Kolik možných kombinací proteinů je možné s 20 různými aminokyselinami?

Proteiny patří mezi nejdůležitější chemikálie pro celý život na planetě. Struktura proteinů se může velmi lišit. Každý protein je však složen z mnoha z 20 různých aminokyselin. Podobně jako písmena v abecedě hraje pořadí aminokyselin v proteinu důležitou roli ve fungování konečné struktury. Proteiny mohou mít stovky aminokyselin, takže možnosti jsou téměř nekonečné, jak to prozkoumáme uvnitř.

Možná máte obecnou představu, že DNA je genetickým základem všeho, čím jste. Možná si neuvědomujete, že jedinou funkcí DNA je nakonec určit pořadí aminokyselin, které vstupují do všech proteinů, díky nimž jste tím, kým jste. DNA jsou jednoduše dlouhé řetězce čtyř nukleotidů, které se opakují znovu a znovu. Těmito čtyřmi nukleotidy jsou adenin, thymin, guanin a cytosin a jsou obvykle reprezentovány písmeny ATGC. Bez ohledu na to, jak dlouho je vaše DNA, vaše tělo „čte“ tyto nukleotidy ve skupinách po třech a každé tři nukleotidy kódují jednu konkrétní aminokyselinu. Takže sekvence 300 nukleotidů by nakonec kódovala 100 aminokyselin dlouhý protein.

Nakonec vaše DNA vystřelí menší kopie sebe sama, známé jako poselská RNA nebo mRNA, které jdou do ribozomů ve vašich buňkách, kde se tvoří bílkoviny. RNA používá stejný adenin, guanin a cytosin jako DNA, ale místo thyminu používá chemickou látku zvanou uracil. Pokud si hrajete s písmeny A, U, G a C a uspořádáte je do skupin po třech, zjistíte, že existuje 64 možných kombinací v odlišném pořadí. Každá skupina tří je známá jako kodon. Vědci vyvinuli graf, který vám umožní zjistit, pro kterou aminokyselinu kóduje konkrétní kodon. Vaše tělo ví, že pokud mRNA zní „CCU“, měla by být na toto místo přidána aminokyselina zvaná prolin, ale pokud zní „CUC“, měla by být přidána aminokyselina leucin. Chcete-li zobrazit celý kodonový graf, podívejte se do referenční sekce v dolní části stránky.

Protein může být jednoduše jedno vlákno aminokyselin, ale některé komplikované proteiny jsou ve skutečnosti více řetězců aminokyselin spojených dohromady. Kromě toho mají bílkoviny různé délky, přičemž některé mají délku jen několik aminokyselin a jiné přes 100 aminokyselin. Navíc ne každý protein využívá všech dvacet aminokyselin. Protein může být docela dlouhý sto aminokyselin, ale používá pouze osm nebo deset různých aminokyselin. Kvůli všem těmto možnostem existuje doslova nekonečné množství možných permutací, které by mohly být proteinem. V přírodě může existovat konečný počet proteinů; počet existujících skutečných proteinů je však v miliardách, ne-li více.

Všechny živé organismy mají DNA a všechny používají stejných 20 aminokyselin k tvorbě bílkovin nezbytných pro život. Dá se tedy říci, že bakterie, rostliny, mouchy a lidé sdílejí stejné základní stavební kameny života. Jediným rozdílem mezi muchou a člověkem je pořadí DNA, a tedy pořadí proteinů. Dokonce i uvnitř lidí se bílkoviny drasticky liší. Protein tvoří naše vlasy a nehty, ale také tvoří enzymy v našich slinách. Proteiny tvoří naše srdce a také naše játra. Rozmanitost strukturálního a funkčního využití proteinu je téměř neomezená.

Pořadí aminokyselin je pro proteiny stejně důležité jako pořadí písmen u slov. Zvažte pojem „Santa“ a vše, co je s ním spojeno. Pouhé přeskupení písmen může vést k výrazu „satan“, který má výrazně odlišnou konotaci. U aminokyselin to není jiné. Každá aminokyselina má jiný způsob reakce s ostatními. Někteří mají rádi vodu, jiní nenávidí vodu a různé aminokyseliny mohou interagovat jako póly na magnetu, kde některé přitahují a jiné odpuzují. Na molekulární úrovni aminokyseliny kondenzují dolů do tvaru spirály nebo listu. Pokud se aminokyselinám nelíbí být bok po boku, může to drasticky změnit tvar molekuly. Nakonec to je tvar molekuly, který ve skutečnosti mate. Amyláza, bílkovina ve slinách, může začít rozkládat sacharidy ve vašem jídle, ale nemůže se dotknout tuků. Pepsin, bílkovina ve vašich žaludečních šťávách, může štěpit bílkoviny, ale nedokáže štěpit sacharidy. Pořadí aminokyselin dává proteinu jeho strukturu a struktura dává proteinu jeho funkci.