EIWITVOUWPROBLEEM VOOR EEN KLEIN EIWIT OPGELOST

Op basis van de volgorde van zijn aminozuren de kralen in de eiwitketting weet elk eiwit hoe het zichzelf zó moet opvouwen dat het zijn functie in de cel kan uitvoeren. Voor moleculair biologen is het voorspellen van die ruimtelijke eiwitstructuur zelfs met de snelste computer een hachelijke zaak. Amerikaanse onderzoekers hebben desondanks voor een eiwit van twintig aminozuren de correcte structuur berekend. Dat is een eerste stap op weg naar een interpretatie van de genetische codes van allerlei organismen die steeds sneller ontrafeld worden (Journal of the American Chemical Society, 28 aug).

In principe is het mogelijk om bijvoorbeeld met behulp van röntgenstralen de structuur van een eiwit te achterhalen. Dat heeft meestal echter veel voeten in aarde. Het zou veel simpeler zijn om de structuur te kunnen voorspellen op basis van de volgorde van aminozuren. Maar hoe langer die keten, hoe meer mogelijkheden er zijn waarop een eiwit zich kan vouwen: zelfs voor een nog betrekkelijk klein eiwit opgebouwd uit honderd aminozuren zijn er al ongeveer 10 mogelijke structuren (een 1 gevolgd door negentig nullen).

Daarom zochten Carlos Simmerling en zijn collega's van de universiteit van New York in Stony Brook een wat bescheidener eiwit uit van slechts twintig aminozuren. Dit kunstmatige eiwit gesynthetiseerd door scheikundigen van de universiteit van Seattle is het kleinste dat in oplossing een compacte structuur aanneemt. Om die structuur te achterhalen werd voor elk aminozuur bepaald bij welke andere aminozuren het graag in de buurt wil zitten. Vervolgens werd er een structuur gezocht waarin zo goed mogelijk aan al die wensen is voldaan. In de praktijk worden de bewegingen van de atomen in het eiwit en het omringende oplosmiddel in heel kleine tijdstapjes uitgerekend, waarbij gestreefd wordt naar een toestand met een zo laag mogelijke energie.

Een aantal simulaties uit verschillende begintoestanden leidden telkens tot een bijna identieke structuur die verrassend goed overeen bleek te komen met de door een onafhankelijke groep experimenteel bepaalde structuur. De berekeningen wezen bovendien op het bestaan van een speciale zoutbrug tussen twee aminozuren, die met de gebruikte experimentele techniek kernspinresonantie niet eens ontdekt had kunnen worden. Hoewel hiermee voor het eerst een volledig eiwit is doorgerekend, zullen soortgelijke simulaties aan langere eiwitten voorlopig nog wel even een hele uitdaging blijven.

    • Rob van den Berg