Eiwitten behoren tot de belangrijkste chemicaliën voor al het leven op aarde. De structuur van eiwitten kan sterk variëren. Elk eiwit bestaat echter uit veel van de 20 verschillende aminozuren. Net als bij de letters in het alfabet, speelt de volgorde van de aminozuren in een eiwit een belangrijke rol bij het functioneren van de uiteindelijke structuur. Eiwitten kunnen honderden aminozuren lang zijn, dus de mogelijkheden zijn bijna eindeloos, zoals we hieronder zullen onderzoeken.
Hoe de aminozuursequentie wordt bepaald
Je hebt misschien een algemeen idee dat DNA de genetische basis is voor alles wat je bent. Wat je je misschien niet realiseert, is dat de enige functie van DNA is om uiteindelijk de volgorde van aminozuren te bepalen die in alle eiwitten gaan die je maken tot wie je bent. DNA is gewoon lange strengen van vier nucleotiden die zich steeds opnieuw herhalen. Die vier nucleotiden zijn adenine, thymine, guanine en cytosine en worden meestal weergegeven door de letters ATGC. Het maakt niet uit hoe lang je DNA is, je lichaam "leest" deze nucleotiden in groepen van drie en elke drie nucleotiden codeert voor één specifiek aminozuur. Dus een sequentie van 300 nucleotiden zou uiteindelijk coderen voor een eiwit met een lengte van 100 aminozuren.
De aminozuren kiezen
Uiteindelijk schiet je DNA kleinere kopieën van zichzelf af, bekend als messenger RNA of mRNA, die naar de ribosomen in je cellen gaan waar eiwitten worden gemaakt. RNA gebruikt dezelfde adenine, guanine en cytosine als DNA, maar gebruikt een chemische stof genaamd uracil in plaats van thymine. Als je met de letters A, U, G en C speelt en ze herschikt in groepen van drie, zul je zien dat er 64 mogelijke combinaties zijn met een duidelijke volgorde. Elke groep van drie staat bekend als een codon. Wetenschappers hebben een grafiek ontwikkeld waarmee je kunt zien voor welk aminozuur een specifiek codon codeert. Je lichaam weet dat als het mRNA "CCU" aangeeft, op die plek een aminozuur genaamd proline moet worden toegevoegd, maar als het "CUC" aangeeft, moet het aminozuur leucine worden toegevoegd. Zie de referentiesectie onderaan de pagina om een volledig codondiagram te bekijken.
Verschillende mogelijkheden van eiwitten
Een eiwit kan eenvoudig één streng aminozuren zijn, maar sommige gecompliceerde eiwitten zijn eigenlijk meerdere strengen aminozuren die aan elkaar zijn gekoppeld. Bovendien hebben eiwitten verschillende lengtes, waarbij sommige slechts enkele aminozuren lang zijn en andere meer dan 100 aminozuren lang. Bovendien gebruikt niet elk eiwit alle twintig aminozuren. Een eiwit kan best honderd aminozuren lang zijn, maar slechts acht of tien verschillende aminozuren gebruiken. Vanwege al deze mogelijkheden zijn er letterlijk een oneindig aantal mogelijke permutaties die een eiwit kunnen zijn. In de natuur kan er een eindig aantal eiwitten zijn; het aantal bestaande echte eiwitten loopt echter in de miljarden, zo niet meer.
Het verschil in een eiwit
Alle levende organismen hebben DNA en gebruiken allemaal dezelfde 20 aminozuren om de eiwitten te creëren die essentieel zijn voor het leven. Dus het kan worden gezegd dat bacteriën, planten, vliegen en mensen allemaal dezelfde fundamentele bouwstenen van het leven delen. Het enige verschil tussen een vlieg en een mens is de volgorde van het DNA en dus de volgorde van de eiwitten. Zelfs binnen mensen variëren eiwitten drastisch. Eiwit vormt ons haar en vingernagels, maar het vormt ook de enzymen in ons speeksel. Eiwitten vormen ons hart en ook onze lever. De verscheidenheid aan structurele en functionele toepassingen voor eiwitten is bijna onbeperkt.
Waarom de bestelling belangrijk is
De volgorde van aminozuren is net zo belangrijk voor eiwitten als de volgorde van letters voor woorden. Denk aan de term "Santa" en alles wat ermee samenhangt. Het eenvoudig herschikken van de letters kan de term 'Satan' opleveren, die een drastisch andere connotatie heeft. Voor aminozuren is dat niet anders. Elk aminozuur reageert op een andere manier met de andere. Sommigen houden van water, anderen haten water, en de verschillende aminozuren kunnen op elkaar inwerken als polen op een magneet, waarbij sommige elkaar aantrekken en andere afstoten. Op moleculair niveau condenseren de aminozuren tot een spiraal- of bladachtige vorm. Als de aminozuren niet graag naast elkaar staan, kan dit de vorm van het molecuul drastisch veranderen. Uiteindelijk is het de vorm van het molecuul die er echt toe doet. Amylase, een eiwit in je speeksel, kan beginnen met het afbreken van koolhydraten in je voedsel, maar het kan geen vetten raken. Pepsine, een eiwit in je maagsappen, kan eiwitten afbreken, maar koolhydraten niet. De volgorde van de aminozuren geeft het eiwit zijn structuur en de structuur geeft het eiwit zijn functie.