Acidi deoksiribonukleik - ADN - shërben si një bartës i informacionit trashëgues të transmetuar nga organizmat e gjallë në brezat e ardhshëm, dhe një matricë për ndërtimin e proteinave dhe faktorëve të ndryshëm rregullues të kërkuar nga trupi në proceset e rritjes dhe jetës. Në këtë artikull, ne do të përqendrohemi në cilat janë format më të zakonshme të strukturës së ADN-së. Ne gjithashtu do t'i kushtojmë vëmendje mënyrës se si ndërtohen këto forma dhe në çfarë forme ADN-ja qëndron brenda një qelize të gjallë.
Nivelet e organizimit të molekulës së ADN-së
Ka katër nivele që përcaktojnë strukturën dhe morfologjinë e kësaj molekule gjigante:
- Niveli primar, ose struktura, është rendi i nukleotideve në zinxhir.
- Struktura dytësore është "spiralja e dyfishtë" e famshme. Është kjo frazë që ka vendosur, edhe pse në fakt një strukturë e tillë i ngjan një vidhe.
- Struktura terciare është formuar për shkak të faktit se lidhjet e dobëta hidrogjenore lindin midis seksioneve individuale të vargut të përdredhur me dy fije të ADN-së,duke i dhënë molekulës një konformacion kompleks hapësinor.
- Struktura kuaternare është tashmë një kompleks kompleks i ADN-së me disa proteina dhe ARN. Në këtë konfigurim, ADN-ja paketohet në kromozome në bërthamën e qelizës.
Struktura primare: Përbërësit e ADN-së
Blloqet nga të cilat është ndërtuar makromolekula e acidit deoksiribonukleik janë nukleotide, të cilat janë komponime, secila prej të cilave përfshin:
- bazë azotike - adeninë, guaninë, timinë ose citozinë. Adenina dhe guanina i përkasin grupit të bazave purine, citozina dhe timina i përkasin pirimidinës;
- deoksiribozë monosakarid me pesë karbon;
- Mbetet e acidit ortofosforik.
Në formimin e një zinxhiri polinukleotid, një rol të rëndësishëm luan rendi i grupeve të formuara nga atomet e karbonit në një molekulë rrethore sheqeri. Mbetja e fosfatit në nukleotid është e lidhur me grupin 5' (lexo "pesë numrat e parë") të deoksiribozës, domethënë me atomin e pestë të karbonit. Zgjerimi i zinxhirit ndodh duke bashkangjitur një mbetje fosfati të nukleotidit tjetër në grupin 3' të lirë të deoksiribozës.
Kështu, struktura primare e ADN-së në formën e një zinxhiri polinukleotidi ka skajet 3'- dhe 5'. Kjo veti e molekulës së ADN-së quhet polaritet: sinteza e një zinxhiri mund të shkojë vetëm në një drejtim.
Formimi i strukturës dytësore
Hapi tjetër në organizimin strukturor të ADN-së bazohet në parimin e komplementaritetit të bazave azotike - aftësia e tyre për t'u lidhur në çift me njëra-tjetrën.përmes lidhjeve hidrogjenore. Komplementariteti - korrespondenca e ndërsjellë - ndodh sepse adenina dhe timina formojnë një lidhje të dyfishtë, dhe guanina dhe citozina formojnë një lidhje të trefishtë. Prandaj, kur formojnë një zinxhir të dyfishtë, këto baza qëndrojnë përballë njëra-tjetrës, duke formuar çiftet përkatëse.
Sekuencat polinukleotide janë të vendosura në strukturën dytësore antiparalele. Pra, nëse njëri prej zinxhirëve duket si 3' - AGGZATAA - 5', atëherë e kundërta do të duket kështu: 3' - TTATGTST - 5'.
Kur formohet një molekulë e ADN-së, zinxhiri polinukleotid i dyfishuar shtrembërohet dhe përqendrimi i kripërave, ngopja me ujë dhe struktura e vetë makromolekulës përcaktojnë se çfarë formash mund të marrë ADN-ja në një hap të caktuar strukturor. Njihen disa forma të tilla, të shënuara me shkronja latine A, B, C, D, E, Z.
