Hoe heeft men ontdekt hoe eiwitten in elkaar zitten?

Antwoord

De pioniers waren chemici zoals Frederick Sanger en Linus Pauling in de jaren vijftig van vorige eeuw. Chemici wisten reeds langer dat eiwitten polymeren zijn die opgebouwd zijn uit aminozuren. Aminozuren kende men al in de negentiende eeuw en in 1935 kende men alle 20 verschillende aminozuren. Sanger achterhaalde dat eiwitten opgebouwd zijn uit ketens van aminozuren en hij ontdekte de eerste volledige aminozuursequentie, de juiste volgorde van de verschillende aminozuren van een eiwit, namelijk van insuline. De reden dat hij insuline gebruikte was voornamelijk dat het het enige eiwit was dat men toen in zuivere vorm had en in grote hoeveelheden kon aankopen (het werd gebruikt als geneesmiddel voor diabetici). Met behulp van ondermeer enzymen zoals trypsine knipte hij de insuline moleculen in kortere fragmenten, peptiden genoemd. Door dit op verschillende manier te knippen kreeg hij verschillende fragmenten. Hij scheidde die door een methode die men 2D-elektroforese noemt en analyseerde hun aminozuursamenstelling. Zo kon hij uiteindelijk de volgorde (sequentie) van peptiden, en ten slotte van aminozuren achterhalen. Zijn kennis van de chemie, van de wisselwerkingen tussen atomen van de verschillende aminozuren, was daarvoor heel belangrijk.

Pauling ontdekte dat aminozuurketens vaak spiraalsgewijs verlopen, wat belangrijk is voor hun driedimensionale structuur. Hij maakte daarvoor gebruik van X-straal diffractie kristallografie (een methode die door anderen was ontwikkeld en die later ook leidde tot de ontdekking van de structuur van DNA). Met dezelfde methode kon men later, vanaf de jaren zestig, de volledige driedimensionale structuur van eiwitten bepalen. Het is deze 3D-structuur, of vorm van het eiwit die haar werking bepaalt. Zo ontdekte men dat elk eiwit dus haar eigen specifieke vorm heeft.

Het principe van X-straal diffractie kristallografie is dat men eerst het eiwit moet laten kristallen vormen, en dan deze kristallen "beschiet"  met een bundel X-stralen. De X-stralen worden door de atomen in het kristal verstrooid, men spreekt van diffractie. Het diffractiepatroon kan met behulp van een krachtige electronenmicroscoop gefotografeerd worden en aan de hand van deze foto's kan de vorm van het eiwitmolecule afgeleid worden.