Opdat een proteïne zijn functie in de cel juist kan uitvoeren, moet het een heel specifieke driedimensionale vorm aannemen. Hoewel het in de cel slechts een fractie van een seconde duurt om een enkele proteïnevouw uit te voeren, zou het miljarden jaren duren, wanneer men alle mogelijkheden voor één enkele vouw zou willen uitvogelen! Hierbij moet men bedenken, dat een foutief gevouwen proteïne in de regel nadelig (in het ergste geval zelfs dodelijk) voor het levende wezen is. Voor de opbouw van een enkele cel moeten duizenden proteïnen op de juiste manier gevouwen worden. Hierbij blijft, bij wijze van spreken, “bar weinig” speelruimte over voor toevallige processen. 

verfrommeld_papier.pixabay

De eerste stap bij de vorming van proteïnen is de samenvoeging van een lineaire reeks van aminozuren (primaire structuur). Een proteïne kan haar functie alleen dan uitvoeren, wanneer naast deze primaire structuur ook een welgedefinieerde driedimensionale structuur voorhanden is. Deze bestaat uit karakteristieke structuurelementen (secundaire structuur), die op hun beurt  weer in een geordende ruimtelijke vorm gevouwen worden (tertiaire structuur). Verder zijn ook nog combinaties van meerdere proteïnen bekend, die wederom een welgedefinieerde structuur (quartaire structuur) vormen.

Het probleem van de proteïnevouwing

Proteïnen sturen bijna alle celfuncties in het menselijk lichaam. De wijze van opvouwing bepaalt de functie van de proteïne. Elke verandering in de proteïne vouwing heeft een verandering van de functie tot gevolg. Zelfs de kleinste afwijking in het vouwproces van een nuttig proteïne kan een ziekte veroorzaken.

Omdat het aantal opvouwmogelijkheden van een proteïne met de lengte van de aminozuurketen exponentieel toeneemt, zou de benodigde tijd om alle denkbare vouwmogelijkheden (conformaties) te doorlopen zelfs van een klein proteïne meerdere miljarden jaren bedragen. In werkelijkheid wordt echter binnen een fractie van een seconde een nauwkeurig voorgedefinieerde ruimtelijke structuur ingenomen.

Dit als Levinthal-paradox bekende fenomeen maakt duidelijk, dat  proteïnen bij het opvouwen blijkbaar niet alle mogelijkheden doorlopen, maar met behulp van zogenaamde opvouwhelpers (chaperones) via de kortste weg de eindstructuur bereiken. De vraag die nu opkomt is, hoe de zogenaamde chaperones weten, hoe een proteïne er uiteindelijk moet uitzien. Evenals bij het ontstaan van de primaire structuur is ook bij het ontstaan tertiaire- of quartaire structuur informatie noodzakelijk, die niet vanzelf ontstaan kan zijn daar het eindproduct van het opvouwen van tevoren bekend moet zijn geweest.

Virtuele proteïnevouwing met Blue Gene

IBM heeft in het jaar 2005 de toentertijd meest krachtige supercomputer ter wereld (Blue Gene) gebouwd, om het probleem van het opvouwen van proteïnes op te lossen.1 Op een IBM internetsite wordt aangegeven waarom: “De wetenschappelijke wereld beschouwt het probleem van de proteïne vouwing als een van de grootste uitdagingen – als een fundamenteel probleem der wetenschap […] waarvan de oplossing slechts door de inzet van zeer krachtige computertechniek bereikt kan worden.”

Ondanks de hier toegepaste geweldige rekenkracht wordt geschat, dat Blue Gene ongeveer een jaar nodig heeft, om de berekeningen en de opbouw van de opvouwing van een eenvoudig proteïne aan te leveren. Een onderzoeker van IBM merkte daarbij op: “De gecompliceerdheid van het probleem en de eenvoud, waarmee het in het lichaam dagelijks wordt opgelost, is absoluut verbazingwekkend”.2

Voetnoten

  1. IBM, Blue Gene Research Project, 2003, http://www.research.ibm.com/bluegene/index.html.
  2. S. Lohr, IBM plans supercomputer that works at the speed of life, New York Times, 6. Dez. 1999, blz. C-1.

LEUK ARTIKEL?
Bent u blij met dit artikel? Het onderhoud en de ontwikkeling van deze website vragen financiële offers. Zou u ons willen steunen met een maandelijkse bijdrage? Dat kan door ons donatieformulier in te vullen of een bijdrage over te schrijven naar NL53 INGB000 7655373 t.n.v. Logos Instituut. Logos Instituut is een ANBI-stichting en dat wil zeggen dat uw gift fiscaal aftrekbaar is.

