7.3. De eiwitverbindingen moeten in de juiste volgorde zijn

De meeste eiwitten bevatten alle van de gebruikelijke twintig soorten aminozuren. Elk eiwit heeft een specifieke exacte volgorde van deze eenheden. [1] John C. Kendrew schreef het volgende over de hemoglobinemolecule:

"Dus praktisch iedereen die dit boek leest heeft precies hetzelfde soort hemoglobinemoleculen in zijn of haar bloed, identiek tot op het laatste aminozuur en het laatste atoom. Iedereen die een andere hemoglobine zou hebben zou óf heel ziek óf dood zijn, omdat alleen de meest minimale veranderingen door het organisme kunnen worden getolereerd." [2]

Onderzoek met betrekking tot de vraag of variatie wel of niet kan worden getolereerd wordt nog steeds verricht. Ik deed daarom telefonisch navraag bij dr. Kendrew (november 1971) naar zijn kennis over deze kwestie op dat moment. Hij gaf aan dat het plaatje er ongeveer hetzelfde uitziet als in bovenstaand citaat, hoewel het nu bekend is dat er nu en dan een variatie kan bestaan die de gezondheid niet lijkt aan te tasten. Hij merkte op dat de meeste van dergelijke veranderingen nooit ontdekt zouden kunnen worden, maar zij komen waarschijnlijk niet vaak voor. Hoe exact een volgorde nou echt moet zijn om effectief als eiwit te kunnen werken is natuurlijk de cruciale vraag. Zelfs het eenvoudigste (theoretisch) mogelijke levende systeem vereist een zekere mate van precisie en delicate regulering van timing en aantallen eiwitmoleculen. Omdat deze allemaal als een team moeten samenwerken, lijkt de benodigde mate van organisatie erop te wijzen dat slechts kleine variaties geoorloofd zijn.

Dit brengt een ernstig probleem met zich mee voor mensen die de oorsprong van het leven zonder planning proberen uit te leggen. Toch worden er nog steeds dappere pogingen ondernomen. Bijlage 4 zal enkele van de interessante ideeën bekijken die recentelijk naar voren zijn gebracht in pogingen om moleculaire evolutie mogelijk te maken.

Het zal duidelijk worden uit berekeningen later in dit hoofdstuk en in hoofdstuk 11 dat zelfs als er vrije substitutie zou worden toegestaan op de meeste locaties in een keten van aminozuren of DNA, dat zelfs dan de kans op een willekeurig produktie van een verzameling bruikbare eiwitten voor minimaal leven astronomisch klein is.

We kunnen op basis van de huidige experimentele kennis aannemen dat veel locaties in een eiwitketen substitutie zouden toestaan. Maar het lijkt waarschijnlijk dat niet meer dan één enkele substitutie in een hele keten zou worden getolereerd. [3] Daarnaast is het mogelijk dat elke substitutie gelijksoortig moet zijn aan de molecule die erdoor vervangen wordt. [4] Er kan absoluut geen substitutie plaatsvinden in posities in de keten die die bekend staan als "actieve locatie". Van elke substitutie - waar dan ook - kan verwacht worden dat deze schadelijk is, zoniet dodelijk. Alle twintig aminozuren zijn vermeld in figuur 3.

Het doel zal hier zijn om de waarschijnlijkheid te bepalen dat aminozuren zich door toeval in de juiste volgorde kunnen bevinden als natuurlijke processen in staat zouden zijn om ze te rangschikken. Als de resulterende keten een bruikbare eiwitmolecule is (ongeacht welke eiwitmolecule), dan zal dit als een succesvol resultaat worden beschouwd. Ook zal de kans bepaald worden dat de aminozuren correct gerangschikt zouden kunnen zijn in een groep van 239 eiwitten, het aantal dat volgens Morowitz vereist is voor de minimale levende entiteit. [5]

We zullen zoveel mogelijk proberen om niet té technisch te worden, zodat ook leken de berekeningen kunnen volgen en voor zichzelf kunnen ontdekken dat de uitkomst betrouwbaar is. Dat is een belangrijke factor om zekerheid te verkrijgen. Zelfs als iemand de berekeningen zelf oninteressant of moeilijk vindt, dan is het nog steeds nuttig voor zijn progressie op weg naar zekerheid om te weten dat het bewijs er is, mocht hij er ooit dieper in wil duiken (noot: het volgende hoofdstuk zal gemakkelijker te lezen zijn).

