Są budulcem naszych komórek i to nie tylko mięśniowych. Umożliwiają przeprowadzanie reakcji, które są dla nas niezbędne do życia (na przykład przemiana materii, uruchamiana przez enzymy). Wskazują układowi odpornościowemu, z jakim elementem ma walczyć. Niektóre przekazują sygnały z jednych tkanek do drugich, np. hormony takie jak insulina. Inne „dyktują” komórkom naszego ciała, które geny powinny uruchomić i skopiować. A jeśli funkcjonują błędnie, to komórki nie mogą dobrze pracować i chorujemy lub nawet umieramy. – Nasz organizm jest w dużej mierze maszyną opartą o białko – mówi dr Takao Ishikawa, prodziekan Wydziału Biologii Uniwersytety Warszawskiego. Znacie go już z odcinka nr 269 o komórce. W tym odcinku rozmawiamy o białkach, niesamowicie wszechstronnych narzędziach życia.

Podstawowym budulcem białek są aminokwasy. Są to związki chemiczne z centralnym atomem węgla i dodatkową tzw. grupą boczną. Niektóre nasz organizm syntetyzuje sam, inne musimy pobierać z pożywienia (zjedzone przez nas białko rozkłada się w żołądku na aminokwasy, które wchłaniamy potem do własnych komórek). Wszystkie białka w ludzkim organizmie są zbudowane z różnych zestawów tych samych 20 rodzajów aminokwasów, których cząsteczki łączą się w większe całości, czyli polipeptydy. – Białko to jest polipeptyd, który się sfałdował, to znaczy ma w miarę stabilną strukturę trójwymiarową i pełni jakąś w związku z tym funkcję biologiczną – wyjaśnia biolog.

Każda komórka w naszym ciele ma do dyspozycji wszystkich 20 aminokwasów, znajdują się w płynie komórkowym. To, jakie z nich zostanie wykorzystane zależy również od białka: aminoacylo-tRNA. Każda kombinacja aminokwasów przybiera swój unikalny trójwymiarowy kształt, który pozwala jej wypełniać konkretne funkcje: od ogromnej tytyny po malutką insulinę. Niesamowity popis ewolucji!

W odcinku usłyszycie też o naszym pomyśle na park białek (zaklepujemy!), o aminokwasach w kosmosie i o białkach, które wyłamują się z reguł (na przykład o prionach, które mogą tworzyć dwie różne struktury) oraz o tym dlaczego, kiedy dzieci bardzo długo jedzą zupę, to w istocie mogą przeprowadzać naukowe rozumowanie.

TRANSRYPCJA

Karolina Głowacka: Dr Takao Ishikawa zawitał do studia Radia Naukowego. Dzień dobry.

Takao Ishikawa: Dzień dobry.

K.G.: Prodziekan Wydziału Biologii Uniwersytetu Warszawskiego. To jest powrót Takao na łamy Radia Naukowego, ponieważ poprzednio spotkaliśmy się, żeby zrobić sobie wycieczkę po wnętrzu komórki ludzkiej i była to wycieczka szalenie interesująca i chwalona również przez użytkowników. Zacytuję ci. Użytkowniczka Karolina3693 napisała: „Czuję się jak w Było sobie życie, tylko jeszcze lepiej, dzięki”.

T.I.: Och, dziękuję.

K.G.: PawełXXL napisał „Świetny gość, mam nadzieję, że pojawi się jeszcze w przyszłości”. No i jest, panie Pawle, specjalnie dla pana. Naprawdę bardzo ciepło przyjęty odcinek z Takao, serdecznie wam polecamy, bo w tym odcinku opowiada właśnie, jak skomplikowaną maszynerią jest komórka i ja pamiętam swoją emocję z tego odcinka z tobą. Taką właśnie, że skoro to jest tak dramatycznie skomplikowane, a tych komórek jest tak wiele w moim organizmie, to jak to może się nie rozpadać? Jak to może wszystko działać? Tak to jest złożone. A teraz będziemy mówili o białkach. I powiem ci tak: im więcej czytałam o znaczeniu białek w biologii, tym bardziej łapałam się za głowę, jak to w ogóle można objąć. Jak bardzo rozbudowane jest znaczenie białek w biologii. Jak ty byś to opisał?

T.I.: Ja często używam, nie wiem na ile to jest uprawnione porównanie, ale studentom na przykład na pierwszych latach studiów często przytaczam właśnie taki obraz białek, że są to narzędzia zbudowane tak naprawdę z dość monotonnej chemicznej kompozycji, bo białka są zbudowane w zasadzie wyłącznie z 20 rodzajów aminokwasów. Tak samo jak można ukształtować z jakiegoś prostego surowca różne przedmioty. Można szkło na przykład uformować w kształt szklanki czy butelki. Można też zrobić talerz. To wszystko jest z tego samego zrobione, ale jednak do czegoś innego służy.

K.G.: Ma inne kształty, a to ma znaczenie w białkach.

T.I.: No właśnie. No i białka też, no chemicznie można powiedzieć, że w sumie dość monotonna rzecz, prawda? Z 20 rodzajów aminokwasów ulepione, za przeproszeniem, przedmioty. Tymczasem właśnie z tego powodu, że mają bardzo różne kształty, to mogą pełnić bardzo różne funkcje. No i wydaje mi się, że to jest taki dobry punkt wyjścia do odcinka o białkach.

K.G.: Czasami jest tak, że kiedy jestem już trochę zrozpaczona, kiedy próbuję objąć jakiś temat różnymi narzędziami researchu, no to sięgam do ukochanego kanału Kurzgesagt i oni mają te piękne, wspaniałe animacje, ale są też znakomici merytorycznie. I tam jest krótki filmik o białkach właśnie, że to jest alfabet życia. Bardzo wam polecam, podlinkuję zresztą. I tam było powiedziane bardzo ciekawa rzecz, mianowicie że w zasadzie komórki to są takie roboty białkowe. Powiedziałbyś, że to jest coś takiego?

T.I.: Na pewno. Białka odgrywają bardzo ważną rolę, to znaczy bez białka (czy białek różnych) w ogóle nie byłoby mowy o tej formie życia, jaką znamy, prawda? Myślę, że o tym będziemy później więcej pewnie mówić, ale już teraz należałoby wspomnieć na przykład o enzymach, białkach, które przyspieszają zachodzenie różnych reakcji chemicznych. Bez enzymów po prostu samorzutnie te reakcje by nie zachodziły, więc w ogóle nie byłoby mowy o przemianie materii na przykład. Więc enzymy: szalenie ważna grupa białek. Albo też różne białka strukturalne. Na pewno tutaj słuchacze niektórzy pomyśleli o kolagenie, inni pewnie o keratynie, ale to są takie białka, które różne strukturalne funkcje w tkance łącznej czy tego typu rzeczach pełnią. Bardzo różne białka składają się właśnie na tę całą maszynę komórkową, można powiedzieć.

K.G.: No dobrze, białka składają się z aminokwasów. A czym są aminokwasy?

T.I.: Aminokwasy to związki chemiczne, które mają pewną taką… Wspólny plan budowy. Zawsze jest w centralnej części atom węgla, zawsze jest grupa nadająca charakter kwasu, czyli grupa karboksylowa, zawsze też jest grupa aminowa, która z kolei nadaje charakter zasady, czyli w sumie jest to, chemicznie rzecz biorąc, bardzo dobrze rozpuszczalna w wodzie cząsteczka o takim neutralnym w sumie charakterze. Natomiast zawsze też do tego węgla centralnego jest dołączona dodatkowa grupa chemiczna, którą nazywamy grupą boczną. I tu jest właściwie cała różnorodność aminokwasów ukryta, no bo to może być od jednego atomu wodoru po dość złożone właśnie struktury, nawet takie pierścieniowe powiedzmy. I to powoduje, że niektóre aminokwasy pozostają świetnie rozpuszczalne w wodzie, a niektóre oczywiście wciąż pozostają rozpuszczalne w wodzie, ale już nie tak bardzo świetnie. No i na takie aminokwasy mówimy, że to są aminokwasy hydrofobowe. Tak naprawdę to jest taki trochę skrót myślowy, bo to grupa boczna jest hydrofobowa.

K.G.: Czyli boją się wody.

T.I.: Boją się, tak antropomorfizując oczywiście.

K.G.: Tak, ale chodzi mi o to, że to bardzo pomaga w zrozumieniu tych określeń. Hydrofobowe. Mam fobie. Hydrofilne, tak się mówi?

T.I.: Hydrofilowe.

K.G.: Hydrofilowe, dziękuję. A, to lubię.

T.I.: Tak, to znaczy, że te grupy boczne hydrofilowe mają takie właściwości, które doskonale umożliwiają im nawiązywać kontakt z cząsteczkami wody. Te hydrofobowe właśnie z racji swojej budowy niechętnie, znowu antropomorfizuję, ale nie tak łatwo nawiązują właśnie kontakt ze cząsteczkami wody.

K.G.: Skoro w aminokwasach centralną tą cząsteczką, atomem, przepraszam, jest węgiel, czy to w takim razie ma związek z tym, jak mówimy, że życie na Ziemi jest oparte na węglu? Czy jedyne życie, jakie znamy, jest oparte na węglu? To o to tutaj chodzi?

T.I.: Między innymi, że nasz w ogóle metabolizm jest oparty tak naprawdę o związki chemiczne, organiczne, które właśnie są zbudowane na planie różnych szkieletów węglowych, to znaczy te atomy węgla są ułożone w bardzo różny sposób i przez to w świecie chemii organicznej mamy bardzo różne klasy cząsteczek, prawda? No ale oczywiście jeżeli mówimy o naszym powiedzmy metabolizmie, no to takim głównym składnikiem odżywczym są cukry, czyli grupa związków organicznych z charakterystycznie ułożonym, charakterystycznie dla cukrów oczywiście, ułożonym łańcuchem węglowym. No i potem on jest w trakcie metabolizmu przekształcany na różne inne związki. No i jedną z tych klas są aminokwasy, które z kolei jak się połączy ze sobą, to można przekształcić w peptydy czy w jeszcze większe formy, które wtedy nazywamy białkami.

K.G.: Swoją drogą jakbyśmy się mogli na chwilę zatrzymać przy określeniu „materia organiczna”, bo ja pamiętam jak byłam młodsza i pojawiały się różne takie doniesienia o tym, że gdzieś znaleziono w kosmosie właśnie materię organiczną. No to jak ja słyszę „organiczna”, a wiem, że ja jestem organizmem, to natychmiastowo było jakieś takie, pamiętam, ojej, czyli jednak znaleźli życie. Co to jest materia organiczna i jaki jest przeskok między tym, że coś właśnie taką materią jest, a życiem? Wiesz, o co chodzi? Trochę tak zagaduję właśnie w tych kontekstach astrobiologicznych, ponieważ zakładam, że nie jestem jedyną osobą, która nie będąc ogarnięta w tym temacie, jak słyszała „materia organiczna”, to sobie myślała, aha, czyli znaleziono życie. A potem czytałam, że jednak nie. No to o co chodzi w końcu?

