ADN (acidi deoksiribonukleik) është një nga komponentët më të rëndësishëm të materies së gjallë. Nëpërmjet tij bëhet ruajtja dhe transmetimi i informacionit trashëgues brez pas brezi me mundësi ndryshueshmërie brenda kufijve të caktuar. Sinteza e të gjitha proteinave të nevojshme për një sistem të gjallë do të ishte e pamundur pa një matricë të ADN-së. Më poshtë do të shqyrtojmë strukturën, formimin, funksionimin bazë dhe rolin e ADN-së në biosintezën e proteinave.
Struktura e molekulës së ADN-së
Acidi deoksiribonukleik është një makromolekulë e përbërë nga dy fije. Struktura e saj ka disa nivele organizimi.
Struktura primare e zinxhirit të ADN-së është një sekuencë nukleotidesh, secila përmban një nga katër bazat azotike: adeninë, guaninë, citozinë ose timinë. Zinxhirët lindin kur sheqeri deoksiribozë i një nukleotidi bashkohet me mbetjen e fosfatit të një tjetri. Ky proces kryhet me pjesëmarrjen e një katalizatori proteinik - ADN-ligaza
- Struktura dytësore e ADN-së është e ashtuquajtura spirale e dyfishtë (më saktë, një vidë e dyfishtë). Bazat janë të aftalidhen me njëra-tjetrën si më poshtë: adenina dhe timina formojnë një lidhje të dyfishtë hidrogjeni, dhe guanina dhe citozina formojnë një të trefishtë. Kjo veçori qëndron në themel të parimit të komplementaritetit të bazës, sipas të cilit zinxhirët janë të lidhur me njëri-tjetrin. Në këtë rast, ndodh një përdredhje spirale (më shpesh djathtas) e zinxhirit të dyfishtë.
- Një strukturë terciare është një konformacion kompleks i një molekule të madhe që ndodh përmes lidhjeve shtesë të hidrogjenit.
- Struktura kuaternare është formuar në kombinim me proteina specifike dhe ARN dhe është mënyra se si ADN-ja paketohet në bërthamën qelizore.
funksionet e ADN-së
Le të shqyrtojmë rolin që luan ADN-ja në sistemet e gjalla. Ky biopolimer është një matricë që përmban një rekord të strukturës së proteinave të ndryshme, ARN-së që i nevojiten trupit, si dhe llojeve të ndryshme të vendeve rregullatore. Në përgjithësi, të gjithë këta komponentë përbëjnë programin gjenetik të trupit.
Nëpërmjet biosintezës së ADN-së, programi gjenetik u përcillet brezave të ardhshëm, duke siguruar trashëgiminë e informacionit themelor për jetën. ADN-ja është në gjendje të ndryshojë, për shkak të së cilës lind ndryshueshmëria e organizmave të gjallë të një specie biologjike dhe, si rezultat, procesi i seleksionimit natyror dhe evolucioni i sistemeve të gjalla është i mundur.
Gjatë riprodhimit seksual, ADN-ja e një pasardhësi të organizmit formohet duke kombinuar informacionin trashëgimor të babait dhe nënës. Kur kombinohen, ka variacione të ndryshme, të cilat gjithashtu kontribuojnë në ndryshueshmëri.
Si riprodhohet programi gjenetik
Për shkak të strukturës plotësuese, vetë-riprodhimi matricor i molekulës së ADN-së është i mundur. Në këtë rast, informacioni i përfshirë në të kopjohet. Dyfishimi i një molekule për të formuar dy "spira të dyfishta" vajza quhet replikim i ADN-së. Ky është një proces kompleks që përfshin shumë komponentë. Por me një thjeshtësim të caktuar, ai mund të paraqitet si një diagram.
Replikimi fillon nga një kompleks i veçantë enzimash në zona të caktuara të ADN-së. Në të njëjtën kohë, zinxhiri i dyfishtë hapet, duke formuar një pirun replikues, ku zhvillohet procesi i biosintezës së ADN-së - grumbullimi i sekuencave nukleotide plotësuese në secilin prej zinxhirëve.
Veçoritë e kompleksit replikues
Replikimi vazhdon edhe me pjesëmarrjen e një grupi kompleks enzimash - replizomash, në të cilat ADN polimeraza luan rolin kryesor.
