Животот — неверојатен систем од синџири

Животот — неверојатен систем од синџири

ДАЛИ некогаш Ви паднало на памет дека Вашето тело се состои од синџири со микроскопска големина? Веројатно не. Но, всушност, според книгата Како функционира животот (The Way Life Works), „на молекуларно ниво“ живиот организам ги користи „синџирите како основен структурен принцип“. Затоа, дури и една мала неправилност во градбата на некој од овие синџири може штетно да се одрази врз нашето здравје. За какви синџири станува збор? Како функционираат и каква врска имаат со здравјето?

Во основа, се работи за молекули во форма на синџири кои се поделени на две главни групи. Во оваа статија ќе ги разгледаме молекулите на белковините. Во другата група спаѓаат молекулите во кои се сместени и кои ги пренесуваат генетичките информации, а се нарекуваат ДНК и РНК. Се разбира, овие две групи молекули се многу тесно поврзани. Всушност, една од главните функции на молекулите на ДНК и РНК е да произведат цела низа белковини што се неопходни за живот.

Катализатори, стражари и столбови

Со својата разновидност, белковините далеку ги надминуваат сите други големи органски молекули. Во семејството на белковини спаѓаат антитела и ензими, како и информациски, градежни и транспортни белковини. Широкиот спектар на антитела, или имуноглобулини, служи за одбрана на организмот од непознати напаѓачи, како што се бактериите и вирусите. Еден друг вид глобулини помагаат да се зацелат оштетените крвни садови.

Ензимите служат како катализатори, односно ги забрзуваат хемиските реакции како, на пример, оние што се поврзани со варењето на храната. Всушност, „кога нашето тело би останало без ензими, многу брзо би умреле од глад, бидејќи би биле потребни 50 години за да се свари еден обичен ручек“, се објаснува во книгата Нишка на животот (The Thread of Life). Ензимите работат како работници на подвижна производствена лента, при што секој од нив врши некоја конкретна задача. На пример, ензимот малтаза го разградува шеќерот малтоза на два молекула на гликоза. Ензимот лактаза ја разградува лактозата, односно млечниот шеќер. Други ензими ги спојуваат атомите и молекулите и создаваат нови компоненти. И сето ова се одвива со неверојатно голема брзина. Еден единствен ензимски молекул може да катализира илјадници хемиски реакции во секунда!

Некои белковини се класифицирани како хормони и служат за пренесување на информации. Откако ќе влезат во крвотокот, тие ја забрзуваат или забавуваат активноста на други делови од телото. На пример, инсулинот ги стимулира клетките да апсорбираат гликоза, која претставува нивни главен извор на енергија. Градежните белковини, пак, како што се колагенот и кератинот, се главни состојки на ‘рскавицата, косата, ноктите и кожата. Може да се каже дека сите овие белковини „служат во клетката како столбови, греди, штици, цемент и шајки“ стои во книгата Како функционира животот.

Транспортните белковини кои се наоѓаат во клеточната мембрана служат како пумпи и тунели низ кои материите влегуваат и излегуваат од клетките. Да видиме сега од што се изградени белковините и каква врска има нивната градба во форма на синџири со функцијата што ја вршат.

Сложеност која се темели на едноставност

Азбуката е основен елемент на многу јазици. Од тој список на букви се прават зборови, а од зборовите се составуваат реченици. На молекуларно ниво важи еден сличен принцип. Главната „азбука“ се наоѓа во ДНК. Но, интересно е тоа што оваа „азбука“ се состои од само четири букви — А, Г, Т, и Ц, кои се симболи за хемиските бази аденин, гванин, тимин и цитозин. Од тие четири бази, ДНК создава аминокиселини со помош на РНК, и тие аминокиселини би можеле да се споредат со зборови. Но, за разлика од обичните зборови, аминокиселините секогаш имаат ист број букви — три. Рибозомите, односно „градителите на белковините“, ги поврзуваат аминокиселините во синџири, кои би можеле да се споредат со реченици. Белковините обично се состојат од повеќе делови отколку една изговорена или напишана реченица — можат да содржат од 300 до 400 аминокиселини.