T.I.: Materia organiczna, czy w ogóle związki organiczne, to oczywiście słusznie kojarzą się z organizmem, czy ekstrapolując życiem, prawda? Natomiast to są takie bezpośrednie skojarzenia, które, jak sądzę, na początku, powiedzmy, rozwoju współczesnej chemii były w pewnym stopniu uprawnione. Natomiast im dłużej chemicy badali właśnie materię, tym bardziej okazywało się, że niekoniecznie związki organiczne muszą mieć bezpośredni związek z życiem jako takim. Tutaj można przytoczyć takie eksperymenty Millera i Ureya, które zresztą nawiązując trochę do astrobiologii, wykazały, że z prostych związków, niekoniecznie organicznych, w warunkach przypominających prawdopodobnie warunki powstającej właśnie kuli ziemskiej, czyli wysoka temperatura, intensywne wyładowania elektryczne. Miller i Urey właśnie tego typu warunki odtworzyli w laboratorium właśnie, w takim zamkniętym układzie powiedzmy. No i okazało się, że w takich warunkach z prostych związków nieorganicznych powstawały proste, ale jednak bardziej złożone związki, które dzisiaj są klasyfikowane jako związki organiczne. Czyli ten prosty… Pewnie wtedy niekoniecznie prosty, ale z dzisiejszej perspektywy prosty eksperyment pokazał, że właśnie to przejście między cząsteczkami nieorganicznymi a organicznymi nie wymaga tak naprawdę aktywności, którą dzisiaj nazywamy życiem. Stąd też jeżeli w przestrzeni kosmicznej są znajdowane różne cząstki, na powierzchni których są na przykład aminokwasy, bo takie też znajdowano… Zresztą na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej prowadzono taki eksperyment właśnie wyłapywania takich pyłów kosmicznych i potem analizowano, co na tych pyłach się znajduje, i niejeden rodzaj związków organicznych tam się znajdował. Tak że w przestrzeni kosmicznej są między innymi aminokwasy, z których na kuli ziemskiej z kolei w naszych organizmach są syntetyzowane białka. No i tutaj właśnie możemy się zastanowić nad tym przeskokiem. Z jednej strony Miller i Urey w swoim eksperymencie pokazali, że z prostych, nieorganicznych związków na kuli ziemskiej mogły powstać te cząsteczki budujące białka. Z drugiej strony współczesne właśnie poszukiwania w przestrzeni kosmicznej też pokazują, że w kosmosie są takie cząsteczki. W tej chwili dosyć jest takim mainstreamem twierdzenie, że zaszła tak zwana panspermia, czyli zaszczepienie kuli ziemskiej niemałą ilością materii organicznej właśnie z przestrzeni kosmicznej. Że nie tylko te cząsteczki, które dały początek życiu na Ziemi, powstały na Ziemi, ale że częściowo przyleciały po prostu z przestrzeni kosmicznej.

K.G.: Czyli to jest tak, że materia organiczna jest konieczna do tego, żeby powstało życie w takiej formie, w jakiej je znamy, ale sama z siebie jeszcze tym życiem nie jest. To jest jak cegiełki, z których można zbudować dom, ale niekoniecznie tak musi się wydarzyć, tak?

T.I.: Tak bym to powiedział.

K.G.: Tak to mamy rozumieć. Dobra. No to w takim razie czy możemy powiedzieć, że białka, czyli coś, co jest zbudowane już z aminokwasów, z materii organicznej, to jest to coś w rodzaju prażycia?

T.I.: Prażycie to jest ciekawe w ogóle pojęcie, no bo rozumiem, że masz na myśli coś, co zaczyna być życiem, ale jeszcze nim nie jest.

K.G.: Preludium.

T.I.: I tutaj myślę, że powinienem jedną rzecz przytoczyć, bo ona z kolei nie jest zupełnie mainstreamowa, a jest dosyć ciekawa. Ale zacznijmy może od mainstreamu. Tym prażyciem wydaje się, że nie są białka, tylko cząsteczki RNA, czyli kwas rybonukleinowy, który zresztą we współczesnych komórkach niehistorycznych występuje też jako składnik szalenie istotny. Zresztą też w biotechnologii jest w tej chwili coraz częściej wykorzystywany, na przykład jako szczepionka przeciwko covidowi. O RNA na pewno wiele osób słuchających nas też słyszało. I uważa się, że RNA to było to właśnie prażycie, o którym wspomniałaś. Z tego powodu, że RNA to jest cząsteczka należąca do grupy kwasów nukleinowych, podobnie jak DNA. A DNA myślę, że każdy, nawet dzieci przecież w wieku przedszkolnym w zasadzie wiedzą, że to jest coś, co nadaje cechy powiedzmy komórkom czy organizmom. Tak że z jednej strony kwasy nukleinowe, DNA czy RNA, służą jako nośniki informacji genetycznej. Z drugiej strony to, co istotnie różni RNA od DNA, to to, że RNA może mieć właściwości katalityczne, to znaczy działa jako katalizator, przyspiesza reakcje chemiczne. DNA takich właściwości nie ma, albo przynajmniej nie wykazano do tej pory. Natomiast są znane przykłady tak zwanych rybozymów, czyli enzymów zbudowanych z RNA, katalizatorów w postaci RNA. I dlaczego to jest w takim razie mocny kandydat na prażycie? Dlatego że tak jak DNA współcześnie, RNA jest nośnikiem informacji genetycznej. Z drugiej strony tak jak współcześnie enzymy białkowe, RNA może być katalizatorem, czyli najprawdopodobniej katalizował replikację, czyli powielanie samego siebie, i to zaczyna w pewnym momencie spełniać warunki życia, czyli namnażanie się i przekazywanie informacji z pokolenia na pokolenie. Natomiast zupełnie nie mainstreamowy pogląd głosi przynajmniej jedna grupa badawcza. Może jest ich więcej, ale o jednej wiem, bo jest to grupa badawcza z Japonii. No i oni postulują, że…

K.G.: Masz supermoc, że po japońsku…

T.I.: Poczytać sobie o tym, prawda? Chociaż też publikują po angielsku, żeby nie było.

K.G.: Jasne.

T.I.: Natomiast oni postulują, że być może na początku życia właśnie były peptydy, ponieważ niektóre peptydy też mają właściwości katalityczne, więc tu mógł się ten układ zbudowany z peptydów niejako zachowywać jak przed chwilą wspomniany mainstreamowy RNA. No i jeszcze do tego właśnie oni wykazali, że te cztery aminokwasy, o których oni mówią, że te cztery aminokwasy tworzą właśnie peptydy o właściwościach katalitycznych, to są cztery aminokwasy, które powstawały w eksperymencie Millera i Ureya. Czyli tutaj jest powiedzmy mocna poszlaka, może nie dowód, ale jest to jakiś tam powiedzmy alternatywny pogląd naukowy na ten temat.

K.G.: Na pewno inspirujący.

T.I.: Tak, no myślę, że taki alternatywny pogląd chociażby skłania po prostu do jeszcze intensywniejszych poszukiwań dowodów wzmacniających tę albo drugą tezę i wydaje mi się, że to generalnie służy dialogowi naukowemu.

K.G.: A jak rozumieć, czym są peptydy? No bo peptydy składają się z aminokwasów, białka składają się z aminokwasów, to te peptydy co to są, jakieś mniejsze białka?

T.I.: Właśnie, to są… Mniejsze białka to myślę, że to jest bardzo tak naprawdę sprytne określenie, bo rzeczywiście, pojedyncze aminokwasy, no to pojedyncze aminokwasy. Jak dwa aminokwasy ze sobą się połączą, zresztą dzięki temu, że one mają te dwie grupy, kwasową i zasadową, to te dwie części właśnie reagują ze sobą i dwa aminokwasy mogą się połączyć. W tym momencie powstaje coś, co nazywamy dipeptydem. Jeżeli trzy cząsteczki aminokwasów się połączą, no to oczywiście tripeptyd. No i potem tak długo, jak potrafimy po grecku liczyć, no to tam do dekapeptydu możemy dojść. Potem zaczyna być jakiś tam kłopot powiedzmy, więc nazywamy to ogólnie oligopeptydem.

K.G.: Wielopeptydem.

T.I.: Tak, no i gdzie jest granica między oligo a poli? No to to jest właśnie bardzo trudne do zdefiniowania. Moi wykładowcy, jak ja byłem studentem, to mówili, że jak coś jest mniejsze niż 100 aminokwasów, znaczy zbudowane z mniejszej liczby niż 100 aminokwasów, no to możemy powiedzieć, że to jest jakiś tam peptyd. A jak jest z większej liczby zbudowane, no to wtedy już mówimy o polipeptydzie. No i teraz pewnie następne pytanie, które by padło, to jaka jest różnica między polipeptydem a białkiem? No więc to też jest kwestia tak naprawdę trochę umowna. No niewątpliwie po polsku mówimy białko, polipeptyd to trochę nie po polsku, ale i tak chyba to jest lepsze niż proteiny, no bo proteiny to jest w ogóle taki anglicyzm, kalka po prostu od proteins i tyle. Więc ja wiem, że proteiny pewnie mają jakieś znaczenie, bardziej może, nie wiem, domyślam się, że może w dietetyce, może w jakimś powiedzmy bardziej znaczeniu takim sportowej suplementacji. Tutaj nie jestem specjalistą, więc nie chcę się wypowiadać, ale w biologii na pewno poprawnie jest powiedzieć białko, ale poprawnie też jest powiedzieć polipeptyd. No i jaka jest różnica?

K.G.: Czyli to jest po prostu kwestia ilościowa?

T.I.: Nie, bardziej ja bym powiedział w ten sposób, że białko to jest polipeptyd, który się sfałdował, to znaczy ma w miarę stabilną strukturę trójwymiarową i pełni jakąś w związku z tym funkcję biologiczną. W moim odczuciu polipeptyd to jest taki po prostu związek chemiczny zbudowany z wielu reszt aminokwasowych. Natomiast jak ktoś by mi powiedział o jakimś białku, to bym bardziej wyobraził sobie po prostu funkcjonalny twór. Polipeptyd, który pełni konkretną funkcję. Takie byłoby moje rozumienie.

K.G.: Bo też to zwinięcie białka, jego kształt przestrzenny ma duże znaczenie, o czym też będziemy mówić.

T.I.: Absolutnie.

K.G.: Dlatego że ten przeskok rozumiem między, przeskok może źle powiedziane, ale jednak jakaś różnica między prostym peptydem, że składającym się z tych aminokwasów, czy jak mówisz, reszt aminokwasowych, a bardziej rozbudowaną strukturą, która już jest na tyle duża, że się właśnie zaczęła skręcać.

T.I.: Tak, i to skręcanie oczywiście jest spowodowane kilkoma czynnikami. Głównym czynnikiem niewątpliwie jest to, że życie, nasze życie, jest w środowisku wodnym. Komórka jest wypełniona złożonym, ale roztworem wodnym, prawda? Tak że mamy w otoczeniu białek wodę. No i jak przed chwilą wspomniałem, różne reszty aminokwasowe mają różne grupy boczne. Jedne są hydrofilowe, więc chętnie będą się wystawiać do wody. Niektóre są hydrofobowe, więc będą uciekać od wody. No i to jest taka siła właściwie napędowa procesu fałdowania białek. To znaczy w momencie kiedy powstaje polipeptyd, to on jest w środowisku wodnym. No i on, no możemy sobie wyobrazić, że tak się wije, no bo część się czuje komfortowo w środowisku wodnym, a część właśnie chciałaby jak najdalej od tych cząsteczek, strasznych cząsteczek wody uciec, prawda? No i te reszty w związku z tym hydrofobowe zaczynają ze sobą skupiać się tak, żeby jak najskuteczniej uniknąć kontaktu z cząsteczkami wody. Więc siłą rzeczy w środowisku wodnym mamy taką sytuację, że te reszty aminokwasowe, które mają grupy hydrofilowe, będą na powierzchni takiej kuleczki białkowej, powiedzmy, a we wnętrzu takiej kuleczki częściej będziemy spotykać właśnie aminokwasy z grupami bocznymi o charakterze hydrofobowym.

K.G.: Mi to wyobraźnia jakoś pracuje, jak o tym mówisz, bo wyobraziłam sobie taką kolonię dzieci nad morzem, gdzie jedne nienawidzą właśnie, żeby je morze ochlapywało, siedzą skitrane pod jakimiś właśnie parasolami, a drugie są takie tuż na brzegu, żeby jak najbardziej te fale je oblewały. Może komuś pomoże takie skojarzenie.

T.I.: Ja mam z kolei inne skojarzenie.

K.G.: O, dawaj! Uwielbiam metafory.

T.I.: Rosół. [śmiech]

K.G.: Dobra, dzieci nad morzem, rosół. Okej.

