ረቂቁ አቶም ክፍል 5መ - የዘረመል መረጃ ቋንቋው

 

በቀድሞው ልጥፍ በዘር ለሚተላለፉ ባህርዮች መረጃ፣ በሰውነታችን ህዋሶች በሚገኘው በDNA አማካይነት እንደሆነ ተረዳን። ይህ መረጃ ግን እንዴት ነው ወደ ባህርዮቹ የሚተረጎመው? ጥያቄው ከተፈጥሮ ክስተቶች እጅግ አስደናቂ ከምንላችው አንዱ ወደሆነው የኑክሌዪክ አሲድና የፕሮቲን ተስስር ወየም ጥምረት ይወስደናል። የዚህን ሂደት ተዓምራዊነቱን በቃል መግልጽ ቢያዳግትም ቀለል ባለ መልኩ እንደሚከተልው ነው።

በቀድሞ ልጥፍ የDNAን ቅርጽና እንዴት የራሱን ግልባጭ መፍጠር እንደሚችል ተመለከትን። እንዲሁም በኑክሌይክ አሲድ ቅደም ተከተል ይዘቱ በዘር የሚተላለፉ ባህርዮች መረጃን እንደሚይዝም ተረዳን። በ1953 አካባቢ ይሩሲያው ሳይንቲስት ጆርጅ ጋሞቭ (George Gamow) በተፈጥሮ የሚገኙት 20 አሚኖ አሲዶቹ እያንዳንዱ በሶስት በሶስት ኑክሌዪክ አሲድ ጥንዶች እንደሚወከሉ ተነበየ። ይህ ማለት አራቱ ኑክሌዪክ አሲዶች በተለያይ ዓይነት እና ቅደም ተከተል ሶስት ሶስት ጥንድ ሲሆኑ በአጠቃላይ 64 አሚኖ አሲዶችን ሊወክሉ ይችላሉ።

ሶስት ሶስት  የኑክሌዪክ አሲድ ጥንዶች የሚያመለክቷቸው አሚኖ አሲዶች ^[1]

ጋሞቭ ይህን ከተነበየ ብኋላ በ1961 አካባቢ በተለያዩ ሳይንቲስቶች ላቦራቶሪ ውስት በተሠሩት ሙከራዎች ሙሉ ጄኔቲክ ኮድ ተብሎ የተጠራው ሶስት ሶስት ኑክሌዪክ አሲዶችን ከእያንዳንዱ 20 አሚኖ አሲድ ጋር ከላይ ባለው ሰንጠረዥ መሥረት ማዛመድ ተቻለ። የሰውነት ህዋሶቻችን በዚህ ኮድ መሠረት ከDNAው ተነስተው ፕሮቲን የሚቀርጹበትም ሂደት እንደሚከተለው ሲሆን፣ ሌላም ኑክሊዮታይዶችን በመቀጣጠል የተሠራ RNA የተባል ትልቅ ውህድ ተሳትፎን ያካትታል።

መጀመሪያ ሥራ ላይ እንዲውል የተፈለገውን ዘረ መል ያካተተው ይDNA ክፍል እንደዚፕ በመሃሉ ላይ ይሰነጠቃል። ቀጥሎም DNAው ላይ ያሉትን ኑክሊዮታይዶችን ሚገጥሙ ነጠላ ኑክሊዮታይዶች እይመጡ ቦታ ቦታቸው ላይ ይገጣጠሙና እርስ በዕርስ ይያያዛሉ። ይህ ይሚካሄድው በህዋሱ ኑክሊይስ የተባልው አካል ውስጥ ነው።

የእንቅልፍ በሽታ ምታመጣው ትሪፓኖዞማ ተብላ ምትጠራ ጥገኛ ተውሳክ ራይቦዞም^[2]

