meqenese jemi ne kete teme po e hedh ketu permpledhjen e 2-3 shkrimeve te marre nga faqja "MjekesiaSot" mbi strukturen e ADN-s:
STRUKTURA E ADN-S : NUKLEOTIDET
Ne kete shkrim te pare mbi strukturen e ADN-s do te njihemi me elementet kryesore te struktures se saj qe jane nukleotidet. Do te flasim per strukturen e nukleotideve dhe do te permendim disa nga konceptet kryesore qe me pas do te merren ne analize.
Ne pothuajse te gjitha qelizat e trupit te njeriut gjendet materiali gjenetik. Nga ky rregull bejne perjashtim disa qeliza ku mund te permendim rruazat e kuqe te gjakut dhe qelizat e kristalit te syrit. Material gjenetik gjendet ne berthame (ku perben gjenomen berthamore) ose ne mitokondri (gjenoma mitokondriale). Emrat e ketyre acideve berthamore jane a
cidi deoksiribonukleik (ADN) dhe
acidi ribonukleik (ARN). Keto dy struktura ndryshojne njera nga tjetra si nga struktura edhe nga funksionet e tyre. Ndryshimi ne strukturen baze eshte mjaft i vogel por qe shoqerohet me ndryshime te medha per sa i perket menyres se si sillen keto acide. Keto elemente do te analizohen ne vijim ne shkrimet e ndryshme qe do te paraqiten. Ne kete shkrim te pare nuk do te merremi me shpjegimin e gjenomes per tia lene kete shkrimeve qe do te vijojne ne te ardhmen per shkak te kompleksitetit te saj. Fillojme me elementet perberese te materialit gjenetik dhe zbulojme disa detaje qe do te na ndihmojne me vone te kuptojme me mire strukturen 3D dhe funksionet.
ADN dhe ARN jane te perbere nga
nukleotidet. Cfare strukture kane nukleotidet?
Struktura e Nukleotideve
Nukleotidet qe formojne ADN dhe ARN jane :
Adenozin Trifosfati (ATP) ,
Guanozin Trifosfati (GTP) ,
Citozin Trifosfati (CTP) ,
Timidin Trifosfati (TTP) dhe
Uradin trifosfati (UTP). Kater nukleotidet e pare gjenden tek ADN ndersa tek ARN ne vend te TTP gjendet UTP. Pra, ne secilin prej dy acideve berthamore gjejme kater nukleotide. Per lehtesime ne paraqitje te ketyre nukleotideve, do ti hasni me shkronjat A,G,C,T dhe U. E gjithe gjenoma njerezore, qe permban rreth 3 miliard nukleotide, perbehet nga 4 nga keto nukleotide ne kombinime te ndryshme.
Struktura e Nukleotideve
Nese do te shperbenim çdo nukleotid ne pjese me te thjeshta atehere mund te themi qe secili prej tyre eshte i perbere nga nje sheqer pentoz (riboza) ne forme ciklike , nga nje baze e azotuar qe i jep edhe emrin nukleotidit (Adenine, Guanine, Citozine, Timine dhe Uracil) qe lidhet ne karbonin 1, dhe nga grupet fosfat qe jane ne numer nga nje deri ne tre (shih figuren). Tre grupet fosfat gjenden kur nukleotidi eshte ne forme te lire ndersa nje e vetme gjendet kur nukleotidi eshte i lidhur ne zinxhirin e ADN-s ose ARN-s. Grupet fosfat jane te lidhur ne karbonin 5. Nukleotidet e permendura me siper marrin emertimin deoksinukleotide nese karboni 2 i struktures se ribozes nuk permban grupin hidroksil (-OH). Kur nukleotidet nuk kane grupet fosfat, ato marrin emrin nukleoside.