T.I.: Wiesz, w ośrodku kolonijnym podano rosół. No i na powierzchni tego rosołu pływają sobie takie oczka powiedzmy tłuszczu. No i ja wiem, że to jest szalenie niekulturalne, ale lubiłem u babci łączyć widelcem te właśnie kuleczki tego tłuszczu. W związku z tym, że na początku było ich więcej, a potem tworzyła się jedna większa, to minimalizowało powierzchnię oddziaływania tych cząsteczek właśnie znajdujących się w tłuszczu z otaczającym je środowiskiem wodnym. To samo jak robimy dressing na przykład. Jak porządnie wymieszamy fazę wodną i fazę właśnie oliwową, jeżeli mogę tak powiedzieć, no to i tak z czasem one będą się rozdzielać, dlatego że w ten sposób powierzchnia kontaktu wody z olejem się minimalizuje. Tak że to są prawa fizyki, które powodują, że właśnie krople tłuszczu wkroplone do wody czy wpuszczone do wody będą minimalizować swoją powierzchnię kontaktu z tym nieprzyjaznym czy mało kompatybilnym, powiedzmy, środowiskiem. No i de facto podobne prawa są właśnie siłą napędową tego procesu fałdowania białek.

K.G.: Swoją drogą jak sobie sami przypomnimy, co robiliśmy, siedząc nad zupą jako dzieci, to może będziemy mieli więcej cierpliwości do własnych dzieci, które przecież też tak siedzą i się wydaje, że nic nie robią, a na przykład może…

T.I.: Może odkrywają właśnie prawa fizyki.

K.G.: Na przykład. Wiesz, co ja robiłam przy rosole? Nienawidziłam pietruszki, a zawsze mi sypali, jak byłam u babci, sypali mi tę pietruszkę i mówili, że to jest witaminka, zjedz witaminkę. A ja właśnie tę pietruszkę, ble, zbierałam ją. Zbierałam ją całą na jedną łyżkę z taką dużą ilością właśnie rosołu i tak wlewałam do buzi. Szybciej.

T.I.: Czyli można powiedzieć, że niemalże uprawiałaś przejścia fazowe pietruszki.

K.G.: Prawda? Tak było. Metafory, myślę, są bardzo, bardzo pomocne. A propos metafor. Zdaje się, że jest tak, że jest bardzo wiele rodzajów aminokwasów, tych cegiełek, ale tylko niektóre są wykorzystywane do tego, żeby budować budy, domy, wieżowce, zjeżdżalnie, różne opcje. To jest chyba jakaś zagadka trochę, dlaczego natura korzysta tylko z części aminokwasów do budowy białek.

T.I.: Tak, myślę, że częściowo, jak to w życiu, przypadek zdecydował o tym, że mamy zasadniczo 20 rodzajów aminokwasów tworzących białka. Powiedziałem zasadniczo, bo biologia jest nauką pełną wyjątków. Jeszcze dodatkowo sprawę utrudnia fakt, że zachodzą tak zwane modyfikacje posttranslacyjne. Translacja to jest proces właśnie syntezy białka, czy syntezy białek, i po tej syntezie, czyli posttranslacyjnie, te reszty aminokwasowe mogą ulegać rozmaitym modyfikacjom chemicznym. Tak że to jest jedna z takich powiedzmy ciekawostek, że w momencie syntezy 20 rodzajów aminokwasów jest wykorzystywanych do budowy białka, natomiast potem jak się przeanalizuje skład aminokwasowy różnych białek, to tak naprawdę możemy znaleźć znacznie więcej niż 20 rodzajów, ponieważ właśnie z powodu różnych modyfikacji przybywa rodzajów aminokwasów wchodzących w skład właśnie już funkcjonalnych białek. Natomiast wracając tak naprawdę do twojego pytania, wyobrażam sobie, że znacznie większa liczba aminokwasów wykorzystywanych do syntezy białka oczywiście znacznie by jeszcze zwiększyła różnorodność, potencjalną różnorodność świata białek, ale już ta liczba 20 aminokwasów jest wystarczająca do tego, żeby świat białek był niezwykle zróżnicowany. Za chwilę możemy to spróbować sobie policzyć. Ale poza tym wszystkim większa liczba rodzajów aminokwasów oznacza na pewno większe koszty, dlatego że oczywiście niektóre aminokwasy możemy po prostu z pożywieniem sobie do organizmu wprowadzić i oczywiście wówczas nie ma potrzeby syntezy. No ale tak jak w tej chwili mamy część aminokwasów tak zwanych egzogennych, czyli takich, które musimy z pożywieniem przyjąć, ponieważ nie potrafimy ich zsyntetyzować, oraz mamy endogenne, czyli takie, które jesteśmy w stanie niezależnie od pożywienia sami sobie zsyntetyzować z innych związków. No i jeżeli ten świat aminokwasów, który jest wykorzystywany przez nasze komórki byłby znacznie większy niż 20 rodzajów, no to z pewnością byłoby więcej też endogennych aminokwasów, które musielibyśmy sami zsyntetyzować. No i koszty syntezy w pewnym momencie pewnie były zbyt duże i dlatego taki świat się nie przyjął. To znaczy myślę, że te 20 rodzajów aminokwasów to jest jak zwykle w biologii jakiś taki ewolucyjny powiedzmy kompromis, że daje już nam wystarczająco dużą różnorodność potencjalną, jeżeli chodzi o białka, rodzaje białek, przy znośnych kosztach syntezy cegiełek, z których te białka są zbudowane.

K.G.: Czasami jak myślę o tym temacie, czy słucham, czy ciebie teraz na przykład słucham, to myślę sobie, że życie w pewnym sensie jest ekonomią energii.

T.I.: Myślę, że nawet w dużej mierze tak. Oczywiście ekonomia odnosi się do energii, prawda? Bo ta ekonomia energetyczna funkcjonuje od dawien dawna, kiedy jeszcze nie mieliśmy tej współczesnej ekonomii monetarnej. Ale tak, no, gospodarka energią to jest, myślę, główny czynnik właśnie, który spowodował, że to życie, które znamy, wygląda, jak wygląda. Jeszcze odnosząc się właśnie do tej różnorodności białek, powiedzieliśmy, że mamy 20 rodzajów aminokwasów. No i myślę, że też już gdzieś tam między wierszami przemyciliśmy, że białka są zbudowane z licznych właśnie aminokwasów połączonych w taki łańcuch powiedzmy. No i teraz wróćmy do takiej nie bardzo skomplikowanej matematyki. W jednej pozycji możemy sobie wyobrazić jeden z dwudziestu rodzajów aminokwasów w takim łańcuchu, który nazwalibyśmy białkiem. W drugiej pozycji znowu losujemy jeden z dwudziestu. W trzeciej pozycji znowu jeden z dwudziestu. Czyli jeżeli mamy n reszt aminokwasowych w białku, no to ta potencjalna różnorodność to jest 20n. Tak że bardzo szybko te obliczenia bez kalkulatora wyczerpią nasze możliwości rachunkowe.

K.G.: Ale to są przecież jakieś miliardy miliardów miliardów!

T.I.: Ależ oczywiście. No i dlatego…

K.G.: Jak nawet w totka, ile tam się losuje? Sześć cyferek, a jest przecież od jeden do dziewięciu. Nie, ile tam jest? Więcej, teraz przesadziłam.

T.I.: Nie mam pojęcia, nigdy tego nie robiłem.

K.G.: No ale w każdym razie to, no nie, to jest dużo. Okej, to jest dużo.

T.I.: To jest bardzo dużo, tak. To też pamiętam właśnie z czasów studenckich. Mój wykładowca z biochemii mówił: „Nie wiem, ile to jest, ale to jest bardzo dużo”. No i to jest bardzo dużo. Na tyle dużo…

K.G.: Jest na to takie słowo, ale nieładne. Zaczyna się na p, a kończy się na lion.

T.I.: Tak, no właśnie, więc każdy tam po swojemu sobie to odcyfruje. I to daje nam, w zasadzie chyba można zarysować…

K.G.: Wystarczająco.

T.I.: Tak, w zasadzie nieskończoną różnorodność białek. No i to jest właśnie, jak ja myślę o tych białkach, no to właśnie przed chwilą mówiliśmy o tym, że to jest taki surowiec, który można ukształtować na różne sposoby. No jeżeli mamy właśnie taką w zasadzie nieskończoną różnorodność, to możemy się spodziewać niezwykłej różnorodności właśnie struktur i w związku z tym też funkcji. To jest bardzo ciekawe.

K.G.: To wyobraźmy sobie w takim razie, pamiętasz jak robiliśmy świetną wycieczkę po wnętrzu komórki, to zróbmy teraz coś takiego, tylko wybierzmy się do parku białek. I wchodzimy sobie, jest taki specjalny park białek. Mamy tutaj po lewej kasę, po prawej popcorn i wielką przestrzeń, w której są zaprezentowane różne rodzaje białek. Nie chodzi mi tutaj teraz o jakąś szczególną precyzję, jeśli chodzi o skalowanie właśnie ich, ale żebyśmy mniej więcej złapali, z czym mamy do czynienia. Czy spotkamy się właśnie, tutaj pierwsze białko, jakie zostanie zaprezentowane, będzie wielkości, no nie wiem, metra na metr, a gdzieś tam dalej będziemy mieli wielkości wieży Eiffle’a? To są aż takie różnice na przykład w tym świecie białkowym? Jakbyś taki ogród mniej więcej był w stanie nam opisać.

T.I.: Nie wiem na ile mogę sobie pozwolić na taki apel powiedzmy, ale ja w ogóle widzę w Warszawie potencjał na park białek, o którym teraz powiedziałaś, bo przy Centrum Nauki Kopernik, po lewej stronie w stosunku do wejścia takiego głównego, jest białko, model białka. To białko się nazywa akwaporyna. I to w ogóle jest bardzo ciekawie zrobione, bo tam jest taka fontanna. Właśnie woda tryska przez ten model białka. I myślę, że to jest doskonały punkt wyjścia, żeby tam zainstalować kolejne modele białek, żeby zrealizować twoją bardzo ciekawą wizję właśnie o parku białek. Mógłbym być przewodnikiem w takim parku, bardzo chętnie. Są białka zbudowane z kilkudziesięciu tysięcy reszt aminokwasowych. To jest na przykład tytyna. Zresztą właśnie ponieważ jest gigantycznym białkiem, no to stąd ta nazwa właśnie nawiązująca do tytana. I to jest białko, które we włóknach mięśniowych występuje. Z drugiej strony mamy białka też zbudowane, no nie wiem, z kilkudziesięciu reszt aminokwasowych. Tak że na przykład insulina to jest taki hormon białkowy. Ta metafora, której użyłaś, że tu wieżowiec, a tutaj właśnie niewielki domek, no to to są gigantyczne różnice. No i w obrębie właśnie białek mamy zarówno gigantyczne, jak i bardzo minimalistyczne, jeżeli chodzi o liczbę reszt aminokwasów, ale też w obrębie tej klasy wielkości mamy niezwykłą różnorodność. Tak że ten świat białkowy im dłużej się eksploruje, tym ten obraz staje się pełniejszy.

K.G.: Taka kolejka powinna być w tym parku białek. Na przykład taki roller coaster, który wjeżdża na szczyt takiej, jak mówisz, tytanina?

T.I.: Tytyna.

K.G.: Tytyny. Wjeżdża na szczyt tej tytyny i potem tak zjeżdża.

T.I.: I zjeżdża do insuliny. Tak, no to byłoby świetne.

K.G.: To był nasz pomysł, jakby co. Jeśli ktoś to zbuduje bez nas, to spotkamy się w sądzie.

