Linkerhand past in rechterwant (bij eiwitten)

De voorkeur die het leven heeft voor één ‘hand’ is al meer dan een eeuw bekend. Veel organische moleculen bestaan in twee versies met dezelfde chemische formule en dezelfde verbindingen tussen atomen, terwijl ze qua ruimtelijke structuur elkaars spiegelbeeld zijn. In de evolutionaire geschiedenis van het leven is in sommige gevallen een voorkeur voor de L-versie ontstaan, terwijl in andere gevallen het spiegelbeeld (D-versie) de voorkeur kreeg. Dit kan een probleem zijn bij de productie van geneesmiddelen, wanneer maar één versie effectief is, terwijl de andere versie bijwerkingen veroorzaakt.

“Organismen gebruiken de L-versie van aminozuren om eiwitten te maken, maar ze gebruiken soms ook een D-versie, bijvoorbeeld in de celwand”, legt Dirk Slotboom, hoogleraar Biochemie aan de Rijksuniversiteit Groningen, uit. In het centraal zenuwstelsel van zoogdieren bevindt zich een transporteiwit voor L-glutamaat, een aminozuur dat hier dient als neurotransmitter; een stof die signalen overdraagt tussen zenuwcellen. Dit transporteiwit accepteert ook een ander aminozuur, aspartaat. “En nu blijkt dat te gelden voor zowel L-aspartaat als D-aspartaat”, zegt Slotboom.

Structuren herkennen

Die observatie van Slotboom en collega’s was verrassend. L-aminozuren zijn belangrijk voor cellen en daarom is het logisch dat transporteiwitten selectief zijn en alleen die L-vorm opnemen. Slotboom: “Een transporteiwit herkent structuren die precies passen op de bindingsplaats.” Doordat spiegelbeeldversies in ruimtelijke structuur verschillen, kan een transporteiwit het onderscheid maken. En net zoals het onmogelijk is een linkerhand in een rechterhandschoen te krijgen, zouden D-aminozuren niet moeten passen op de bindingsplaats van een transporteiwit dat is geëvolueerd om de L-versie op te nemen.

Om te ontdekken waarom dit transporteiwit wel beide vormen kan opnemen, was onderzoek nodig naar de structuur van het eiwit en naar de specifieke manier waarop dit eiwit de aminozuren transporteert. Hiervoor werd een sterk gelijkend transporteiwit uit micro-organismen gebruikt, dat een bindingsplaats bezit die bijna identiek is aan die van het zoogdier-eiwit. Het bleek dat beide vormen van aspartaat op dezelfde manier worden getransporteerd. “Daarnaast was ook de efficiëntie van het transport voor beide vormen gelijk”, zegt Gianluca Trinco die dit deel van het project voor zijn rekening nam.