Forcat elektrike në biologjinë molekulare, strukturën e ADN-së dhe replikim

Forcat elektrike në biologjinë molekulare, strukturën e ADN-së dhe replikim

Studimi i strukturës dhe funksionimit të një qelize së gjallë në nivelin molekular njihet si biologjia molekulare, disiplinë e cila së fundmi është bërë mjaft e rëndësishme për aplikimin (zbatimin) e ligjeve të fizikës.

Përderisa brendësia e një qelize përmban ujë, si përbërësin e saj thelbësor, mund ta mendojme si nje det me molekula ne lëvizje të vazhdueshme (si në teorine kinetike) që përplasen me njëra-tjetrën duke zotëruar energji te ndryshme kinetike. Këto molekula veprojnë reciprokisht (me njëra-tjetrën) në mënyra të ndryshme, si për shembull: permes reaksioneve kimike (formim dhe shkëputje lidhjesh midis atomeve) dhe ndërveprimeve  më të dobeta ose lidhjeve që vijnë për shkak te tërheqjes elektrostatike mes molekulave.

Proceset e shumta qe ndodhin në qelizë, sot konsiderohen si rezultati i lëvizjes molekulare të rastësishme (termike) i lidhur me efektin e forcës elektrostatike.

Kjo që do të përshkruajme me poshte nuk është pare (ende) ne veprim. Është më shumë një model i asaj që ndodh bazuar në teori fizike dhe mbi një shumëllojshmëri rezultatesh eksperimentale.

Informacioni gjenetik që tejcohet nga breznia në brezni në të gjitha qeniet e gjalla përmbahet (gjendet) në kromozome, që janë të përbërë nga gjenet. Cdo gjen përmban informacionin e nevojshëm për të koduar një proteinë specifike.

Informacioni gjenetik që përmban një gjen asemblohet në molekulen kryesore që përbën kromozomin, ADN-në (acidi dezoksiribonukleik). Nje makromolekulë ADN-je është e ndërtuar nga një zinxhirr i gjatë molekulash të shumta të vogla, të njohura si bazat nukleotide. Vetëm katër tipe bazash janë të pranishme në këtë makromolëkulë: adenina (A), citozina (C), guanina (G) dhe timina (T).

ADN-ja e një kromozomi përbëhet nga dy zinxhirë të ndërlidhur në formë helike të dyfishtë midis tyre. Dy zinxhirët lidhen midis tyre me forca elektrostatike, që do të thotë tërheqje midis ngarkesave pozitive dhe negative. Adenina lidhet me timinën, në të njëjtën mënyrë guanina lidhet me citozinën. Kjo afërsi e madhe është e nevojshme për të siguruar forcën elektrostatike të nevojshme për të mbajtur të lidhura bazat për një periudhë të shkurtër,në mënyrë që të formohen ato që quhen ‘lidhje të dobëta’.

Foract elektrostatike midis A-T dhe G-C ekzistojnë për sa kohë këto molekula janë të ngarkuara elektrikisht në disa pjesë të tyre për shkak të elektroneve që orbitojnë për më shumë kohë rreth një atomi përkundrejt një tjetër atomi të vet molekulës. Për shembull, elektroni i atomit të hidrogjenit tek adenina, vendoset në  zonën orbitale ngjitur atomit të azotit, kështu N ka ngarkësë (-) ndërsa H (+). Atomi hidrogjenit të adeninës është i tërhequr nga atmi O(-) i timinës.

Kjo gjendje (figura) krijohet kur kromozomi dyfishohet (replikohet), pak para ndarjes qelizore. Në fakt, lidhja midis A-T dhe G-C garanton që informacioni gjenetik të tejcohet me përpikmëri në brezninë tjetër.

