VOUWING VAN EIWIT GEVOLGD GEDURENDE EEN MICROSECONDE

Een van de grote uitdagingen van de moleculaire en celbiologie is het voorspellen van de structuur van een eiwit op basis van zijn aminozuurvolgorde.

Computersimulaties hebben al veel bijgedragen aan een beter inzicht in het mechanisme volgens welke een lineaire keten van aminozuren zijn actieve vorm inneemt. Onderzoekers van de Universiteit van Californie in San Francisco zijn er onlangs in geslaagd om dit `opvouwen' van een klein eiwit een microseconde lang te simuleren met de computer. Dat is zo'n honderd keer langer dan tot nu toe mogelijk was. Bovendien vertoonde een van de berekende structuren verrassend veel overeenkomsten met de manier waarop het eiwit in werkelijkheid opgevouwen is (Science, 23 oktober 1998).

De methode die meestal wordt toegepast bij het berekenen van eiwitstructuren is de moleculaire dynamica. Daarbij worden de beweging van atomen en moleculen volgens de wetten van Newton uitgerekend. Een eiwit heeft alleen wel erg veel atomen - vaak meer dan tienduizend - en daarbij komt nog dat ook de invloed van het oplosmiddel niet mag worden verwaarloosd. Dat betekent dat er astronomisch veel manieren zijn waarop de atomen zich ten opzichte van elkaar kunnen rangschikken. Uitgaande van een langgerekte keten moet daarom in minuscule tijdstapjes - van niet meer dan een of twee femtoseconden - steeds de meest gunstige structuur worden berekend. En aangezien een klein eiwit tenminste tientallen microseconden nodig heeft om zijn uiteindelijke structuur te bereiken, moeten er miljarden stappen worden afgelegd. Daar komt nog eens bij dat de krachten tussen de atomen in een eiwitoplossing helemaal niet zo goed bekend zijn. Het doorrekenen van een eiwit leek een onbegonnen werk, vandaar dat werd geprobeerd om gebruik te maken van voorkennis. Van veel eiwitten is de structuur immers bekend, en wanneer er in verschillende eiwitten identieke stukken voorkomen, dan is het redelijk om aan te nemen dat die stukken een soortgelijke structuur zullen hebben. Zo kun je als het ware al een beetje naar het antwoord toewerken. Ook werden wel vereenvoudigingen toegepast door de verschillende aminozuren schematisch weer te geven met behulp van een paar `pseudo-atomen'.

De Amerikaanse onderzoekers stellen daar nu een brute-krachtsmethode tegenover: een enorme parallelle computer met honderden processoren en een `efficient' programma. Daarmee werd een microseconde lang de dynamica van een stukje eiwit van 36 aminozuren gevolgd.

Naast de vorming van helices en waterafstotende gebieden kon voor het eerst worden waargenomen langs welke weg een relatief stabiele structuur ontstond. Toch is men er nog lang niet. In werkelijkheid zal een eiwit vele wegen beproeven om de energetisch meest gunstige situatie te bereiken. In de nu beschreven simulaties is eigenlijk pas een zo'n pad verkend. Als echter ook de experimentele methoden om eiwitstructuren te bepalen nog wat sneller worden, kunnen de berekeningen beter worden getoetst, waardoor de nauwkeurigheid zeker nog zal toenemen.