Volgende pagina


1 In hoofdstuk 13 zullen we feitelijke volgordes voor insuline, toxine in een bijensteek, en cytochroom c laten zien en intrigerende feiten presenteren aangaande de vergelijking van de volgordes in verschillende dieren en planten. [Terug naar de tekst]

2 John C. Kendrew, The Thread of Life (Cambridge, Mass.: Harvard University Press, 1966), pp. 32, 33. [Terug naar de tekst]

3 Dit wordt als een gemiddelde beschouwd omdat sommige vervangingen weliswaar werken, maar minder efficiënt. Deze conclusie (één toegestane substitutie per keten) is gedeeltelijk gebaseerd op werkelijk geobserveerde variaties in menselijk hemoglobine, waarin - met slechts weinig uitzonderingen - slechts één aminozuurvervanging wordt aangetroffen per individu met abnormaal hemoglobine. "De evenwichten waarbij het hemoglobine tetrameer betrokken is zijn zo nauwkeurig gebalanceerd dat afzonderlijke aminozuurverplaatsingen bijzonder fundamentele gevolgen kunnen hebben voor de structuur en de reactiviteit van het hele eiwit," schreef Margaret Dayhoff (Atlas of Protein Sequence and Structure 1972, National Biomedical Research Foundation, Washington D.C., p. 78). Verschillende soorten organismen hebben verschillende aminozuurvolgordes in hun hemoglobineketens, maar voor alle soorten is ongeveer de helft van de locaties identiek. In een gesprek met dr. Dayhoff in 1971 leken we het met elkaar eens te zijn dat de hemoglobinevolgorde van een bepaald soort organisme alleen voor dat specifieke organisme optimaal werkt, vanwege de complexe reacties tussen hemoglobine en andere moleculaire entiteiten in het bloed van die soort.

Insuline is een voorbeeld van een eenvoudiger eiwit. Insuline van een bepaalde levenssoort zal nog steeds werken wanneer het in een andere soort wordt geplaatst, tenminste wat betreft zijn bruto functionaliteit. Maar waarschijnlijk zal ontdekt zal worden dat er geraffineerde of verborgen voordelen bestaan in de specifieke insulinevolgorde die elke soort heeft (een eenvoudig eiwit als insuline zal waarschijnlijk meer kenmerken hebben voor "universele toepassing" dan een complexer eiwit als hemoglobine. Een waterpomptang werkt in een groot aantal situaties, maar een complexe moersleutel kan slechts voor een bepaald doel gebruikt worden. Het verschil tussen de insulinevolgordes van verschillende soorten bestaat in enkele gevallen overigens uit maar één- of twee aminozuren).

In hoofdstuk 13 zal het aangenomen bewijs voor evolutie worden onderzocht door volgordes te vergelijken in het geval van het eiwit cytochroom c. Later in dat hoofdstuk zal duidelijk worden dat zelfs als alle verschillen in de eiwitvolgordes van verschillende soorten door mutaties werden veroorzaakt, dat er dan volgens de regels van de waarschijnlijkheidsrekening nog steeds geen praktische mogelijkheid bestaat om in het begin door toeval een verzameling eiwitten te verkrijgen.

Over afzonderlijke substituties en andere mutaties schrijft Margaret Dayhoff: "In het algemeen wordt aangenomen dat veel van de abnormale ketens schadelijk zijn voor het individu, op zijn minst op een subtiele manier" (Idem, p. 67). Bijvoorbeeld: om evolutie van hemoglobine mogelijk te kunnen maken, zou er een lange reeks van zulke substituties moeten zijn geweest. En elke daarvan zou op zijn minst levensvatbaar moeten zijn geweest. Dit zou zonder twijfel overeenkomende veranderingen in andere onderling gerelateerde moleculaire entiteiten in het organisme hebben vereist, met gesynchroniseerde timing van de mutaties. Op zijn minst in het eindresultaat zou het gehele mechanisme voldoende voordelen moeten hebben gehad om een monopolie in de genenpoel te kunnen veroorzaken (de waargenomen situatie in elke soort). Dergelijke exact overeenkomende, complex gecoördineerde mutaties zijn volgens de kanswetten natuurlijk geen redelijke mogelijkheid, zelfs niet wanneer ze geholpen zouden worden door natuurlijke selectie (dr. Dayhoff zou het niet noodzakelijkerwijs eens zijn met deze conclusies omdat haar publicaties duidelijk maken dat ze de standaard evolutionistische interpretatie gelooft aangaande de vermeende oorsprong van de verschillen in de volgordes. Ik heb met haar niet over de oorsprong van het leven gesproken). [Terug naar de tekst]

4 Dayhoff, Protein Sequence, p. 98, en Kendrew, persoonlijke communicatie, november 1971. [Terug naar de tekst]

5 Harold I. Morowitz (Yale University Biophysics Dept.), persoonlijke communicatie, oktober en november 1971. [Terug naar de tekst]