60 vjetori i zbulimit të helikës së dyfishtë të ADN-së

Sot është 60 vjetori i zbulimit të helikës së dyfishtë të ADN-së.

James Watson (majtas) dhe Francis Crick (djathtas) në punë me modelin e tyre të ADN-së

James Watson (majtas) dhe Francis Crick (djathtas) në punë me modelin e tyre të ADN-së

Në 25 prill të vitit 1953, ekzaktësisht 60 vite më parë, u publikuan rezultatet e studimit (të pasuar nga të tjerë studime) që përcaktonin për herën e parë strukturën trepërmasore të ADN-së (Acidi dezoksiribo nukleik).

ADN-ja është makromolekula në të cilën ruhet informacioni gjenetik i gjallesave (edhe pse ka viruse – të cilët, kujtoj, se nuk konsiderohen qenie të gjalla – që si material gjentik përdorin ARN-në).

helika e adnAdn-ja ka një strukturë prej heliksi të dyfishtë, djathtacake (!), të përbërë nga dy filamente antiparalelë përplotësues (komplementarë). Nga ana e vet, çdonjë prej filamenteve antiparalelë që përbëjnë heliklën e dyfishtë të ADN-së është i përbërë nga një njëpasnjëshmëri monomerësh, nukleotidesh, që i japin fillesë një sekuence si shkronjat e alfabetit. Nukleotidet e ADN-së janë katër: adenina, timina, guanina dhe citozina.

ADN-ja është një shembull biologjik i shkëlqyer që tregon për marrëdhënien mes strukturës dhe funksionit…

Këtu gjendet studimi i botuar plot 60 vite më parë: “A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid” nga James Watson e Francis Crick.

Rinstinkt, prill 2013

————————————————————————————————-

Reklama

Viruse, sisteme mbrojtës, baktere

Analiza gjenetike e një bakteriofagu që paraziton vibrionin e kolerës (bakterin përgjegjës për sëmundjen e kolerës) ka treguar se virusi përvetëson sekuenca gjenetike që kodifikojnë për sistemin imunitar rudimental të bakterit, për ta shfrytëzuar në të ardhme kundër vet bakterit dhe pushtuar edhe varietetet/llojet/shtamet e vibrionit që normalisht janë rezistente ndaj fagëve.

Zbulimi në fjalë, i publikuar në revistën Nature (A bacteriophage encodes its own CRISPR/Cas adaptive response to evade host innate immunity), hedh sërisht në skenë mundësinë e përdorimit të bakteriofagëve, parazitëve të baktereve, për të luftuar mikroorganizmat që janë rezistentë ndaj antibiotikëve.

Bakteriofagët janë viruse, mjaft të përhapur, që parazitojnë bakteret. Mendohet se numri i tyre rrotullohet tek 1031. Për tu mbijetuar sulmeve të bakteriofagëve, pra viruseve që “hanë” bakteret, këta të fundit kanë zhvilluar gjatë evolucionit disa mekanizma mbrojtës; njëfarë sistemi imunitar.

Sistemi imunitar i baktereve në fjalë quhet CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeats)/Cas, dhe përbëhet nga disa sekuenca mukleotidike përkrah disa gjeneve që kodifikojnë për proteina të veçanta (Cas).
Këto sekuenca nukleotidesh, ky material gjenetik i baktereve, është përftuar nga gjenomët e fagëve apo plasmidëve pushtues, dhe mundëson krijimin e disa molekulave të vogla të ARN-së, falë të cilave bakteri, apo më saktë ky sistem imunitar i bakterit, mund të identifikojë në avenir tentativat e fagëve për të pushtuar bakterin. Identifikim dhe më pas luftë e suksesshme falë proteinave Cas.

Një bakteriofag

Një bakteriofag

Siç thashë më lart, bakteriofagët janë viruse që sulmojnë bakteret dhe i përdorin për tu riprodhuar, shumëfishuar. Kërkuesit kanë gjetur në disa mostra bakteriofagësh, të marra nga pacientë të prekur nga bakteri i kolerës në Bangladesh, gjenet që kodifikojnë për sistemin imunitar të bakterit, të shpjeguar më lartë.

Kuriozë nga ky fakt, kërkuesit “infektuan” mostra/kampione të Vibrio cholerae, që normalisht ishin rezistentë ndaj bakteriofagëve, me viruse (bakteriofagë) që përmbanin gjenet në fjalë dhe me viruse (bakteriofagë) të tjerë që nuk i përmbanin.