Bazat e azotuara qe permendem me siper mund te ndahen ne dy grupe ne baze te numrit te unazave qe kane bazat perberese: Adenina dhe Guanina quhen
purina sepse ne strukturen e tyre kane dy unaza ndersa Citozina, Timina dhe Uracili quhen
piramidina dhe kane nje unaze ne strukturen e tyre. Keto ndryshime ne unaza jane te rendesishme per formen qe merr zinxhiri i nukleotideve ne strukturen e ADN-s dhe struktura e tyre tredimensionale eshte pergjegjese edhe per ciftet qe lidhen mes zinxhireve duke qene se jo te gjitha kombinimet mes nukleotideve jane te mundshme.
Riboza eshte sheqeri qe perben nukleotidet. Mund te themi qe paraqet themelin e nukleotideve. Te gjithe atomet e karbonit te kesaj strukture paraqesin rendesi te vecante. I marrim ne analize nje per nje dhe themi karakteristiken e tyre te vecante. Karboni 1 lidhet me bazen e azotuar dhe sipas bazes se azotuar merr edhe emrin nukleotidi. Karboni 2 eshte ai qe i jep edhe emrin acidit berthamor. Tek nukleotidet e ADN-s, ky karbon ka nje grup hidrogjen (-H) dhe per kete arsye merr emrin deoksiriboze ndersa tek ARN riboza ne ate pozicion ka nje grup hidroksil ( -OH). Ky ndryshim ne strukture i jep edhe emertimin acideve nukleik (acidi deoksiribonukleik dhe acidi ribonukleik). Karboni 3 eshte i rendesishem sepse paraqet nje nga skajet qe formon
lidhjen fosfodiesterike qe lidh nukleotidet ne te njejtin zinxhir. Karboni 4 permban nje grup hidrogjen ne njeren ane dhe nje grup metil (-CH3) nga ana tjeter dhe eshte pika ku struktura lidhet per te formuar unazen e ribozes. Grupi metil permban edhe karbonin 5 tek i cili lidhen grupet fosfat. Ky karbon eshte i rendesishem edhe per faktin se eshte skaji tjeter i lidhjes fosfodiesterike. Pra, lidhja fosfodiesterike kryhet mes grupeve te karbonit 3 dhe karbonit 5. Per kete arsye numrat e ketyre karboneve marrin rendesi te vecante dhe njihen me shenjat 3' (3 prim) dhe 5' (5 prim). Rendesia e tyre do te analizohet ne vijim kur te flasim per lidhjen fosfodiesterike si dhe per menyren se si zgjerohet zinxhiri i materialit gjenetik.
Strukturat qe permendem me siper besoj se nuk jane te reja ne mendjen e shume prej jush. Njera prej tyre konsiderohet si "monedha" e trupit. Adenozin trifosfati (ATP) eshte nje strukture qe perdoret per energji nga qelizat e trupit te njeriut ne shume funksione qe kryejne. Kalimi nga ATP ne ADP (Adenozin difosfat) dhe AMP (Adenozin monofosfat) shoqerohet me nje leshim energjie nga thyerjet e lidhjeve ndermjet grupeve te fosfatit. Ne te njejten kohe ADP dhe AMP kane funksionet e tyre si struktura individuale. Kjo e fundit mund te marre edhe nje forme tjeter ciklike (AMP ciklike, cAMP), nje strukture kjo qe merr pjese ne percimet e sinjaleve qelizore nga siperfaqja drejt zonave te brendshme te qelizes.
GTP merr pjese ne sekuencen e perçimit te mesazheve nga siperfaqja qelizore drejt brendesise dhe e kryen kete ne bashkepunim me struktura te tjera.
UTP mund te sherbeje si transportues grupesh fosfat ne reaksione te ndryshme ne trupin e njeriut, etj.
