Lewe—’n Verstommende versameling kettings
HET jy al ooit aan jou liggaam as ’n versameling mikroskopiese kettings gedink? Miskien nie. Maar volgens die boek The Way Life Works is die ‘ketting in werklikheid die stelsel waarvolgens lewe sy heel eenvoudigste relevante boustene organiseer’. Om hierdie rede kan selfs ’n klein defek in sommige van hierdie kettings ’n groot uitwerking op ons gesondheid hê. Wat is hierdie kettings? Hoe funksioneer dit? En watter rol speel dit in ons gesondheid en welstand?
Basies is dit kettingvormige molekules wat in twee hoofklasse ingedeel word. Die molekules waarna ons in hierdie artikel sal kyk, is die proteïene. Die ander is die molekules wat genetiese inligting berg en oordra—DNS en RNS. Daar is natuurlik ’n noue verband tussen die twee groepe. Trouens, ’n sleutelfunksie van DNS en RNS is om die groot verskeidenheid proteïene te vervaardig waarvan lewe afhanklik is.
Katalisators, wagte en stutte
Proteïene is verreweg die uiteenlopendste van die groter molekules. Proteïene sluit teenliggaampies, ensieme, boodskappers, strukturele en vervoerproteïene in. Die groot verskeidenheid teenliggaampies, of immunoglobuliene, beskerm die liggaam teen invallers soos bakterieë en virusse. Ander globuliene help om beskadigde bloedvate te verseël.
Ensieme dien as katalisators, wat chemiese reaksies versnel, soos dié wat betrokke is by vertering. Trouens, “sonder ensieme sou ’n mens gou van die honger omkom, want daarsonder sou dit 50 jaar neem om ’n tipiese maaltyd te verteer”, verduidelik die boek The Thread of Life. Ensieme doen hulle werk asof hulle langs ’n monteerband staan, met elke proteïen wat ’n spesifieke taak verrig. Byvoorbeeld, die ensiem maltase is daarvoor verantwoordelik om maltose, ’n suiker, in twee glukosemolekules af te breek. Laktase breek laktose, of melksuiker, af. Ander ensieme skakel atome en molekules aanmekaar om nuwe produkte te vorm. En hulle is blitsvinnige werkers. ’n Enkele ensiemmolekuul kan duisende chemiese reaksies per sekonde kataliseer!
Party proteïene word as hormone geklassifiseer en tree as boodskappers op. Dit word in die bloedstroom vrygestel en laat die aktiwiteit van ander liggaamsdele toeneem of afneem. Insulien stimuleer byvoorbeeld selle om glukose, hulle energiebron, te absorbeer. Strukturele proteïene soos kollageen en keratien is die hoofbestanddele van kraakbeen, hare, naels en vel. Al hierdie proteïene is “die sel se ekwivalent van stutte, balke, laaghout, sement en spykers”, sê The Way Life Works.
Vervoerproteïene in selmembrane dien as pompe en tonnels, waardeur stowwe in en uit selle kan beweeg. Kom ons kyk nou waaruit proteïene bestaan en hoe hulle kettingvormige struktuur met hulle funksie verband hou.
Kompleksiteit uit eenvoud
’n Alfabet is ’n basiese element van baie tale. Woorde word uit daardie lys letters saamgestel. Woorde vorm weer sinne. Op molekulêre vlak maak lewe van ’n soortgelyke beginsel gebruik. ’n “Meesteralfabet” word deur DNS voorsien. Hierdie “alfabet” bestaan verbasend genoeg uit net vier letters—A, C, G en T, wat simbole is vir die chemiese basisse adenien, sitosien, guanien en timien. DNS gebruik hierdie vier basisse en, deur middel van ’n RNS-tussenganger, vorm dit aminosure, wat met woorde vergelyk kan word. Maar anders as gewone woorde het aminosure almal dieselfde getal letters, naamlik drie. Ribosome, liggaampies wat proteïene bou, skakel die aminosure aanmekaar. Die kettings, of proteïene, wat so gevorm word, kan met sinne vergelyk word. ’n Tipiese proteïen, wat meer elemente as ’n gesproke of geskrewe sin bevat, kan uit ongeveer 300 tot 400 aminosure bestaan.
Volgens een naslaanwerk kom daar honderde aminosure in die natuur voor, maar slegs ongeveer 20 soorte word in die meeste proteïene aangetref. Hierdie aminosure kan in ’n byna eindelose aantal kombinasies gerangskik word. Byvoorbeeld, as net 20 soorte aminosure ’n ketting vorm wat 100 aminosure lank is, kan daardie ketting in meer as 10100 verskillende maniere—met ander woorde 1 gevolg deur 100 nulle—gerangskik word!