እነዚህ በሰንሰለት መልክ የተቀጣጠሉት ኑክሊዮታይዶች ከDNAው ይላቀቁና ከኑክሊየሱ ውጭ ወደሚገኘው የህዋሱ አካል ተጉዘው ራይቦዞም (Ribosome) የተባለ ረቂቅ በፐሮቲንና ኑክሌዪክ አሲድ የተሠራ አካል ዘንድ ይደርሳሉ። እዚህም እንድ ሌላ ትራንስፈር (Transfer) RNA የተባለ፣ አሁነም ኑክሌዪክ አሲድ በመቀጣጠል ከተሠራና፣ በአንድ ጎኑ አሚኖ አሲዱን ተሸክሞ ከመጣ ውህድ ጋር ይገናኛል ። ትራንስፈር RNA በሌላው ጎኑ ሶስቱን ኑክሊዮታይዶች የሚገጥሙ ኑክሊዮታይዶችን የያዘ ሲሆን፣ በራይቦዞሙ አማካኝነት ከDNAው ከመጣው RNA ጋር ተስተካክሎ እንዲያያዝ ይደረጋል። ብዚህ ዓይነት የRNA ሰንሰለቱን እየሳበና በዚያኛው ጎኑ ያሉትን አሚኖ አሲዶችንም እየቀጣጠለ፣ ይህን ሂደት በመደጋገም መጀመሪያ DNA ላይ በነበረው መረጃ መሠረት ፕሮቲኑ ይሠራል ማለት ነው። ይህ ፕሮትን የሚፈጽመው ተግባር ነው የዘረመሉን ባህርይ የሚያንጸባርቀው። ከታች የዮቲዩብ አገናኝ ላይ ያለው ተንቀሳቃሽ ምስል በቃል ከተጻፈው የተሻለ ዓይታ የሰጠናል ብዬ ገምታለሁ።

 

በ ራይቦዞም እና ትራንስፈር አር ኤን ኤ  አማካይነት በመልዕክተኛው አር ኤን ኤ የሚገኘው መረጃ መሠረት ፕቶቲን ሲመረት  

በዚ ጽሁፍ እንዴት ከDNA ተነስቶ ወደ ፕሮቲን፣ ቀጥሎም በዘር ወደሚተላለፈው ባህርይ እንደሚደረስ ለመግለጽ ያረኩት ሙከራ የሂደቱን አስደናቂነት ለአንባቢው ለማስተላለፍ የቻልኩ አልመስል አለኝ። በሌላ ልጥፍ ተመልሼ ከሌላ ጎኑ እንደገና እመለስበታለሁ። በሚቀጥሉት ልጥፎች አቶሞችን ተወት አርገን፣ ሌላው ተፈጥሮን ለመረዳት ወሳኝ የሆነውን ጨረርን እንዳስሳለን።

[1] https://microbenotes.com/characteristic-of-genetic-code

[2] https://doi.org/10.2210/pdb8OVE/pdbE, Rajan, K.S., Madmoni, H., Bashan, A. et al. A single pseudouridine on rRNA regulates ribosome structure and function in the mammalian parasite Trypanosoma brucei. Nat Commun 14, 7462 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-43263-6

ረቂቁ አቶም ክፍል 5ሐ - አንድ ሰው ለመስራት የሚያስፈልገው መረጃ

ዲ ኤን ኤ (DNA) አራት የተለያዩ ኑክሊዮታይድ (Nucleotide) ተብልው የሚጠሩ ውህዶችን  በመቀጣጠል የተገነባ ትልቅ ውህድ እንደሆነ አይተናል። ስንቀጥልም፣ የተለያዩ ፍጡሮችን ስንመለከት፣ የነዚህ ኑክሊዮታይድ በዝት እና ቅደም ተከተል እንደሚለያይ መገንዘብ ተችሏል። ይሰው ልጅ ጂኖምም (genome, በጠቅላላ ያለን ዘረመል ስብስብ) 3.2 ቢሊየን  አካባቢ ኑክሊዮታይድ ያጠቃለለ ሲሆን፤ እንዚህም ወደ 20000 በሚጠጉ ዘረ መሎች ተዋቅሮ ይገኛል።  የዘረ መሎቹ መጠን በጣም የሚለያይ ሶሆን እያንዳንዱ ክ200 እስከ 2 ሚሊይን  ኑክሊዮታይድ ሊያካትት ይችላል።

በ2019 ቤእንግሊዝ ሃገር ማንቼስተር ሴንተር ፎር ጂኖሚክ ሜዲሲን (Manchester Center for Genomic Medicie) ተብሎ የሚጠራ ተቋም ሙሉ የሰው ልጅ ዲ ኤን ኤ ያካተተውን  3.2 ቢሊየን  ኑክሊዮታይድ ዝርዝር በ130 ጥርዞች 122976 የሚሆኑ ገጾችን በህትመት አስፍሮታል። 