Konfigurimet C, D dhe E nuk gjenden në jetën e egër dhe janë vëzhguar vetëm në kushte laboratorike. Ne do të shikojmë format kryesore të ADN-së: të ashtuquajturat kanonike A dhe B, si dhe konfigurimin Z.
A-ADN është një molekulë e thatë
Forma A është një vidë e dorës së djathtë me 11 çifte bazash plotësuese në çdo kthesë. Diametri i saj është 2.3 nm, dhe gjatësia e një rrotullimi të spirales është 2.5 nm. Planet e formuara nga bazat e çiftuara kanë një pjerrësi prej 20° në lidhje me boshtin e molekulës. Nukleotidet fqinje janë rregulluar në mënyrë kompakte në zinxhirë - ka vetëm 0,23 nm ndërmjet tyre.
Kjo formë e ADN-së shfaqet me hidratim të ulët dhe me një përqendrim jonik të rritur të natriumit dhe kaliumit. Është tipike përprocese në të cilat ADN-ja formon një kompleks me ARN-në, pasi kjo e fundit nuk është në gjendje të marrë forma të tjera. Përveç kësaj, forma A është shumë rezistente ndaj rrezatimit ultravjollcë. Në këtë konfigurim, acidi deoksiribonukleik gjendet në sporet e kërpudhave.
B-ADN e lagësht
Me një përmbajtje të ulët kripe dhe një shkallë të lartë hidratimi, domethënë në kushte normale fiziologjike, ADN-ja merr formën e saj kryesore B. Molekulat natyrore ekzistojnë, si rregull, në formën B. Është ajo që qëndron në themel të modelit klasik Watson-Crick dhe është përshkruar më shpesh në ilustrime.
Kjo formë (është gjithashtu e dorës së djathtë) karakterizohet nga vendosja më pak kompakte e nukleotideve (0,33 nm) dhe një hap i madh vidë (3,3 nm). Një kthesë përmban 10.5 çifte bazash, rrotullimi i secilës prej tyre në krahasim me atë të mëparshëm është rreth 36 °. Planet e çifteve janë pothuajse pingul me boshtin e "spiralës së dyfishtë". Diametri i një zinxhiri të tillë të dyfishtë është më i vogël se ai i formës A - ai arrin vetëm 2 nm.
Z-ADN jo-kanonike
Ndryshe nga ADN-ja kanonike, molekula e tipit Z është një vidë me dorën e majtë. Është më i holli nga të gjithë, me një diametër prej vetëm 1.8 nm. Bobinat e saj, 4,5 nm të gjata, duken të zgjatura; kjo formë e ADN-së përmban 12 baza të çiftuara për rrotullim. Distanca midis nukleotideve ngjitur është gjithashtu mjaft e madhe - 0.38 nm. Pra, forma Z ka më pak kthesë.
Është formuar nga një konfigurim i tipit B në ato zona ku purinadhe bazat pirimidine, me një ndryshim në përmbajtjen e joneve në tretësirë. Formimi i Z-ADN-së shoqërohet me aktivitet biologjik dhe është një proces shumë afatshkurtër. Kjo formë është e paqëndrueshme, gjë që krijon vështirësi në studimin e funksioneve të saj. Deri më tani, ato nuk janë saktësisht të qarta.
Replikimi i ADN-së dhe struktura e saj
Të dy strukturat parësore dhe dytësore të ADN-së lindin gjatë një fenomeni të quajtur replikim - formimi i dy "spiraleve të dyfishta" identike nga makromolekula mëmë. Gjatë replikimit, molekula origjinale zbërthehet dhe bazat plotësuese ndërtohen në zinxhirët e vetëm të lëshuar. Meqenëse gjysmat e ADN-së janë antiparalele, ky proces vazhdon mbi to në drejtime të ndryshme: në lidhje me zinxhirët mëmë nga fundi 3' në skajin 5', domethënë zinxhirët e rinj rriten në drejtimin 5' → 3'. Fillesa drejtuese sintetizohet vazhdimisht drejt pirunit të replikimit; në fijen e mbetur, sinteza kryhet nga piruni në seksione të veçanta (fragmente Okazaki), të cilat më pas qepen së bashku nga një enzimë e veçantë, ligaza e ADN-së.
