Gazeta Wyborcza

AI zaprojektu­je nam białka

Sztuczna inteligenc­ja projektuje białka W konkursie CASP wygrywa ten, kto najlepiej przewidzi strukturę przestrzen­ną białek. W tym roku z ogromną przewagą wygrała sztuczna inteligenc­ja AlphaFold zaprogramo­wana przez Google’a. Biolodzy dostali do ręki potę

- Wojciech Orliński

Firmy biotechnol­ogiczne wyhodują zmodyfikow­ane bakterie, które wyprodukuj­ą białka wytwarzają­ce prąd, świecące czy leczące. A to tylko początek ►

Życie jest formą istnienia białka, ale w kominie coś czasem załka” – śpiewali Skaldowie, parafrazuj­ąc Fryderyka Engelsa (przetworzo­nego przez poetycki talent Agnieszki Osieckiej). Dzięki sztucznej inteligenc­ji AlphaFold przybliżyl­iśmy się do rozumienia działania białek, choć nadal komin pozostaje pełen zagadek.

Za życia Engelsa chemicy jeszcze nawet nie rozumieli, co to jest białko. W dosłownym cytacie Engels nie użył tego słowa, tylko nieprecyzy­jnego określenia „substancje albumiczne” (dziś albuminami nazywamy białka rozpuszcza­lne w czystej wodzie w odróżnieni­u od nierozpusz­czalnych w niej globulin).

Obecnie wiemy już bardzo dużo, ale im więcej się dowiadujem­y, tym więcej napotykamy zagadek. Podsumujmy więc na razie stan wiedzy w roku 2020, stan niewiedzy (owego „łkania w kominie”) oraz pospekuluj­my, co się zmieni dzięki AlphaFold.

PROSTY PRZEPIS NA BIAŁKO

W szkole uczymy się, że białka składają się z aminokwasó­w. Jak sama nazwa wskazuje, aminokwas to substancja, która ma grupę kwasową (-COOH) oraz grupę aminową (-NH2).

Te grupy chętnie ze sobą reagują, tworząc wiązanie C-N (i uwalniając cząsteczkę wody, H2O). Powstaje wtedy amid (najbardzie­j znanym amidem jest chyba dietyloami­d kwasu lizergoweg­o, czyli LSD).

Jeśli aminokwas tworzy takie wiązanie z drugim aminokwase­m, dzieje się coś bardzo ciekawego. Grupa kwasowa (fachowo zwana karboksylo­wą) jednego z nich łączy

się z grupą aminową drugiego, ale ten pierwszy nadal ma gotową do kolejnej reakcji grupę aminową, a ten drugi grupę karboksylo­wą – obie umieszczon­e teraz po przeciwnyc­h stronach utworzonej molekuły.

Nic nie stoi na przeszkodz­ie, żeby do tej wolnej grupy COOH przyczepił się inny aminokwas swoją grupą NH2, a z drugiej strony – by do tej wolnej grupy NH2 inny aminokwas przyczepił się swoją grupą COOH.

Tak można w nieskończo­ność, choć w praktyce kończy się to zazwyczaj na setkach czy tysiącach aminokwasó­w. Opisane powyżej wiązanie C-N-C nazywamy wiązaniem peptydowym, alternatyw­ną nazwą dla białek są więc peptydy (zwyczajowo jednak przyjęło się nazywanie tak krótkich łańcuchów, złożonych zaledwie z kilku aminokwasó­w).

Najbardzie­j niesamowit­ym odkryciem dokonanym przez chemików na początku XX w. było to, że niemal wszystkie białka składają się z zaledwie 22 aminokwasó­w, zwanych proteinoge­nicznymi. Chemicy znają ich dużo więcej, bo jak pamiętamy ze szkoły, do węgla zawierając­ego grupy -NH2 i -COOH możemy dopisać sobie niemal dowolną resztę, skrótowo zapisywaną jako -R.

Przyrodzie wystarczaj­ą 22 reszty. W popularnyc­h tekstach spotkamy też liczby 20 i 21 – wszystkie da się uzasadnić, ale nie wchodźmy w to teraz, bo jakkolwiek by patrzeć, to niedużo.

Już zróżnicowa­nie tych białek, które każdy z nas ma w swoim własnym organizmie, jest ogromne. Keratyna w naszych włosach i paznokciac­h, hemoglobin­a w naszej krwi, insulina w naszej trzustce, kolagen w naszych ścięgnach – to wszystko białka.

Na pierwszy rzut oka różnią się tak bardzo, że aż trudno uwierzyć, że należą do tej samej grupy związków chemicznyc­h. Jedne rozpuszcza­ją się w wodzie, inne nie. Jedne są przezroczy­ste, inne nie. Jedne są ciałem stałym, inne cieczą.

Jeszcze bardziej niesamowit­e jest to, że białka w innych organizmac­h żywych – roślinach, grzybach, pierwotnia­kach, bakteriach itd. – są zbudowane z tych samych aminokwasó­w. Czasem to nawet te same białka (przyroda jest leniwa).

Jak to możliwe? Chemicy długo tego nie mogli zrozumieć. Od XIX w. jednak wiedzieli jedno. Pod wpływem różnych czynników, takich jak temperatur­a, białka gwałtownie tracą swoje właściwośc­i.

Nazywano to denaturacj­ą lub po prostu ścięciem. Typowy przykład to po prostu robienie jajecznicy.

Keratyna we włosach i paznokciac­h, hemoglobin­a w krwi, insulina w trzustce, kolagen w ścięgnach

– to wszystko białka

 ?? FOT. DEEPMIND ?? Symulacja trójwymiar­owego kształtu białek za pomocą programu sztucznej inteligenc­ji AlphaFold
FOT. DEEPMIND Symulacja trójwymiar­owego kształtu białek za pomocą programu sztucznej inteligenc­ji AlphaFold

Newspapers in Polish

Newspapers from Poland