የኑክሊዪታይድ ዝርዝርን የሚያሳይ ህትመት CC BY-SA 4.0

በሌላ ዓይነት ስንመለከተው ደግሞ፣ አነስተኛው የመረጃ መለኪያ ቢት (bit) ተብሎ የሚጠራውና፣ በዲጂታል ኮምፒዩተር ዘርፍም የምንጠቀምበት ሲሆን፣ ሁለት ብቻ ይዘት ሊኖረው ይችላል – ለምሳሌ ወይ 1 ወይ 0 መሆን ይችላል። ስለዚህም አራቱን ኑክሊዮታይድ ለመግለጽ ሁለት ቢት ተጠቅመን 00 ሲሆን ኤን (Adenine)፣ 01 ቲን (Thymine)፣ 10 ሲን (Cytosine)፣ እና 11 ጂን (Guanine)፣ አርገን መወከል እንችላለን። ብዚህ ዓይነት የ3.2 ቢሊየን ኑክሊዮታይድ መረጃ ለመያዝ 3.2 ሲባዛ በ 2 ማለትም 6.4  ቢሊየን ቢት ያስፈልገናል ማለት ነው። ይህም 800 መጋ ባይት (800MB) “ብቻ" ሲሆን በቀላሉ በአንድ ትንሽ  ፍላሽ ወይም ሞባል ስልክ ውስጥ መያዝ ይቻላል።

ስለዚህ አንድ ሰው ለመሥራት የሚያስፈልገንን መረጃ ወይም ንድፍ ማይት ችለናል። ችግሩ ግን ቋንቋውን ሙሉ በሙሉ ተረድትን፣ ለምንፈለገው ተግባር ለማዋል ገና አልበቃንም። ህትመቱ ላይ በዙ ፊደላት ተደርድረው እንመለከታለን፣ ለምሳሌ AACGTTACGTCGG... ግን ይህ እንዴት የአፍንጫችንን ቅርጽ እንደሚገልጽና፣ ሰልካካ እናርገው ብንል የኑክሊዮታይዶቹን አይነትና ቅደም ተከተልን ምን ማረግ እንዳለብን አናውቅም። መረጃው በነዚህ 3.2 ቢሊይን ኑክሊዮታይድ መሃል እንዳለ እናውቃለን - ቅርጹን ከወላጆቻችን ስለምንወርስ። ግን የትኞቹ ናቸው? ሙሉ በሙሉ ባይገባንም አንዳንድ ፍንጭ ተገኝቷል።

በሚቀጥልው ልጥፍ  ከተፈጥሮ ክስተቶች እጅግ አስደናቂ ከምንላችው አንዱ ወደሆነው የኑክሌዪክ አሲድና የፕሮቲን ተስስር ወየም ጥምረትን እንመለከታለን። 

