4.5. Alleen linkshandige aminozuren in eiwitten

Francis Crick, mede-ontdekker van de DNA-structuur, beschrijft deze vreemde karakteristiek van de moleculen van levende organismen:

"Het is al jarenlang bekend dat voor elke gegeven molecule slechts één soort draairichting voorkomt in de natuur. Zo zijn de aminozuren die we in eiwitten tegenkomen altijd wat we "L" or "levo" aminozuren noemen, en nooit de "D" of "dextro" aminozuren. Slechts één van de twee mogelijkheden komt voor in eiwitten." [1]

Dat is het mysterie. Engels bioloog John Maddox noemde het "een intellectuele donderslag dat natuurlijke eiwitten alleen maar linksdraaiende vormen van de aminozuren bevatten." [2]

Dit is vooral een probleem voor mensen die geloven dat het leven via natuurlijke processen ontstond uit niet-levende materie. A. I. Oparin, een Russisch biochemicus, heeft wellicht meer invloed gehad op de evolutionistische gedachte dan enig ander mens sinds Darwin, vanwege zijn pogingen om de oorsprong van het leven door middel van natuurlijke chemische processen uit te leggen. Hij ging in zijn recente boek als volgt op dit mysterie in: "Het is noodzakelijk om het kort te hebben over een probleem dat al lang in de literatuur wordt bediscussieerd." [3]

In een eerder boek ging hij hier in meer detail op in. De atomen die betrokken zijn bij de verschillende posities (links en rechts) zijn onderhavig aan dezelfde krachten. Wanneer aminozuren worden gevormd, kan een zijgroep zich net zo makkelijk aan de linker- als aan de rechterkant vormen. Oparin zegt:

"De kans op de vorming van de ene antipode of de andere is dus hetzelfde. Omdat de wet van gemiddelden van toepassing is op chemische reacties, is het voorkomen van een overvloed aan antipodes van één soort zeer onwaarschijnlijk. We zijn het zelfs nog nooit tegengekomen in niet-levende dingen of in syntheses in het laboratorium… De mogelijkheid dat protoplasma selectief synthetiseert en slechts één antipode voortbrengt, wordt de asymmetrie van levende materie genoemd. Het is zonder uitzondering een karakteristieke eigenschap van alle organismen en komt niet voor in de niet-levende wereld."

Pasteur wees als volgt op dit feit: "Deze grootse karakteristiek is wellicht de enige scherpe scheidslijn die we tegenwoordig kunnen trekken tussen de chemie van de dode en de levende natuur." [4]

In ons moderne tijdperk hebben velen al dezelfde verwondering uitgedrukt als Pasteur. Linus Pauling, die een Nobelprijs in de scheikunde ontving, zei bijvoorbeeld:

"Dit is een bijzonder verwarrend feit… Van alle eiwitten die ooit zijn onderzocht, verkregen uit dieren en planten, uit hogere organismen en uit zeer eenvoudige organismen – bacteriën, schimmels, zelfs virussen – is ontdekt dat zij zijn gemaakt uit L-aminozuren." [5]

Hij concludeert, "Niemand weet waarom het zo is dat wij opgebouwd zijn uit L-aminozuur moleculen, en niet uit D-aminozuur moleculen." [6]

Dr. Larry Butler, die biochemie onderwijst aan Purdue University, zei: "In alle chemische en natuurkundige opzichten (behalve voor natuurkundige eigenschappen die geassociëerd zijn met asymmetrie...) zijn D- en L-aminozuren niet alleen gelijkwaardig, maar zelfs identiek." [7]

Professor Dennis Englin vestigt de aandacht op een experiment met hoge amusementswaarde. Wetenschappers zijn nu in staat om eiwitachtige ketens te vormen die zowel L- als D-aminozuren bevatten en om zo’n ketens in een levend organisme te plaatsen, bijvoorbeeld een bacterie. Het organisme breekt dergelijke ketens onmiddellijk af, en bouwt in sommige gevallen de aminozuren opnieuw op, maar dan in de linksdraaiende vorm! [8]

