Hur många möjliga kombinationer av proteiner är möjliga med 20 olika aminosyror?

Proteiner är bland de viktigaste kemikalierna för allt liv på planeten. Proteinernas struktur kan variera mycket. Varje protein består dock av många av de 20 olika aminosyrorna. På samma sätt som bokstäverna i alfabetet spelar ordningen på aminosyrorna i ett protein en viktig roll för hur den slutliga strukturen kommer att fungera. Proteiner kan vara hundratals aminosyror långa, så möjligheterna är nästan oändliga när vi kommer att undersöka inom.

Du kanske har en allmän uppfattning om att DNA är den genetiska grunden för allt du är. Vad du kanske inte inser är att DNA: s enda funktion är att i slutändan bestämma ordningen på aminosyror som går in i alla proteiner som gör dig till den du är. DNA är helt enkelt långa strängar med fyra nukleotider som upprepas om och om igen. Dessa fyra nukleotider är adenin, tymin, guanin och cytosin och representeras vanligtvis av bokstäverna ATGC. Oavsett hur länge ditt DNA är, "läser" din kropp dessa nukleotider i grupper om tre och var tredje nukleotid kodar för en specifik aminosyra. Så en sekvens av 300 nukleotider skulle slutligen koda för ett 100 aminosyralångt protein.

I slutändan skjuter ditt DNA av mindre kopior av sig själv, känd som budbärar-RNA eller mRNA, som går till ribosomerna i dina celler där proteiner tillverkas. RNA använder samma adenin, guanin och cytosin som DNA men använder en kemikalie som kallas uracil istället för tymin. Om du spelar med bokstäverna A, U, G och C och ordnar om dem i grupper om tre kommer du att upptäcka att det finns 64 möjliga kombinationer med tydlig ordning. Varje grupp på tre är känd som ett kodon. Forskare har utvecklat ett diagram som låter dig se vilken aminosyra en specifik kodon kodar för. Din kropp vet att om mRNA läser "CCU", bör en aminosyra som kallas prolin läggas till på den platsen, men om den läser "CUC", bör aminosyran leucin tillsättas. För att se ett helt kodondiagram, se referensavsnittet längst ner på sidan.

Ett protein kan helt enkelt vara en sträng av aminosyror, men vissa komplicerade proteiner är faktiskt flera strängar av aminosyror förenade. Dessutom har proteiner olika längder, vissa är bara några aminosyror långa och andra över 100 aminosyror långa. Dessutom använder inte alla proteiner alla tjugo aminosyror. Ett protein kan mycket väl vara hundra aminosyror långt men endast använda åtta eller tio olika aminosyror. På grund av alla dessa möjligheter finns det bokstavligen ett oändligt antal möjliga permutationer som kan vara ett protein. I naturen kan det finnas ett begränsat antal proteiner; dock finns antalet verkliga proteiner i miljarder, om inte fler.

Alla levande organismer har DNA och alla använder samma 20 aminosyror för att skapa de proteiner som är livsviktiga. Så det kan sägas att bakterier, växter, flugor och människor alla delar samma grundläggande byggstenar i livet. Den enda skillnaden mellan en fluga och en människa är ordningen på DNA och därför proteinernas ordning. Även hos människor varierar proteiner drastiskt. Protein utgör vårt hår och våra naglar, men det utgör också enzymerna i vår saliv. Proteiner utgör vårt hjärta och även vår lever. Många strukturella och funktionella användningar av protein är nästan obegränsade.

Ordningen på aminosyror är lika viktig för proteiner som bokstäverna är viktig för ord. Tänk på termen "Santa" och allt som är förknippat med det. Att helt enkelt ordna om bokstäverna kan ge termen "Satan", som har drastiskt annorlunda konnotation. Det är inte annorlunda för aminosyror. Varje aminosyra har olika sätt att reagera med de andra. Vissa gillar vatten, andra hatar vatten, och de olika aminosyrorna kan interagera som poler på en magnet där vissa lockar och andra stöter bort. På molekylär nivå kondenseras aminosyrorna till en spiralformad eller arkliknande form. Om aminosyrorna inte gillar att vara sida vid sida kan detta drastiskt förändra molekylens form. I slutändan är det formen på molekylen som faktiskt parar sig. Amylas, ett protein i din saliv, kan börja bryta ner kolhydrater i maten, men det kan inte röra fett. Pepsin, ett protein i magsaften, kan bryta ner proteiner, men det kan inte bryta ner kolhydrater. Ordningen på aminosyrorna ger proteinet dess struktur och strukturen ger proteinet dess funktion.