Opasnost: čuvajte se desnih aminokiselina!

Ima jedna fantazija – za koju ne znam je li ju već netko iskoristio za znanstveno-fantastičnu priču – no, bez obzira na to, evo (brze) priče od nje. Negdje iz dubine svemira pojaviše se izvanzemaljci posve nalik na Zemljane, samo je u njih sve naopako. Srce im je na desnoj strani, jetra na lijevoj, a iako jedu krumpir i kupus, ne mogu ih probaviti ako su uzgojeni na Zemlji. Za divno čudo evolucija je u njih išla istim tokom kao i u nas, no pri postanku života evolucija je krenula lijevim umjesto desnim putem.

Da budem manje tajanstven: većina molekula (aminokiseline, monosaharidi, DNA) u našem tijelu je kiralno, a to znači da u njemu postoje samo lijeve (L-) aminokiseline i samo desni (D-) šećeri, a dvostruka zavojnica DNA uvijek zavija u istom smjeru. Kiralne molekule, kao i svi kiralni objekti imaju svoje parove; kao što postoje lijeve i desne cipele tako postoje lijeve i desne molekule (enantiomeri), lijeve i desne aminokiseline, lijevi i desni šećeri. Oni se ni po čemu ne razlikuju, osim što se teško mogu spariti sa svojim enantiomerom, lijevim ili desnim parom. A upravo se to dogodilo sizvanzemaljcima iz naše priče: njihove se desne aminokiseline ne mogu spariti s našim lijevima, niti se njihovi lijevi šećeri mogu spariti s našim desnima.

Ima li takva fantazija smisla? I ima i nema. Znanost još uvijek nije odgovorila na pitanje zašto je priroda odabrala lijevi alanin i treonin adesnu ribozu, pa je posve moguće da se to dogodilo igrom slučaja. Pa ako se igrom slučaja priroda na našem planetu odlučila za lijeve aminokiseline, onda se isto tako mogla igrom slučaja odlučiti za desne aminokiseline na planetu odakle dolaze izvanzemaljci iz priče.

No, pustimo sad fantazije! Nije baš istina da u tijelu postoje samo lijeve aminokiseline. Ima i desnih, a one su – pokazuju istraživanja – povezane s bolestima, bilo kao njihovi znakovi bilo kao njihovi uzroci. Gdje leži temeljni uzrok i znakova i uzroka bolesti?

Očito u kemiji. Nešto nam od te kemijske priče otkriva znanstveni rad kineskih znanstvenika „Efect of glycosylation on the enzymatic degradation of D-amino acid-containing peptides“, objavljen u časopisu Molecules. Iza teških stručnih riječi krije se međutim suptilni stanični mehanizam regulacije kako funkcije tako i koncentracije proteina i peptida u stanici. Njihove se funkcije modificiraju glikozilacijom, vezivanjem molekula jednostavnih šećera (monosaharida) za hidroksilnu skupinu (-OH) aminokiselina serina (S) i treonina (T). S druge pak strane, koncentracija se peptida i proteina u stanici regulira djelovanjem enzima (proteaza) koji ih razgrađuju. Ništa u stanici ne miruje! Proteini se stalno sintetiziraju i stalno razgrađuju, aktiviraju i deaktiviraju, pa svaka, i najmanja promjena te složene dinamičke ravnoteže može činiti razliku između zdravlja i bolesti. Problem je složen, odakle početi?

Autori spomenutog znanstvenog rada počeli su od peptida sekvencije KYNETWRSED (all-_L) – svako slovo označava jedan aminokiselinski ostatak. Taj peptid (dekapeptid) čini komadić molekule aldoketo-reduktaze, enzima povezanog s rakom. Njemu su zamijenili aminokiselinski ostatak L-treonina (T), ostatkom D-treonina (t) i tako dobili peptid KYNEtWRSED (5-t). Potom su ustanovili da ta zamjena smanjuje brzinu enzimske razgradnje. Drugim riječima, promijenjeni peptid sporije se razgrađuje što znači da se duže zadržava, a time i akumulira u stanici. No to je tek prvi dio priče. Drugi dio priče počinje kada su na treonin, lijevi (T) ili desni (t), vezali jednostavne šećere, monosaharide.

Sintetizirali su, ukratko, osam derivata peptida 5-t u kojima su za ostatak D-treonina (t) ili L-serina (S) vezali tri vrste šećera (glukozu, galaktozu i ribozu) dvjema glikozidnim vezama (α i β). Usto su ribozu (Rib) vezali u dva enantiomerna oblika, prirodnom, desnom (D-) i neprirodnom, lijevom (L-). Mnogo oznaka i za kemičara, no za laika je, srećom, dovoljno znati da se te oznake ne odnose ni na kakvu novu kemijsku vezu u molekuli, nego samo na položaj atoma u prostoru. O tome ovisi konačan oblik molekule, a s njime i mogućnost njezinog pristajanja u aktivno mjesto enzima – što su znanstvenici u ovom radu pokazali i dokazali.

Rezultat je jasno pokazao da vezivanje šećera za peptid 5-t ubrzava djelovanje proteaza, pa se brže razgrađuju. Još važnije, pokazalo se da neprirodni oblik riboze (L-) smanjuje brzinu razgradnje peptida sa 0,187 na 0,144 h^-1. To je još jedan dokaz da proteaze utječu na metabolizam proteina s “krivim” (D-) aminokiselinama. Odatle vodi put do Alzheimerove bolesti, bolesti očiju (katarakte, degradacije makule) i ateroskleroze. Dug je to put, neistražen i nepoznat, no svako putovanje počinje prvim korakom.

Nenad Raos je kemičar, znanstveni savjetnik u trajnome zvanju, koji je radio do umirovljenja 2016. godine u zagrebačkom Institutu za medicinska istraživanja i medicinu rada (IMI). Autor je i koautor oko 200 znanstvenih i stručnih radova iz područja teorijske (računalne) kemije, kemije kompleksnih spojeva, bioanorganske kemije, povijesti kemije i komunikacijskih vještina u znanosti. Bio je pročelnik Sekcije za izobrazbu Hrvatskog kemijskog društva, glavni urednik Prirode te urednik rubrike Kemija u nastavi u časopisu Kemija u industriji; član je društva ProGeo-Hrvatska i Odjela za prirodoslovlje i matematiku Matice hrvatske. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti. Autor je 16 znanstveno-popularnih knjiga, posljednje dvije su „Kemičar u kući – kemija svakodnevnog života“ i „Antologija hrvatske popularizacije prirodnih znanosti“.