Vonderviszt Ferenc

A négymilliárd éves nanotechnológia

14. ábra

Multifunkcionális

Talán hihetetlenül hangzik, de fehérjékből és nukleinsavakból programvezérelt összeszerelő rendszerek is építhetők. Ilyenek például a riboszómák, amelyek a fehérjék szintézisét végzik. (A nukleinsavak - a DNS és RNS - a fehérjékhez hasonlóan lineáris polimerek, amelyek azonban csupán négyféle építőelemből (nukleotidból) állnak. Az egyes fehérjék aminosavsorrendjét meghatározó információt a DNS-molekula egy darabja tárolja, amelyet génnek nevezünk.) A DNS-ben tárolt információt hordozó hírvivő RNS molekulákat megkötve, az általuk hordozott lineáris információ alapján képesek legyártani a megfelelő fehérjét. Valójában az RNS-molekula hordozza azt a digitális programot, ami vezérli a riboszóma működését.

A riboszómák két alegysége három hatalmas RNS-molekulából és több mint 50 fehérjekomponensből épül fel. A riboszóma a legnagyobb molekuláris komplexum, amelynek szerkezetét atomi precizitással ismerjük (animáció).

Animáció: A riboszóma 30S és 50S alegységeinek szerkezete

Ezek az óriási szupramolekuláris rendszerek is rendelkeznek az önszerveződés képességével, alkotóelemeikből, azokat megfelelő sorrendben és körülmények között összekeverve, kémcsőben is rekonstruálhatók. Valójában az RNS-molekulák alkotják azt a vázat, amely térben rendezi a fehérjealegységeket, s a legfontosabb katalitikus lépéseket is az RNS-molekulák végzik.

A mai élőlények sejtjeinek működésében a riboszómák által szintetizált fehérjék játszanak meghatározó szerepet. A biológiai evolúció korai szakaszában valószínűleg az örökítő és katalitikus funkciók egyidejű ellátására is képes RNS-molekulák irányították a primitív sejtek belső folyamatait (RNS-világ). Az ősi RNS-enzimek képességeik kiterjesztése érdekében fokozatosan kezdtek el fehérjetermészetű kiegészítőket - oligopeptideket és kisebb fehérjéket - használni, amelyek aztán a későbbiekben szinte teljesen kisajátították a sejtben zajló folyamatok irányítását. Az RNS-ek információtároló funkcióját pedig az erre a célra szerkezeti tulajdonságaik miatt alkalmasabb DNS molekulák vették át. Az RNS-ek és fehérjék ősi együttműködésének maradványai a riboszómák.

Vajon mi teszi alkalmassá a fehérjéket önszerveződő molekuláris gépezetek építésére? A válasz kissé paradox: az, hogy megfelelően nagyok, s ugyanakkor elég kicsik is. A fehérjék kiterjedt felszínén több könnyen felismerhető régió található, amelyeken keresztül specifikusan képesek más fehérjékhez (molekulákhoz) való kapcsolódásra. A fehérje-kölcsönhatásokban részt vevő kontaktfelszínek alakjukat és kölcsönhatási mintázatukat tekintve is komplementerek egymással. Ennek eredménye az, hogy csak a meghatározott partnerrel, szigorún meghatározott szerkezetű komplexumot alkotva jön létre a kölcsönhatás. Ugyanakkor a fehérjék kis mérete miatt a véletlenszerű hőmozgások (Brown-mozgás) nagyon intenzívek, másodpercenként több tízmilliárdnyi relatív konformáció kipróbálására nyújtva lehetőséget. Ez magyarázza, hogy a fehérjealapú molekuláris gépezetek alegységei miként képesek a megfelelő módon, minden külső beavatkozás nélkül gyorsan összekapcsolódni.