T.I.: Tak, będziemy monitorować sprawę. Natomiast taki park białek, bardzo mi się podoba to sformułowanie, właściwie wirtualnie w pewnym sensie już istnieje. To znaczy, to jest taka baza danych i to myślę, że warto o tym wspomnieć, dlatego że z jednej strony to jest profesjonalna baza danych dla naukowców, nazywa się Protein Data Bank. To można wyszukać i na pewno będzie na pierwszej pozycji. To jest baza profesjonalna dla naukowców, w której są deponowane, opisane struktury białkowe. I tam są odniesienia do publikacji naukowej, wszelkie charakterystyki są tam po prostu dostępne. Z drugiej strony, dlaczego o tej bazie danych mówię? Dlatego że ta baza danych też ma taką misję społeczno-edukacyjną. To znaczy jest jeszcze taki drugi interfejs, niekoniecznie właśnie do naukowców skierowany, tylko właśnie dla osób, które interesują się sprawami naukowymi na przykład. Ponieważ baza danych jest utrzymywana przez instytucje w Stanach Zjednoczonych, chociaż są też, nie wiem jak to się po polsku dobrze powinno nazywać, mirror sites. Że to są takie kopie powiedzmy, utrzymywane też w Unii Europejskiej i w Japonii. Natomiast ta amerykańska baza danych ma właśnie tę nakładkę dla zainteresowanych osób. I tam są na przykład co miesiąc publikowane artykuły na temat wybranego białka. I to jest napisane właśnie takim bardzo przystępnym językiem. Są też na przykład modele białek do wydrukowania na kartce i do zlepienia sobie. Tak że wydaje mi się, że to też jest bardzo ważna misja nauki, żeby nie tylko właśnie utrzymywać bazę danych dla naukowców do uprawiania nauki, ale żeby też społeczeństwo mogło z tego skorzystać, ale też się zainteresować, prawda? Wydaje mi się, że to jest bardzo ważne. I tam jest właśnie jeden z takich plakatów, który można pobrać, to jest właśnie taki park białek. Bardzo to jest estetycznie zrobione i daje właśnie pojęcie o tym, jakie są różnice w wielkości białek. I też można sobie łatwo zwizualizować, jaka jest różnica wielkości na przykład między średnicą DNA a różnymi białkami, które w komórce występują. Tak że to jest bardzo ciekawe i zachęcam.

K.G.: Pierwsza rzecz, jaką zrobię po tym, jak skończymy rozmawiać, to odwiedzę tę stronę, bo akurat chcemy biuro sobie ozdobić jakimiś właśnie fajnymi, takimi naukowymi posterami, plakatami. A powiedz mi, czy zwierzęta i rośliny korzystają z tego samego zestawu białek? Pytam trochę w kontekście żywienia, bo często słyszymy o tym, że kiedy się je białko pochodzenia zwierzęcego, to ono co do zasady ma tak zwany pełny profil aminokwasowy, a jeśli chodzi o białko pochodzenia roślinnego, to większość roślin ma białko, które nie ma tego pełnego profilu aminokwasowego, w związku z tym trzeba kombinować, że tutaj zjeść trochę ciecierzycy, tutaj czegoś, tutaj czegoś innego. Na ile się orientowałam, akurat soja właśnie ma ten pełny profil aminokwasowy. Ale nie tyle wchodzę tutaj w kwestię doradztwa dietetycznego, nie o to chodzi, ale na czym polega właśnie ta sprawa, bo o tym przede wszystkim słyszymy. Jak słyszymy białko, no to właśnie, żeby je jeść.

T.I.: No bo my musimy jeść przecież, żeby żyć. Na tym między innymi życie polega, sprowadzając je do takiego sensu biologicznego. Ale wracając tak do tematu, to myślę, że tutaj trzeba rozgraniczyć tak naprawdę dwie sprawy. Jak zadałaś to pytanie, to ja je na początku inaczej zrozumiałem, a potem jak dopowiedziałaś, no to zrozumiałem, jaka była intencja.

K.G.: Ale możemy odpowiedzieć na to pytanie na początek tak, jak ty je zrozumiałeś.

T.I.: Tak, właśnie taki mam zamiar. No więc jeżeli dobrze zapamiętałem, pytałaś, czy rośliny i zwierzęta korzystają z tego samego zestawu białek. No więc ja je zrozumiałem w ten sposób: czy w roślinach i zwierzętach występują takie same białka albo białka, które pełnią taką samą rolę? No i odpowiedź: ja bym powiedział, że tak, tylko że częściowo. Chodzi o to, że zarówno rośliny, jak i zwierzęta… I też nie zapominajmy o grzybach na przykład, są różne przecież organizmy na świecie.

K.G.: U nas nie wolno zapominać o grzybach!

T.I.: No właśnie, tak że chciałbym przypomnieć o istnieniu grzybów. W każdym razie te organizmy oddychają tlenowo i w związku z tym łączy je pewien wspólny, powiedzmy, profil metaboliczny. To znaczy wykorzystują te same związki, przekształcają je w taki sam sposób, by na koniec uzyskać energię użyteczną w trakcie na przykład reakcji syntezy tego czy owego, prawda? Więc żeby przeprowadzić ten sam szereg reakcji metabolicznych, to niezależnie od tego, czy mówimy o roślinach, grzybach czy zwierzętach, no to będą przeprowadzały te reakcje takie same albo bardzo podobne do siebie enzymy. Czyli białka. Natomiast oczywiste jest to, że rośliny robią to, czego my nigdy robić nie będziemy, na przykład fotosyntezę. I w związku z tym niewątpliwie do przeprowadzenia tych procesów rośliny będą potrzebowały dodatkowego zestawu białek, w który my nie jesteśmy wyposażeni. Tak że ja to pytanie w pierwszej kolejności w taki sposób zrozumiałem. Natomiast odnosząc się do tego dopowiedzenia, za które dziękuję, to sens jest taki: czy w takim razie te różne białka funkcjonujące u roślin, u zwierząt czy u grzybów składają się z takich samych rodzajów aminokwasów, czy niekoniecznie? No i tutaj czasami się pojawia takie pojęcie białko pełnowartościowe vs. nie wiem, niepełnowartościowe. To jest takie bardzo zwierzęcocentryczne spojrzenie czy definicja, bo rzeczywiście w świecie roślin są pewne nierównowagi, jeżeli chodzi o częstość występowania aminokwasów w białkach. I w związku z tym jeżeli bardzo, powiedzmy, monotonnie, jednym rodzajem roślin byśmy się odżywiali, no to mogłoby to potencjalnie doprowadzić do sytuacji, że pewnych aminokwasów egzogennych, to znaczy dla nas takich, których sami nie możemy sobie zsyntetyzować, więc musimy je pobierać z pożywienia, mogłoby dojść do deficytu powiedzmy, co by spowodowało pewne problemy z syntezą naszych własnych białek. Znowu, co to znaczy pełnowartościowe, niepełnowartościowe? To znaczy tyle, że niektóre inne organizmy, którymi my się odżywiamy, mają po prostu inną częstość wykorzystywania aminokwasów we własnych białkach niż my. Tak że to jest bardzo taki egocentryczny punkt widzenia, jeżeli tak można powiedzieć.

K.G.: Bo jeśli ja dobrze rozumiem, teraz będzie bardzo karkołomna metafora, ale wcześniej mówiliśmy o aminokwasach jako o cegiełkach, które budują białka, czyli budy, domy, zjeżdżalnie. No to w takim razie kiedy my na przykład zjadamy taki dom, to nie jest tak, że przyswajamy go w całości, tylko nasz organizm w czasie trawienia rozkłada go na te cegiełki, tak? I dopiero z nich potem stworzymy własne domy, czyli białka te, których potrzebujemy.

T.I.: Tak.

K.G.: Bo to się łączy z pytaniem pani Sary, jednej z Patronek, która poprosiła, żeby, cytuję, „obalić mit o tym, że popularne jedzenie kolagenu coś daje organizmowi bardziej niż jedzenie innych białek. W końcu jest on trawiony oraz syntetyzowany w komórce de novo, tak jak inne białka”. Czy pani Sara dobrze mówi?

T.I.: Dobrze mówi.

K.G.: Koniec wątku! Dobrze. Okej.

T.I.: Możemy go oczywiście rozbudować.

K.G.: Proszę.

T.I.: Nie, w pełni się zgadzam z tym stwierdzeniem. To znaczy w zasadzie, poza bardzo nielicznymi i nietypowymi wyjątkami, jak to w biologii, białka, którymi się odżywiamy, co do zasady w żołądku ulegają rozkładowi. No i w jelicie ulegają już nie białka, tylko właśnie pojedyncze aminokwasy, wchłonięciu do komórek. No i dalej są wykorzystywane właśnie jako budulec do syntezy naszych własnych białek. Zresztą to jest bardzo, powiedziałbym, już nie dopatrując się sensowności oczywiście w ewolucji, no ale jeżeli my zjadamy na przykład białka roślinne, no to trudno żebyśmy w całości je sobie wbudowali, no bo w co, prawda?

K.G.: Jak zjadałeś ten rosół w dzieciństwie, oczko, jak to się mówi, no to nie jest tak, że ten tłuszcz się przemieszczał i akurat usadawiał gdzieś tam na brzuszku na przykład bezpośrednio.

T.I.: No właśnie, to jest mój własny, który sobie wytworzyłem.

K.G.: Zapracowałeś!

T.I.: Zapracowałem, tak, ciężko. Właśnie, w tym rosołku też przecież kolagen sobie niewątpliwie pływał. I te białka przecież też w żołądku ulegają rozkładowi. Czyli krótko mówiąc… Właśnie, bo może przy tej okazji też warto byłoby przytoczyć taki wątek, że my zjadamy też nie tylko białka, które rozkładamy, ale też przecież my zjadamy nie takie wyekstrahowane, czyste białko, tylko na ogół zjadamy fragmenty różnych tkanek, czy to roślinnych, czy zwierzęcych. Grzyby oczywiście też czasami zjadamy. No i tam nie tylko jest białko, ale są wielocukry, są kwasy nukleinowe. Co więcej, powiem straszną rzecz: my zjadamy przecież geny.

K.G.: Inne geny?

T.I.: Inne geny.

K.G.: To jesteśmy genetycznie zmodyfikowani! Szach mat.

T.I.: No właśnie chciałoby się powiedzieć, ale nie dam się wyprowadzić na manowce, bo właśnie nie. Bo to wszystko ulega procesowi hydrolizy, czyli rozkładowi do pojedynczych właśnie cegiełek. Jeżeli zjemy białko, to te pojedyncze cegiełki to będą aminokwasy. Jeżeli zjemy kwasy nukleinowe, niektóre odcinki to geny, ale nie musimy się martwić, że będziemy transgeniczni, ponieważ to też ulega hydrolizie i powstają nam pojedyncze nukleotydy. Myślę, że to jest zresztą świetna sprawa, że tak właśnie to żywienie wygląda, że nie pochłaniamy całych gotowych właśnie białek, kwasów nukleinowych i innych struktur.

K.G.: Ogórek nam nie wyrośnie na nodze po tym, jak zjedliśmy ogórek.

T.I.: No właśnie nie. Właśnie o to chodzi. Tak że my pobieramy te związki chemiczne, ale potem je przerabiamy na własne potrzeby, według własnej instrukcji, to znaczy według tego, co w naszych genach siedzi, nie tych, co zjedliśmy.

K.G.: Czyli najkrócej rzecz biorąc, naszym zadaniem w czasie żywienia jest dostarczać różnorodne cegiełki, żeby wszystko mogło się w nas zbudować, czego potrzebujemy.

T.I.: Dokładnie tak. Dlatego odnosząc się właśnie do diety roślinnej, ważne jest to, żebyśmy też bardzo różne rośliny jedli. Dzięki temu suma aminokwasów, które będziemy zjadać, będzie na pewno wystarczająca do tego, żeby nasze pełnowartościowe białka ludzkie sobie zsyntetyzować.

K.G.: Tak, jak najbardziej, bo sama dieta wegańska może być przecież bardzo głupia. Jakby nie było, wódka jest wegańska i można na przykład jeść frytki i popijać wódką. Nie jest to najlepszy pomysł na żywienie, prawda? Ale full wegan.

T.I.: Brzmi strasznie.

K.G.: Rozsądek przede wszystkim. Dobrze, ale to w takim razie przyjrzyjmy się tym funkcjom białek w naszym organizmie, bo zaczęliśmy od tego, jak one są dla nas istotne. No to wymieńmy te najbardziej może jakieś znane, kojarzone białka, które w naszym organizmie pełnią takie kluczowe funkcje. Ja powiem: hemoglobina.

