4.3. Aminozuren zijn gebouwd volgens een eenvoudig ontwerp

Het is fortuinlijk voor ons begrip van aminozuren dat zij een zekere mate van uniformiteit bezitten. Ze bestaan allemaal uit dezelfde vier soorten atomen: koolstof, waterstof, stikstof en zuurstof. Twee van de aminozuren hebben ook elk een zwavelatoom.

Bovendien zijn ook alle aminozuren precies hetzelfde wat betreft hun hoofdonderdeel. Deze "ruggegraat" bestaat uit drie atomen: twee koolstof en één stikstof. Het centrum van deze drie, één van de koolstof-atomen, wordt de alfa-koolstof genoemd ("alfa" is de eerste letter van het Griekse alfabet en wordt gewoonlijk in wetenschappelijke publicaties als volgt in het Grieks geschreven: α. Om onnodige complexiteit te vermijden, zullen we dergelijke Griekse letters hier in het Nederlands uitschrijven).

Nu we enkele van de overeenkomsten hebben besproken, kunnen we ook het verschil tussen de verschillende aminozuren bekijken. Bevestigd aan het centrale koolstofatoom, de alfa-koolstof, bevindt zich een zijgroep, vaak de R groep genoemd. Het enige verschil tussen de diverse soorten aminozuren is dat elk aminozuur een andere zijgroep heeft. [1]

In de diverse aminozuren bestaat de zijgroep, die dus het verschil uitmaakt, uit één tot achttien atomen. De aanzienlijke diversiteit binnen deze groepen maken de vele verschillende taken mogelijk die door eiwitten worden uitgevoerd. Zij hebben verschillende electrische en chemische eigenschappen die andere moleculen beïnvloeden. Andere aminozuren op verschillende afstanden binnen hetzelfde eiwit kunnen hierdoor worden aangetrokken, met het volgende resultaat:

Wanneer de componenten van een eiwitketen zich in een specifieke volgorde bevinden, dan zal de keten als geheel daardoor op een specifieke manier "krullen" en zich zo tot een specifieke vorm samenvouwen. [2] Deze uiteindelijke vorm geeft het eiwit de mogelijkheid om zijn unieke taak binnen de cel uit te voeren.

Wanneer twee aminozuren worden verbonden, dan wordt tussen hen een "peptide-verbinding" gevormd. Hierbij komt een watermolecule vrij. [3] Het kost energie om de aminozuren met elkaar te verbinden. Het is lastig om dit buiten levende organismen voor elkaar te krijgen. In het laboratorium kan dit gedaan worden door middel van technieken die speciaal voor dit doel zijn ontwikkeld. [4].

Aan de andere kant gaan eiwitketens deze verbinding zeer snel aan (men noemt dit polymerisatie). Dit systeem om eiwitten te maken is bijzonder complex en efficiënt, en maakt gebruik van enzymen en diverse andere unieke moleculen. Het is een extreem interessant proces dat plaatsvindt onder leiding van de DNA-code, de erfelijke "taal van het leven". Dit zal in hoofdstuk 10 worden besproken.

Volgende pagina


1 In het aminozuur dat "proline" wordt genoemd, buigt de zijgroep zich terug en bevestigt zich ook aan het naastgelegen stikstofatoom. Dit maakt proline technisch gesproken een "iminozuur", omdat het een waterstofatoom vervangt dat zich gewoonlijk op die plaats bevindt. [Terug naar de tekst]

2 De vorm wordt ook beïnvloedt door temperatuur, oplossingen, "pH" waarde (zuurgraad), enzovoorts. [Terug naar de tekst]

3 Deze watermolecule bestaat uit atomen die daarvóór deel uitmaakten van de aminozuren. Dit is de reden dat aminozuren in een eiwitketen ook vaak aminozuur-residuen worden genoemd, omdat zij niet nu niet meer compleet zijn. [Terug naar de tekst]

4 Als het onderstaande verwarrend is, dan is dit geen reden tot ongerustheid. Het doel van deze technische details is op dit moment om slechts enkele van de moeilijkheden aan te geven die komen kijken bij het verbinden van aminozuren buiten levende organismen:

Aminozuren moeten, om zich te kunnen verbinden, geactiveerd of ‘opgeladen’ zijn door zich chemisch te combineren met een andere substantie. Eén van zo’n chemicaliën is COCl2 (carbonyl-chloride, ook bekend als fosgeen), wat geprepareerd kan worden door koolstofmonoxide en chloorgassen over verhitte kolen te laten passeren. COCl2 wordt door water ontleedt. Een niet-water-gebaseerd oplosmiddel moet dus gebruikt worden op de plaats waar de reactie met het aminozuur moet plaatsvinden. Het produkt van de reactie is een afgeleide van het aminozuur, genaamd N-koolstof anhydride (NCA). Om NCA te laten verbinden wordt vervolgens een chemische "initiator" aan de oplossing met NCA’s toegevoegd. Gebruikte initiators zijn onder meer basen, zouten, zwakke zuren, en bepaalde ionen.

Een typisch voorbeeld van het verbinden van aminozuurafgeleiden zijn gamma-ethyl-L-glutamaat NCA’s. De reactie kan bij een temperatuur van 25 oC tot stand worden gebracht in een organische oplossing die bekend staat als N,N-dimethylformamide door di-isopropyl amine als een initiator te gebruiken (C. H. Bamford en H. Block, "The Polymerization of Alpha-Amino Acid N-Carbonic Anhydrides", Polyamino Acids, Polypeptides, and Proteins, red. Mark A. Stahmann, [Madison: University of Wisconsin Press, 1962], p. 66). Er moet daarnaast aan vele andere factoren aandacht worden besteed, zoals de concentraties van de bestanddelen en het blokkeren van reactieve groepen die zich niet in de chemische reactie mogen mengen.

Polymerisatie kan door verhitting tot 180 oC tot stand worden gebracht als bepaalde nauwkeurige kunstmatige verhoudingen van aminozuren worden gebruikt, met grote hoeveelheden aspartische zuren en glutamische zuren. (Sidney W. Fox en Klaus Dose, "Molecular Evolution and the Origin of Life" [San Francisco: W. H. Freeman and Co., 1972], p. 345) [Terug naar de tekst]