Muren en pilaren in nanomachine

Ik fiets elke dag naar mijn werk en kom dan heel wat bouwplaatsen tegen. Prachtig om te zien hoe een zandhoop in de loop van de maanden verandert in een gebouw. Op de foto zie je een gebouw in wording dat me bijzonder opviel door de gebruikte constructie. Het bestaat uit pilaren en muren. Natuurlijk deed dat me direct denken aan mijn geliefde onderwerp: de eiwitten.

Eiwitten, ook wel enzymen genoemd, voeren allerlei taken uit in ons lichaam en in de hele levende natuur. Zonder eiwitten zouden we niet kunnen leven. En toch bestaat een eiwit eigenlijk alleen maar uit een lange ultradunne kabel die is opgevouwen tot met name een aantal pilaren en muren, zoals je in figuur 1 kunt zien.

 

figuur 1. pilaar en wand in eiwit (http://www.aljevragen.nl/media/sk/helix_sheet.jpg)

Ik heb scheikunde gestudeerd, wat het extra leuk maakt om naar de moleculaire wereld van de eiwitten te kijken. Ik vind het prachtig om te zien hoe de verschillende delen van zo’n supermolecuul elkaar vasthouden, zodat het eiwit in de juiste vorm blijft. Zonder die vorm zou het niet kunnen functioneren. Net als een huis geen huis is als alle muren los van elkaar op de grond liggen en het dak er naast.

Ik weet nog van lang geleden dat ik met lego allerlei moois probeerde te maken. Het was natuurlijk leuk om iets na te bouwen, maar zelf iets bedenken vond ik toch eigenlijk leuker. Het enige probleem is dat de wanden van mijn zelf bedachte huis vaak niet stevig waren. Het kostte me wat denkkracht om te bedenken dat onderlinge dwarsverbanden de zaak een stuk steviger maakten.

Een draad die je opvouwt zonder knopen valt natuurlijk direct weer uit elkaar. Daarom moeten er allerlei dwarsverbanden gelegd worden tussen de verschillende onderdelen van de draad, wat eigenlijk met breien en haken gebeurt. Zo is het ook met eiwitten. Een eiwit blijft niet in vorm door knopen maar doordat de hoofddraad op bepaalde plaatsen aan elkaar geklikt wordt, de waterstofbruggen en zwavelbruggen, zoals je ziet in figuur 2.

figuur 2. Een stukje van een eiwit waarbij de waterstofbruggen en zwavelbruggen zichtbaar zijn (http://www.10voorbiologie.nl/afbfczw/H13%20Eiwitten/13_4_3%20tertiaire_structuur.jpg)

Dat kliksysteem zit in die lange kabel ingebouwd. Als alles goed opgevouwen is en in elkaar geklikt is ontstaan er pilaren en muren. Hiermee wordt een grotere constructie gemaakt. Maar dat valt natuurlijk zo weer uit elkaar als er geen onderlinge verbanden zijn. Er moet dus ook weer een kliksysteem bestaan dat zorgt voor verbanden op deze schaal, waardoor er een stabiele constructie ontstaat. Ik hoop te vinden waar dat kliksysteem uit is opgebouwd. Ik zou me kunnen voorstellen dat dit te maken heeft met de opbouw van de muren vanuit verschillende plaatsen van de kabel, maar daarover heb ik nog geen info gevonden.

Nog even op een rijtje:
De bouwstenen van het eiwit zijn de aminozuren die als kraaltje een lange kabel vormen  = de primaire structuur.
Deze kabel wordt opgevouwen tot  onder andere pilaren (α-helices) en wanden (β-sheets) = de secundaire structuur.
Deze pilaren en wanden worden zo opgeklapt en aan elkaar geklikt dat de uiterlijke vorm van het totale eiwit ontstaat = de tertiaire structuur.
Verschillende eiwitten kunnen ook samen een complexere machine vormen = de quarternaire structuur. Zie figuur 3.
Zo ontstaat er een kleine machine die samen met een heleboel andere machines leven mogelijk maakt.

 

figuur 3. de opbouw van een eiwit (https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/0/05/Protein_structure.png/800px-Protein_structure.png)

Er zijn enorm veel mogelijkheden om een eiwit op te vouwen, maar slechts één vorm kost de minste moeite (netter gezegd: is energetisch het meest gunstig). Dat zorgt er dan ook voor dat we met het spel foldit na kunnen gaan hoe een eiwit in het echt opgevouwen is.

In het filmpje zie je hoe een eiwit gemaakt wordt door andere eiwitten. In razend tempo wordt het boek (RNA) met informatie over het eiwit gelezen en wordt de nieuwe machine in elkaar gezet. Een spectaculair proces!