T.I.: Niesamowite, bo też o hemoglobinie myślałem. No tak, jest to ważne białko, transportujące tlen w czerwonych krwinkach do każdego zakątka naszego organizmu. Myślę sobie, że bez hemoglobiny byłoby bardzo ciężko. Mamy też, prawda, przynajmniej z nazwy blisko spokrewnione białko: mioglobina. No to też jest białko, które z kolei przechwytuje, powiedzmy, cząsteczkę tlenu, na przykład w mięśniu sercowym, no i zaopatruje w związku z tym te tkanki w tlen.

K.G.: Też by było trudno bez niej.

T.I.: Tak, tak że myślę, że o wielu białkach tak można powiedzieć, że bez tego białka byłoby trudno.

K.G.: Kolagen? Buduje.

T.I.: Byłoby bardzo trudno.

K.G.: I to nie tylko skórę na buzi, żeby tam nic nie obwisało, tylko kości też, czytałam.

T.I.: No i w ogóle po prostu jest takim…

K.G.: Rusztowaniem?

T.I.: Dość daleko idąca metafora, ale takim klejem powiedzmy molekularnym, który spaja nasz organizm w całość. W tkance łącznej bez kolagenu byłoby bardzo ciężko. Może mniej znana powiedzmy klasa białek, ale niezwykle istotna z punktu widzenia właśnie takiego molekularnego spojrzenia na życie, to są białka, które określa się mianem czynników transkrypcyjnych. To są takie regulatory, które decydują o tym, kiedy i w której tkance, które geny ulegają transkrypcji, czyli przepisaniu informacji na mRNA (tutaj możemy na pewno przywołać nasz poprzedni odcinek) i które de facto jest instrukcją dla rybosomów, jakie białka ma wytworzyć. I to jest w organizmach wielotkankowych szczególnie, ale też w jednokomórkowych szalenie ważne. W którym momencie które geny są uruchamiane, a które są wyciszone. No bo od tego zależy aktywność metaboliczna w danym momencie czy różnice między tkankami, że jedna tkanka charakteryzuje się jakąś tam cechą, a druga jest pozbawiona tej cechy, ale z kolei wykazuje zupełnie inne funkcje, prawda? W każdej tkance przecież w wielotkankowym organizmie mamy ten sam zestaw genów, ale w jednej są tylko niektóre geny aktywne, a w drugiej tkance są inne geny aktywne. No i można by zapytać, co o tym decyduje. No tak właśnie jednym z takich czynników decyzyjnych są właśnie czynniki transkrypcyjne, czyli białka, które regulują te transkrypcje.

K.G.: Jeszcze jest właśnie insulina, o której wcześniej mówiliśmy, która jest hormonem, prawda?

T.I.: Prawda.

K.G.: I to przyszło mi do głowy, że warto by to rozróżnić, bo wydaje mi się, że my jakoś, tak mówię szeroko jako publiczność, trochę mylimy pojęcia. To znaczy sądzę, że uważamy, że hormony to jest jakiś rodzaj cząsteczek, że enzymy to jest jakiś rodzaj cząsteczek, a białka to jest jakiś jeszcze inny rodzaj cząsteczek. A to jest, rozumiem, w ten sposób, że hormony czy enzymy to jest funkcja, którą to funkcję mogą pełnić na przykład białka. Tak to należy rozumieć?

T.I.: Tak, rzeczywiście białka z tych wymienionych tutaj pojęć są najszerszym pojęciem i współcześnie w zasadzie wszystkie enzymy mieszczą się w pojęciu białka. To znaczy enzymy, inaczej białka o charakterze katalitycznym, no to znowu: to trochę zależy od definicji, na jaką definicję enzymów się umówimy. Ale najczęściej milcząco zakładamy, że enzymy to są białka z właściwością katalityczną i dlatego RNA z właściwością katalityczną nazywa się inaczej. Zazwyczaj nie mówimy na to enzymy, tylko mówimy rybozymy, żeby odróżnić właśnie od enzymów białkowych. Natomiast sprawa troszkę się komplikuje przy hormonach rzeczywiście, dlatego że hormony jako takie to są cząsteczki przekazujące sygnał z jednej tkanki do drugiej. Niektóre z nich są białkami, tak jak insulina, glukagon, natomiast nie wszystkie hormony są hormonami białkowymi. Bo na przykład są hormony sterydowe czy steroidowe, no nie wiem, kortyzol na przykład czy testosteron, no tego typu rzeczy. Są też hormony, które mają taką budowę opartą o aminokwasy, na przykład adrenalina. Hormony rzeczywiście, niektóre z nich są białkami, ale tak naprawdę mamy bardzo szeroką gamę hormonów zupełnie niebiałkowych.

K.G.: To jakie znaczenie ma ten przestrzenny kształt białka? Ja pamiętam, jak pierwszy raz się dowiedziałam o tym, że leki na przykład są projektowane w ten sposób, żeby pasowały przestrzennie do jakiegoś białka, które chcemy zneutralizować, i że dosłownie potrafi takie białko zatkać, jak puzzel. I zrobiło to na mnie duże wrażenie, bo leki trochę tak funkcjonują, mam wrażenie, na pograniczu magii, to znaczy powszechnie nie rozumiemy, jak to działa, i tutaj trudno mieć do nikogo pretensje, bo to jest bardzo skomplikowane. Natomiast chodzi mi o to, żeby opowiedzieć właśnie o znaczeniu tego kształtu białka, bo to jest bardzo ciekawe. Bo kiedy myślimy o chemii, no to widzimy, rozrysowujemy sobie te wiązania, dobra, to jest coś takiego. A właśnie już jak mamy strukturę 3D, to jest takie zupełnie inne myślenie na tym poziomie.

T.I.: Tak, to jest ultraciekawa część, wydaje mi się, jeżeli chodzi o białka, że one mają kształt. To niby jest takie oczywiste, ale to jest kwintesencja właśnie, dlaczego tak bardzo współczesna biologia się koncentruje na białkach. Powiedziałaś o zatykaniu i wtedy pomyślałem o jednym takim przykładzie z natury, jak też ewolucja pięknie doprowadziła do wykształcenia się różnych białek. I pomyślałem o pijawkach, które przecież żywią się krwią swojej ofiary. No i jak my się skaleczymy, to zasadniczo krew nam krzepnie, powstaje nam z czasem strup. No i mogłoby się wydawać, że wobec tego taka pijawka powinna się udławić naszym skrzepem.

K.G.: No w sumie mogłaby!

T.I.: No i powinno być 1:0 dla nas, ale tak nie jest. Dlatego że pijawki wytwarzają białka, które są taką właśnie zatyczką dla enzymów, które w naszej krwi odpowiadają za krzepliwość. Więc w momencie kiedy uruchamiają się u nas mechanizmy właśnie zmierzające do krzepnięcia krwi z powodu przerwania powłoki ciała, właśnie te pijawki wpuszczają białko, które się nazywa hirudyna, i ta hirudyna idealnie pasuje właśnie do jednego z enzymów odpowiadających za krzepnięcie krwi, uniemożliwiając właśnie ciąg dalszy tego procesu. Notabene hirudyna, nazwa pochodzi od japońskiego słowa hiru, co dosłownie oznacza pijawka, czyli to jest taka pijawkowina powiedzmy.

K.G.: Rozwińmy ten wątek właśnie leków, które projektuje się w ten sposób, żeby miały jakąś interakcję z białkiem. Bo to zdaje się jest bardzo duża gałąź w ogóle produkcji leków.

T.I.: Tak, rzeczywiście produkcja takich substancji, które jednoznacznie oddziałują z celem białkowym, no to to jest marzenie, że tak powiem, każdej firmy farmaceutycznej. Natomiast problem polega na tym, że bardzo często takie substancje drobnocząsteczkowe niekoniecznie mają jeden cel molekularny, to znaczy przestrzennie niekoniecznie pasują jednoznacznie i wyłącznie do swojego celu białkowego, ale potrafią też oddziaływać z innymi białkami czy z innymi substancjami, no i przez to czasami to działanie ma też na przykład niepożądane efekty. Myślę sobie, że właśnie jesteśmy w bardzo ciekawym momencie rozwoju nauk farmaceutycznych i w ogóle takiego przemysłu wokół leków, ponieważ zeszły rok był pierwszym rokiem, kiedy (przynajmniej jeżeli chodzi o kwotę sprzedaży) więcej sprzedano leków tak zwanych biologicznych niż tak zwanych konwencjonalnych leków, czyli takich drobnocząsteczkowych. Wydaje się, że właśnie to, o czym powiedziałeś, że te białka, ponieważ mają bardzo złożoną strukturę, możemy oczekiwać, że to oddziaływanie białko-białko, czy między białkami, będzie bardziej właśnie takie unikatowe, jednoznaczne, mniej plejotropowe można powiedzieć. I w związku z tym ten cel molekularny będzie zidentyfikowany i „zatkany”, nawiązując do początkowej metafory, skutecznie i jednoznacznie. Taką ważną klasą właśnie biofarmaceutyków są przeciwciała terapeutyczne. Przeciwciała, myślę, że wielu z nas…

K.G.: To są te przeciwciała monoklonalne? To jest to?

T.I.: Monoklonalne to jest sposób wytwarzania, to znaczy…

K.G.: Nie musimy wchodzić w szczegóły, chodzi mi tylko o to, że to się pojawia w przestrzeni, dlatego zapytałam, czy to o to chodzi.

T.I.: Przeciwciała monoklonalne to jest nazwa nawiązująca do sposobu wytwarzania, ale ważne w tym pojęciu jest to, że cała populacja cząsteczek przeciwciał, jaką dysponujemy w preparacie przeciwciał monoklonalnych, ma identyczną budowę. Takim pojęciem przeciwnym, można powiedzieć, jest pojęcie przeciwciał poliklonalnych. Oznacza to tyle, że celem dla tych przeciwciał jest jedno białko, ale te przeciwciała poliklonalne to de facto jest zbiór nieco różnych przeciwciał, które rozpoznają w różnych miejscach swój cel molekularny. W przeciwieństwie do monoklonalnych, które mają wszystkie cząsteczki identyczną budowę i zawsze rozpoznają dokładnie ten sam cel w tym samym miejscu. Tak że to jest lepszy preparat, dlatego że jest po prostu jeden rodzaj cząsteczki.

K.G.: Jaką rolę mają nasze białka, które produkujemy sobie wewnętrznie w naszym organizmie, właśnie w kwestii odporności? Czy właśnie to, jak uczymy nasze organizmy, że nabywamy odporności, że raz przechorowaliśmy jakąś chorobę, no to tak się uczymy o tym, że organizm już wie, jakie wyprodukować przeciwciała, robi to szybko. To przeciwciała nasze to też są białkowe i to też jest takie… Po prostu celem jest zatkanie białka intruza?

T.I.: Tak, przeciwciała wytwarzamy bardzo, bardzo różne. Jesteśmy wyposażeni w liczne przeciwciała, które mają szansę, jeżeli ulegniemy jakiejś infekcji, rozpoznać mniej lub bardziej skutecznie ten cel molekularny pochodzący z zewnątrz. Czyli z założenia mamy taką sytuację, że rzecz jasna nasze własne przeciwciała nie powinny naszych własnych białek rozpoznawać i ich zatykać, natomiast powinny to czynić wobec wszystkich białek pochodzących z zewnątrz. I dlatego też jednak ważne jest to, że pokarm, który spożywamy, ulega właśnie degradacji, bo dzięki temu tych alergenów potencjalnie pobudzających nasz układ immunologiczny mamy po prostu mniej. Wracając właśnie do roli przeciwciał, oczywiście takie fizyczne zatkanie czy zneutralizowanie celu to jest jedna rzecz, natomiast drugą rzeczą jest to, że przeciwciała działają jako takie metki, powiedzmy, dla komórek, które z kolei pożerają tak ometkowany cel. Też oczywiście komórki układu immunologicznego. Więc z jednej strony taka bezpośrednia neutralizacja polegająca na oddziaływaniu, mniej lub bardziej, ale specyficznym oddziaływaniu z celem molekularnym, czyli antygenem, no i z drugiej strony druga rola to jest właśnie taka metka, sygnał dla komórek układu immunologicznego, które taką ometkowaną strukturę przeciwciałami pożerają i po prostu trawią, unieszkodliwiając w ten sposób patogen.