Professor William Stokes van de University of Utah vat de situatie als volgt samen, wat betreft dit verbazingwekkende vraagstuk aangaande de twee vormen voor zover het normale eiwitten betreft:

"In alle andere opzichten zijn zij zo identiek aan elkaar als een paar handschoenen. Wanneer aminozuren kunstmatig worden geprepareerd, dan komen de L- en de D-variaties beide in statistisch equivalente hoeveelheden voor. Maar levende organismen kunnen alleen maar het linksdraaiende type bouwen en gebruiken, waarschijnlijk vanwege erfelijke redenen die teruggaan tot de eerste voorouder van al het leven op aarde." [9]

Als we dit even bekijken vanuit het naturalistische standpunt, dan kunnen we ons afvragen: Hoe konden organismen ontstaan die alleen maar linksdraaiende aminozuren in eiwitten gebruiken?

Het eerste probleem is dat we moeten zien te ontdekken hoe aminozuren überhaupt konden ontstaan via louter natuurlijke oorzaken. De huidige verklaring hiervoor is dat er een primitieve atmosfeer zou hebben bestaan die volledig anders was dan onze tegenwoordige atmosfeer. Men beweert dat aminozuren zich in die aangenomen atmosfeer zouden kunnen hebben vormen door de reactie van ultravioletstraling, bliksem, en misschien ook hitte. [10]

Maar wanneer aminozuren in gedetailleerde laboratoriumproeven worden voortgebracht, in experimenten met die veronderstelde oeratmosfeer, dan bestaan deze altijd uit zowel L- als D-variaties.

We hebben dus nog steeds een probleem. Zelfs als de aminozuren op een natuurlijke wijze in die atmosfeer voorkwamen, dan geven deze experimenten aan dat deze voorraad "optisch inactief" (gemengd) zou zijn geweest, in plaats van allemaal ofwel L ofwel D. [11]

Volgende pagina


1 Francis H. C. Crick, Molecules and Men (Seattle: University of Washington Press, 1966), p. 60. [Terug naar de tekst]

2 John Maddox, Revolution in Biology (New York: Macmillan Company. 1964), p. 59. [Terug naar de tekst]

3 A. I. Oparin, Genesis and Evolutionary Development of Life (New York : Academic Press, 1968), p. 80. [Terug naar de tekst]

4 A. I. Oparin, Life, Its Nature, Origin and Development (New York: Academic Press, 1961), pp. 59, 60. [Terug naar de tekst]

5 Linus Pauling, General Chemistry (Third Edition) (San Francisco: W. H. Freeman & Co., 1970), p. 774. [Terug naar de tekst]

6 Idem. [Terug naar de tekst]

7 Larry Butler, Purdue University, persoonlijke communicatie, April 1971. Sommige isomeren kunnen door hun smaak onderscheiden worden van hun tegenovergestelde vorm, zo stelt Butler. Soms kunnen zij ook aan hun geur herkend worden. ("Left- and Right-Handed Odors", Scientific American, Vol. 225 [Augustus 1971], pp. 46, 47.) Dit zou een gevolg kunnen zijn van hun fysieke verschillen in vorm, als onze zintuiglijke receptoren specifiek gevormde locaties hebben waarin de moleculen met verschillende vormen kunnen passen. [Terug naar de tekst]

8 Dennis Englin, Los Angeles Baptist College, persoonlijke communicatie, Juni 1971. Voor mensen die in de biologie geïnteresseerd zijn, is het intrigerend om te ontdekken dat D-aminozuren hier en daar een rol spelen in de natuur, maar tot op de dag van vandaag is er geen bewijs gevonden dat ze in eiwitten voorkomen. In gevallen waar zij voorkomen, komen er niet meer dan één of twee rechtsdraaiende isomeren voor. Deze nemen altijd een precieze plaats in, gewoonlijk in een kleine molecule of een korte peptideketen.