ረቂቁ አቶም ክፍል 5ለ - የሒወት ንድፍ

በቀድሞው ልጥፍ በዘር የሚተላሊፉ ባህርዮች መረጃ ክሮሞዞም(chromosome, ሃብለበራሂ) ተብልው በሚጥሩት ህዋሶቻችን ውስጥ ሚግኙ አካላት እንደሚገኙ ተረድተናል። ስንቀጥል ይህ መረጃ በምን መልክ እንደሚገኝ እንዴት ማወቅ እንደተቻለ እንመለከታለን። ክሮሞዞሞች ከሚይዟቸው ንጥረ ነገሮች ቀደም ሲል የተሞለከትንው ፕሮቲን ውህድ ሲገኝ(ሂስቶን የተባለ)፣ የማይቆጥር ያህል የተለያየ ግጽታና ውስብስብናታቸው በዘር ለሚተላለፉ ባህርየች መረጃም በተገነቡበት አሚኖ አሲድ ይዘት ወይም ቅድም ተከተል ተቀርጾ ሊሆን ይችላል የሚል ሃሳብ ወይም ግምት ነብር። በሌላ በኩል እ/አ/አ 1869 ፍሬድሪክ ማይስሸር (Friedrich Miescher) በሰውነታችን ከሚገኙ ህዋሶች ፎስፎረስ የተባለ ኢለመንትን ያካተተና፣ የአሲድ ጸባይ ያለውን ነጥረ ነገር ለይቶ ማጣራት ቻለ። በነዚህ ህዋሶች ውስጥ የሚገኘው ኑክሊይስ በተባለ (ክሮሞዞሞችንም በውስጡ የጠቀለለ) አካልም ስለሚገኝ ኑክሌይክ አሲድ ተብሎ ተጠራ። ቀጥሎም አልብሬክት ኮሴል (Albrecht Kossel) የተባለ ሳይንቲስት ይህ ኑክሌይክ አሲድ ይተገነባው አምስት በተለያዩ ኑክሊዮታይድ ቤዝ (nucleotide base) ተብልው በተጠሩ ንጥረነገሮችን በመቀጣጠል ሲሆን፣ ለዚህም ግኝት ብ1920 ኖቤል ተሸላሚ ሆኗል። ይሁን እንጂ በዘር ለሚተላለፉ እልፍ ባህርዬች መረጃ በእነዚህ 5 ብች ኑክሊዎታይዶች ሊያዝ አይችልም የሚል ግምት ነብር። ከዚህ ሲቀጥል በ1950 እርዊን ቻርጋፍ (Erwin Chargaff) በሁሉም ነፍሳት ኤ(Adenine) የተባለው  ኑክሊዮታይድ መጠን ቲ(Thymine) ከተባለው መጠን እኩል እንደሆነና፣  ሲ(Cytosine) የተባለው መጠን ደግሞ  ጂ(Guanine) ከሚባልው እኩል እንደሆነ ሊገነዘብ ቻለ። ይህም የሚነግርን በኑክሌይክ አሲዶች ኑክሊዮታይዶቹ ጥንድ ጥንድ ሆነው ተቀምጠው እንዳሉ ሲሆን፣ ሮዛሊንድ ፍራንክሊንድ (Rosalind Franklin) የተባለች ስይንቲስት ካገኘቻቸው የኑክሌዪክ አሲድን ቅርጽን ከሚያሳዩ ምስሎች ጋር በማዛመድ ጄምስ ዋትሰን (James Watson) እና ፍራሲስ ክሪክ (Francis Crick) የተባሉ ሳይንቲስቶች ብ1953 የዲ ኤን ኤ ውህድን አቶሞች መዋክር እና ቅርጽ መደምደም ቻሉ። ይህም ቅርጽ ሲታወቅ ወዲይውኑ በዲ ኤን ኤ አማካይነት በዘር የሚተላለፉ ባህርዮች መረጃ እንዴት ከዘር ወደዘር ሊወርድ እንደሚችልም ግልጽ ሆነ።

የዲ ኤን ኤ ሞሌኪዩል አቶሞችና ጥምዝ መሰላል መልክ CC BY-SA 3.0 

ዲ ኤን ኤ የተጠመዘዘ መሰላል መልክ ሲኖረው ቋሚዎቹ ኑክሊዮታይዶችን በመቀጣጠል የተሰሩ ሲሆን፣ መወጣጫዎቹ ቅድም የጠቀስናቸው ኑክሊዮታይድ ቤዞችን ከየሁለቱ ቋሚ አንዱ ከአንዱ በመጣመር ቋሚዎቹን  ያያይዟቸዋል። የራሱን ግልባጭም ለመስራት ሁለቲ ቋሚዎች ይለያዩና እያንዳንዱ በቋሚው ላይ ካሉት ኑክሊዮታይድ ጋር ሊዛመድ የሚችልውን ኘጠላ ኑክሊዮታይድ በመሳብና በመቀጣጠል፣ አንድ የነበርው ዲ ኤን ኤ ሁለት የሆናል።

የዲ ኤን ኤን ቅርጽ ስንለይ ያሳወቀንም፣ እንዴት አርጎ የራሱን ግልባጭ መልሶና መላልሶ ሊያባዛ እንደሚችል ግልጽ አረገልን። ዲ ኤን ኤ የራሱን ግልባጭ መሥራት አስፈላጊ የሚሆነው አንዳንድ በሰውነታችን ያሉ ህዋሶችን በሚጠፉበት ጊዜ ለመተካት አንዱ ሲሆን፣ ሌላው ደግሞ እርባተ ህዋስ (gamete) በምናመርትበት ጊዜ ነው።