Pra,permbledhim serish me pika konkluzionet kryesore qe mund te nxjerrim nga ky shkrim:
1. Materiali gjenetik gjendjet ne berthame ose ne mitokondri.
2. Emertimi ADN ose ARN varet nga grupi funksional qe eshte i lidhur me karbonin 2 te struktures se ribozes.
3. ADN dhe ARN jane te perbere nga nukleotide.
4. Nukleotidet jane 5: ATP,GTP,CTP,TTP dhe UTP.
5.Nje nukleotid eshte i perbere nga nje baze e azotuar, nga nje sheqer (riboza) dhe nga grupet fosfat (ne numer nga nje deri ne tre).
STRUKTURA E ADN-S : LIDHJET
Ne shkrimin e pare mbi strukturen e ADN-s u perqendruam tek perkufizimi i acideve berthamore dhe perberesve te tyre baze qe jane nukleotidet [1]. Folem per strukturen e nukleotideve duke i shperbere ne pjese me te detajuara te tyre dhe duke folur per rendesine qe ka secila pjese. Ne kete shkrim te dyte do perqendrohemi tek menyra se si lidhen nukleotidet njeri me tjetrin ne te njejtin zinxhir dhe ndermjet zinxhireve.
Siç e permendem me pare, ADN dhe ARN jane nje sekuence nukleotidesh qe jane te lidhur me njeri tjetrin. Ku ndryshojne keto dy struktura njera nga tjetra? Pik se pari ndryshojne per grupin qe lidhet me karbonin 2 te ribozes. Tek ADN kemi nje grup hidrogjen (-H) gje qe i jep edhe emrin deoksiriboze kurse tek ARN kemi nje grup hidroksil (-OH). Por ky nuk eshte i vetmi ndryshim qe gjejme ndermjet ketyre dy acideve berthamore. Nje ndryshim tjeter ishte ne nukleotidet qe gjenden ne strukturen e tyre. Nderkohe qe tek ADN kemi adeninen (A), guaninen (G), citozinen (C) dhe timinen (T), tek ARN ne vend te timines kemi uracilin (U). Ky ndryshim eshte mjaft i rendesishem edhe per funksionet qe kane secili prej acideve.
Nje tjeter ndryshim eshte ne strukturen e zinxhireve. Ne shumicen e rasteve, ADN eshte nje strukture me dy zinxhire ndersa ARN eshte nje strukture me nje zinxhir. Ekzistojne perjashtime te ketij rregulli por qe per momentin nuk do ti marrim ne konsiderate. Ky fakt i jep nje sere karakteristikash te tjera secilit nukleotid dhe ne te njejten kohe do te na ndihmoje te kuptojme se pse eshte pikerisht ADN-ja acidi berthamor pergjegjes per trashegimin, dhe se ARN-ja eshte kryesisht pergjegjese per proçeset qe do te çojne ne formimin e proteinave.
Keto jane ndryshimet kryesore per sa i perket struktures. Thene keto, mund te perqendrohemi tek disa detaje te tjera te struktures se ADN-s.
LIDHJA FOSFODIESTERIKE
Folem per nukleotidet dhe nder te tjera permendem pozicionet 3' dhe 5' qe nuk ishin tjeter vetemse numri i karbonit ne strukturen e deoksiribozes (ribozes tek ARN). Rendesia e ketyre dy pozicioneve qendron pikerisht ne faktin se ndermjet nje karboni 3 te njerit nukleotid dhe karbonit 5 te nukleotidit tjeter do te formohet nje lidhje qe do te mbaje 2 nukleotide te bashkuara. Kjo lidhje merr emrin si lidhja fosfodiesterike. Lidhja fosfodiesterike kryhet ndermjet grupit te trete fosfat (qe eshte grupi me prane struktures se ribozes) i cili ndodhet i lidhur me karbonin 5 dhe grupit hidroksil ne karbonin 3. Nga kjo lidhje largohen 2 grupe fosfat nga pozicioni 5' dhe nje proton nga pozicioni 3' te cilet formojne pirofosfatin dhe ndermjet dy nukleotideve formohet ajo qe merrte emrin si lidhje fosfodiesterike. Duhet thene qe ky proces ndodh si ne rastin e zgjatjes se ADN po ashtu edhe te ARN. Keto proçese do te merren ne analize ne nje shkrim te ardhshem.
