Ugrás a tartalomra

Ugrás a tartalomjegyzékre

Az élet fantasztikus láncai

Az élet fantasztikus láncai

 Az élet fantasztikus láncai

GONDOLTÁL már úgy a testedre, mint ami parányi láncolatok gyűjteménye? Talán nem. Pedig „a legapróbb alkotóelemei [valóban] láncokba rendeződnek” — írja a The Way Life Works című könyv. Ennélfogva a legkisebb hiba ezekben a láncokban rendkívüli hatással lehet az egészségünkre. Mik ezek a láncok? Hogyan működnek? És mi közük van az egészségünkhöz?

A láncolatos felépítésű molekulákat lényegében két fő csoportba lehet osztani. Ebben a cikkben a fehérjékről lesz szó. A másik csoportba a genetikai információt tároló és továbbító molekulák tartoznak, vagyis a DNS és az RNS. Természetesen e két csoport szoros összefüggésben van egymással. Mi több, a DNS és az RNS egyik legfontosabb feladata, hogy sokféle fehérjét állítson elő.

Katalizátorok, őrök, támasztékok

A fehérjék messze a legváltozatosabb makromolekulák. A fehérjék családjába tartoznak az ellenanyagok, enzimek, hírvivő fehérjék, szerkezeti fehérjék és transzportfehérjék. A számtalanféle ellenanyag vagy immunglobulin az olyan betolakodóktól véd meg minket, mint a baktériumok és a vírusok. Más globulinok lezárják a sérült vérereket.

Az enzimek katalizátorokként működnek: felgyorsítják a kémiai reakciókat, például azokat, amelyek az emésztést teszik lehetővé. Enzimek nélkül „rövid időn belül éhen halnánk, mivel 50 évbe telne, mire megemésztenénk az elfogyasztott ételt” — magyarázza a The Thread of Life című könyv. Az enzimek futószalagszerűen végzik feladatukat, mindegyik fehérje egy konkrét tennivalót lát el. A példa kedvéért:  a maltáz nevű enzim a malátacukrot bontja le két szőlőcukor-molekulává. A laktáz a laktózt, azaz a tejcukrot bontja le. Más enzimek atomokat és molekulákat kötnek össze új egységekké. Roppant sebességgel serénykednek. Egyetlen enzimmolekula másodpercenként több ezer kémiai reakciót képes katalizálni!

Némelyik fehérje a hormonok közé sorolható, és hírvivői szerepet tölt be. A véráramba kerülve serkenti vagy gátolja más részek tevékenységét. Az inzulin például arra ösztönöz sejteket, hogy magukba szívják az energiaforrásukul szolgáló szőlőcukrot. A szerkezeti vagy struktúrfehérjék — mint mondjuk a kollagén és a keratin — a porc, a haj, a köröm és a bőr fő összetevői. Ezek a fehérjék olyanok, mintha „a sejt támasztékai, gerendái, deszkái, cementje és szögei” lennének, jelenti ki a The Way Life Works című könyv.

A sejthártya transzportfehérjéi, melyeket pumpákhoz és csatornákhoz hasonlíthatnánk, lehetővé teszik, hogy különféle anyagok ki- és beáramoljanak a sejtekbe. Térjünk most ki arra, hogy miből állnak a fehérjék, és miként járul hozzá láncolatos szerkezetük a működésükhöz.

A bonyolultság egyszerűségre épül

Sok nyelv alapja az ábécé. A betűk egymáshoz kapcsolódásából jönnek létre a szavak, a szavakból pedig mondatok lesznek. Molekuláris szinten hasonló elv érvényesül. A DNS szolgáltatja az „alapábécét”. Érdekes módon, ez az „ábécé” csak négy betűből áll, A-ból, C-ből, G-ből és T-ből, melyek kémiai bázisokat takarnak: az adenint, citozint, guanint és timint. Ebből a négy bázisból a DNS egy RNS-közvetítőn keresztül aminosavakat készít, melyeket a szavakhoz hasonlíthatnánk. A rendes szavaktól eltérően azonban az aminosavak mindig ugyanannyi, vagyis három betűből állnak. A „fehérje-összeállító gépezetek”, azaz a riboszómák összekapcsolják az aminosavakat. A létrejövő láncokat, vagyis fehérjéket tekinthetjük a mondatoknak. Egy átlagos fehérje több elemből áll, mint egy elmondott vagy leírt mondat, hiszen akár 300-400 aminosavat is tartalmazhat.