በተለያዩ ነፍሳት የሚገኙት የክሮሞዞሞች ቁጥር እና የዘት ይለያያል። ለማሳሌ እኛን ብንመለከት፣ ሁሉም ሰው 46 ክሮሞዞሞች በ23 ሁለት ሁልት ጥንድ ሆንው ይገኛሉ። ገናና ወይም ደካማ ጂኖችም ጥንዶቹ ላይ አንድ አንድ ተቀምጠው ይገኛሉ። የእርባታ ህዋሶች ስናመርት ጥምሮቹ ተለያይተው፣ እርባታ ህዋሶቹ አንድ አንድ የደርሳቸውና 23 ክሮሞዞሞች  ይኖራቸዋል። ማለትም ከናታችን 23 ክሮሞዞምና የያዟችው ጂኖች፣ እንዲሁም ከአባታችን በተምሳሳይ 23 ክሮሞዞሞች እናገኛለን። በዚህ ዓይነት ባህርዮቻችን የ እናታችንን እና የአባታችንን የቀላቀለ ሲሆን፣ በአካላችን ላይ ይታዩ አይታዩ የሚወሰነው የደረሰን ዘረ መል ገናና ውይ ደካማ መሆኑ ይሆናል። 

የእኛ 23 ጥንድ ከሮሞዞሞች በማጉያ መነጽር ሲታዩ
ከhttps://www.nature.com/scitable/topicpage/dna-is-a-structure-that-encodes-biological-6493050/

በሚቀጥልው ልጥፍ በዚህ መልክ ባህርዮቻችን ከትውልድ ወደትውልድ መተላለፉ የሚያስከተለው አንደምታን እንመለከታለን። 

 

ረቂቁ አቶም ክፍል 5ሀ ዘረመል - የባህር ተግዋዡ፣ የመኖክሴውና፣ የፍራፍሬዋ ትንኝ

እንደ አውራፓውያን አቆጣጠር 1809 የተወለደው እንግሊዛዊው ቻርልስ ዳርዊን (Charles Darwin) በ1831 ተነስቶ ለአምስት ዓመታት ቢግል (Beagle) በተባለች መርከብ ዓለምን ዞረ። በጉዞው ላይ እያለም የተመለከታቸውን ፍጡሮች እና የምድር ገጽታዎችን አስተውሎና በዝርዝር ዘክቦ፣ ከተመለሰም በኋላ ተጨማሪ መረጃዎች ከተለያዩ የህብረተሰቡ አባሎች፣ የእንስሳት አርቢዎችን ጭምሮ ካገናዘበ በኋላ፣ ኦሪጂን ኦፍ ስፒሺስ (Origin of Species) አርስት ያለውን ገናና ጽሁፍ፣ ስለ ተለያዩ የንሰሳት ዘር አመጣጥ የሚገልጸውን ተፈጥሯዊ  ምርጫ (natural selection) ጽንሰ ሐሳብ በማሳተም በ1859 ለህዝብ ይፋ አረጉ። በአጭሩ ጽንሰ ሃሳቡ የሚለው ሁሉም ነፍሳት አንድ የጋራ የዘር ግንድ ያላቸው እንደሆነና ዝርያዎች በጊዜ እየተቀየሩ እንደሚሄዱ፣ በአንድ ዝርያ አባሎች መካከል በዘር የሚተላለፉ ልዩነቶች እንዳሉና፣ በርግጅምም ጊዜ ለኑሮ ጠቃሚ የሆኑት ባህሪዎች ከትውልድ ትውልድ እየጨመሩ መጥትው በመጭረሻም አዲስ ዝርያ እስከመፍጠር ሊድርሱ እንደሚችሉ ይገልጻል።

ከባህር ተጉዡ ወደ ገዳሙ አባ ስንሄድ በቼኮዝሎቫኪያ ብሩኖ (Brno) ከተማ በነበረ ገዳም አባ የነበሩት ግሬጎር ሜንዴል (Gregor Mendel) ከ1856 እስከ1863 ወደ 28000 የሚጠጉ የአተር ችግኞችን በማብቀልና በማዳቀል የተለያዩ የተክሎቹ ብህርዮች እንዴት ከትውልድ ትውልድ እንደ ሚተላለፉ አጠኑ። ለምሳሌ ረጅም ተክሎች ከአጭር ተክሎች ጋር ሲዳቀሉ የመጀመሪያ ትውልድ ተክሎች ሁሉም ረጅም ሲሆኑ፣ እነዚህም እርስ በእርስ ሲዳቀሉ ግን ከአራት ሶስቱ ረጅም ሲሆኑ ከአራት አንዱ ብቻ አጭር ይሆናል። ከዚሁም እንደሚከተልው መደምደም ቻሉ።

