Izadi Jakintza»Izadi jakintza

DNA

LABURPENA: Azido desoxirribonukleikoa batez ere zelularen nukleoan agertzen den izaera azidoko molekula bat da, eta nukleoan agertze horretatik datorkio nukleiko izena. Bere zeregin nagusia izaki biziek behar duten informazioaren gordailu izatea du.
Azido dexoxirribonukleikoak azukre bat (desoxirribosa), lau motako base nitrogenodunak eta azido ortofosforikoa ditu osagai. Pentosa (azukrea) eta base nitrogenoduna elkartu egiten dira eta nukleosidoa eratzen dute horrela. Bi gai horiei azido ortofosforikoa gehitzen zaienean, berriz, nukleotidoa osatzen da; hori da, hain zuzen, DNAren oinarrizko banakoa. Nukleotidoek fosfatozko eta pentosazko katea luzeak eratzen dituzte, eta baseak katea horietatik zintzilik egoten dira.DNA molekula era horretako bi kateaz dago osatua. Katea bateko baseak beste kateakoekin lotuta daude, zurubi baten mailak balira bezala; multzo osoak bere ardatzaren inguruan bira egiten du, zurubi kiribil baten gisara. Zurubi itxurako egitura hau proteinekin elkar daiteke eta askoz ere egitura konplexuagoak osa ditzake horrela.
Askotan entzun ohi dira “odol berekoak dira”, “odol-garbia da” eta gisa honetako esaerak.
Esaera hauek agerian uzten dute badela belaunaldiz belaunaldi transmititzen den informazio bat; informazio horri esker dute elkarren antza familia bereko kideek. Antzin aroan informazio horren transmisioa odolaren bidez gertatzen zela uste izan zen, baina XIX. mendean transmisio horren eragilea izendatzeko karakter hitza erabiltzen hasi ziren zientzialariak (Mendel eta Darwin esaterako), abeltzaintzan eta nekazaritzan adituak eta, orobat, etxe abereen hazleak (zakur, katu eta uso hazleak esaterako), nahiz eta zehazki ez jakin belaunaldiz belaunaldi heredatzen zen material hori non zegoen gordeta.
Mikroskopia eta laboratorioko teknikek aurrera egin ahala, zelularen barnean kromatina izeneko material bat aurkitu zen (zelula eukariotoen nukleoan eta zelula prokariotoen barnean). Material hori zelula eukariotoen ugalketan trinkotu egiten da eta kromosa izeneko egitura konplexu batzuk sorrarazten ditu. Zelularen nukleoa metabolismoaren gidaritzat hartzen zenez, eta izaki guztiak (bai izaki zelulabakarrak eta bai izaki zelulanitzak) jatorrizko zelula batetik zetozela onartzen zenez, nukleoan gordeta dagoen materiala hartu zen herentziaren giltzarritzat.
Kromatinaren azterketa egitean egitura hau bi molekula motaz osatua zela ikusi zen: proteinak (histonak edo protaminak) zituen batetik, eta ezaugarri kimikoen arabera gai azidotzat har daitezkeen gai batzuk bestetik. Gai azidoak zelularen nukleoanagertzen ziren, oro har, eta hori dela-eta azido nukleiko izena eman zitzaien. Bi azido nukleiko aurkitu ziren, azido dexoxirribonukleikoa (DNA) eta erribonukleiko azidoa (RNA). Zelularen nukleoan lehenengo motako azido askoz gehiago zegoen bigarren motakoa baino.
Zientzialarien logikari jarraituz, esan daiteke proteinak oso gai ugariak direla organismo bizien zeluletan, eta beraz ez dirudi horiek direnik informazio transmisioaren eragileak, oso zeregin espezifikoa baita hau.
Gai berezituagoak izango dira, seguru asko, zeregin hori betetzen dutenak; azido nukleikoa izan daiteke gai berezitu horietako bat.
Bi azido nukleiko motetatik, DNA aldaera nukleoan bakarrik gertzen da eta RNA, berriz, zelularen zitoplasman ere ager daiteke; horrenbestez, pentsa daiteke DNA dela informazioa transmititzeko zeregina betetzen duen gaia.
Logika berari jarraituz, halako zeregin bat bete ahal izateko gai horren molekulak bete beharko lituzkeen ezaugarrien azterketa egitea litzateke hurrengo urratsa; azterketa hori egin ondoren DNAk ezugarri horiek betetzen dituela ikusten bada, gai hori hartuko da informazio transmisioaren erantzuletzat.
