki proteini su klasifikovani kao hormoni i ponašaju se kao glasnici. Kada dospeju u krvotok, oni podstiču ili smanjuju aktivnost drugih delova tela. Na primer, insulin stimuliše ćelije da uzimaju glukozu, što je za njih izvor energije. Gradivni proteini poput kolagena i keratina predstavljaju glavne komponente kose, kože, noktiju i hrskavice. Svi ti proteini „za ćeliju su isto što i stubovi, grede, daske, cement i ekseri za jednu kuću“, kaže se u knjizi The Way Life Works (Kako život funkcioniše).

Transportni proteini u ćelijskim membranama služe kao pumpe i kanali, i oni regulišu ulazak materija u ćeliju i izlazak iz nje. Hajde da vidimo od čega se sastoje proteini i kako njihova struktura nalik lancu utiče na njihovo funkcionisanje.

Složenost zasnovana na jednostavnosti

Osnova nekih jezika je azbuka. Od njenih znakova, to jest slova, nastaju reči, a od reči pak rečenice. Slično je i sa molekulima. Glavna „azbuka“ nalazi se u DNK. Zadivljujuće je što se ova „azbuka“ sastoji od samo četiri slova — A, G, T i C, što su simboli za hemijske baze adenina, guanina, timina i citozina. Od te četiri baze, DNK posredstvom RNK formira aminokiseline, koje se mogu uporediti s rečima. Međutim, za razliku od običnih reči, sve aminokiseline imaju isti broj slova — tri. „Mašine za stvaranje proteina“, zvane ribozomi, spajaju aminokiseline. Tako nastali lanci, to jest proteini, mogu se uporediti s rečenicama. Ipak, tipičan protein ima više elemenata od izgovorene ili napisane rečenice jer sadrži oko 300 do 400 aminokiselina.

Prema jednom delu, u prirodi postoji preko 100 aminokiselina, ali u većini proteina nalazi se samo dvadesetak vrsta. Te aminokiseline mogu biti poređane u praktično beskrajnom broju kombinacija. Recimo, ako samo 20 vrsta aminokiselina formira lanac u kome ima 100 aminokiselina, taj lanac se može obrazovati na preko 10⁠¹⁰⁰ načina, što je broj koji se piše kao 1 za kojim sledi 100 nula!

Oblik proteina i njegovo funkcionisanje

Oblik jednog proteina je od suštinske važnosti za njegovo funkcionisanje u ćeliji. Kako jedan lanac aminokiselina utiče na oblik proteina? Za razliku od metalnog ili plastičnog lanca u kome karike nisu čvrsto vezane jedna za drugu, aminokiseline se vezuju pod određenim uglovima, obrazujući tako pravilne oblike. Neki od tih oblika liče na spiralni telefonski kabl ili na nabore na odeći. Ti oblici se zatim „savijaju“, to jest oblikuju kako bi obrazovali složeniju trodimenzionalnu strukturu. Oblik proteina nipošto ne može biti slučajan. Da, on je od suštinske važnosti za funkcionisanje proteina, što posebno dolazi do izražaja kada u lancu aminokiselina nastane greška.

Kad lanac ima grešku

Kad proteini imaju grešku u lancu aminokiselina ili su nepravilno savijeni, to može dovesti do mnogih bolesti, uključujući i anemiju srpastih eritrocita i cističnu fibrozu. Anemija srpastih eritrocita je genetsko oboljenje koje nastaje kada molekuli hemoglobina u crvenim krvnim zrncima nisu normalni. Molekul hemoglobina sastoji se od 574 aminokiseline grupisane u četiri lanca. Zamena samo jedne aminokiseline u dva od ta četiri lanca pretvara normalan hemoglobin u oblik srpaste ćelije. U većini slučajeva cistična fibroza nastaje zbog proteina kojem nedostaje aminokiselina fenilalanin na ključnom mestu u lancu aminokiselina. Između ostalog, ova greška utiče na odnos soli i vode u membranama koje se nalaze u crevima i plućima, što dovodi do stvaranja sluzi koja oblaže te površine dok ne postanu abnormalno zadebljane i lepljive.

Delimičan ili potpun nedostatak određenih proteina vodi do poremećaja kao što su albinizam i hemofilija. Najčešći oblik albinizma, to jest nedostatka pigmenta, nastaje kada jedan važan protein koji se zove tirozinaza ima grešku ili kada ga uopšte nema. To utiče na proizvodnju melanina, braon pigmenta prisutnog u koži, kosi i očima. Hemofilija nastaje usled veoma niskog nivoa ili nedostatka delova proteina koji pomažu zgrušavanje krvi. Među brojne poremećaje koje prouzrokuju proteini s greškom takođe spadaju intolerancija laktoze i mišićna distrofija.

Teorija o mehanizmu oboljenja

Poslednjih godina, naučnici se usredsređuju na oboljenje koje neki pripisuju defektnom obliku proteina koji se zove prion. Prema toj teoriji do bolesti dolazi kada se prioni s greškom vežu za normalne prione, usled čega se normalan protein pogrešno savija. U časopisu Scientific American kaže se da to dovodi do „lančane reakcije koja omogućava da bolest napreduje i da se stvara novi infektivni materijal“.