ዘር የሚተላለፈው ጂን (gene) ብሎ የተራችው ዘረ መል አካሎች ሲሆን፣ እነዚህም ሌእያንዳንዱ ለሚተላለፍ ባህርይ ግልጽ (dominant) እና ድብቅ (recessive) ይዝት አላቸው ዘረ መል ይኖራሉ። ለእያንዳንዱ ቀጣዩ ትውልድ  እያንዳንዱ ወላጅ አንድ አንድ ዘረ መል ያሚያዋጣ ሲሆን፣ ለልጁ አንድም ግልጽ ዘረ መል ከደረስው ባህርዩ ይታይበታል ማለት ንው።

ይሜንዴሊያን ዘር አስተላለፍ

እስካሁን እንደተረዳነው በዘር የሚተላለፉ ባህርዮች ከብዙ ትውልዶች በኋላ የተለያዩ ዝርያዎች እስከመፍጠር ሊድርሱ የሚሽሉና፣ ከትውልድ ትውልድ አስተላለፍ ሰራዓታቸውን ነው። ግን ስርዓቱንም ተርድተን እያሉ፣ የባህርዩ መረጃ እንዴት ከትውልድ ትውልድ እንደሚተላለፍ አላወቅንም። ይህን ለማወቅ ያስቻለንም ወደ ትንኝዋ ታሪክ ይወስደዳል። በ1910 ቶማስ ሞርጋን ሃንት (Thomas Morgan Hunt) የተባለ ሳይንቲስት በአሜሪካ ኮሎምቢያ ዩኒቨርሲ፣ ፍራ ፍሬ አካባቢ የሚታዩትን ትንኞች እያራባ የሚተላለፉትን የተለያዩ ባህርዮች ማጥናት ጀመረ። ትንኞቹ ለዚህ ጥናት የተመረጡት ከእጭ እስክ አዋቂ ለመድረስ ከ10 እስከ14 ቀን በቻ ስለሚያስፈልጋቸው (አጭር የትውልድ ዘመን)፣ እነሱን ለማሳደግና ለማራባት ቀላል በመሆኑና በቀላሉ ማይትና መለይት የሚቻሉ ባህርዮች ስላላቸው ነው።

ሌላው ግን በንዚህ ትንኞችና አንዳንድ ሌሎች ነፍሳት፣ በህዋሶቻቸው ውስጥ በማጉያ መነጽር ሊታዩ የሚችሉ ክሮሞዞም (chromosome) የተባሉ አካሎች ላይ የሚታዩ ምልክቶችን፣ ሰውነቸው ላይ ከትውልድ ትውልድ ሚተላለፉ ባህርዮች ጋር ማዛመድ መቻሉ ነው። በትንኞቹ በቀላሉ የሚታዩት እነዚህ አካሎች በሁሉም ነፍሳት ሲኖሩ፣ ለምሳሌ በእኛ ላይ ለመመልከት ለመተግብር ከበድ የሚሉ የላብራቶሪ ዘይቤዎች አስፈላጊ ይሆናሉ። አሁን እዚህ ላይ ከትውልድ ትውልድ የሚተላለፉት ባህርዮች መረጃ በክሮሞሶሞቹ ውስጥ እንዳሚገኙ አረጋገጥን። አሁን የቀረን እንዚህ ባዓይን ይማይታዩ ረቂቅ  ክሮሞዞሞቹ ይህን መረጃ በምን አይንት እንደሚይዙና፣ ይህ መረጃም እንዴት ወደይትውልዱ ሊተላለፍ እንድሚችል መረዳት ንው። ይህም ሂደት ወድ አቶምና ውህዶቻችን መለሶ ይወስደናል። በሚቀጥልው ልጥፍ ይህን ያስቻለውን ከፕሮቲኖች ባልተናነሰ እጅግ አስደናቂውን ውህድ (molecule) እንመለከታለን።  

ረቂቁ አቶም 4መ– ፕሮቲን

 

ፕሮቲን በፍጡሮች ከሚገኙ ትላለቅ ከሚባሉ ውህዶች አንዱ ሲሆን፣ በሰው አካል ውስጥ ወደ 100000 የተለያዩ የፕሮቲን ዓይነቶች ይኖራሉ ተብሎ ይገመታል። ከዚህ ቀደም የተመለከትነው ኤንዛይምም ከነዚህ መካከል ሲሆን ጥቂት ሌሎቹን ዳሰስ እናርግ። ከሱ በፊት ግን ስለ ፕሮቲን ውህድ የኬሚካል መዋቅርና ቅርጽ እንመልከት።