Според една енциклопедија, во природата постојат стотици аминокиселини, но во состав на повеќето белковини влегуваат само околу 20 вида. Овие аминокиселини можат да се наредат во скоро бесконечно многу комбинации. На пример: ако само 20 вида аминокиселини формираат синџир кој содржи 100 аминокиселини, бројот на комбинации во тој синџир може да изнесува 10¹⁰⁰ — тоа е бројот 1 со 100 нули!

Форма и функција на белковините

Формата на белковината е од пресудна важност затоа што ја одредува нејзината улога во клетката. А на кој начин синџирот од аминокиселини влијае врз формата на една белковина? За разлика од алките на еден метален или пластичен синџир кои не се цврсто поврзани меѓу себе, аминокиселините се спојуваат под точно одреден агол, градејќи на тој начин секогаш исти структури. Некои од овие структури имаат форма на спирала, како телефонски гајтан, а други личат на набори на плисирана ткаенина. Со „свиткување“, односно обликување на ваквите структури, се создаваат посложени тродимензионални структури. Формата на белковината воопшто не е препуштена на случајност. Всушност, нејзината форма е од пресудна важност за функцијата што таа ќе ја има, и ова станува сосема јасно кога ќе дојде до некоја грешка во синџирот на аминокиселини.

Кога во синџирот има грешка

Кога кај белковините има некоја грешка во синџирот на аминокиселини или, пак, не се свиткани како што треба, можат да се појават разни болести, меѓу кои и анемија на српести клетки како и цистична фиброза. Анемијата на српестите клетки е наследна болест која се карактеризира со аномалија на молекулите на хемоглобинот во црвените крвни зрнца. Молекулот на хемоглобин се состои од 574 аминокиселини подредени во четири синџири. Ако се промени само по една аминокиселина во два од тие четири синџири, нормалниот хемоглобин ќе добие српест облик. Цистичната фиброза, пак, во повеќето случаи ја предизвикува една белковина во чиј синџир на клучно место недостасува аминокиселината фенилаланин. Меѓу другото, оваа грешка води до нарушување на соодносот меѓу солта и водата во мембраните од ѕидовите на цревата и белите дробови, и предизвикува слузот што го лачат да биде невообичаено густ и леплив.

Значителниот недостиг или отсуство на извесни белковини може да доведе до нарушувања како што се албинизам и хемофилија. Најчестиот облик на албинизам (недостиг на пигмент) се јавува кога кај една клучна белковина наречена тирозиназа има грешка или таа белковина воопшто ја нема. Тирозиназата влијае врз создавањето на меланин, кафеав пигмент што нормално го има во човечките очи, коса и кожа. Хемофилијата е предизвикана од многу ниска концентрација или, пак, недостиг на белковински фактори кои придонесуваат за згрутчување на крвта. Меѓу другите нарушувања кои се сметаат за последица од грешките во градбата на белковините спаѓаат и интолеранција на лактоза и мускулна дистрофија.

Една теорија за механизмот на болестите

Во последниве години научниците ѝ посветија големо внимание на една болест што некои ја припишуваат на грешката во градбата на една белковина наречена прион. Теоријата гласи дека болеста се јавува кога дефектни приони се врзуваат за нормални прионски белковини, и на тој начин предизвикуваат нормалните белковини да се свиткаат на погрешен начин. Резултат од ова е „верижна реакција со која болеста напредува и се создава нов заразен материјал“, вели списанието Scientific American.

Можно е една болест која беше откриена во 1950-те во Папуа Нова Гвинеја исто така да била предизвикана од мутиран прион. Некои домородни племиња, кои живеат во изолирани подрачја, имале обичај во текот на еден верски обред да јадат човечко месо. Ова довело до болеста наречена куру, која имала симптоми слични на симптомите на еден вид сунѓереста енцефалопатија. Откако заболените племиња престанале да го вршат овој обред, случаите на куру брзо се намалиле и сега болеста е речиси целосно искоренета.

Неверојатна конструкција!