LIDHJET HIDROGJENORE
Lidhja fosfodiesterike nuk eshte e vetmja lidhje qe formojne nukleotidet njeri me tjetrin. Lidhja fosfodiesterike formohet kur nevojitet te lidhen nukleotide ne te njejtin zinxhir. Ekziston edhe nje lidhje tjeter qe lidh nukleotidet njeri me tjetrin por kur keto jane ne 2 zinxhire te ndryshem. Kjo lidhje merr emrin lidhje hidrogjenore. Rendesia e kesaj lidhje qendron ne faktin qe i jep nje stabilitet edhe me te madh struktures se ADN-s. Nese ndokush prej nesh mendon qe lidhja hidrogjenore eshte nje lidhje e dobet, atehere duhet te dije qe nga perllogaritjet e bera nese nuk do te ekzistonin lidhjet hidrogjenore ne strukturen e ujit, atehere ai do te ishte ne gjendje te avullt qe ne temperaturen -81 grade celcius.
Nukleotidet mund te formojne lidhje hidrogjenore ndermjet tyre dhe kete mund ta bejne fale ndihmes se atomeve te bazave te azotuara te cilat jane ne te njejtin plan. Numri i lidhjeve hidrogjenore qe jane te afta te formojne na shpjegon se pse nukleotidet nuk lidhen ne menyre te rastesishme ndermjet dy zinxhireve.
Lidhjet qe shohim tek ADN jane ndermjet Adenines dhe Timines dhe Guanines me Citozinen. Adenina eshte e afte te formoje 2 lidhje hidrogjenore nisur nga pozicioni qe merr ne hapesire dhe kjo ben qe ajo te gjendet normalisht e lidhur me nje Timine qe cila po ashtu mund te formoje 2 lidhje hidrogjenore. Nderkohe Guanina e cila mund te formoje 3 lidhje hidrogjenore lidhet me Citozinen e cila po ashtu mund te formoje 3 lidhje hidrogjenore. Lidhja hidrogjenore lehtesohet edhe nga stekiometria e strukturave ne hapesiren 3D sepse elementet qe do marrin pjese ne formimin e kesaj lidhjeje jane ne te njejtin plan dhe prandaj edhe lidhjet qe formohen jane 2 ne njerin rast dhe 3 ne rastin tjeter.
Tautomerizmat Keto-Enolike dhe Amino-Iminike
Nga ky rregull kemi edhe perjashtime. Ne disa momente te veçante nukleotidet mund te gjenden ne disa forma tranzicioni te tilla qe te mund te lejojne nje lidhje me teper ose nje lidhje me pak. Ne keto raste nuk gjejme çiftet e nukleotideve qe permendem me pare. Keto forma tranzicioni marrin emrin "
tautomerizma" (tautomerizma keto-enolike dhe amino-iminike). Kur marrin keto forma, ekziston rreziku i mutacioneve qe mund te ndodhin gjate ndarjes te cilat pastaj mund te ndryshojne sekuencen gjenike me pasoja te renda ne funksione.
Lidhjet fosfodiesterike dhe ato hidrogjenore jane pergjegjese edhe per formen qe merr helika e ADN-s dhe jane pergjegjese edhe per qendrueshmerine e struktures.
STRUKTURA E ADN-S : ZINXHIRET
Ne kete shkrim te trete te serise se struktures se ADN-s do te merremi me lidhjet e nukleotideve ndermjet zinxhireve dhe karakteristika te tjera te ketyre zinxhireve.