Informazioa garrantzi handiko zera da; ordenagailuetan, esaterako, garrantzizkoena ez da disketea edo disko gogorra (euskarria; ehun pezetatik hasi eta milaka batzutarako preziokoak aurki daitezke), baizik eta informazioa bera (programa; milioika pezeta balio dituzten programak badira). Beraz, molekula transmisoreak bizi iraupen jakin bat izan beharko du eta ondorengoei gurasoen kopia berdin-berdinak emateko ahalmena izan beharko du (ordenagailuen adibideari jarraituz, ez dadin gerta diskete edo disko gogor merkexea erosteagatik programa bera hondatzea, edo kopiak irakurtzeko modurik ez izatea egun gutxiren buruan). Bestalde, izaki biziak, makinak ez bezala, aldatu egiten dira (eboluzioa, eta horren ondoriozko egokitzea). Informazio genetikoa transmititukoduen molekulak, hortaz, ahalmena izan beharko du izaki biziaren eboluzio prozesuetara egokitzeko ere.
Aipagarria da, orobat, informazioa transmititzeko kodeak erabiltzen direla beti (idazketa, irudiak, hotsak…, kode genetikoa); kode genetikoak gertaera soil bat ematen du aditzera, alegia molekularen baitan zerbait aldatu beharko da informazio edo sektore desberdinak bereiziko badira. Molekula homogeneo batean mezu bakar bat irakurri eta transmititu ahal izango da.
Laboratorioan DNA aztertzean, ondoko osagaiak dituela ikusi zen: azido ortofosforikoa (H 3 , PO 4 ), base nitrogenodun izeneko molekulak eta desoxirribosa (pentosa motako azukrea) (1. irudia).Base nitrogenodunak beren formulan nitrogeno atomo aski izatea ezaugarri duten gai organikoak dira. Bi motako baseak bereizten dira: purikoak eta pirimidinikoak.
Base purikoak elkarri loturiko bi eraztunez osatuta daude, eta purina izeneko gaiaren antza dute. Sail honetan bi gai elkartu daude: adenina eta guanina. Base pirimidinikoek eraztun bakarra dute, eta pirimidina izeneko molekularen tankeratsukoak dira.
Kasu honetan ere bi molekula mota bereizten dira: zitosina eta timina. Badira beste base batzuk familia horietan, baina ez dira aurrekoak bezain ugariak azido nukleikoetan: era honetakoei “base arraro edo txiki” esaten zaie. (2. irudia).
Hala ere, orain arte aipatutakoak gai aski arruntak dira izaki bizietan, beraz, haien osaera kimikoak ez du azaltzen molekulari egotzi zaizkion zeregin konplexuak betetzeko gaitasuna izatea. Zein da, beraz, gakoa? Zalantzarik gabe, molekularen baitan bere osagaiek duten kokaera, hots, egitura.

DNAren osaera eta egitura

Egituraren lehen mailari dagokionez, base nitrogenodunari desoxirribosa lotzen zaio lotura glukosidikoaren antzeko lotura batenbidez, baina kasu honetan base nitrogenodunaren amino taldeak parte hartzen duenez, N-glukosidiko lotura esaten zaio (3. irudia); base purikoen bederatzigarren tokiko aminotaldearen, edo primidinikoen lehenaren, eta bere taxukeragatik nabarmenagoa den –eta beraz pentosan erradiaktiboena den– alkohol taldearen artean (1. zkian.) gertatzen da lotura. Elkarketa horretan sortzen den molekulari nukleosido esaten zaio.
Nukleosidoari azido ortofosforikoa lotzen zaio esterifikazio bidez. Esterifikazioa pentosan aske geratzen diren alkohol taldeetako edozeinekin gerta daiteke; hala ere, aske gertatzen den alkohol talde nagusia eta erreaktiboena 5. tokikoa da (4. irudia). Elkarketa honen emaitza nukleotido izeneko molekula da, DNAn dagoenez desoxirribonukleotido izenaz ere ezaguna.
Nukleotido batzuk arraroak dira, ez beren osaeragatik, baizik eta fosfato talde bat baino gehiago dutelako edo fosfato taldea posizio bat baino gehiagotan dutelako elkartuta.