Një nga zinxhirët në rrjedhën e biosintezës së ADN-së është lider dhe formohet vazhdimisht. Formimi i një fillesë të mbetur ndodh duke bashkangjitur sekuenca të shkurtra - fragmente Okazaki. Këto fragmente lidhen duke përdorur ligazën e ADN-së. Një proces i tillë quhet gjysmë i vazhdueshëm. Për më tepër, ai karakterizohet si gjysmë konservator, pasi në secilën prej molekulave të sapoformuara njëri nga zinxhirët është prindi dhe i dyti është vajza.
Replikimi i ADN-së është një nga hapat kyç në ndarjen e qelizave. Ky proces qëndron në themel të transferimit të informacionit të trashëguar tek brezi i ri, si dhe në rritjen e organizmit.
Çfarë janë proteinat
Proteina ështëelementi më i rëndësishëm funksional në qelizat e të gjithë organizmave të gjallë. Ato kryejnë funksione katalitike, strukturore, rregullatore, sinjalizuese, mbrojtëse dhe shumë funksione të tjera.
Një molekulë proteine është një biopolimer i formuar nga një sekuencë mbetjesh aminoacide. Ai, si molekulat e acidit nukleik, karakterizohet nga prania e disa niveleve të organizimit strukturor - nga primar në kuaternar.
Ka 20 aminoacide të dallueshme (kanonike) të përdorura nga sistemet e gjalla për të ndërtuar një larmi të madhe proteinash. Si rregull, proteina nuk sintetizohet më vete. Roli kryesor në formimin e një molekule komplekse proteinike i përket acideve nukleike - ADN-së dhe ARN-së.
Thelbi i kodit gjenetik
Pra, ADN-ja është një matricë informacioni që ruan informacione në lidhje me proteinat e nevojshme që trupi të rritet dhe të jetojë. Proteinat ndërtohen nga aminoacidet, ADN (dhe ARN) nga nukleotidet. Sekuenca të caktuara nukleotide të molekulës së ADN-së korrespondojnë me sekuenca të caktuara aminoacide të disa proteinave.
Ka 20 lloje të njësive strukturore proteinike - aminoacide kanonike - në një qelizë dhe 4 lloje nukleotidesh në ADN. Pra, çdo aminoacid është shkruar në matricën e ADN-së si një kombinim i tre nukleotideve - një treshe, përbërësit kryesorë të të cilit janë bazat azotike. Ky parim i korrespondencës quhet kodi gjenetik, dhe trinjakët bazë quhen kodone. Geni ështënjë sekuencë kodonesh që përmbajnë një regjistrim të një proteine dhe disa kombinime shërbimi të bazave - një kodon fillestar, një kodon ndalues dhe të tjerë.
Disa veti të kodit gjenetik
Kodi gjenetik është pothuajse universal - me shumë pak përjashtime, është i njëjtë në të gjithë organizmat, nga bakteret te njerëzit. Kjo dëshmon, së pari, për marrëdhënien e të gjitha formave të jetës në Tokë, dhe së dyti, për lashtësinë e vetë kodit. Ndoshta, në fazat e hershme të ekzistencës së jetës primitive, versione të ndryshme të kodit u formuan mjaft shpejt, por vetëm një mori një avantazh evolucionar.
Përveç kësaj, është specifike (e paqartë): aminoacide të ndryshme nuk kodohen nga e njëjta treshe. Gjithashtu, kodi gjenetik karakterizohet nga degjenerimi, ose teprica - disa kodone mund të korrespondojnë me të njëjtin aminoacid.
Të dhënat gjenetike lexohen vazhdimisht; funksionet e shenjave të pikësimit kryhen edhe nga treshe bazash. Si rregull, nuk ka shënime të mbivendosura në "tekstin" gjenetik, por edhe këtu ka përjashtime.
Njësitë funksionale të ADN-së
Tërësia e të gjithë materialit gjenetik të një organizmi quhet gjenom. Kështu, ADN-ja është bartës i gjenomit. Përbërja e gjenomit përfshin jo vetëm gjene strukturore që kodojnë disa proteina. Një pjesë e rëndësishme e ADN-së përmban rajone me qëllime të ndryshme funksionale.