За среќа, протеините обично се свиткуваат правилно и си ги вршат своите задачи со вчудовидувачка ефикасност и прецизност, а притоа соработуваат на извонреден начин. Ова е просто неверојатно кога ќе се земе предвид дека во човечкото тело постојат над 100.000 видови белковини, а сите тие сложени синџири се свиткани на илјадници начини.

Светот на белковините сѐ уште не е доволно испитан. Сакајќи да дознаат повеќе, истражувачите сега прават сложени компјутерски програми со кои би можела да се предвиди формата на белковината врз основа на редоследот на нејзините аминокиселини. Сепак, и она малку што го знаеме за белковините јасно покажува дека овие синџири од кои ни зависи животот не се само извонредно организирани, туку се и одраз на врвна интелигенција.

[Рамка/слика на страница 27]

„Поштенски броеви“ за белковините

За да се забрза испораката на поштенските пратки, многу пошти бараат, освен адресата, на пратките да се наведе и поштенски број. Творецот искористил сличен концепт за да им овозможи на белковините да стигнат до вистинското место во клетката. Ова е многу важно кога ќе се земе предвид дека во клетките врие од активности бидејќи во нив има и до милијарда протеини. И покрај тоа, новосоздадените белковини секогаш си го наоѓаат патот до своето „работно место“, благодарение на молекуларниот „поштенски број“ — една специфична низа од аминокиселини што ја содржи белковината.

Во 1999, клеточниот биолог Гинтер Блобел доби Нобелова награда поради откритието на овој неверојатен систем. Сепак, Блобел само откри нешто што веќе било создадено. Зарем Творецот на живата клетка и на неверојатно широкиот спектар на молекули не заслужува уште поголема чест? (Откровение 4:11).

[Графикон/слики на страници 24 и 25]

(Види во публикацијата)

Како се создаваат белковините?

Клетка

1 Во клеточното јадро се наоѓа ДНК која ги содржи упатствата за градење на секоја белковина

ДНК

2 Дел од синџирот на ДНК се раздвојува и генетичките информации се пренесуваат на информативната РНК

Информативна РНК

3 Рибозомите — читачи на генетичката порака и градители на белковини — се поврзуваат со РНК

4 Транспортна РНК ги пренесува аминокиселините до рибозомот

Слободни аминокиселини

Транспортна РНК

Рибозом

5 Додека ја „чита“ РНК, рибозомот ги поврзува слободните аминокиселини по точно одреден редослед и така создава синџир — белковина

Белковините се состојат од аминокиселини

6 Белковината во форма на синџир мора прецизно да се свитка за да може добро да ја врши својата функција. Замислете, една обична белковина се состои од повеќе од 300 „алки“!

Белковина

Во човечкото тело има повеќе од 100.000 видови белковини. Тие се неопходни за живот

Антитела

Ензими

Градежни белковини

Хормони

Транспортни белковини

[Графикон/слики на страница 25]

(Види во публикацијата)

Како ДНК ја „пишува“секоја белковина?

ДНА Г Т Ц Т А Т А А Г

ДНК користи четири „букви“: А, Т, Ц, Г

А Т Ц Г

„Буквите“ од ДНК се препишуваат во РНК, која користи У (урацил) наместо Т

А У Ц Г

Секоја комбинација од 3 букви претставува одреден „збор“, односно аминокиселина. На пример:

Г У Ц = валин

У А У = тирозин

А А Г = лизин

На ваков начин може да се „напише“ секоја од 20-те најчести аминокиселини. „Зборовите“ се поврзуваат во синџири, или „реченици“, и така се создава —белковина

[Графикон/слики на страница 26]

(Види во публикацијата)

Како се „свиткува“ белковината?

Слободните аминокиселини се поврзуваат . . .

1 во синџир, па . . .

2 формираат разни структури, како спирали и набори, што потоа . . .

Спирали

Набори

3 се свиткуваат во посложена тродимензионална структура, која може да биде . . .

4 само мал дел од некоја сложена белковина

[Слика на страница 26]

Во овој компјутерски модел на дел од рибозомот во кој се создаваат белковините се користат бои за да се прикаже неговата тродимензионална структура. Структурните облици се претставени со спирали и кратки набрани делови

[Извор на слика]

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 на слика на страница 24]