Lehenengoetakoak dira koentzimak eta energia-garraiatzaileak. Bigarren sailean daude AMP ziklikoa eta GMP ziklikoa, hormona jakin batzuen jardueran bitartekari gisa dihardutenak; esaterako, 5-difosfato 3’gunanosina difosfatoa (ppGpp) eta 5’-trifosfato-3-gunanosina difosfatoa (pppGpp), bakterien gen jakin batzuen transkripzioan parte hartzen dutenak.
DNAren osagai nagusiak nukleotidoak dira; hau da, nukleotido askoren elkarketak eratzen du DNA. Nukleotido baten pentosako 3. karbonoko alkohola beste nukleotido baten azido fosforikoak esterifikatzean lotzen zaizkio elkarri nukleotidoak (5. irudia). Horrela, pentosa eta azido ortofosforikozko katea luzeak eratzen dira, katea horietatik “zintzilik” gelditzen direla base nitrogenodunak.Orain arte esan denarekin argi gelditu da DNA gai dela molekula informatiboaren zeregina betetzeko. Molekularen bizi iraupena bere osagaien arteko loturek bermatzen dute, izan ere lotura kobalente indartsuak dira molekula osatzen dutenak. Kodeak ahalbidetzen duen aldagarritasuna molekula osatzen duen kateako baseen txandaketak adierazten du; horrela, gizakiaren DNA 5,6 10 18 nukleotidoz osatua da, beraz, 4 5600000000000000000 konbinazio posible daude.
Heterogeneotasun hori nahikoa da edozein mezu jasotzeko. Aldagarritasunari eta eboluzioari dagokionez, nukleotido bakarraren sekuentzian aldaketa txiki bat gertatzea aski da azken mezua (DNA) aldarazteko.

DNAzko helize bikoitza

DNAk ez ditu, itxuraz, katea polinukleotidiko soilak osatzen. Ondorio hori molekularen osaera aztertzean atera zen, guanina eta zitosina kopurua ia berbera zela eta adenina eta timina artean ere baliokidetasuna zegoela ikusi zelarik. Chargaff eta Davidsonek egin zuten aurkikuntza hori, eta hori dela eta “Chargaff eta Davidsonen lege” deitu zaio baseen arteko egokitasunari. Egokitasun hori ondoko erlazio matematikoen bidez labur daiteke:T = A; G = A/T = 1 G/C = 1Horrez gainera, molekularen dentsitatea eta, bereziki, likatasuna kalkulatu zenaz bestelakoak zirela ere ikusi zuten; uste baino lodiagoak ziren kateak, eta espazioan egiturajakinak eratzen zituzten. Uste izatekoa da nukleotidoek ez zutela hemen azaldu den bezala erreakzionatzen elkarrekin. Loturetan aske gelditzen diren talde erreaktiboen arabera, loturak hidrogeno zubi motako lotura ahulak dira.
Hipotesi hori X izpien difrakzioaren teknika erabiltzen hasi zenean egiaztatu zen. Teknika horretan, oso zatiki txikiez bonbardatzen da (energia handiko elektroiez) DNA eta zatikien molekula zeharkatu ondoren eratzen diren irudiak interpretatzen dira.
Elektroien eta molekularen atomoen arteko talken, erakarpenen eta aldentzeen ondoren nola desbideratzen diren elektroiak, halako irudia eratuko da, eta irudi horrek adieraziko du zer kokaera duten atomoek espazioan.
Adituek bakarrik erabil dezaketen teknika konplexu honi esker jakin zen DNA 20 Å-ko diametroko zuntz bat dela (1 Å = 10-10 m), eta zuntz horretan “zerbait” errepikatzen zela 3,4 Å-ero, eta beste “zerbait” 34 Å-ero.
Watson eta Crikek 1953an egin zuten aurkikuntza hori, DNAren egitura sekundarioa azaltzeko helize bikoitzaren eredua prestatu zutenean.
