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
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