Pra, ADN-ja përmban:
- rregullatorsekuencat që kodojnë ARN specifike, të tilla si çelësat gjenetikë dhe rregullatorët e shprehjes strukturore të gjeneve;
- elementet që rregullojnë procesin e transkriptimit - faza fillestare e biosintezës së proteinave;
- pseudogjenet janë një lloj "gjenesh fosile" që kanë humbur aftësinë e tyre për të koduar një proteinë ose për t'u transkriptuar për shkak të mutacioneve;
- elementet gjenetike të lëvizshme - rajone që mund të lëvizin brenda gjenomit, të tilla si transpozonët ("gjenet kërcyese");
- telomeret janë rajone të veçanta në skajet e kromozomeve, falë të cilave ADN-ja në kromozome mbrohet nga shkurtimi me çdo ngjarje të përsëritjes.
Përfshirja e ADN-së në biosintezën e proteinave
ADN është në gjendje të formojë një strukturë të qëndrueshme, elementi kryesor i së cilës është komponimi plotësues i bazave azotike. Vargu i dyfishtë i ADN-së siguron, së pari, riprodhimin e plotë të molekulës, dhe së dyti, leximin e seksioneve individuale të ADN-së gjatë sintezës së proteinave. Ky proces quhet transkriptim.
Gjatë transkriptimit, një pjesë e ADN-së që përmban një gjen të caktuar nuk përdredhet dhe në njërin prej zinxhirëve - shabllonin - një molekulë ARN sintetizohet si kopje e zinxhirit të dytë, të quajtur ai kodues. Kjo sintezë bazohet edhe në vetinë e bazave për të formuar çifte plotësuese. Në sintezë marrin pjesë rajone jo-koduese të shërbimit të ADN-së dhe enzimës ARN polimerazë. ARN tashmë shërben si shabllon për sintezën e proteinave dhe ADN-ja nuk është e përfshirë në procesin e mëtejshëm.
Transkriptim i kundërt
Për një kohë të gjatë besohej se matricakopjimi i informacionit gjenetik mund të shkojë vetëm në një drejtim: ADN → ARN → proteina. Kjo skemë është quajtur dogma qendrore e biologjisë molekulare. Megjithatë, gjatë hulumtimit, u zbulua se në disa raste është e mundur të kopjohet nga ARN në ADN - i ashtuquajturi transkriptim i kundërt.
Aftësia për të transferuar materialin gjenetik nga ARN në ADN është karakteristikë e retroviruseve. Një përfaqësues tipik i viruseve të tillë që përmbajnë ARN është virusi i imunitetit të njeriut. Integrimi i gjenomit viral në ADN-në e një qelize të infektuar ndodh me pjesëmarrjen e një enzime të veçantë - transkriptaza e kundërt (revertaza), e cila vepron si një katalizator për biosintezën e ADN-së në një shabllon të ARN-së. Revertaza është gjithashtu pjesë e grimcave virale. Molekula e sapoformuar integrohet në ADN-në qelizore, ku shërben për të prodhuar grimca të reja virale.
Çfarë është ADN-ja e njeriut
ADN-ja e njeriut, e përmbajtur në bërthamën e qelizës, është e paketuar në 23 çifte kromozomesh dhe përmban rreth 3.1 miliardë nukleotide të çiftëzuara. Përveç ADN-së bërthamore, qelizat njerëzore, si organizmat e tjerë eukariote, përmbajnë ADN mitokondriale, një faktor në trashëgiminë e organeleve të qelizave mitokondriale.
Gjene koduese të ADN-së bërthamore (ka nga 20 deri në 25 mijë prej tyre) përbëjnë vetëm një pjesë të vogël të gjenomit njerëzor - afërsisht 1.5%. Pjesa tjetër e ADN-së quhej më parë "junk", por studime të shumta zbulojnë rolin domethënës të rajoneve jo-koduese të gjenomit, të cilat u diskutuan më lart. Është gjithashtu jashtëzakonisht e rëndësishme të studiohen procesettranskriptimi i kundërt në ADN-në e njeriut.
Shkenca ka krijuar tashmë një kuptim mjaft të qartë se çfarë është ADN-ja njerëzore në aspektin strukturor dhe funksional, por puna e mëtejshme e shkencëtarëve në këtë fushë do të sjellë zbulime të reja dhe teknologji të reja biomjekësore.