Bi zientzialari horien hipotesiaren arabera, bi katea daude, bata bestearen aurrean. Katea polinukleotidiko hauetako bakoitza pentosa batez eta azido ortofosforikoz dago osatuta, eta base nitrogenodunak kateen barnealdera begira gelditzen dira. Kateak elkarri buruz antiparaleloan jarrita daude; hots, katea bakoitzak azido ortofosforikoak esterifikatu gabeko pentosaren hirugarren karbonoa du mutur batean, eta bestean esterifikatu gabeko 5. karbonoa (6. irudia). Horregatik da harizpi lodia, 20 Å diametrokoa.Katea biak elkarren osagarri dira, hau da, adenina baten aurrean timina bat dago eta zitosina baten aurrean guanina bat. Baseen bidez gelditzen dira elkarri lotuta bi kateak; baseak barnealdera begira daude eta hidrogenozko bi zubi eratzen dituzte lehenengo kasuan eta hiru zubi bigarren kasuan.
Horregatik dira berdintsuak base bikoteen kopuruak; gainera, bi zikloko base bat (base purikoa) ziklo bakarreko batekin (pirimidinikoa) elkartzen da beti, eta horrela harizpiak hiru ziklo izango ditu beti. Hau da, zabalera bera du gune guztietan.
Katea bakoitzaren egitura osatzen duten lotura kobalenteen aurrean kateak hidrogenozko zubiz elkartuta egoteak (lotura ahulak) lehenengo motako loturak nahiko erraz haustea dakar; horrek esan nahi du bi kateak nahikoa erraz bereiz daitezkeela bata bestetik, eta hori garrantzi handiko gertaera da DNAk eragiten dituen bikoizketa (edo errepikapen) eta transkripzio fenomenoetan.
Zergatik errepikatzen dira elementuak harizpiaren barnean? Watson eta Crickek azalpen hau eman zuten: bi kateek helize edo kiribil bat eratzen dute; zurubi kiribil baten gisara, mailak hidrogenozko zubiz lotutako baseak lirateke, eta elkarren ondoko bi maila edo baseen arteko distantzia 3,4 Å-koa litzateke. Bestalde, helizeak erloju orratzen zentzuan (dextrogiroa) biratzen du bere ardatzaren inguruan, bira osoa emanez 34 Å bakoitzeko; hori da molekulan errepikatzen den beste patroi bat.
Gaur egun helize bikoitzaren hiru aldaera bereizten dira (7. irudia):B forma: Watson eta Crickek deskribatu zutenarekin bat dator. Baseak plano horizontalean daude eta helizeek erloju orratzen norabidean egiten dute bira.
A forma: Hau ere dexotrogiroa da, baina baseak molekula ardatzarekiko plano makurtuan daude. B forma lehortzen denean eratzen da forma hau. Ez da sekula halakorik aurkitu organismo bizietan edo zelula lagin fresko eta aldagabeetan.
Z forma: molekularen biribilketa erloju orratzen kontrako norabidean gertatzen da (lebogiroa). Bestalde, bien arteko distantzia irregularra da, aurreko bi formetan ez bezala, eta horrek Z baten itxura ematen dio molekulari. Horrez gainera, baseak apur bat makurtuta daude molekula ardatzaren plano elkarzutari buruz.Forma hau zitosina-guanina base pare asko dagoen DNAren guneetan aurkitu da.
Gaur egungo genetika ikertzaileek transkripzioa bideratzen duten entzimen finkapenerako seinale gisa hartzen dute; entzimak gune horietan finkatuko dira eta gune horietatik abiatuta egingo dute beren lana.

DNAren bete egitura maila batzuk

Atal honetan birusen, organismo prokariotoen eta organismo eukariotoen material genetikoen bereizketa egin beharra dago.
- Birusak Birusetan, eta salbuespen bat da gertaera hau, katea bakarreko DNAk aurki daitezke, bai lerro formakoak eta bai zirkulu formakoak.
Bi kateaz osatutako DNA lerro formakoa izaten da beti (8. irudia).- Prokariotoak Prokariotoetan DNA aske agertzen da beti, hau da, ez dago proteinekin lotuta.
Helize bikoitzeko harizpi zirkular bakarraz du osatua bere egitura: bakteria kromosoma esaten zaio harizpi horri. Beste zati batzuk ere ager daitezke, zirkularrak baina aurrekoan baino txikiagoak: hauei episoma deritze.
DNAren zati zirkularrek eraztuna osatzen dutenean DNA zirkularra edo bere gain tolestua dela esaten da, DNA superbiribildu deritzo. Biribilketa helize bikoitzaren espira birak estutzen edo bereizten direnean eratzen da. Birak estutzen direnean, dagokiena baino base gutxiago dituzte birek (birak “estutu” egiten dira); bigarrenen kasuan, berriz, ez da hainbeste estutzen (bira luzeagoa da dagokiona baino, DNA infrabiribildua).