Egy enciklopédia szerint a természetben több száz aminosav fordul elő, de a fehérjék többségében csak körülbelül 20 található meg. Ezek az  aminosavak jóformán végtelen számú kombinációba rendeződhetnek. Tegyük fel, hogy mindössze 20-féle aminosav egy 100 aminosav hosszú láncot alkot. Ez a lánc több mint 10100-féleképpen (az 1-et 100 nulla követi) állhat össze!

A fehérjék alakja és működése

A fehérje sejtben betöltött szerepét az alakja határozza meg. Milyen hatással van az aminosavlánc a fehérje alakjára? A fém- vagy műanyag láncok szemeinek laza összekapcsolódásától eltérően az aminosavak adott szögben csatolódnak, és szabályos alakzatokat vesznek fel. Egyik-másik alakzat csavarmenetszerűen helyezkedik el, mint egy telefonzsinór, de vannak olyanok, melyek hajtogatottak, mint egy rakott szoknya. Ezek az alakzatok ezután tovább hajtogatódnak, és egy még bonyolultabb háromdimenziós szerkezet jön létre. A fehérjék nem a véletlennek köszönhetik alakjukat, hiszen formájuk létfontosságú a működésükhöz, ami nyilvánvalóvá válik, amikor az aminosavláncban hiba keletkezik.

Amikor a láncban hiba keletkezik

Amikor a fehérjék aminosavlánca meghibásodik vagy rosszul hajtogatódik, többféle betegség alakulhat ki, például sarlósejtes vérszegénység és cisztás fibrózis. A sarlósejtes vérszegénység egy genetikai betegség, melynél a vörösvérsejtekben lévő hemoglobinmolekulák rendellenessége észlelhető. A hemoglobinmolekulában 574 aminosav rendeződik négy láncba. Elég annyi, hogy a négy láncból kettőben egyetlen aminosav kicserélődjön, és a normális hemoglobin máris sarlósejtessé válik. Cisztás fibrózis többnyire azért alakul ki, mert egy fehérje aminosavláncának egy fontos helyén hiányzik a fenil-alanin nevű aminosav. Ez a hiba — egyebek között — kihat a beleket  és a tüdőt burkoló hártyák só-víz egyensúlyára, s így az a nyákréteg, mely e szervek belső felszínét borítja, rendellenesen vastaggá és ragacsossá válik.

Bizonyos fehérjék súlyos hiánya olyan rendellenességekhez vezet, mint az albinizmus és a hemofília (vérzékenység). A színanyagok hiányának, az albinizmusnak a legelterjedtebb fajtája akkor alakul ki, amikor egy fontos fehérje, a tirozináz hibás vagy hiányzik. Ez hatással van az emberi szemben, hajban és bőrben rendszerint jelen levő barnás pigment, a melanin termelődésére. A hemofília bizonyos véralvadási faktorok igen alacsony szintje vagy hiánya miatt következik be. A hibás fehérjékre visszavezethető rendellenességek között megemlíthetjük még a tejcukor-érzékenységet és az izomdisztrófiát is.

Betegség, és egy elmélet a kialakulásáról

Tudósok az utóbbi időben egy olyan kórformára összpontosították a figyelmüket, mely némelyek szerint egy rendellenesen funkcionáló fehérje, a prion miatt alakul ki. Elméletük alapján akkor jön létre betegség, amikor hibás prionok normális prionfehérjékhez kapcsolódnak, előidézve, hogy a normális fehérje szerkezete átalakuljon. A következmény „egy láncreakció, mely utat nyit a betegségnek, és új, fertőző anyagot termel” — olvasható a Scientific American című folyóiratban.

A közvéleménynek először az 1950-es években jutott tudomására olyan eset, amikor feltehetően a prion volt okolható egy betegségért. Pápua Új-Guineában néhány elszigetelt törzs vallási célú kannibalizmust gyakorolt, és emiatt kialakult egy kuru nevű betegség, melynek a tünetei hasonlók a Creutzfeldt—Jakob-kór tüneteihez. Mihelyt az érintett törzs felhagyott ezzel a vallási szertartással, nyomban csökkenni kezdett a megbetegedések száma, és ma már szinte nem is kell számolni a kórral.

Bámulatos tervezés

Szerencsére azonban a fehérjék szerkezetében többnyire nincs hiba, és ezek az egységek bámulatos együttműködéssel, hatékonysággal és pontossággal látják el feladataikat. Ez igen figyelemreméltó, főleg, ha azt vesszük, hogy az emberi testben több mint 100 000-féle fehérje található, s ezek mindegyike egy összetett láncból áll, mely többezer-féle alakzatba hajtogatódhat.

