Student World

Učebnice praví: Řetězce aminokyselin se balí „samospádem“ – správná struktura je taková, která má nejnižší energii. DNA tak stačí určovat pořadí aminokyselin v proteinu, prostorová struktura klíčová pro funkčnost proteinu (třeba enzymu) pak vznikne sama.

Chytřejší učebnice ovšem dodávají, že v této souvislosti existuje velká nejasnost – jedná o globální nebo lokální energetická minima? Podle všeho je správná druhá možnost, z místního extrému v adaptivní krajině se jednou vzniklá struktura nemá jak dostat (pokud ji od hlubší jámy odděluje energetický vrcholek). Pokud to tak je, pak ale finální složení závisí na výchozích podmínkách – z nich totiž vyplývá nejbližší lokální minimum.

Už od 60. let 20. století se ví, že energetická krajina molekuly tvořené už pár stovkami aminokyselin může mít hodně lokálních extrémů; typická bílkovina má zhruba tak 200-300 aminokyselin, známe však i mnohem delší. Jak potom vůbec zajistit, aby se proteiny dokázaly poskládat vždy stejně, alespoň rámcově? Z druhé strany stavový prostor jako takový je tak velký, že i kdybychom molekulu/adaptivní krajinu rozhoupali a (obrazně) tak kuličku zkoušet překulit do dalších důlků, najít globální minimum energie by trvalo klidně déle, než je existence celého vesmíru.

Jak to tedy bílkoviny provádějí? Nejčastější odpověď říká, že evoluce vybírala proteiny (a geny, které je kódují) podle funkce. To je samozřejmé, ovšem takto chápaná funkčnost zahrnuje nejen vlastnosti finální molekuly, ale i její schopnosti se sbalit – dostatečně rychle a téměř vždy stejně. Jedna věc jsou úvahy o velkých číslech, v organismech se ovšem vyskytují proteiny vlastně netypické, jejichž adaptivní krajina má speciální vlastnosti. V extrémním případě by třeba mohlo jít o jedinou prohlubeň v krajině, kam molekula rychle dospěje bez ohledu na svůj počáteční stav. V jiném myslitelném případě se může jednat o krajinu s více od sebe oddělenými dny, jimž ale „shodou okolností“ odpovídají podobné prostorové konfigurace.

Ty bílkoviny, které se balily pokaždé jinak/příliš nepředvídatelně, prostě postupně vymizely i se svými hostiteli a geny, které je kódovaly…

Zdroj: Ian Stewart: Matematika života, Academia, Praha 2014 a další

autor Pavel Houser