Lidhjet Ndermjet Nukleotideve te Zinxhireve te Ndryshem
Pasi qe folem per perberesit e ADN-s dhe menyren se si lidhen njeri me tjetrin dhe po ashtu lidhjet ndermjet zinxhireve vazhdojme me disa karakteristika te tjera qe ka struktura e ADN-s. Nese do te shihnim me kujdes menyren si jane lidhur nukleotidet njeri me tjetrin kuptoni qe Guanina lidhet gjithmone me Citozinen (perjashtojme ketu rastet e veçanta) dhe Adenina lidhet me Timinen. Ky eshte nje rregull i pergjithshem dhe ka perjashtime te rralla qe jane kryesisht mutacione dhe tautomerizmat qe permendem me pare. Kjo karakteristike e ADN-s merr emrin komplementaritet dhe eshte e rendesishme per faktin se duke njohur sekuencen e njerit zinxhir jemi ne gjendje te themi sekuencen ne zinxhirin tjeter. Po ashtu kjo karakteristike eshte e rendesishme edhe per proceset e dyfishimit te ADN-s. Ne momentin qe zbuluesit e ADN-s gjeten strukturen, nuk kaloi shume qe te kuptonin edhe se si kjo strukture te dyfishohet dhe kjo ide bazohet pikerisht ne kete karakteristike te ADN-s. E njejta karakteristike eshte pergjegjese per transkriptimin e ADN-s ne ARN. Ne te dy keto procese, enzimat qe marrin pjese perdorin ate qe do te jete zinxhiri origjinal dhe prej tij do te formojne kopjen.
Aplikimi i kesaj karakteristike ka bere te mundur edhe shpikjen e procedurave siç eshte PCR (eng. Polymerase Chain Reaction), me ane te se ciles mund te formojme shume kopje te nje segmenti ADN-je qe mund te nevojitet per te klonuar ose per te identifikuar. Detajet e metejshme te ketyre do kemi mundesine ti shtjellojme ne shkrime te tjera ne te ardhmen.
I rikthehemi edhe nje here karboneve 3 dhe 5 qe permendem ne shkrimin e kaluar.
Nese ju kujtohet thame qe karboni 3 dhe 5 ishin te rendesishem per faktet se jane pikat ku lidheshin nukleotidet njeri me tjetrin. Ne pozicionin 3 kemi nje grup -OH i cili kur bashkohet me nje nukleotid tjeter e leshon hidrogjenin dhe formon nje lidhje qe do te jete ndermjet oksigjenit dhe fosfatit te nukleotidit tjeter. Pozicioni 3 quhet 3' (3 prim) ne leximin e ADN dhe sa here qe degjojme kete duhet te kemi parasysh karbonin 3 qe kishte grupin -OH dhe qe lidhet me grupet fosfat.
Zinxhiret e ADN-s : Drejtimet dhe Pozicionet 5' dhe 3'
Nga karboni 5 fillojne grupet fosfat qe mund te jene deri ne tre grupe fosfat kur eshte ne formen xTP (x vlen per nje nga 4 bazat e azotuara) ose nje ne formen kur nukleotidi eshte i lidhur ne sekuencen e ADN-s. Ky quhet pozicioni 5' (5 prim) dhe kur permendet duhet te kemi parasysh karbonin nga fillojne grupet fosfat. Pra nese themi qe njeri segment i ADN ka drejtimin 5'-> 3' duhet te imagjinojme qe nukleotidi i pare ka pozicionin 5' te lire,ka bere lidhje me ane te pozicionit 3' me pozicionin 5' te nukleotidit te dyte dhe se nukleotidi i fundit ka pozicionin 3' te lire [figura me siper].
Ne figuren e paraqitur me poshte do te jeni ne gjendje te kuptoni edhe me qarte ate qe dua te shpjegoj: poshte ne te majten tuaj mund te vereni grupin grupi -OH eshte pozicioni 3' i lire dhe larte po ne te majten tuaj shihni qe pozicioni 5' ka 3 grupe fosfat dhe eshte i lire. Pra nese nesemi nga larte majtas ne drejtim poshta majtas kemi 5'->3'. Tani vini re ne te djathten tuaj : drejtimi eshte i kundert: 3'->5' nese nisemi nga larte djathtas ne drejtim poshte djathtas. Ketu futet nje loje nje tjeter koncept i struktures se ADN-s: zinxhiret e ADN-s jane me drejtime te ndryshme qe do te thote se jane antiparalel ne drejtim. Keto gjera jane shume te rendesishme. Thjesht te mendojme faktin qe enzimat qe ndihmojne ne formimin e zinxhirit te ADN njohin vetem nje drejtim dhe jo tjetrin!