K.G.: Część chorób, które dobrze znamy, gdzieś tam również są związane z białkami. Choroba Parkinsona, prawda? Alzheimera?

T.I.: Też.

K.G.: Leśnego-Crohna?

T.I.: Leśniowskiego.

K.G.: Leśniewskiego, dziękuję.

T.I.: Leśniowskiego.

K.G.: Leśniowskiego-Crohna, tak? To o co tutaj chodzi? Bo trochę czytałam, że część wynika z błędnego fałdowania się białek, część wynika z tego, że te białka się gromadzą i tworzą jakieś takie zatory, tak to ujmijmy, czy złogi, chyba tak się bardziej mówi. Jakie właśnie mamy te choroby związane z białkami? Błędnym funkcjonowaniem.

T.I.: Tak, no właśnie. O której chorobie by nie pomyśleć, to w którymś momencie jakieś białko na pewno jest zaangażowane, no bo to wynika po prostu z tego, że nasz organizm jest w dużej mierze maszyną opartą o białko. Tak że myślę, że wielkiego zdziwienia nie ma. Natomiast w pewnym stopniu jest to dziwne, że nasze własne białka potrafią być przyczyną choroby. No i tutaj z tych wymienionych na przykład choroba Alzheimera czy Parkinsona to są choroby, w których odkładają się tak zwane złogi amyloidowe i to jest wciąż dyskusyjne, czy to jest przyczyna, czy to jest pewien objaw, czy efekt powiedzmy. Niemniej jednak bardzo uogólniając, możemy powiedzieć, myślę, że o dwóch aspektach. Pierwszy jest taki, że białka niezależnie od tego, jaką funkcję w komórce pełnią, w momencie kiedy na skutek zmiany strukturalnej one zaczynają się łączyć ze sobą i tworzą takie właśnie agregaty czy amyloidy, no to siłą rzeczy przestają pełnić tę funkcję, którą wcześniej pełniły, prawda? Tak że tutaj jest wyłączenie tej funkcji, która może być po prostu jedną ze składowych patogenezy. Druga rzecz, że te złogi same w sobie, im większe struktury się odkładają gdzieś wewnątrz komórki, tym bardziej zaburzają po prostu funkcjonowanie komórki. Możemy sobie wyobrazić na przykład pewne zawady w transporcie różnych substancji w komórkach. Tak że też odkładanie się takich złogów może po prostu utrudniać funkcjonowanie komórki czy tkanki jako takiej.

K.G.: Też czytałam właśnie, że na przykład stwardnienie zanikowe boczne to jest (ja tu mam notatki przed oczami, żeby nie było, że to pamiętam z głowy!) agregacja białek w neuronach ruchowych, więc dużo takich chorób, których się obawiamy, które są problematyczne, z białkami są związane, z błędnym ich funkcjonowaniem. A czym są priony? Bo wspomniałeś o tym wcześniej. To jest specyficzna bardzo kategoria.

T.I.: Tak, priony są myślę, że takim wyjątkiem w świecie białkowym, potwierdzającym regułę. Powiedzieliśmy sobie, że białka różne pełnią funkcje z powodu różnorodności strukturalnej. Że jest to materiał ulepiony na taki czy inny kształt i że to determinuje funkcję. Tymczasem priony pokazują to, że białko może mieć dwie zupełnie alternatywne struktury. Co ciekawe, my wciąż nie wiemy dokładnie, co to białko w naszych komórkach nerwowych robi. Białko prionowe PrP niewątpliwie, skoro występuje w naszym zestawie białek, czyli w proteomie naszym, no to znaczy, że coś pewno robi. Natomiast ta funkcja wciąż jest nieopisana, ale za to mamy bardzo dużo informacji zebranych na temat tego, co to białko robi w tym patologicznym stanie. Na pewno wiadomo, że strukturalnie istotnie się różnią te dwie formy, mimo tego, że to jest dokładnie to samo. Właśnie: tutaj może należałoby powiedzieć, że to jest ten sam polipeptyd, ale występujący w dwóch formach białkowych, strukturalnych. Jedna z form jest fizjologiczna, a druga jest ta patologiczna czy patogenna. I ta zmieniona forma ma właśnie takie możliwości łączenia się ze sobą. Co więcej, kontakt tej fizjologicznej formy z tą patogenną formą powoduje, że ta fizjologiczna zmienia strukturę na tę patogenną formę. I w ten sposób po prostu pula tego białka z formy fizjologicznej jest… Coraz większa liczba tych cząsteczek jest właśnie zmieniana w tę formę patogenną i w ten sposób powstają takie złogi właśnie białek prionowych. No i to jest o tyle ciekawe białko, że jest to jeden, w zasadzie jedyny opisany patogen, który nie zawiera materiału genetycznego, a powoduje choroby zakaźne.

K.G.: Czyli nie jest bakterią, nie jest wirusem. Jest… ?

T.I.: Jest białkiem, ale jest patogenem, namnaża się i wywołuje choroby. Namnaża się w taki sposób, że te złogi amyloidowe pękają po prostu, no bo im większe w rozmiarze, tym większe jakieś tam naprężenia wewnątrz tego otworu. No i czasami z jednego złogu się robią dwa, trzy złogi, prawda? No i w związku z tym liczba takich patogenów można powiedzieć, że przybywa. Infekcja może mieć miejsce między organizmami, jeżeli drogą pokarmową taki prion po prostu do naszego układu pokarmowego wprowadzimy. Taka sytuacja miała miejsce na przełomie XX i XXI wieku, głównie Wielka Brytania, Francja, ale generalnie w Europie było około 200 przypadków opisanych, gdzie właśnie wołowina miała te priony wprawdzie wołowe, ale na tyle strukturalnie podobne, że wprowadzone właśnie do organizmu człowieka powodowała te zmiany, o których przed chwilą powiedziałem, to znaczy nasze własne białka prionowe stawały się właśnie tą formą patogenną. I oczywiście każdy, kto nas w miarę uważnie słuchał, powinien powiedzieć: no ale zaraz, przecież białka trawią się w żołądku, prawda? Tak, wszystkie z wyjątkiem tego jednego. To znaczy wykazano rzeczywiście, że te białka prionowe mają w strukturze coś, to znaczy taką po prostu mają budowę, że nie trawią się tak doskonale jak wszystkie inne białka, którymi się żywimy, i w związku z tym prawdopodobnie z jelita przedostają się do limfy, z kolei z limfy jakimś sposobem do płynu rdzeniowo-kręgowego i pokonując w jakiś sposób barierę krew-mózg, docierają do centralnego układu nerwowego. Tutaj oczywiście jest bardzo jeszcze wiele badań do przeprowadzenia, żeby opisać pełną ścieżkę transmisji tego patogenu, natomiast taki nietypowy białkowy patogen rzeczywiście istnieje. I dlatego też w tej chwili bardzo rygorystycznie przeprowadza się badania właśnie m.in. wołowiny. No i w związku z tym takich przypadków, jak sądzę, już nie będziemy mieli. Co nie zmienia faktu, że ta choroba, bo nie nazwaliśmy jej chyba, jest to choroba Creutzfeldta-Jakoba, jest też chorobą, która się może pojawić zupełnie spontanicznie, tzn. te nasze własne białka prionowe bez żadnej ingerencji z zewnątrz też mogą tworzyć spontanicznie takie agregaty. Te choroby są całe szczęście niezwykle rzadkie, ale zdarzają się.

K.G.: A na czym polega twoja praca naukowa z białkami? Bo to jest, no nie chcę powiedzieć konik, tylko twoja praca po prostu.

T.I.: Tak, moja praca rzeczywiście cały czas, odkąd pracuję naukowo, rzeczywiście interesuję się białkami.

K.G.: Pracy ci nie zabraknie.

T.I.: Oj, tak, to dzisiaj sobie rzeczywiście jakoś tak na nowo uświadomiłem, że chyba dobrze wybrałem. Ale to były bardzo różne białka. W tej chwili akurat realizujemy projekt Narodowego Centrum Nauki w projekcie OPUS. Mamy właśnie białka z Arktyki i zajmujemy się poszukiwaniem enzymów, które właśnie byłyby wydajne w stosunkowo niskich temperaturach. Oczywiście można powiedzieć: no przecież enzymy są bardzo różne. Tak, to nie jest tak, że napisaliśmy projekt na wszystkie enzymy, które istnieją w Arktyce, tylko napisaliśmy projekt na enzymy szczególnie rozkładające złożone cukry, dlatego że nam zależy na tym, żeby znaleźć takie enzymy, które w niskiej temperaturze będą wydajnie rozkładać np. celulozę, pektynę, tego typu właśnie wielocukry. I marzy nam się trochę takie, powiedzmy, usprawnienie… W przyszłości oczywiście, bo my realizujemy takie badania podstawowe, natomiast potencjalnie myślimy o takich zastosowaniach w rolnictwie na przykład, gdzie wyobraźmy sobie: po żniwach mamy przecież bardzo dużo tak naprawdę materii organicznej w postaci celulozy, pektyny na polach czy w sadach, prawda? Tych potencjalnych cukrów jest bardzo dużo. które mogłyby być przecież fajnym pożywieniem dla mikroorganizmów zasiedlających glebę. Gdyby im to udostępnić, to wpłynęłoby to na zwiększenie żyzności gleby, no i w związku z tym na większą wydajność produkcji rolnej w następnym roku. Natomiast problem polega na tym, że to jest mało dostępne dla tych mikroorganizmów, bo każdy woli mieć podane na talerzu niż się męczyć.

K.G.: Ugotowane, a nie tam.

T.I.: No właśnie, więc mikroorganizmom oczywiście też jest łatwiej wykorzystać monosacharyd, czyli prosty cukier, niż męczyć się z rozkładaniem polisacharydów. Więc my chcemy tym mikroorganizmom naszym glebowym podać na talerzu. A dlaczego ma to być aktywne w niskiej temperaturze? No bo wtedy, kiedy moglibyśmy ten proces usprawnić… No w tym roku mamy wyjątkowo zimną rzeczywiście zimę, więc no tutaj jak już woda zamarza, to żaden enzym nie poradzi sobie niestety. Ale w ostatnich latach mieliśmy takie zimy właśnie plus minus powiedzmy 0 stopni. No i wtedy zwykłe, nazwijmy to zwykłe, no znowu: z naszego punktu widzenia zwykłe enzymy nie bardzo dają radę funkcjonować, nie mają wysokiej wydajności. Natomiast enzymy pochodzące z mikroorganizmów arktycznych mogą mieć stosunkowo dużą aktywność. Więc my poszukujemy takich enzymów, no i już mamy oczywiście jakiś tam katalog naszych własnych enzymów. Co ciekawe i nieciekawe, jeżeli mogę tak odkryć trochę kuchnię, no to jest niełatwy temat, dlatego że te mikroorganizmy… Nasze badania prowadzimy jakby dwutorowo, to znaczy z jednej strony mamy próbki mikroorganizmów przywiezione po prostu z Arktyki. Niektóre z tych mikroorganizmów jesteśmy w stanie hodować, natomiast to jest niełatwy kawałek chleba, dlatego że potrzebujemy niskiej temperatury, one stosunkowo wolno rosną, a poza tym wszystkim, o czym warto wspomnieć myślę, nie każde bakterie potrafimy po prostu hodować, no bo wymagają jakichś substancji, co do których my nie jesteśmy pewni, czego one tak naprawdę do pełni szczęścia potrzebują. I dlatego mamy alternatywną ścieżkę, to znaczy mamy cały materiał genetyczny z takiej próbki zsekwencjonowany i z pomocą jednego z naszych kolegów z zespołu, bioinformatyka, jesteśmy w stanie przewidzieć geny kodujące enzymy, które będą dla nas interesującymi enzymami. Czyli jesteśmy w stanie na podstawie sekwencji DNA przewidzieć, jakie to białko będzie kodowane przez ten gen, zsyntetyzować chemicznie ten fragment DNA i wprowadzić do dobrze przez nas poznanej bakterii modelowej, czyli nieśmiertelnej pałeczki okrężnicy Escherichia coli. Tutaj pojawia się pewna trudność, znowu techniczna może troszkę, ale pałeczka okrężnicy najlepiej funkcjonuje w 37 stopniach Celsjusza. Natomiast nasze białka, które chcemy, żeby ta bakteria wyprodukowała, pochodzą tak naprawdę z organizmów arktycznych, czyli ten proces fałdowania niekoniecznie będzie dobrze zachodził w wysokiej temperaturze typu 37 stopni, tylko w stosunkowo niskiej. No i my musimy gdzieś znaleźć kompromis, to znaczy na tyle niska temperatura, żeby nasze białka dobrze fałdowały, tak samo jak w mikroorganizmach arktycznych, ale ta temperatura nie może być za niska, żeby Escherichia coli wciąż funkcjonowała, prawda? Tak że my dochodzimy powiedzmy do około 12 stopni. Bakterie, które zazwyczaj hodujemy w ciągu doby, hodujemy przez tydzień czy 10 dni, ale rzeczywiście mamy niejeden przykład takich enzymów, które dopiero fałdują dobrze we Escherichia coli hodowanej w niskiej temperaturze.