Procesi i replikimit jepet më i thjeshtuar. Dy gjysmat e helikës së dyfishtë të ADN-së ndahen (me ndihmën e enzimave; edhe këto veprojnë nëpërmjet  forcave elektrostatike) duke ekspozuar pjesët e ngarkuara të bazave të azotuara. Pa hyrë në detajet e fillimit të replikimit, shohim se si realizohet lidhja e saktë e bazave, duke u perqëndruar tek molekula e treguar me shigjetë, në filamentin e poshtëm në figurë. Ka shumë nukleotide të lira, të të 4 llojeve, që lëvizin në “lëngun” qelizor. Baza e vetme që do të shfaqi një tërheqje ndaj G do te jetë një T. Ngarkesat në bazat e tjera nuk janë të tilla që ti afrohen asaj të G, dhe kështu nuk do të këtë forcë të mjaftueshme tërheqëse mbi to; kujtojmë që forca zvogëlohet me rritjen e distancës. Në praktikë një bazë G nuk tërheq A, T ose vetë G; këto do të largohen nga forca lidhëse me molekula të tjera, para se enzimat t’i ngjitin në zinxhirin që po formohet. Por forca elektrostatike do të mbajë të lidhur një C pranë një G për mjaft gjatë sa të lejojë një enzimë të lidhi C në ekstremitetin në rritje të zinxhirit që po formohet. Në këtë mënyrë mund të kuptojmë që forca elektrostatike, jo vetëm mban te lidhur dy zinxhirët, por vepron edhe duke zgjedhur bazat saktë, në rendin e duhur gjatë replikimit.

Filamenti 4 ka të njëjtën vijimësi bazash si filamenti i vjetër 1 dhe filamenti i ri 3 si filamenti i vjetër 2. Kështu dy helikat e reja 1-3 dhe 2-4 janë identike të helikës origjinale 1-2. Frekuenca  e gabimeve (vendosje e gabuar e bazave të azotuara) është e rendit  104 [dhe bëhet edhe me e vogël, 1 në 108 apo 109, për ndërhyrjet e mekanizmave enzimatikë të tipit “korrigjim draftesh dhe riparim”]. Gabime të tilla përbëjnë (janë) mutacione spontane (të vetvetishme) dhe një ndryshimi mundshëm i disa karakteristikave të organizmit. Është e rëndësishme për mbijetesën e organizmit, që frekuenca me të cilën ndodhin këto gabimeve të jetë e vogël; por një numër i vogël gabimesh duhet të ndodhin gjithsesi, në mënyrë që të vëprojë akoma evolucioni(që mund të ndodh vetëm përmes mutacioneve).

Ky proces replikimi duket  sikur zhvillohet në mënyrë mekanike, sikur cdo molekulë të dinte rolin  e saj dhe të shkonte në vendin e caktuar. Por nuk është kjo që ndodh. Forcat tërheqëse midis molekulave janë të dobëta dhe forcohen vetëm kur ato afrohen me njëra-tjetrën, për të formuar shumë lidhje të dobeta.

Në fakt, nëqoftësë strukturat nuk janë përplotësuese praktikisht nuk krijohen forca(t) elektrostatike midis tyre. Koncepti më i rëndësishëm për t’u kuptuar është që qeliza ka shume molekula, por vetëm ato me formë të përcaktuar (përshtatshme) do të qëndrojnë afër zinxhirit në formim e sipër. Kështu për shkak të lëvizjes rastësore të molekulave, forcat elektrostatike veprojnë për të krijuar rregull nga kaosi.

© Rinstinkt

————————————————————————–

Funksionet e ADN-së dhe ARN-së; Transkriptimi dhe Translatimi i informacionit gjenetik; Mutacionet e Gjeneve

Acidi dezoksiribonukleik (ADN) është materiali që mban udhezimet e trashëgimisë në bërthamën qelizore. Ai formohet nganennjesi te quajtura nukleotide. Te gjitha nukleotidet formohen nga një sheqer me pesë atome karboni (dezoksiriboz) dhe një grup fosfat. Gjithashtu, ato (nukleotidet) kanë një nga katër bazat eazotuara; bazat e azotuara janë: adenina,guanina, citozina, dhe timina.