Rezultati ishte se në rastin e parë bakteret vdisnin, të vrara nga bakteriofagët, ndërsa në rastin e dytë mbijetonin dhe riprodhoheshin të pashqetësuar.

Rrjedhimi apo ajo çka del është se, gjenet e bakteriofagëve shërbenin për të sulmuar bakterin.

Për herë të parë, pra, vëzhgohet një virus, bakteriofag, që përdor një sistem imunitar.

Ideja që lind nga studimi është se këta bakteriofagë mund të përdoren si armë për të luftuar sëmundje, edhe pse si ide nuk është e re. Veçse tani jemi në dijeni të mekanizmit që përdor bakteriofagu.

(Studimi nga Andrew Camilli & co.)

Rinstinkt, mars 2013

———————————————

Themele të biologjisë evolutive (2) – Evoluimi i biomolekulave

Biomolekulat janë formuar nëpërmjet evolucionit kimik

Shfaqja e qelizës së parë…

Përbërjet kimike të organizmit tonë, gjenden në sasira mjaft të vogla në mjedisin rrethues. Aminoacidet dhe karbohidratet gjenden vetëm  në gjurmë të vogla në koren tokësore, në det apo në atmosferë. Që këtej lind pyetja: si mundën organizmat e parë, primitivë, që ishin njëqelizorë, të përftonin karakteristikat e njësive themelore?

Sipas një hipoteze, këto përbërje (komponime) u formuan nën shtysën e forcave të fuqishme atmosferike – si rrezatimet ultravjollcë, shkarkesat elektrike, apo shpërthimet vullkanike – mbi gazet e pranishëm në atmosferën e Tokës primitive, prebiotike, ose mbi tretësirat joorganike (inorganike) në rrymat e thella oqeanike të mbingrohura.

Kjo hipotezë u provua në një eksperiment klasik mbi origjinën abiotike të jetës (pra, origjina jo biologjike e jetës), nga Stanley Miller, më 1953, në laboratorin e Harold Hurey.

Eksperimenti i Millerit

Eksperimenti i Millerit

Milleri nënshtroi gazra, apo më saktë përzierje gazesh, si ato që gjendeshin në Tokën prebiotike – ndër të cilat: NH3, CH4, H2O dhe H2 – ndaj shkarkesave elektrike të prodhuara në një poç nga dy elektroda. Eksperimenti vazhdoi për më shumë se një javë. Më pas u analizua përmbajtja e poçit ku kishte (!) ndodhur reaksioni.

Pjesa (faza) gazoze e përzierjes origjinale përmbante CO dhe CO2, së bashku me përbërje nga të fillimit. Pjesa (faza) ujore  përmbante një sërë përbërjesh, përfshirë aminoacide, acide oksidrilike, aldeide dhe acid cianhidrik (HCN). Ky eksperiment, demonstroi  mundësinë e prodhimit (gjenerimit) abiotik të biomolekulave, në një kohë relativisht të shkurtër dhe në kushte mjaft minimale, krahasuar me ato që supozohen të kenë ekzistuar në Tokën primitive, abiotike.

Të tjera eksperimente, të zhvilluar me teknika më të sofistikuara, kanë treguar se, përbërje të tjera organike të pranishme në qelizat e gjalla, si polipeptidet apo molekula të ngjashme me ARN-në, mund të formohen në kushtet e eksperimentit të Miller-it.

Polimerët e ARN-së mund të veprojnë si katalizatorë në reaksione që kanë një rëndësi të veçantë biologjike; këta polimerë ARN-je me shumë mundësi kanë patur një rol parësor në evolucionin prebiotik. Rol, i kryer si katalizatorë dhe si ruajtës apo depozitues të informacionit (se si duhet të procedohet në reaksionet qelizore).

Rinstinkt, Mars 2013

Çfarë janë viruset?

Viruset

Në vitet 1500 p.e.s. dolën evidencat (provat) e para të pranisë së viruseve.

  • Deformimi i këmbës nga poliomieliti.
  • Shenja në fytyrë nga lia (sëmundja e lisë)

Virusi i parë që u identifikua ishte një Picornavirus, në vitin 1898

“…a piece of bad news enwrapped in a protein coat” (D. Baltimore)

 

Çfarë janë viruset?