K.G.: Drożdże też chyba są bardzo wygodne do pracy nad białkami.

T.I.: Drożdże mają tę szczególną cechę, można powiedzieć, że są bardzo łatwe rzeczywiście w hodowli, są doskonale scharakteryzowane, łącznie z…

K.G.: Ja umiem namnażać drożdże.

T.I.: No właśnie!

K.G.: Jak racuchy robię drożdżowe.

T.I.: To prawda, no właśnie. Myślę, że wiele z nas tak naprawdę może się poczuć wykwalifikowanym drożdżologiem. Natomiast to, co z punktu widzenia biologii molekularnej jest ważne, to to, że drożdże są organizmem eukariotycznym. Czyli są, można powiedzieć, należą do tej samej grupy komórek, z których my jesteśmy zbudowani. W związku z tym jeżeli zachodzi potrzeba produkcji np. białka takiego samego jak występujące w organizmie człowieka, to niekiedy bakteria jest chybionym organizmem modelowym, ponieważ pewne właśnie modyfikacje posttranslacyjne, o których wcześniej wspomnieliśmy, nie zachodzą w bakteriach, a do prawidłowego funkcjonowania ludzkiego białka, dajmy na to, są potrzebne jakieś tam specyficzne modyfikacje posttranslacyjne. No i tutaj jest zdecydowanie większa szansa, że to białko sfałduje i zostanie zmodyfikowane w taki sam sposób jak w organizmie człowieka, gdy zrobimy to w drożdżach niż w bakteriach.

K.G.: A czy da się projektować sztuczne białka? Jakoś tak po prostu w laboratorium, ręcznie niemalże konstruować białka z aminokwasów, skoro wiemy, z jakich cegiełek to robić? Również jeden z Patronów o to pyta, pan Marek: gdybyśmy potrafili dowolnie projektować białka, to co by poszło na pierwszy ogień dla zwykłych ludzi? Leczenie, starzenie czy coś zupełnie innego? Więc dwa pytania. Czy się da? A gdyby się dało, to jakie byś zaprojektował takie białko?

T.I.: Da się. I to w zasadzie powiedziałaś, że z palca powiedzmy czy ołówkiem jak najbardziej. I to nawet można powiedzieć tak trochę może żartem, ale powiedzieliśmy o tym, że białka są zbudowane (wszystkie zasadniczo) z 20 rodzajów aminokwasów. No i te 20 rodzajów aminokwasów mają jednoliterowe kody przypisane. Więc można sobie nawet napisać jakieś słowo, powiedzmy, czy zdanie. I o ile wykorzystamy 20 liter, a nie pełen alfabet, no na przykład pomyślałem o białku Karolina, tylko że litera O nie jest przypisana do żadnego aminokwasu białkowego, więc to niestety odpada.

K.G.: Może być karalit.

T.I: No to okej.

K.G.: A Takao?

T.I.: No też O, też niedobrze.

K.G.: Takaa.

T.I.: Takaa to mogłoby być, tak. To byłaby treonina, alanina, lizyna, alanina, alanina. Taki pentapeptyd. Oczywiście można sobie wyobrazić takie pentapeptydy czy większe nawet białka, natomiast oczywiście pytanie, czy to będzie funkcjonalne. Znaczy funkcjonalne to może zbyt enigmatycznie powiedziane. Czy to w ogóle jakąkolwiek funkcję biologiczną będzie pełnić? Czy będzie wchodzić w interakcję z inną substancją czy innym białkiem, prawda?

K.G.: Ale bo co? Bo może mieć na przykład kształt po skręcie jakiś zupełnie od czapy, który z niczym nie będzie się łączył?

T.I.: No na przykład. Więc jeżeli projektujemy, to na pierwsze pytanie odpowiadam: tak, da się w zasadzie dowolne białko zaprojektować. No i podpytanie do tego, czy to będzie miało jakiekolwiek znaczenie biologiczne? Niekoniecznie. I w związku z tym są teraz też takie narzędzia, znaczy nie tylko teraz, to właściwie cała bioinformatyka się między innymi w tym aspekcie rozwijała, to znaczy potrzeba przewidywania struktur przestrzennych białek. No bo powiedzieliśmy o bazie danych Protein Data Bank, no i tam są deponowane struktury poznane przez ludzkość, już istniejących w naturze białek. Natomiast odkąd my potrafimy syntetyzować nieistniejące w naturze białka, no to tym silniejsza zachodzi potrzeba przewidzenia, w jaki kształt to białko sfałduje, prawda? I w związku z tym czy będzie do czegoś, co znamy, podobne, i czy w związku z tym możemy przewidywać jakąkolwiek funkcję biologiczną. Tak że tutaj te narzędzia i algorytmy służące przewidywaniu właśnie tych struktur są coraz bardziej wiarygodne. No i wydaje mi się, że właśnie w tym kierunku idziemy, żeby coś sensownego, pożytecznego projektować i produkować. No i pytanie, co by poszło na pierwszy ogień? Myślę, że zazwyczaj jednak w takich sytuacjach ludzkość wybiera to, co jest ważne dla ludzkości, to, co jest (o ekonomii mówiliśmy) jednak w jakimś stopniu opłacalne, a najlepiej, żeby było dochodowe. Tak że myślę, że te warunki na ogół powinny być spełnione. Inaczej mówiąc, nie jest to projektowanie dla projektowania, tylko gdybyśmy mieli to robić w jakimś celu, to właśnie w jakimś pożytecznym. Myślę sobie, że to w związku z tym będzie coś terapeutycznego, coś, co będzie pomagać w diagnostyce na przykład. No i po części już tego typu próby się w zasadzie odbywają. To znaczy chociażby w trakcie pandemii COVID-19 bardzo szybko przecież poznano strukturę jednego z białek wirusa SARS-CoV-2. I po kilku miesiącach już, sam pamiętam publikacje jeszcze w pandemii, czytane w zamknięciu przecież, że oto już jest lista takich cząsteczek-kandydatów, że tak powiem, które miałyby neutralizować tego wirusa. Tak że myślę, że tego typu wysiłki są zazwyczaj na pierwszym planie, to znaczy terapeutyczne, okołomedyczne zastosowania.

K.G.: Pan Marcin też pod dużym wrażeniem poprzedniego odcinka z tobą, także przekazuję.

T.I.: Bardzo dziękuję.

K.G.: I pyta też, bardzo go ciekawi mechanizm replikacji DNA i nurtuje go wiele pytań o to, jak DNA zarządza całą tą fabryką. Pyta na przykład tak: na czym polega proces produkcji białka według recepty zawartej w DNA? To pytanie jest długie, więc, panie Marcinie, trochę skracam. Co czyta dany fragment DNA? Jaki mechanizm w komórce odpowiada za realizację receptury, produkcję białka? Oraz czy podstawowe składniki, z których zbudowane są struktury białkowe na podstawie informacji zakodowanej w DNA, po prostu chaotycznie pływają w płynie komórkowym i są w pewnym momencie wyłapywane, czy może są gdzieś przechowywane jak cegły? Czy cement na budowie w składziku w jakimś konkretnym miejscu komórki?

T.I.: To jest pytanie, rozumiem, że skróciłaś, ale i tak jest w zasadzie pytaniem o niezły kawałek życia komórki, bym powiedział. Realizacja informacji genetycznej, może od tego zacznijmy: jest na pewno potrzeba przeprowadzenia transkrypcji, czyli przepisania informacji zawartej w genie na nośnik w postaci mRNA. Jest to istotny element, jeżeli teraz odniesiemy się do komórki ludzkiej na przykład, no to szczególnie istotny z tego powodu, że DNA nigdy nie opuszcza jądra komórkowego, a z kolei rybosomy, które realizują właśnie syntezę białka, są poza jądrem komórkowym, więc w postaci mRNA ta informacja jest przenoszona właśnie z jądra komórkowego do części poza jądrem.

K.G.: Jako ten goniec mRNA. Messenger.

T.I.: Dokładnie tak. Ale żeby transkrypcja, czyli żeby ten messenger, ten goniec powstał, no to tak jak wspomniałem, musi być uruchomiona transkrypcja. No i tutaj raz, że w ogóle ten kawałek DNA musi być dostępny, no bo może być ten DNA też mocno skondensowany czy skomasowany w jądrze komórkowym. Niekoniecznie w danym momencie może być dostępny dla enzymów, nomen omen białek, które przeprowadzają transkrypcję. I ten stopień upakowania DNA zależy m.in. od różnych czynników środowiskowych, od obecności różnych białek przebudowujących właśnie tę strukturę DNA. Wreszcie potrzebne są też odpowiednie czynniki transkrypcyjne, które są takim znacznikiem dla właśnie enzymów przeprowadzających proces transkrypcji. Tak że tutaj musi się wiele czynników spotkać w jednym miejscu, żeby w ogóle transkrypcja mogła zajść. No i na to, tak jak wspomniałem, mówiąc środowiskowe czynniki, też mam na myśli czynniki pozakomórkowe, to znaczy wewnątrzustrojowe, ale dziejące się poza daną komórką. No bo jak my mówimy, że coś jest środowiskowe, to myślimy o tym, co jest poza tym studiem. To jest czynnik środowiskowy. Natomiast pamiętajmy, że ten organizm stanowi to środowisko dla danej komórki. No i wreszcie jak ten mRNA powstanie i zostanie wyeksportowany z jądra komórkowego…

K.G.: I on ma w sobie informację, co mamy wyprodukować.

T.I.: Tak jest. Dlatego że to wynika bezpośrednio z kolejności właśnie nukleotydów RNA, co jest 1 do 1 przepisaną kolejnością z DNA. Tak że ta informacja jest pierwotnie przechowywana w DNA, natomiast jest przepisywana 1 do 1 do RNA. I właśnie tutaj znowu się wkrada… Często myślimy, że biologia z matematyką czy z rachunkiem powiedzmy nie ma wiele wspólnego, ale jednak w różnych momentach te dwie dziedziny się spotykają, bo warto pewnie wspomnieć o takiej jednostce kodowania informacji w mRNA. Nazywamy ją kodonem. Każdy kodon koresponduje z konkretnym aminokwasem. No i teraz kodon składa się z trzech pozycji nukleotydów i w RNA spotykamy cztery rodzaje nukleotydów: adeninę, uracyl, guaninę i cytozynę. Cztery rodzaje. I teraz w jednej pozycji występuje jeden z czterech. Czyli moglibyśmy zakodować informacje o czterech różnych bytach czy stanach, prawda? Ale to daleko nie sięga do 20. Jeżeli byśmy wykorzystali dwie pozycje, no to 4 kombinacje razy 4 kombinacje daje nam 16 kombinacji, ale to też o mały włos jednak brakuje do 20. I dlatego kodon składa się z trzech pozycji nukleotydowych, bo to jest 4x4x4, 64.