Die vorm en funksie van proteïene
’n Proteïen se vorm is van kritieke belang wanneer dit kom by die rol wat dit in die sel speel. Watter uitwerking het ’n ketting aminosure op die vorm van ’n proteïen? Anders as die los skakels in ’n metaal- of plastiekketting skakel aminosure teen sekere hoeke aanmekaar, sodat dit vaste patrone vorm. Sommige van hierdie patrone lyk soos die windings van ’n telefoonkoord of die voue van ’n geplooide lap. Hierdie patrone word dan “gevou” om ’n komplekser driedimensionele struktuur te vorm. Die vorm van ’n proteïen is allesbehalwe willekeurig. Trouens, ’n proteïen se vorm is van kritieke belang vir die funksie wat dit verrig, wat alte duidelik word wanneer daar ’n defek in die aminosuurketting is.
Wanneer daar ’n defek in die ketting is
Wanneer daar defekte in die aminosuurketting van proteïene is of as proteïene verkeerd gevou is, kan dit ’n aantal siektes veroorsaak, insluitende sekelselanemie en sistiese fibrose. Sekelselanemie is ’n genetiese siekte waarin die hemoglobienmolekules van rooibloedselle abnormaal is. ’n Hemoglobienmolekuul bestaan uit 574 aminosure wat in vier kettings gerangskik is. As net een aminosuur in twee van die vier kettings omgeruil word, verander normale hemoglobien in sekelselhemoglobien. Die meeste gevalle van sistiese fibrose word veroorsaak deur ’n proteïen waarin die aminosuur fenielalanien in ’n sleutelposisie in die aminosuurketting ontbreek. Hierdie defek versteur onder andere die sout-en-water-balans wat nodig is in die membrane aan die binnewand van die ingewande en longe, en dit veroorsaak dat die mukus wat hierdie oppervlakke bedek, abnormaal dik en klewerig word.
’n Ernstige gebrek aan of afwesigheid van sekere proteïene lei tot versteurings soos albinisme en hemofilie. Die algemeenste vorm van albinisme, ’n tekort aan pigmentasie, kom voor wanneer ’n sleutelproteïen wat tirosinase genoem word, defektief of afwesig is. Dit tas die produksie van melanien aan, ’n bruin pigment wat gewoonlik in ’n mens se oë, hare en vel voorkom. Hemofilie word veroorsaak deur uiters lae vlakke van of ’n gebrek aan proteïenfaktore wat help om bloed te laat stol. Ander versteurings wat aan defektiewe proteïene toegeskryf word, sluit laktoseonverdraagsaamheid en spierdistrofie in, om maar net ’n paar te noem.
’n Teorie oor die oorsaak van siekte
In onlangse jare het wetenskaplikes navorsing gedoen oor ’n siekte wat party toeskryf aan die abnormale vorm van ’n proteïen wat ’n prion genoem word. Volgens die teorie ontstaan ’n siekte wanneer defektiewe prione met normale prione verbind, wat daartoe lei dat die normale proteïen verkeerd vou. Die gevolg is “’n kettingreaksie wat die siekte laat versprei en nuwe besmetlike materiaal voortbring”, sê die tydskrif Scientific American.
’n Moontlike siekte wat met prione verband hou, het vir die eerste keer in die 1950’s in Papoea-Nieu-Guinee aan die lig gekom. Sekere afgesonderde stamme het om godsdiensredes ’n vorm van kannibalisme beoefen, en dit het gelei tot ’n siekte wat kuru genoem word, met simptome soortgelyk aan dié van Creutzfeldt-Jakob-siekte. Nadat die aangetaste stamme hierdie godsdiensrite gestaak het, het die voorkomssyfer van kuru skerp gedaal, en dit is nou feitlik onbekend.
Verstommende ontwerp!
Maar gelukkig word proteïene gewoonlik reg gevou, en hulle voer hulle take met verstommende samewerking, doeltreffendheid en getrouheid uit. Dit is merkwaardig wanneer ’n mens in ag neem dat daar meer as 100 000 verskillende soorte proteïene in die menslike liggaam is, almal komplekse kettings wat in duisende soorte voue gerangskik is.