Viruset janë…

… parazitë brendaqelizorë të detyruar.

Viruset nuk kanë informacion gjenetik që të mund të kontrollojë (kodifikojë për) aparatin e nevojshëm për gjenerimin e energjisë metabolike (ATPaza) ose për sintezën e proteinave dhe janë absolutisht të varur nga qeliza pritëse për kryerjen e këtyre funksioneve.

Bëhet fjalë për thërrmija të prodhuara nga asemblazhi (montimi) i komponentëve të paraformuar: nuk rriten dhe nuk ndahen (organizma të tjerë rrisin trupin e vet apo komponentët e vet dhe pastaj replikohen me anë të ndarjes).

Viruset mund të infektojnë kafshë, bimë dhe baktere. Viruset që infektojnë baktere quhen bakteriofagë (baktere ngrënës), edhe pse në realitet nuk bëjnë gjë tjetër veçse shkatërrojnë qelizat bakterore që infektojnë.

Përmasat relative të viruseve

  • Përmasat luhaten nga 20-30 nm deri në 300nm. 1 nm është baraz me 10-6 mm; pra një e milionta e mm.
  • Me mikroskopin elektronik vëzhgohen thërrmijat virale, ndërsa me mikroskopin optik vëzhfohen qelizat e infektuara.

Struktura dhe klasifikimi i viruseve

Viruset janë organizma sub-qelizorë (nënqelizorë) që janë të përbërë nga: acidi nukleik dhe një veshje proteinike (kapsidi).

Disa viruse kanë një veshje të jashtme, që qëndron mbi kapsid, që quhet envelope, peplos, mantel apo perikapsid.

Thërrmijat virale apo virionet paraqesin në sipërfaqen e tyre antireceptorë që njohin dhe lidhen me receptorët e pranishëm në qelizat shënjë.

Acidi nukleik

  • Fortësisht i paketuar në kapsid
  • ARN ose ADN
  • Me zinxhir tek apo dopio
  • I drejtë ose qarkor
  • I lidhur me jone me ngarkesë pozitive ose me proteina bazike (virale apo qelizore) për të neutralizuar ngarkesat negative të grupeve fosfat.
  • Ka nevojë për një primer për të filluar replikimin (dyfishimin): t-ARN si primer

Proteinat virale

  • Proteina funksionale që mundlësojnë replikimin e acidit nukleik viral (ADN apo ARN-polimeraza)
  • Proteina strukturale të brendatrupëzuara në thërrmijat e reja virale si përbërës të kapsidit apo si struktura të veçanta të pranishme në perikapsid (për shembull hemoaglutinina)
  • Proteina që ndryshonë disa funksione dhe struktura të qelizës pritëse
  • Proteina të bashkëlidhura me acidet nukleike
  • Proteina të matriksit apo proteina M

Kapsidi, veshja proteinike e virusit

  • Funksioni: mbrojtje, njohja e receptorëve, guidë për gjenomin drejt bërthamës.
  • Struktura: formim strukturash të rregullta duke filluar nga nënnjësi të çrregullta (pa simetri)
  • Struktura e kapsidit përcakton simetrinë e virusit: binare, helikoidale, ikozaedrike, komplekse.
  • Forcat që mbajnë apo lidhin sëbashku protomerët nuk janë kovalente.

Forma dhe përmasat e viruseve

Qëniet e gjalla u shfaqën për herë të parë në Tokë

Qëniet e gjalla u shfaqën për herë të parë në Tokë.

Provat nga fosilet më të lashta tregojnë se jeta ka ekzistuar në Tokë për më të shumën e historise së saj. Paleontologjistët në Australinë Perëndimore kanë zbuluar shkëmbinj të shtresëzuar të njohur si stromatolitë[1] që duket të kenë rezultuar nga veprimi i baktereve të paktën 3.4 miliard vite më parë, dhe fosile të cianobaktereve (alga blu-të gjelbëra) janë datuar si rreth 3.5 miliard vite të vjetra. Të tjera prova kimike sugjerojnë se jeta mund të këtë lindur shumë më përpara, brenda pak qinda milionë vitesh pasi sipërfaqja e Tokës u ftua përfundimisht. Të kuptosh se si filloi jeta është njëherësh një problem shkencor nxitës dhe i vështirë. S’ka prova fosile që të tregojnë për jetën më të vjetër se 3.5 miliard vite, të paktën ende nuk janë gjetur. Ri-krijimi i kushteve që cuan në lindjen e këtyre organizmave të vjetër është e vështirë sepse dihet shumë pak, në mos fare, mbi karakteristikat kimike dhe fizike të Tokës së hershme. Gjithsesi, shkencëtarët kanë qenë duke zhvilluar hipoteza se si organizmat vet-replikues mund të jenë formuar dhe mund të kenë filluar të evoluojnë, dhe kanë testuar mundësinë për të ndodhur të këyre hipotezave nëpër laboratorë.  ndërsa asnjë nga këto hipoteza nuk ka arritur të gjëjë konsensusin e plotë, disa progrese janë bërë mbi këto pyetje themelore.