K.G.: Przypadek? Nie sądzę.

T.I.: Nie sądzę. To jest minimalna i wystarczająca liczba, żeby zakodować właśnie informacje o 20 aminokwasach.

K.G.: Czyli jeden kodon koduje informacje o jednym aminokwasie?

T.I.: Tak, przy czym niektóre aminokwasy są kodowane przez więcej niż jeden kodon, no bo ta tabela kodu genetycznego, bo tak ją nazywamy, ma 64 pola, prawda? I do zakodowania mamy informację o 20 aminokwasach. I dlatego też właśnie niektóre mutacje zmieniające właśnie kodon niekoniecznie pociągają za sobą zmianę aminokwasu. To są tak zwane ciche mutacje czy mutacje milczące. które na poziomie genetycznym w DNA czy RNA skutkują zmianą sekwencji nukleotydów, ale nie skutkują zmianą sekwencji aminokwasów w białkach.

K.G.: Czyli efekt jest ten sam.

T.I.: Efekt jest… Tak. Krótko mówiąc: nie ma efektu na poziomie białka, bo powstaje dokładnie takie samo białko. No i dzięki właśnie kolejnościom tych kodonów w rybosomie są łączone aminokwasy ze sobą. No i powstaje w ten sposób coraz to dłuższy peptyd. No i teraz: skąd te aminokwasy się biorą?

K.G.: Jak dorośnie, to zostanie białkiem.

T.I.: Tak, jak sfałduje w końcu. [śmiech] Dokładnie tak. No więc te aminokwasy nie mają takiego stałego miejsca przechowywania. Nie ma magazynu czy nawet… Bo być może część słuchaczy doskonale zdaje sobie sprawę z tego, że komórka eukariotyczna ma różne tak zwane przedziały czy kompartmenty, ale nie ma takiego wydzielonego, powiedzmy, błoną biologiczną miejsca, w którym są składowane aminokwasy. Więc to się dzieje na zasadzie dyfuzji po prostu. I to też nie jest tak, że te aminokwasy bezpośrednio do rybosomu przypadkiem trafiają, tylko aminokwasy…

K.G.: Dyfuzji, czyli przenikania się?

T.I.: Przemieszczania się.

K.G.: Przemieszczania się. Czyli one są faktycznie w tym płynie komórkowym i sobie pływają?

T.I.: Absolutnie tak, oczywiście. Przy czym znowu tutaj pojawia się enzym białkowy. To są tak zwane transferazy aminoacylo-tRNA i to są enzymy, które z jednej strony rozpoznają aminokwas konkretny, z drugiej strony rozpoznają konkretny transferowy RNA. I ten transferowy RNA to jest ten RNA, który ma w sobie taki element składający się z trzech nukleotydów o nazwie antykodon. Można się, myślę, już na tym etapie łatwo spodziewać, że kodon z antykodonem będą do siebie pasować. Więc w ten sposób w rybosomie właśnie kodon w mRNA jest łączony z antykodonem z tRNA, a na tym tRNA jest zawsze przyłączony ten sam aminokwas. No i w związku z tym rybosom… Właśnie to nie jest tak, że rybosom magicznie wie, jaki aminokwas sobie tutaj podłączyć po kolei, tylko to jest bardzo elegancko wyewoluowana oczywiście, bo nie zaprojektowana, podkreślmy to, maszyneria, która właśnie skutkuje łączeniem po kolei konkretnych aminokwasów wedle kolejności kodonów w MRN.

K.G.: A czy to jest tak, że, to jeszcze dalej pyta też pan Marcin, ja pozwolę sobie sparafrazować: czy to jest tak, że wszystkie dostępne 20 aminokwasów są w każdej komórce, sobie pływają i kiedy trzeba właśnie, są ściągane do rybosomów?

T.I.: Raczej nie ściągane wtedy, kiedy są potrzebne, tylko wtedy, kiedy w jednym miejscu spotka się enzym, tRNA i aminokwas, wtedy zachodzi ta reakcja produkcji.

K.G.: Ale one są do dyspozycji?

T.I.: Tak, wszystkie.

K.G.: Te 20 aminokwasów w każdej komórce sobie pływa?

T.I.: Tak.

K.G.: Ale to jest ciekawe!

T.I.: Tak! I znowu, bo jak przychodzę do ciebie, to tak zaczynam się zastanawiać, że to jest niesamowite, że to wszystko działa. Na co dzień o tym nie myślę, a jakoś tutaj w tym studio skłania mnie to do takiej refleksji, że biologia jest niesamowita.

K.G.: Myślę, że to wynika z tego, że jak jesteś już tak zaawansowany, to zwracasz uwagę na bardzo precyzyjne, szczegółowe mechanizmy, a kiedy się na to spojrzy z dystansu, to naprawdę złapać się za głowę. Niesamowite to jest.

T.I.: No tak, właśnie dlatego mnie to martwi.

K.G.: Martwi?

T.I.: Tak. Dlatego że to, że ja sobie myślę, wow, jakie to niesamowite, to jest najmniejsze zmartwienie. Natomiast ja się zawsze zastanawiam, czy słuchacze uwierzą w to wszystko, że tak to działa. [śmiech]

K.G.: Mogą sprawdzić mniej więcej.

T.I.: Nie no, mogą sprawdzić. No bo to rzeczywiście na wszystko są…

K.G.: Masz papiery.

T.I.: Mam papiery, i to liczne, zdeponowane w większości w bazie danych PubMed. To jest publicznie dostępna baza danych publikacji naukowych. I tak, tam wszystko to jest. Począwszy od… Nawet wcześniej niż z XX wieku, prawda? No to jest wiedza, którą oczywiście kumulujemy przez wieki. Natomiast rzeczywiście dzisiaj wyłaniający się już coraz pełniejszy obraz tego, jak komórka funkcjonuje czy jak organizm funkcjonuje, zaczyna w pewnym momencie trochę przerastać jakby aparat pojęciowy pojedynczego małego człowieka.

K.G.: Fajnie byłoby móc wędrować sobie, chociażby cyfrowo, po takiej komórce. Może są takie modele dostępne dla publiczności?

T.I.: Tak, to znaczy takie stosunkowo proste, powiedzmy, modele to tak. Natomiast obawiam się, że tak jak, nie wiem, wyobrażam sobie, że są naprawdę, nie wiem, symulatory na przykład, na których, no nie wiem, ćwiczą piloci na przykład, tak? No to słyszałem, że…

K.G.: Ale to byłby czad!

T.I: No właśnie, słyszałem, że takie symulatory w zasadzie są jeden do jednego jak prawdziwy samolot.

K.G.: Ja już jestem rybosomem w głowie teraz!

T.I.: A to super, że masz taką wyobraźnię, bo ja właśnie chciałem powiedzieć, że jest mi ciężko sobie wyobrazić taki całościowy model komórkowy. Oczywiście taki symulator rybosomu czy symulator, nie wiem, widełek replikacyjnych, jak DNA jest replikowany, no to jak najbardziej. To istnieje i są takie, nie wiem, aplikacje czy modele komputerowe, czy wizualizacje nawet, tak? Natomiast żeby wymodelować wszystkie procesy komórkowe, nawet w jednej komórce, a co dopiero w całym organizmie, no to ja tego nie jestem w stanie sobie wyobrazić jeszcze.

K.G.: Ja to tak w uproszczeniu oczywiście, ale kurczę, niesamowite to jest. Bo przede wszystkim też w takiej komórce to jest megaciasno. Jak takim rybosomem bym sobie była, to byłabym trochę ściśnięta.

T.I.: No, tam pełno cząsteczek dookoła. Tak że rzeczywiście jest ścisk.

K.G.: Ale to jest ciekawe! Ale też myślę sobie, że fascynujący jest taki przeskok, jaki się wydarza na tym poziomie między fizyką, no bo taki aminokwas, żeby był zbudowany, no to przecież cząsteczki są zbudowane też w ten sposób, że mamy tam do czynienia również z na poziomie atomowym, jakie są różne siły. No to sobie jest atom, to powiedzmy, że to jest fizyka, który zaczyna łączyć się z innymi atomami, no to jestem już chemią, już jestem cząsteczką. A potem zaczynam być biologią, życiem. To znaczy komórka jako taka jest, jest żywa. Znaczy sama z siebie jest życiem. No bakteria tak, mamy życie jednokomórkowe, ale wiesz, no to jest fascynujące, że no białko nie jest żywe, a bez białka nie byłoby życia. To jest jakiś taki przeskok, który we mnie przynajmniej powoduje po pierwsze chęć zrobienia odcinka na ten temat, ale po drugie jakiś taki… Niemoc. Nie umiem tego pojąć.

T.I.: Tak. To jest w ogóle temat pewnie na zupełnie inny odcinek i na w ogóle inny jakby temat. Jak w ogóle kształcić też ludzi, którzy będą przecież niewątpliwie tę naukę rozwijać, prawda? Niezależnie gdzie i za jakie pieniądze, bo z tym to różnie bywa w różnych krajach. Natomiast ja sam na przykład odczuwam to, że trochę mi czasami brakuje informatyki, matematyki, fizyki, no chemii też. Zresztą biologii też bardzo często mi brakuje, to znaczy jesteśmy tak bardzo czasami wyspecjalizowani, że dobrze by było wiedzieć więcej o różnych innych dziedzinach, natomiast czasami po prostu tej wiedzy czy umiejętności brakuje.

K.G.: To mówisz o edukacji, ale mnie bardziej chodzi o to, co się dzieje no właśnie w życiu. Masz sobie te cegiełki, te aminokwasy powiedzmy czy coś takiego. No masz martwe elementy, które zaczynają budować coś, co jest żywe.

T.I.: No tak.

K.G.: No jak?! To przecież czacha dymi!

T.I.: Tak, i niewątpliwie musiał być taki moment, kiedy właśnie życie się zaczęło, prawda? Przynajmniej na Ziemi. I teorie naukowe mówią o takich dwóch głównych etapach: ewolucji chemicznej i ewolucji biologicznej. I ta ewolucja chemiczna miała doprowadzić do właśnie zamknięcia w pewnej wydzielonej przestrzeni pewnych cząsteczek, które zaczęły z czasem spełniać dwa warunki, to znaczy wymiana materii ze światem zewnętrznym i wymiana energii ze światem zewnętrznym. No i od tego momentu uważa się, że mówimy o życiu. No i oczywiście ten wydzielony układ miałby się też namnażać, prawda? Tak że od tego momentu możemy powiedzieć, że istnieje życie. Ale wydaje mi się, że ta granica też będzie dosyć… Że nasze rozumienie tej granicy też będzie się zmieniać. No bo są na przykład takie, to też odkrycie z zeszłego roku, taki rodzaj RNA, który się nazywa obelisk. To do końca nie wiadomo, czym jest, ale wiadomo, że czasami funkcjonuje w komórkach bakteryjnych i to jest jakaś taka… Właśnie nie wiadomo, czy to jest życie czy nie, to znaczy nie spełnia takich klasycznych, powiedzmy, definicji życia, no bo nie jest komórką. No ale jednak jest to jakiś twór, powiedzmy, zbudowany z elementów, które znamy z tego życia biologicznego. I też z kolei ludzkość pewne aktywności quasi-życiowe przenosi do przestrzeni krzemowej, nazwijmy to. No i też, to już daleko wykraczam poza moje kompetencje, no ale też będziemy się zastanawiać, czy… Co to jest życie, czy ono musi koniecznie być oparte o węgiel?

K.G.: Ale musi się replikować.

T.I.: Musi się replikować, no ale można kopiuj-wklej zrobić, nie? No można.

K.G.: Dziękuję bardzo.

T.I.: Dziękuję bardzo.

K.G.: Fantastyczna to była wycieczka i ja też mam po rozmowach z tobą takie: jak to wszystko działa?! Dr Takao Ishikawa, prodziekan Wydziału Biologii Uniwersytetu Warszawskiego. Dziękuję serdecznie.

T.I.: Dziękuję za zaproszenie.