Ndërsa sinteza vazhdon, skajet tashmë të formuara të molekulave të bijave i nënshtrohen përdredhjes spirale. Më pas, përpara se të përfundojë riprodhimi, molekulat e porsalindura fillojnë të formojnë një strukturë terciare në një proces të quajtur supermbështjellje.
Molekula super e përdredhur
Forma e mbimbështjellur e ADN-së ndodh kur një molekulë me dy vargje bën një kthesë shtesë. Mund të jetë në drejtim të akrepave të orës (pozitive) osekundër (në këtë rast flitet për mbimbështjellje negative). ADN-ja e shumicës së organizmave është e mbimbështjellur negativisht, domethënë kundër kthesave kryesore të "spiralës së dyfishtë".
Si rezultat i formimit të sytheve shtesë - supermbështjellësve - ADN-ja fiton një konfigurim hapësinor kompleks. Në qelizat eukariote, ky proces ndodh me formimin e komplekseve në të cilat ADN-ja mbështillet negativisht rreth komplekseve të proteinave të histonit dhe merr formën e një filli me rruaza nukleozome. Seksionet e lira të fillit quhen lidhës. Proteinat johistone dhe komponimet inorganike marrin pjesë gjithashtu në ruajtjen e formës së mbimbështjellur të molekulës së ADN-së. Kështu formohet kromatina - substanca e kromozomeve.
Fijet e kromatinës me rruaza nukleozomale janë në gjendje të komplikojnë më tej morfologjinë në një proces të quajtur kondensimi i kromatinës.
kompaktizimi përfundimtar i ADN-së
Në bërthamë, forma e makromolekulës së acidit deoksiribonukleik bëhet jashtëzakonisht komplekse, duke u ngjeshur në disa hapa.
- Së pari, filamenti mbështillet në një strukturë të veçantë të tipit solenoid - një fibril kromatin 30 nm i trashë. Në këtë nivel, ADN-ja paloset dhe shkurton gjatësinë e saj me 6-10 herë.
- Më tej, fibrili formon sythe zigzag me ndihmën e proteinave specifike të skelës, të cilat reduktojnë madhësinë lineare të ADN-së tashmë me 20-30 herë.
- Domenet e ambalazhimit të dendur formohen në nivelin tjetër, më së shpeshti duke pasur një formë të quajtur në mënyrë konvencionale "furçë llamba". Ata lidhen me proteinën intranuklearematricë. Trashësia e strukturave të tilla është tashmë 700 nm, ndërsa ADN-ja është shkurtuar përafërsisht 200 herë.
- Niveli i fundit i organizimit morfologjik është kromozomik. Domenet e lakut janë ngjeshur në atë masë sa arrihet një shkurtim total prej 10,000 herë. Nëse gjatësia e molekulës së shtrirë është rreth 5 cm, atëherë pas paketimit në kromozome ajo zvogëlohet në 5 mikronë.
Niveli më i lartë i ndërlikimit të formës së ADN-së arrin në gjendjen e metafazës së mitozës. Pikërisht atëherë ajo fiton një pamje karakteristike - dy kromatide të lidhura nga një centromere shtrënguese, e cila siguron divergjencën e kromatideve në procesin e ndarjes. ADN-ja ndërfazore organizohet deri në nivelin e domenit dhe shpërndahet në bërthamën e qelizës në asnjë mënyrë të veçantë. Kështu, ne shohim se morfologjia e ADN-së është e lidhur ngushtë me fazat e ndryshme të ekzistencës së saj dhe pasqyron veçoritë e funksionimit të kësaj molekule më të rëndësishme për jetën.