Die wêreld van proteïene is nog grotendeels onbekend. Om meer te leer, ontwerp navorsers nou gesofistikeerde rekenaarprogramme wat moontlik die vorm van proteïene sal kan voorspel na aanleiding van die volgorde van hulle aminosure. En tog kan ons selfs uit die bietjie wat ons wel oor proteïene weet, duidelik sien dat hierdie “kettings van lewe” nie net van ’n hoë vlak van organisasie getuig nie, maar ook van ’n hoë intelligensie.
[Venster/Prent op bladsy 27]
“Poskodes” vir proteïene
Om dit makliker te maak om pos af te lewer, vereis baie posdienste dat ’n poskode as deel van die adres op elke brief ingesluit word. Die Skepper het ’n soortgelyke konsep gebruik om te verseker dat proteïene hulle bestemmings in die sel bereik. So ’n maatreël is noodsaaklik as ’n mens in ag neem dat selle baie besige plekke is, met tot ’n miljard proteïene daarin. En tog kom pas gevormde proteïene altyd by hulle werksplek uit, danksy ’n molekulêre “poskode”—’n spesiale string aminosure binne-in die proteïen.
Die selbioloog Günter Blobel het in 1999 ’n Nobelprys gewen omdat hy hierdie merkwaardige konsep ontdek het. En tog het Blobel slegs ’n ontdekking gemaak. Behoort die Skepper van die lewende sel en die ontsagwekkende versameling molekules daarin nie selfs meer eer te ontvang nie?—Openbaring 4:11.
[Diagram/Prente op bladsy 24, 25]
(Sien publikasie vir oorspronklike teksuitleg)
Hoe word proteïene gemaak?
Sel
1 DNS binne-in ’n sel se kern bevat instruksies vir elke proteïen
DNS
2 ’n Deel van die DNS gaan soos ’n ritssluiter oop, en ’n boodskapper-RNS word van die genetiese inligting gemaak
Boodskapper-RNS
3 Ribosome—“boodskaplesers, proteïenbouers”—heg hulle aan die RNS
4 Oordrags-RNS-molekules neem aminosure na die ribosoom
Afsonderlike aminosure
Oordrags- RNS-molekules
Ribosoom
5 Terwyl die ribosoom die RNS “lees”, skakel dit afsonderlike aminosure in ’n spesifieke volgorde aanmekaar om ’n ketting te vorm—die proteïen
Proteïene bestaan uit aminosure
6 Die kettingvormige proteïen moet op net die regte manier vou om sy funksie te verrig. Dink net, daar is meer as 300 “skakels” in ’n tipiese proteïen!
Proteïen
Ons het meer as 100 000 verskillende soorte proteïene in ons liggaam. Hulle is noodsaaklik vir lewe
Teenliggaampies
Ensieme
Strukturele proteïene
Hormone
Vervoerproteïene
[Diagram/Prente op bladsy 25]
(Sien publikasie vir oorspronklike teksuitleg)
Hoe “spel” DNS elke proteïen?
DNS G T C T A T A A G
DNS gebruik slegs vier “letters”: A, T, C, G
A T C G
Die DNS-“spelling” word in ’n RNS-vorm oorgesit. RNS gebruik U (urasiel) en nie T nie
A U C G
Elke kombinasie van drie letters “spel” ’n spesifieke “woord”, of aminosuur. Byvoorbeeld:
G U C = valien
U A U = tirosien
A A G = lisien
Op hierdie manier kan elk van die 20 algemene aminosure “gespel” word. “Woorde” word aanmekaargeskakel om ’n ketting, of “sin”—die proteïen—te vorm
[Diagram/Prente op bladsy 26]
(Sien publikasie vir oorspronklike teksuitleg)
Hoe “vou” ’n proteïen?
Afsonderlike aminosure word aanmekaargeskakel om . . .
1 ’n ketting te vorm, dan . . .
2 vorm hulle patrone, soos windings of plooie, dan . . .
Windings
Plooie
3 vou hulle sodat hulle ’n komplekser driedimensionele struktuur vorm, wat moontlik . . .
4 net een kleiner eenheid van ’n komplekse proteïen is
[Prent op bladsy 26]
Hierdie rekenaarmodel van ’n deel van ’n ribosoomproteïen gebruik kleure om die driedimensionele aard daarvan te beklemtoon. Strukturele patrone word aangedui deur spirale (windings) en pyltjies (kort geplooide dele)
[Erkenning]
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)
[Foto-erkenning op bladsy 24]
Aangepaste tekeninge: 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.