Tokom 1950-ih na Papua-Novoj Gvineji prvi put je pažnju javnosti privuklo ono što bi se moglo nazvati jednim slučajem prionske bolesti. Neka izolovana plemena su iz religioznih razloga upražnjavala jedan oblik kanibalizma i to je dovelo do bolesti nazvane kuru, sa simptomima sličnim kao kod jednog oblika sunđeraste encefalopatije. Kada su plemena ukinula taj ritual, broj novoobolelih je naglo opao i sada je ta bolest skoro zaboravljena.

Zadivljujući dizajn!

Na svu sreću, proteini se ipak savijaju pravilno i obavljaju svoje zadatke sa zadivljujućom efikasnošću i tačnošću, i pri tom međusobno sarađuju na izvanredan način. To je zaista izvanredno kada se uzme u obzir da u ljudskom telu postoji preko 100 000 vrsta proteina i da se svi složeni lanci mogu saviti na hiljade različitih načina.

Svet proteina još uvek je velika nepoznanica. Da bi saznali više, istraživači sada prave složene kompjuterske programe pomoću kojih može da se predvidi oblik proteina na osnovu poretka aminokiselina od kojih se sastoje. Pa ipak, čak i ovo malo što znamo o proteinima jasno pokazuje da ovi „lanci života“, ne samo da su izuzetno organizovani, već i da su odraz ogromne inteligencije.

[Okvir/Slika na 27. strani]

„Poštanski brojevi“ za proteine

Da bi ubrzale isporuku, mnoge poštanske službe zahtevaju da adrese pisama sadrže i poštanski broj. Koristeći sličan princip, Stvoritelj se pobrinuo da proteini unutar ćelije stignu na pravo mesto. To je neophodno jer je unutar ćelija veoma prometno, s obzirom da u njima postoji skoro milijardu proteina. Pa ipak, novonastali proteini uvek pronađu put do svog radnog mesta, i to zahvaljujući molekularnom „poštanskom broju“ — posebnom nizu aminokiselina u proteinu.

Celularni biolog Ginter Blobel dobio je 1999. Nobelovu nagradu za otkriće ovog zadivljujućeg koncepta. Ali, Blobel je to samo otkrio. Zar ne bi trebalo da se Stvoritelju živih ćelija i njihovog zapanjujućeg spektra molekula oda mnogo veće priznanje? (Otkrivenje 4:11).

[Dijagram/Slike na stranama 24, 25]

(Za kompletan tekst, vidi publikaciju)

Kako nastaju proteini?

Ćelija

1 U ćelijskom jedru, DNK sadrži instrukcije za svaki protein

DNK

2 Deo DNK se razdvaja i stvaraju se genetske informacije u informacionoj RNK

Informaciona RNK

3 Ribozomi — „čitači poruka, sastavljači proteina“ — vezuju se za RNK

4 Transportne RNK prenose aminokiseline u ribozom

Pojedinačne aminokiseline

Transportna RNK

Ribozom

5 Kada ribozom „pročita“ RNK, on vezuje pojedinačne aminokiseline u odgovarajućem poretku i tako formira lanac — protein

Proteini se sastoje od aminokiselina

6 Protein u obliku lanca mora se precizno saviti da bi mogao da funkcioniše. Zamislite, jedan običan protein ima preko 300 „veza“!

Protein

U našem telu se nalazi preko 100 000 vrsta proteina. Oni su neophodni za život

Antitela

Enzimi

Gradivni proteini

Hormoni

Transporteri

[Dijagram/Slike na 25. strani]

(Za kompletan tekst, vidi publikaciju)

Kako DNK „čita“ svaki protein?

DNK GTC TAT AAG

DNK kombinuje samo četiri „slova“: A, T, C, G

A T C G

„Slova“ DNK prepisuju se u RNK, koji koristi U (uracil) umesto T

A U C G

Bilo kojom kombinacijom tri slova nastaje određena „reč“, to jest aminokiselina. Na primer:

G U C = valin

U A U = tirozin

A A G = lizin

Na taj način se može „pročitati“ svaka od 20 najčešćih aminokiselina. „Reči“ se vezuju i formiraju lanac, to jest „rečenicu“ — protein

[Dijagram/Slike na 26. strani]

(Za kompletan tekst, vidi publikaciju)

Kako se protein „savija“?

Pojedinačne aminokiseline vezuju se i tako...

1 formiraju lanac, zatim...

2 formiraju oblike, kao što su spirale i nabori, potom se...

Spirale

Nabori

3 savijaju u jednu složeniju trodimenzionalnu strukturu, koja može biti...

4 samo jedna podgrupa složenog proteina

[Slika na 26. strani]

Na ovom kompjuterskom prikazu dela ribozoma na kome se stvaraju proteini bojama je dočarana njegova trodimenzionalna priroda. Strukturni oblici su predstavljeni spiralama i malim naborima

[Izvor]

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)

[Izvor slike na 24. strani]

PROBUDITE SE!