Závodszky Péter

Fehérjék - a szerkezettől a funkcióig, a fizikától a biológiáig

V. Az önszerveződés képessége

Az élővilág egyik leglenyűgözőbb képessége az önszerveződés. Ez megjelenik molekuláris szinten is. A fehérjék mint lineáris polipeptidláncok szintetizálódnak a sejtekben, s természetes környezetükben azonnal, általában a másodperc ezred része alatt felveszik azt az egyetlen szerkezetet, konformációt, amely képes az adott fehérjéhez rendelt funkció betöltésére.

Az atomok spontán rendeződése nem ismeretlen az élettelen világban sem, gondoljunk csak a kristályképződésre. A különbség és a különlegesség abban rejlik, hogy a fehérjék esetén heterogén, elemeiben különböző rendszer rendeződéséről van szó, ami bonyolultsága miatt a fizika eszközeivel, egzakt módon nem tárgyalható.

10. ábra

^10070-1258

Arra a következtetésre juthatunk, hogy a polipeptidlánc aminosavsorrendjében nem csak a végleges térszerkezet, hanem a szerkezet kialakításának útja is kódolva van. Kísérleti munkák és elméleti megfontolások segítségével ma már van vázlatos képünk a fehérjék autonóm felgombolyodási mechanizmusáról. A folyamat első lépéseit a polipeptidlánc apoláros (szénhidrogén jellegű) oldalláncainak az a törekvése hajtja, hogy vizes közegben egymás közvetlen közelébe kerüljenek. Hasonló jelenség ez, mint amikor salátakészítéskor ecetet olajjal keverünk, s az olaj finom cseppecskéket formál. Ezt a jelenséget hidrofób kollapszusnak nevezzük. A laza gombolyagban azután az oldalláncok a hőmozgás okozta "nyüzsgés" réven könnyen megtalálják végleges, sztereokémiailag lehetséges és energetikailag optimális pozíciójukat. Az atomok és atomcsoportok, valamint vízmolekulák sajátságaiból, az elemi fizikai kölcsönhatások segítségével értelmezhető a natív fehérjék felcsavarodásának mechanizmusa.

Hangsúlyozni szeretném, hogy a lényeget értjük, de a részleteket nem ismerjük. Mivel a folyamatokat több tízezer atom elektronfelhőjének bonyolult kölcsönhatásrendszere vezérli, a rendszer komplexitása olyan mértékű, amelyet sem számítógépes modellezéssel, sem számításokkal nem tudunk követni. Ezért van az, hogy ma még nem tudunk ab initio fehérjét tervezni, vagyis olyan polipeptidláncot, amely képes előre eltervezett térbeli szerkezetbe rendeződni. Ám a fehérjetervezésben mégsem vagyunk teljesen tehetetlenek.