Bańkowa matematyka pomaga w opisie białek

"W naszej pracy badamy kształt białek. Niedawno odkryliśmy, że niektóre białka przypominają nieco wyglądem lasso - składają się z pętli i ogona, który jest przeciągnięty przez tę pętlę, a czasem wręcz owija się wokół niej kilkukrotnie" - opowiada doktorantka Wanda Niemyska o pracach zespołu z Interdyscyplinarnego Laboratorium Modelowania Układów Biologicznych Centrum Nowych Technologii Uniwersytetu Warszawskiego. Niemyska, która robi doktorat z matematyki na Uniwersytecie Śląskim, jest laureatką programu INTER FNP. Na swoje badania dotyczące białek lassowych otrzymała 100 tys. zł.

"Na razie przebadaliśmy grupę 2 tys. białek, które posiadają pętle. Okazuje się, że wśród nich ok. 18 proc. - czyli ok. 360 - ma strukturę lassową. Do niedawna nikt nie wiedział, że białka mogą mieć taką postać" - opowiada Niemyska. Takim białkiem lassowym jest np. leptyna - hormon odpowiedzialny za łaknienie.

Matematyk wyjaśnia, od czego zależy kształt białka. "Białko na początku jest rozwinięte. Można je sobie wyobrażać, jako nitkę z nawiniętymi koralikami. Potem związek ten zwija się w kłębek, tworząc sobie właściwy kształt" - opowiada badaczka. Wyjaśnia, że dopiero po odpowiednim ułożeniu się w przestrzeni - przyjęciu postaci aktywnej - białko może pełnić swoją biologiczną funkcję. Naukowcy chcą zrozumieć, jak ułożone są białka, co sprawia, że związki te zwijają się prawidłowo i jak zapobiegać ich rozwijaniu. Jeśli bowiem w procesie zwijania coś pójdzie nie tak, białko przestaje dobrze spełniać swoją funkcję. W przypadku nieprawidłowego działania leptyny skutkiem mogą być zaburzenia łaknienia i otyłość.

"W naszych badaniach zastanawialiśmy się, jak opisać strukturę geometryczną białek. I wykorzystaliśmy błony mydlane, które posiadają bardzo ciekawą cechę - układają się w przestrzeni w taki sposób, żeby minimalizować swoje pole i energię" - opowiada Niemyska. Tłumaczy, że o prawdziwych błonach, jakie znamy z baniek mydlanych, nie ma tu oczywiście mowy. Badacze za to komputerowe modele pętli opinają wirtualnymi błonami. Matematyk wyjaśnia, że kiedy pętla jest krótka i ma regularny kształt podobny do kółka, można łatwo zobaczyć gołym okiem, ile razy i jak przechodzi przez nią ogon. Ale nie zawsze jest tak łatwo.

"Często pętla bywa długa i mocno powyginana. A wtedy ciężko rozpoznać, jak ułożony jest względem niej ogon. Nawet po długim wpatrywaniu się w białko jednej osobie może się wydawać, że ogon przechodzi przez pętlę, a innej - że nie przechodzi. Tu potrzeba bardziej obiektywnego opisu" - wyjaśnia matematyk. Dodaje, że rozpinanie między aminokwasami wirtualnej błony mydlanej jest dobrym sposobem, by zdefiniować, co to znaczy, że ogon przechodzi przez pętlę. Dzięki błonie widać dokładnie, jak ułożony względem pętli jest ogon i jednoznacznie można stwierdzić, ile razy przez nią przechodzi.

Niemyska przyznaje, że matematyka nieczęsto bywa kojarzona z zastosowaniami. Tymczasem okazuje się, że chemikom przydaje się ktoś, kto zna się na topologii, geometrii różniczkowej czy algorytmice. "Jako matematyk zastanawiam się, które teorie i twierdzenia matematyczne mogą się przydać w danej sytuacji, a potem tworzę z nich narzędzia dostosowane do rozwiązania konkretnych problemów związanych z białkami" - wyjaśnia.

PAP - Nauka w Polsce, Ludwika Tomala

lt/ agt/ mki/