SZTUCZNE PALCE CYNKOWE

Odcinek palca cynkowego o konformacji alfa-helisy (kolor czerwony) służy do łączenia się z zasadami DNA. Naprzeciwko tego odcinka znajduje się krótki fragment o budowie beta-harmonijki (kolor niebieski). Atom cynku (ciemnozielona kulka) łączy się z dwoma resztami cysteiny (niebieskie łańcuchy boczne) i dwoma resztami histydyny (czerwone łańcuchy boczne)

Białka są cząsteczkami o niezwykle skomplikowanej budowie przestrzennej. Sposób zwinięcia rozciągniętego łańcucha polipeptydowego w trójwymiarową cząsteczkę białka zależy od wielu złożonych oddziaływań pomiędzy aminokwasami tworzącymi to białko. Dwa polipeptydy o podobnej sekwencji aminokwasów mogą mieć zupełnie inny kształt; zdarza się także, że dwie cząsteczki białka o różnym składzie aminokwasowym są podobne. Nic dziwnego, iż określenie struktury cząsteczki białka na podstawie znajomości kolejności aminokwasów do niedawna przekraczało możliwości naukowców. Jednak Stephen Mayo z California Institute of Technology dokonał czegoś jeszcze trudniejszego: zaprojektował sztuczny fragment białka, z góry wybierając dla niego kształt.

Mayo postanowił zrobić syntetyczny palec cynkowy. Palce cynkowe występują często w tzw. czynnikach transkrypcyjnych ­ białkach regulujących odczytywanie informacji genetycznej w jądrze komórkowym. Jest to obrazowy sposób opisu pewnego typowego kształtu fragmentu białka. Na pierwszy rzut oka zaprojektowanie palców wydaje się projektem niezbyt ambitnym.

Pojedynczy palec cynkowy składa się z 28 aminokwasów, a przeciętne białka wytwarzane przez komórkę są przynajmniej kilka razy dłuższe. Ale nawet tak prosty peptyd można „poskładać" z tej liczby aminokwasów na 1027 sposobów. Gdyby biolog molekularny jakimś cudem potrafił wyprodukować miliard różnych peptydów w ciągu sekundy, to w celu uzyskania takiej liczby kombinacji musiałby spędzić w swoim laboratorium najbliższe 32 mld lat (nie licząc codziennej przerwy na lunch). Na szczęście, Stephen Mayo miał dostęp do komputerów o potężnej mocy obliczeniowej, które ­ odpowiednio zaprogramowane ­ zaprojektowały sekwencję aminokwasów szukanego peptydu w ciągu 90 godzin.

Następnym krokiem było wytworzenie takiego peptydu i porównanie jego kształtu z palcem cynkowym znajdującym się w naturalnym białku. Przy zastosowaniu krystalografii rentgenowskiej i magnetycznego rezonansu jądrowego udało się stwierdzić, że stworzony w laboratorium palec cynkowy ma strukturę przestrzenną bardzo podobną do palca cynkowego, będącego częścią białka Zif268, czynnika transkrypcyjnego występującego w komórkach nerwowych. Jednocześnie okazało się, że sekwencja aminokwasów sztucznego peptydu różni się od wszystkich dotychczas zbadanych palców cynkowych.

Stephen Mayo udowodnił, że przy zastosowaniu odpowiednich algorytmów komputerowych można zaprojektować odcinek białka o żądanym kształcie. Z pewnością upłynie jeszcze dużo czasu, zanim komuś uda się opracować metodę produkcji nowych białek o zmienionych właściwościach biologicznych, ale już teraz można pomarzyć o syntetycznych białkach pasujących do wybranych receptorów komórkowych i nadających się do wykorzystania w medycynie albo o termostabilnych enzymach, które w przyszłości zrewolucjonizują przemysł biotechnologiczny.

---