A fehérjék világában még bőven van felfedeznivaló. A kutatók, hogy növeljék tudásukat, bonyolult számítógépes programok kialakításán dolgoznak, melyek talán előre meg tudják majd határozni az aminosavsorrendből a fehérjék alakját. Bár az ismereteink korlátozottak a fehérjékről, már így is látjuk, hogy az élet ezen láncolatai igen nagy szervezettségről, sőt nagyfokú mögöttes intelligenciáról tesznek tanúbizonyságot.

[Kiemelt rész/kép a 27. oldalon]

A fehérjék „irányítószáma”

A postaforgalom zavartalan lebonyolítása érdekében sok postahivatal megköveteli, hogy minden küldeményre a címmel együtt ráírjuk az irányítószámot is. A Teremtő hasonló elvet alkalmazott, hogy a fehérjék megtalálják helyüket a sejtben. Ez létfontosságú, mert a sejtek nagyon forgalmas helyek, és milliárdnyi fehérjét szállásolnak el. Az újonnan létrejött fehérjék mégis mindig megtalálják az utat a munkahelyükhöz, hála a molekuláris „irányítószámnak”, mely egy különleges aminosavszakasz a fehérjében.

Günter Blobel sejtbiológust 1999-ben Nobel-díjjal jutalmazták azért, hogy rájött erre a csodálatos tényre. Blobel azonban csak felfedező. Vajon nem kellene még nagyobb dicsőséget adni annak a Valakinek, aki megteremtette az élő sejtet annak bámulatos számú és rendezettségű molekuláival együtt? (Jelenések 4:11).

[Ábra/képek a 24–25. oldalon]

(A teljes beszerkesztett szöveget lásd a kiadványban.)

Hogyan jönnek létre a fehérjék?

Sejt

1. A sejtmagban lévő DNS utasításokat tartalmaz minden fehérjére vonatkozóan

DNS

2. A DNS-lánc egy szakasza megnyílik, és a genetikai információ hírvivő RNS-sé íródik át

Hírvivő RNS

3. Az „üzenetolvasó, fehérje-összeállító” riboszómák az RNS-hez kapcsolódnak

4. A szállító RNS-ek aminosavakat visznek a riboszómához

Egyes aminosavak

Szállító RNS-ek

Riboszóma

5. Miközben a riboszóma „leolvassa” az RNS-t, az egyes aminosavakat adott sorrendben lánccá, fehérjévé kapcsolja össze

fehérjék aminosavakból tevődnek össze

6. A láncolatos felépítésű fehérje szakaszainak pontosan kell hajtogatódniuk, hogy alkalmasak legyenek a feladatuk ellátására. Képzeljük csak el, egy átlagos fehérje több mint 300 „láncszemből” áll!

Fehérje

Több mint 100 000-féle fehérje van a testünkben. Ezek nélkülözhetetlenek az élethez

Ellenanyagok

Enzimek

Szerkezeti fehérjék

Hormonok

Transzportfehérjék

[Ábra/képek a 25. oldalon]

(A teljes beszerkesztett szöveget lásd a kiadványban.)

Hogyan lesznek a DNS „betűsorából” fehérjék?

DNS G T C T A T A A G

A DNS csupán négy „betűt” használ: A, T, C, G

A T C G

A DNS „betűsora” átíródik RNS formára. Az RNS-ben T helyett U (uracil) van

A U C G

Mindegyik hárombetűs sorozatból konkrét „szó”, azaz aminosav jön létre. Például:

G U C = valin

U A U = tirozin

A A G = lizin

Ily módon a 20 leggyakoribb aminosav mindegyike „lebetűzhető”. A „szavak” egymáshoz fűződve lánccá, azaz „mondattá”, más szóval fehérjévé lesznek

[Ábra/képek a 26. oldalon]

(A teljes beszerkesztett szöveget lásd a kiadványban.)

Hogyan alakul ki a fehérjék végleges szerkezete?

Az egyes aminosavak összekapcsolódnak . . .

1. lánccá, majd . . .

2. mintázatok, köztük spirálok és lemezek formálódnak. Ezután . . .

Spirálok

Lemezek

3. bonyolultabb háromdimenziós egységgé hajtogatódnak, mely talán . . .

4. csak egy alegysége egy több aminosavláncból felépülő fehérjének

[Kép a 26. oldalon]

Egy riboszómafehérje részletének számítógépes modelljén a színek a három dimenzió érzékeltetésére szolgálnak. Spirállal és nyilakkal (rövid lemezes részek) a szerkezeti formákat jelezzük

[Forrásjelzés]

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)

[Kép forrásának jelzése a 24. oldalon]

Átdolgozott rajzok: From THE WAY LIFE WORKS by Mahlon Hoagland and Bert Dodson, copyright ©1995 by Mahlon Hoagland and Bert Dodson. Used by permission of Times Books, a division of Random House, Inc.