Molekulan eratzen diren tentsioen ondorioz espirak estutzen direnean eraztuna ezkerraldera biribiltzen da bere ardatzari buruz; espirak luzatzen direnean eskuinaldera gertatzen da biribilketa (9. irudia).
Prozesu horretan ATP xahutzen eta ADP bihurtzen da, eta topoisomerasa jenero izena ematen zaien entzimek eragina da.
- Eukariotoak Zelula mota honetan DNAren bi multzokatze maila bereizten dira.
- Lehen multzokatze maila Bi mota daude, perlazko idun deritzona, zelula gehienetan gertatzen dena, eta egitura kristalinoa, espermatozoideetan bakarrik agertzen dena.
* Perlazko iduna: DNA histonei lotzean eratzen da multzokatze mota hau, eta 1000 Å-ko diametroko zatikiak dituen zuntz bat osatzen du. Behin eta berriro errepikatzen den zuntz eta zatikiz osaturiko atalari nukleosoma deritzo (10. irudia).Zatiki bakoitzari zatiki nuklear esaten zaio.
Zortzi histonaz daude osatuta (oktameroak); H2A, H2B, H3 eta H4 histonetako bina molekula dituzte. Oktameroaren histonak ia berdinak dira izaki mota guztietan. Horrez gainera, 146 base pare dituen DNA batek 1,75 bira ematen ditu oktameroaren inguruan.
Nukleosomak, zatiki nuklearraz gainera, DNA bakantzaile edo DNA linker delakoaren segmentu bat du; 54 base pareko luzera izaten du, gutxi gorabehera.
Nukleosomak beste histona bat izan dezake (H1), nukleosomaren inguruan biribiltzen diren DNAren muturretako hamar base pareei loturik, linkerrari dagozkion baseei loturik.
Egitura horri kromatosona izena ematen zaio.
H1 histona agertzeak eta kromatosonaren eratzeak egituraren multzokatzearekin zerikusia dute (nukleosomak elkarretatik hurbilago gelditzen dira); horrela, 7 aldiz laburragoa izan daiteke nukleosoma. H1 histona ez da berdin-berdina izaki mota guztietan, eta kasu batzuetan beste histona mota batek ordezka dezake, organismoaren arabera.
* Egitura kristalinoa: DNA probitaminei lotuta dago. Probitaminak histonak baino proteina basikoagoak dira, eta horregatik indar gehiagoz erakartzen dute DNA (azido bat) eta multzokatzea handiagoa izango da.
Organismo bakoitzak zeinek bere probitamina motak ditu.
Multzokatzea proteina molekulak, DNA beraien inguruan biribilduta dutela, bata bestearen alboan jartzean gertatzen da (11. irudia).Egitura hau espermatozoideetan agertzearen arrazoia zelula hauek informazioa garraiatzeko betetzen duten zeregina da.
Beren eskalarako oso-oso distantzia handiak bete behar dituzte, eta horrek energia asko eskatzen die; hori dela eta, oinarrizko ez diren egitura guztiak galtzen dituzte, eta ahal den bolumen txikiena hartzen dute.
- Bigarren multzokatze maila Zelula eukariotoen (espermatozoideetan izan ezik) nukleoan dauden kromatinazko zuntzei dagokie. Perlazko idun egituraren bihurdura kiribildua da, espira bira bakoitzean sei nukleosoma daude, bakoitzaren H1 motako histonak biltzean elkarri loturik (12. irudia). Beraz, egitura hau era dadin beharrezkoa da H1 proteina.
Multzokatze honen ondorioz perlazko idunaren 100 Å-ko zuntzak 300 Å-ko lodiera hartzen du. Dagozkion kalkuluak eginez, zuntzaren luzera bost aldiz txikiagotzen dela ikus daiteke.
Kromatina zein ingurunetan dagoen, desagertu egin daiteke multzokatzea solenoide egituran, adibidez presio osmotikoa oso apala denean (gatz gutxiko ingurunean); edo H1 proteina gal dezake, gatz kontzentrazioa are apalagoa denean.
Nukleoaren gune bakoitzeko gatz kontzentrazioa konjugatuz, nukleoko kromatina solenoide egiturako segmentuez osatua da, perlazko idun motako segmentuekin batera.