Ne një molekule ADN-je, dy vargje nukleotidesh përdridhen sëbashku ne një strukturë të veteme duke formuar një helike të dyfishtë, dyvargeshe. Dy vargjet lidhen midis tyre me anë të lidhjeve hidrogjenore qeë formohen midis cifteve të bazave. Bazat në strulturën e ADN-së ciftezohen sipas një rregulli te caktuar, të induktuar nsa sktruktura kimike e bazave të azotuara: adenina e njerit varg ciftëzohet gjithmone me timinën e vargut perballe (A – dy lidhje hidrogjenore – T) dhe guanina lidhet me citozinen (G – tre lidhje hidrogjenore – C).

ADN-ja ka aftesi tedyfishohet. Fillimisht te dy vargjet e helikes se dyfishte shperdridhen duke undare nga njeri tjetri. Me pas, per secilin nga vargjet formohet një varg i riduke ndjekurrregullat e perplotesimit ose komplementaritetit. Ne kete menyre formohen dy helika te reja dyvargeshe, ne cdonjeren prej te cilave njeri vargështë “i vjeter” dhe tjetri “i ri”. Dyfishimi i ADN-së është një proces qekryhet nen veprimin e disa enzimave.

Rruga qe shkon ngainformacioni i ADN-së deri ne prodhimin e proteinave mund te permblidhet sipas kesaj skeme:

ADN (kopjim) –> ARN (përkthim) –> Proteina

Ne hapin e pare ose kopjimi, një zone e caktuar e njerit prej vargjeve te helikes se dyfishte te ADN-së sherben si baze per formimin e një vargu ARN-je. Vargu i ARN-së i formuar ne kete menyre është perplotesues me ate pjese te vargut e ADN-së prej te cilit është kopjuar informacioni. (Tek ARN-ja në vend të bazës së azotuar timinë gjendet baza e azotuar Uracil.)

Në hapin e dytë informacioni i kopjuar në formën e ARN-së “përkthehet” ne renditje aminoacidesh në vargun polipeptidik. Në këtë proces marrin pjese tre klasa ARN-je: mARN (ARN mesazhere), tARN (ARN transporti) dhe rARN (ARN ribozomiale) si dhe ribozomet. Gjithashtu, janë te pranishme shumë enzima me rolet përkatëse të llojllojshme. Përkthimi fillon me bashkimin e dy nënnjësivete ribozomit, tARN-së përkatëse dhe vargu të mARN-së të kopjuar nga një zonë ecaktuar e ADN-së. Vargu polipeptidik zgjatet ndërkohë që tARN-ja vendos aminoacidet ne ribozome në bazë të informacionit të mARN-së. Përkthimi ndalon kur ribozomi gjen një kodon të ashtuauajtur stop.

Marrëdhenia midis një renditje te caktuar nukleotidesh të ADN-së ose mARN-së dhe një renditjeje të aminoacideve në vargun polipeptidik përbën atë që quhet kodi gjenetik.

Një renditje e nukleotideve që lexohen sipas një grupi treshesh, e quajtur kodon.  Treshja përplotesuese perkatese e tARN-së quhet antikodon.

Ne pergjithesi, udhezimet per ndertimin e proteinave ne ADN ruhen nga njëri brez në tjetrin. Kryqkëmbimi dhe rikombinimi, ndryshimet në strukturen ose ne numrin e kromozomeve si dhe mutacionet gjenetike mund të ndryshojnë pjesë të caktuara të materialit gjenetik, e si pasojë të kornizës së leximit të informacionit. Për shembull një delecion, një shtim apo një zëvendesim i një ose me shumë bazave te azotuara ne renditjen e nukleotideve te një gjeni mund të shkaktoje një alteracion që quhet, pra mutacion gjenetik. Disa ngamutacionet gjenetike mund te shkaktohen nga faktore mjedisorë, te cilet sulmojne molekulat e ADN-së dhe ndryshojnë strukturen e saj. Disa viruse me enzimat përkatës, rrezatimi UV dhe disa perberes kimike janë shkaktare te mutacioneve. Elementët kimikë që shkaktojnë mutacione quhen mutagjenë.

—————————————————————————————