Që prej 1950-ës qindra eksperimente laboratorike kanë treguar se përbërjet kimike më të thjeshta të Tokës, përfshirë ujin dhe gazet vullkanike, mund të kenë reaguar për të formuar disa nga njësitë molekulare themelore të jetës, si molekulat që përbëjnë proteina, ADN-në apo molekulat që përbëjnë membranat qelizore. Edhe meteoritet e ardhur nga hapësira e jashtëme (jashtë Tokës) përmbajnë disa nga këto njësi themelore, molekula bazë, dhe astronomët duke përdorur radio-teleskopë kanë gjetur dis anga këto molekula në hapësirën ndëryjore.

Që të mund të fillonte jeta duheshin plotësuar disa kushte, tre kushte. Së pari, grupet e molekulave që mund të ripordhonin vetveten duhet të takoheshin, të mbidheshin sëbashku. Së dyti, kopjet e këtyre asemblazheve molekulare duhet të shfaqnin variacion, në mënyrë të tillë që disa prej tyre të ishin më të afta në shfrytëzimin e rezurseve dhe në përballjen me sfidat e ambientit. Së treti, variacionet duhet të jenë të trashëgueshme, në mënyrë që disa variante të mund të rriten në numër në kushte ambientale të favorshme.

Ende asnjë nuk e di se cili kombinim molekulash takoi i pari këto kushte, por kërkuesit shkencorë kanë treguar se si ky proces mund të këtë punuar duke studiuar një molekulë të njohur si ARN. Kërkuesit, së fundmi, zbuluan se disa molekula ARN-je mund të rrisin shkallen e zhvillimit të disa reaksioneve kimike specifike, përfshirë replikimin e pjesëve të molekulave të ARN-ve të tjera. Nëse një molekulë si ARN-ja mund të riprodhonte vetveten (ndoshta me asistencën e ndonjë molekule tjetër, apo molekulave të tjera), ajo mund të krijonte bazat për jetën e një organizmi të thjeshtë. Nëse keto molekula vet-replikuese paketoheshin në fshikëza apo membrana kimike, ato mund të kenë formuar “protoqeliza” – versionet e para të qelizave të thjeshta. Ndryshime në këto molekula mund të shpinin në variacione, si për shembull, replikimi me eficient  në një ambient karakteristik. Në këtë mënyrë, seleksioni natyror do të mund të fillonte të operonte, duke krijuar mundësi (oportunitete) për “protoqelizat” që kishin inovacione, apo risi molekulare, në rritjen e kompleksietit.

Ndërtimi i një hipoteze (totalisht) të pranueshme mbi origjinën e jetës do të kërkojë që shumë pyetje të zgjidhen. Shkencëtarët që studiojnë origjinën e jetës nuk e dinë akoma se cilat sete me elementë kimike mund të kenë filluar të parat replikimin e vetvetes. Edhe nëse arrihet që, që  nga elementë të thjeshtë të  ndërtohet një qelizë e gjallë në një laborator, nuk do të thotë se natyra ndoqi të njëjtën rrugë miliarda vite me pare, në Token e hershme. Historia e shkencës tregon se edhe pyetje shumë të veshtira si ajo mbi mënyrën e lindjes së jetës bëhen të zgjidhshme si pasojë e avancimeve në teori, e zhvillimit të instrumenteve të reja dhe e zbulimit të fakteve të reja.


[1] Stromatolitët modern janë formuar nga organizma njëqelizorë; për nga struktura u ngjajnë shume strukturave te formuara nga disa prej gjallesave te par ate Tokës.