venerdì 13 gennaio 2012

Struktura e ADN-s : Helika

Pasi qe folem per konceptin e acideve berthamore, strukturen e nukleotideve, lidhjet ndermjet tyre dhe zinxhiret, tani perqendrohemi tek nje nivel me tej: Helika e acideve berthamore!

Do te perqendrohemi kryesisht tek ADN-ja e cila formon nje helike mjaft interesante dhe nga shpjegimi i kesaj helike do te nenkuptojme edhe disa gjera te tjera qe do te jene te nevojshme per shkrimet e mevonshme te gjenetikes.



Treguam qe nukleotidet lidhen ndermjet tyre me ane te lidhjeve fosfodiesterike duke formuar keshtu zinxhiret dhe zinxhiret lidhen ndermjet tyre me ane te lidhjeve hidrogjenore. Keshtu ADN-ja formon nje dyshe zinxhiresh. Kjo dyshe zinxhiresh ne hapesiren 3D formon nje helike.

Ne fillim nuk mendohej qe ADN-ja mund te ishte ne formen e helikes pamvaresisht se Rosalind Franklin kishte arritur te merrte imazhe nga brendesia e ADN-s qe tregonin disa te dhena qe mund te ishte ne forme helike. Ajo kishte arritur te tregonte nje periodicitet 3.4 Armstrong (A) qe me pare ishte verejtur nga Astbury dhe qe ne nje fare menyre tregonte qe struktura e ADN-s mund te ishte nje forme helike. Ajo nuk arriti te jepte nje model perfundimtar per keto rezultate. Nderkohe Pauling, qe kishte analizuar punen e Astbury dhe te tjereve kishte paraqitur modelin e gabuar te nje helike me 3 zinxhire.

Ishte modeli i Watson dhe Crick i publikuar ne revisten Nature ne vitin 1953 ai qe i dha fund sfides per zbulimin e struktures se ADN. Te dhenat erdhen kryesisht nga 2 burime: njera ishte studimet me rreze X mbi ADN (eng. X-ray diffraction) qe perdori Rosalind Franklin dhe e dyta ishte analiza e perberjeve te bazave ne materiale te hidrolizuara te ADN-s. 



Helika e ADN-s
(Imazhi nga Kjpargeter/Freepik)

Modeli qe paraqiten Watson dhe Crick paraqiste keto karakteristika:
- Dy zinxhire nukleotidesh qe rrotulloheshin ne nje aks qendror duke formuar nje helike dyshe qe rrotullohej djathtas (eng. right handed double helix).
- Dy zinxhiret ishin antiparalele ; dmth drejtimet e tyre 5' -> 3' ecnin ne drejtime te kunderta.
- Bazat e te dy zinxhireve ishin struktura te rrafshta qe ishin me kend 90 grade mbi aksin qendror dhe mblidheshin njera me tjetren me nje distance 3.4 A (0.34 nanometer) njera nga tjetra, ne brendesi te helikes dyshe.
- Lidhjet ndermjet bazave te zinxhireve te ndryshem ishte pasoje e lidhjeve hidrogjenore. Ne ADN mund te lidheshin vetem ciftet A-T dhe G-C.
- Nje rrotullim i plote i helikes ishte 34 A (3.4 nanometer) i gjate; prandaj ne brendesi te çdo rrotullimi te helikes kishte 10 çifte bazash.
- Ne brendesi te struktures shfaqeshin dy ngushtica (eng. groove), nje i madh qe kembehej ne vazhdimesi me nje te vogel gjate gjithe struktures se molekules.
- Helika dyshe kishte nje diameter 20 A (2 nanometer).

Te dhenat qe kishin Watson dhe Crick tregonin qe helika kishte nje orientim rrethrrotullimi djathtas (eng. right-handed helix) por duhet thene qe ekziston edhe nje forme tjeter ADN-ja, e ashtequajtura ADN-Z qe eshte ne nje fare menyre pasqyrimi i kesaj ADN-je dhe ka nje orientim rrethrrotullimi majtas.

Suksesi i modelit te Watson dhe Crick qendron edhe ne faktin qe ata ishin te sakte per sa i perket lidhjeve te bazave. Te dhenat qe kishte nxjerre Chargaff, tregonin qe kishte nje sasi Adenine (A) te njejte me Timinen (T) dhe nje sasi Guanine (G) te njejte me ate te Citozines (C). Watson dhe Crick treguan qe A lidhej me Tdhe G lidhej me C me ane te lidhjeve hidrogjenore qe sillnin stabilitet ne strukture ndermjet zinxhireve. Jane pikerisht keto lidhje qe i japin forme dy ngushticave, asaj te madhe dhe te vogel. Gjithashtu vihej re qe nje purine (A ose G) lidhur me nje pirimidine (C ose T) formonte nje diameter te helikes qe ishte rreth 2 nm, te dhena keto qe perkonin me studimet me rreze X.