Bacteriën hebben een moleculair net als onderdeel van hun celwand dat bekend staat als mureïne, buiten het celmembraan, dat de hele cel omgeeft. Mureïne bestaat uit een polysaccharide die twee aminosuikers bevat die overdwars door tetrapeptiden met elkaar verbonden zijn (die zelf vier aminozuren, in hun uiteindelijke vorm, bevatten). Twee van de vier aminozuren zijn van het D-type, die eerst als L-aminozuren binnen de cel worden gevormd en dan in de D-variant veranderen.

Het bacterie Bacillus anthracis heeft een D-glutamisch zuur. Het is de zich herhalende subeenheid die de "slijmcapsule" buiten de celwand vormt. Misschien leidt het gebruik van D-aminozuren in de celwanden en capsules wel tot enige bescherming van de enzymen die overheersend gecodeerd zijn om met L-isomeren te reageren.

Het antibioticum dat we kennen als polymyxin B bestaat uit een cyclische polypeptide met een lengte van tien aminozuren. Een specifieke locatie in de ring wordt ingenomen door D-fenylalanine. Penicilline, een ander antibioticum, en luciferin, een chemische stof die gebruikt wordt door vuurvliegjes en andere organismen om licht te produceren, zijn andere voorbeelden van kleine moleculen waarin één of twee D-aminozuren voorkomen.

Geen enkele van deze zeldzame voorbeelden zijn eiwitten. Allen wekken de indruk dat ze voor een bepaald doel zo gepositioneerd zijn in plaats van op toevallig wijze of op uitwisselbare locaties. [Terug naar de tekst]

9 William Lee Stokes, Essentials of Earth History (Englewood Cliffs, N.J.: Prentice-Hall, Inc., 1966), p. 176. [Terug naar de tekst]

10 De hypothetische primitieve atmosfeer bevat (en dat komt natuurlijk goed uit) methaan, ammonium, waterstof en waterdamp, waaruit het in theorie eenvoudig is om aminozuren af te leiden. In een beroemd experiment gebruikte Stanley L. Miller deze veronderstelde atmosfeer. Hij stelde het mengsel een week lang bloot aan een electrische vonk. Hij slaagde er in om de twee eenvoudigste aminozuren te prduceren, naast drie andere met een twijfelachtige identiteit (George Wald, "The Origin of Life", Scientific American [augustus 1954], p. 48). Maar de resultaten bevatten zowel links- als rechtsdraaiende isomeren (Oparin, Life, Its Nature, Origin and Development, p. 59). Een dergelijk mengsel dat beide vormen bevat wordt een racemische modificatie genoemd. Later verkregen Sidney W. Fox en K. Harada in complexe experimenten twaalf aminozuren die door eiwitten gebruikt kunnen worden. Zij gebruikten een aanzienlijke verhitting (rond de 1,000 oC), ammoniumhydroxide en andere in het laboratorium gecontroleerde randvoorwaarden (Sidney W. Fox en Klaus Dose, Molecular Evolution and the Origin of Life [San Francisco: W. H. Freeman and Co., 1972], p. 81). [Terug naar de tekst]

11 Zes aminozuren die door eiwitten gebruikt kunnen worden werden aangetroffen in de Murchison meteoriet die in 1969 in Australië insloeg. Zowel links- als rechtsdraaiende isomeren van deze eiwitten waren in "ruwweg gelijke verhoudingen" aanwezig en zouden een anorganische oorsprong hebben. (James G. Lawless, Clair E. Folsome en Keith A. Kvenvolden, "Organic Matter in Meteorites", Scientific American, Vol. 226, [juni 1972], p. 42). Dit bevestigt de conclusie dat er geen natuurlijke manier bekend is waarop buiten levende cellen alleen linksdraaiende aminozuren zouden kunnen worden voortgebracht. [Terug naar de tekst]