Per nje moment mund tu duken qe keto koncepte jane disi te veshtire per tu kuptuar por te jeni te sigurte qe nje here qe i kuptoni, do te jete shume me e lehte per te kuptuar elementet qe do te vijne me vone ne shkrimet e tjere mbi ADN-n. Keto koncepte qe po shpjegohen do tu bejne edhe me te lehte te kuptoni se si dyfishohet ADN-ja dhe se si perdoret ajo ne proceset e ndryshme!
Kam shpjeguar deri tani nukleotidet,si lidhen njeri me tjetrin dhe si lidhen ne zinxhiret e ndryshme, konceptin e komplementaritetit, pozicionet 3' dhe 5'. Mbaruam? Sinqerisht do te me kishte ardhur keq nese do te ishte kaq informacioni qe mund te merret nga struktura e ADN me llogarit qe eshte struktura baze e qelizes.
Perpara se me vazhduar me formen 3D qe merr ADN-ja , pyetjet qe mund ti parashtrojme vetes jane:
-Si mund te mblidhen 1.8 meter ADN (kaq eshte afersisht gjatesia totale e 46 kromozomeve te njeriut) brenda nje berthame qelizore qe shkon ne permasat e mikronit?
-Si eshte e mundur qe vetem 5 % e ADN perdoret dhe pjesa tjeter eshte "mbeturine" (Shenim: Ky shkrim qe po lexoni eshte konceptuar per here te pare ne fillim te vitit 2005 dhe tani mund te themi qe koncepti "mbeturine" eshte lene pas dore sepse u vertetua qe ekzistojne disa nivele shume me te larte kontrolli qe ndodhen pikerisht ne ate qe me pare quhej "mbeturine" keshtu qe pyetja qe po lexoni ishte nje pyetje qe mund te behej ne vitin 2005)?
-Si eshte e mundur qe ADN nuk perdoret ne çdo moment dhe si arrijne enzimat ta perdorin ne momentin qe duhet?
-Si eshte e mundur qe njeri kromozom X tek femrat qendron i çaktivizuar ne saje te nje mekanizmi qe quhet imprinting, pse ndodh dhe çfare sjell si pasoje (koncept edhe ky pjeserisht i sakte per arsye qe do ti permendim ne shkrime te ardhshme)?
-Sa shkalle paketimi ka ADN ne berthame dhe çfare bejne keto?
-Si kontrollohet perdorimi i ADN-s dhe çfare fshihet pas konceptit te epigjenomes?
Keto dhe pyetje te tjera mund ti parashtrojme ne keto momente. Siç mund te vini re, konceptet jane ne evolucion te shpejte dhe kjo per shkak te numrit te madh te te dhenave qe mblidhen dite pas dite dhe qe bejne te rikonsiderojme dijen qe kemi rreth ADN-s.
Ne shkrim ne vijim do perpiqemi te kerkojme pergjigjet per pyetjet qe jane kryer me siper dhe te futemi edhe ne detaje te tjera! Shkrimi tjeter i serise se struktures se ADN-s do na beje te dalim nga elementet perberes dhe do marre ne analize strukturen e helikes dhe format e paketimit te ADN-s.
Keto jane shkrimet qe jane publikuar deri tani mbi strukturen e ADN-s. Ne te ardhmen parashikohen shkrime te tjera qe fillimisht do hidhen ne faqe dhe me pas do i sjell edhe ketu ne kete teme 