95 Stellingen

Written by

Weliswaar zijn sinds de eerste uitgave van Charles Darwins boek "Het ontstaan van soorten" op 24 november 1859 ontelbare feiten bekend geworden, die heel duidelijk tegen de evolutietheorie spreken, maar het geloof in evolutie, oerknal en een vele miljoenen jaren oude aarde heeft zich diep in het bewustzijn van de moderne maatschappij ingenesteld. Hierbij heeft deze wereldbeschouwing langzamerhand een fundamentalistisch karakter aangenomen. In geen ander gebied van de wetenschap worden kritische stemmen zo onzakelijk en heftig aangevallen als op dit gebied van onderzoek. Wie twijfelt, wordt uit het debat over de oorsprongsvragen uitgesloten en niet zelden bestreden. De eigenwijsheid van de leidende disciplines in wetenschap, onderwijs en media doet denken aan de koppigheid, waarmee de Rooms Katholieke kerk in de Middeleeuwen haar toenmalige wereldbeeld verdedigd heeft. Op 31 oktober 1517 heeft de hervormer Maarten Luther 95 stellingen gepubliceerd, waarmee hij de toenmaals wijdverbreide aflaatpraktijk ter discussie stelde. Deze bemoeienis heeft een kettingreactie veroorzaakt, die uiteindelijk tot de Reformatie leidde. Op gelijke wijze moeten de hier aanwezige 95 stellingen tot een verandering van denken in het oorsprongsdebat bijdragen. Met deze publicatie willen wij ons ervoor inzetten, dat in de discussie over de oorsprong van de mensheid, het aardse leven en de kosmos een open omgang met wetenschappelijke gegevens, interpretaties en wereldbeschouwelijke stellingnamen* mogelijk wordt.

6 Comments

Peter

De veronderstelling hier is dat alle eiwitten als lange eiwitten ontstonden. Door die veronderstelling wordt een pseudo-probleem opgeworpen. In evolutie begin je met polypeptiden van 2-6 eiwitten, en bouw je daarop voort. Het probleem van vouwing bestaat dan niet omdat de vouwing samen met de aminozuurvolgorde evolueert bij het langer worden van het eiwit.

Reply
ADH

“…dat de vouwing samen met de aminozuurvolgorde evolueert”, is dat gebaseerd op waarneming of is dat (vooralsnog) een theorie, dus eveneens een veronderstelling, waardoor er een psuedo oplossing voor een verondersteld pseudo probleem wordt geboden?

peter b

Peter, [je] doet hij net alsof het mogelijk zou zijn dat er eerst peptiden ontstonden, die daarna steeds complexer werden. [Deze] vooronderstellingen zijn filosofisch, gebaseerd op atheïstisch naturalisme, niet op wetenschappelijke feiten. Hiervoor is echter geen enkel wetenschappelijk bewijsvoering. Integendeel. Het wetenschappelijke feit wil dat een levende cel minimal 374 eiwitcoderende genen nodig heeft om te delen en te existeren, maar meerdere duizenden om zelfstandig te kunnen opereren. Zulke eiwitten zijn geen peptides, maar grote ingewikkelde komplexen van samenwerkende polypeptiden (eiwitten). Tegenwoordig weten we dat voor het juist vouwen van eiwitten niet alleen chaperonen nodig zijn, maar ook een subcellulair organel, het ER.

Joop van Mechelen

Om een functie te kunnen hebben moeten eiwitten reactieplekken kunnen vormen dus moeten ze langer zijn dan 50 aminozuren. Want eerder kan je ze niet zo opvouwen dat ze een reactieve kern kunnen hebben. Dus deze opmerking raakt het verhaal hierboven helemaal niet.

Peter

@Peter B
“subcellulair organel, het ER.” – bacteriën hebben geen ER.

@Joop van Mechelen:
Het is heel eenvoudig om eiwitten met biologische functie korter dan 50 aminozuren in de wetenschappelijke literatuur te vinden. Niet alle eiwitten zijn enzymen!
Er zijn functionele eiwitten kleiner dan 50 aminozuren – in feite is dit een klasse eiwitten waar nu vrij veel onderzoek naar is, omdat ze eerst over het hoofd gezien waren, al is er ook een voorbeeld uit 2001 met een eiwit met 24 aminozuren in gist.Er zijn ook kleine eiwithormonen bv endotheline met 21 aminozuren en gamma-endorfine met 17 aminozuren. Voor micro-preoteinen zie bijvoorbeeld Baumgartner et al 2016 ‘Small proteins in cyanobacteria provide a paradigm for the functional analysis of the bacterial micro-proteome’. BMC Microbiolog 16:285 (open access, https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5126843/) Citaten“Photosynthetic cyanobacteria provide a paradigm for small protein functions due to extensive work on the photosynthetic apparatus that led to the functional characterization of 19 small proteins of less than 50 amino acids.” ” We found 293 transcriptional units containing candidate small ORFs ≤80 codons” – dus <= 27 aminozuren.
In feite is er geen ondergrens voor aantal aminozuren en een functioneel eiwit.

Reply

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *

 tekens over