Natyrisht pyetja qe ju duhej ti pergjigjeshin Watson dhe Crick ishte : pse nuk jane te mundura lidhje te tjera? Pergjigja eshte relativisht e thjeshte duke qene se lidhjet purine - purine dhe pirimidine - pirimidine do te ndryshonin kete 2 nm diameter qe paraqet helika dhe do te ulte qendrueshmerine e struktures ne hapesiren 3 dimensionale.

Gjithsesi, duhet te permendet qe kjo forme e ADN-s nuk eshte e vetmja. Ekzistojne edhe forma te tjera te ADN-s qe paraqesin karakteristikat e tyre. Forma qe paraqiten Watson dhe Crick ishte ADN-B dhe mendohet qe te jete forma me e rendesishme nga pikepamja biologjike.

Nje tjeter forme, ADN-A, qe gjendet ne kushte me kripe te larte dhe dehidrim, eshte me e mbledhur krahasuar me ADN-B. Nje rrotullim i plote i helikes paraqet 9 lidhje bazash dhe ka nje diameter 23 A (2.3 nm). Orientimi i kesaj ADN-je eshte e ngjashme me ADN-B (domethene rrethrrotullim djathtas). Ka dyshime nese kjo strukture mund te gjendet ne kushte fiziologjike.

ADN-C
qe gjendet ne kushte edhe me te larta dehidrimi, paraqet 9.3 cifte bazash per rrotullim dhe prandaj eshte me pak kompakte krahasuar me formen A. Diametri i helikes eshte 19 A (1.9 nm). Ndryshe nga forma A, forma C nuk i ka ciftet e bazave ne te njejtin nivel.

Format D dhe E, ndodhin ne helikat te cilave u mungon guanina ne perberjen e tyre. Ato kane edhe me pak cifte bazash per rrotullim; Forma D ka 8 baza per rrotullim, ndersa forma E, 7.

Nje forme tjeter, eshte ADN-Z, zbuluar ne vitin 1979. ADN-Z ka cifte bazash si forma A dhe B por ndryshon per karakteristikat e tjera. Paraqet nje orientim majtas (eng. left handed helix), diametri i helikes eshte 18 A (1.8 nm), ka 12 cifte bazash per rrotullim dhe ka nje forme zig-zag (nga ku edhe iniciali per emertimin). Nuk ka akoma nje bindje te plote nese mund te ekzistoje ne kromozomet e qenieve te gjalla.

Arritur ne kete pike kemi treguar strukturen e ADN-s. Te gjitha keto detaje jane mjaft te rendesishme per shkrimet ne vijim. Mjafton te permendim qe dyfishimi i ADN-s ndodh si pasoje e konceptit te komplementaritetit. Dihet sekuenca e njerit zinxhir dhe si pasoje i gjithe mekanizmi dyfishues i qelizes do ta njohe dhe do te formoje zinxhirin e ri bazuar ne ate te vjetrin. Gjithashtu, leximi i ADN-s behet bazuar ne sekuencat e saj dhe do te shohim qe vendosja e secilit nukleotid ka rendesine e vet, edhe nese ai ndodhet me mijera pozicione larg pikes se interesit. Shembujt nuk mbarojne ketu por mund te shihen ne cdo moment qe nevojitet perdorimi i ADN-s.

Ajo qe duhet te kuptojme eshte qe gjithsesi detajet e permendura ne shkrimet e mesiperme jane detajet kryesore dhe jane shmangur shume detaje te tjera qe perbejne nje interes te veçante per ata qe merren vetem me kete strukture ne kerkimet e tyre por qe pak interes mund te paraqesin per momentin per ne. Kemi mbaruar me detajet mbi ADN-n? Mund te them qe jo! Kemi arritur deri ne piken qe kemi shpjeguar formen 3dimensionale te ADN-s por akoma nuk i jemi pergjigjur pyetjes se si 1.8 m ADN-n mund te qendroje ne brendesi te nje berthame aq te vogel qelizore. Kemi shpjeguar nivelin e pare te mbledhjes se ADN-s qe eshte helika. Ne shkrimet ne vijim do te perqendrohemi tek koncepti i nukleozomeve, kromatikes, dhe ne fund kromozomeve qe formojne kariotipin.