ፕሮቲን ብዙ አነስተኛ ውህዶችን በመቀጣጠል ከሚሠሩ ግዙፍ ውህዶች መሃል አንዱ ሲሆን፣ እነዚህ ትናንሽ ውህዶች አሚኖ አሲድ ተብለው ይጠራሉ። ከሚታወቁት ፕሮቲኖች አነስተኛው ታል ፕሮቲን 11 አሚኖ አሲዶች ብቻ የያዘ ሲሆን ትልቁ 34350 አሚኖ አሲድ የያዘው ጡንቻችን ውስጥ የሚገኘው ታይቲን ይባላል።

ሁሉም በተፈጥሮ የምናገኛቸው ፕሮቲኖች የሚገነቡት በ20 ይተለያዩ የአሚኖ አሲድ ብቻ ሲሆን የፕሮቲኖቹ ቅርጽ እና ባህርይ የሚውሰነው ከነዚህ 20 አሚኖ አሲዶች የትኞቹን እንዳካተተና፣ ሲቀጣጠሉ ባላቸው ቅደም ተከተል ይሆናል። አሚኖ አሲዶች ሁሉም በአንድ አይነት አቀማመጥ የተገጣጠሙ 2 ካርበን 2 ኦክሲጀን 1 ናይትሮጀን እና 4 ሃይድሮጅን ሲኖራቸው፣ በአንድ ጎናቸው ግን ባሏቸው የተላያዩ አቶሞች ስብስብ አዱ ከሌላው ይለያል።

አሚኖ አሲዶቹ ሲገጣጠሙ ተለማጭ በሆነ መልክ ሲሆን አቶሞቹ ባላቸው የመገፋፋት ወይም የመሳሳብ ባህርይ መሠረት የአሚኖ አሲድ ሰንሰለቱ በመታጠፍና በመጠላለፍ ፕሮቲኑ የሚይዘውን ቅርጽ ይወስኑታል። ፕሮቲኑ በመጨረሻ የሚይዝው ቅርጽ በሰውነታችን ለሚኖረው ተግባር ወሳኝ እንደሆነ ተመልክተናል። የአንድን ፕሮቲን የአሚኖ አሲዶች ይዘትና ቅደም ተከተል በላብራቶሪ ምርመራዎች አማካይነት ማወቅ በጣም ከባድ ባይሆንም፣ ቅርጹን ግን ለማውቅ ፕሮቲኑን ወደ ፈርጥ መሳይ ይዘት በማጣራትና፣ ኤክስ ሬይ ክሪስታሎግራፊ ተብሎ የሚጠራውን ዘዴ የመጠቀም አድካሚ ሂደት አስፈላጊ ሆኖ እናገኘዋለን። ከአሚኖ አሲድ ቅደም ተከተል ብቻ ተነስተን የፕሮቲኑን ቅርጽ ለመተንበይ 50 ዓመት ያህል ጥረት ሲደረግና፣ የተፈጥሮ ሳይንስ ታላቁ ፈተና እንደተባለ የቆየ ሲሆን፣ በ2018 ዲፕ ማይንድ ተብሎ በሚጠራ ኩባንያ የተሠራው አልፋ ፎልድ የተባለ ኤአይ ፕሮግራም በጥሩ ትክክለኛነት ይህን መተንበይ ችሏል።

አንዳንድ በሰውነታችን የሚገኙ ፕሮቲኖች እንሞልከት

 (እነዝህ ምስሎች እያንዳዱን አቶም ከማሳየት ይልቅ ቅለል ባለው ሪበን ሞደል ይጠቀማሉ)

በጥፍርና ጽጊጉራችን የሚገኘው ጠንካራው ኬራቲን

 

 

ቆዳችን ሳይጎዳ እንዲለጠጥ እንደ ስፕሪንግ መሳብና መኮማተር የሚችለው ኮላጅን

 

ሰውነታችን ጀርም መክላከል የሚያስችለን በደማችን ሟምቶ የሚገኘው አንቲ ቦዲ

 

ዓይናችን ወስጥ የሚገኘው የብርሃን ስሜት የሚያስችለን ረሮዶፕሲን

 

 

ረቂቅ አንደ ኮለራ እና ታይፎይድ ያሉ ህመም የሚያስከትሉ ባክቴሪያ በተባሉ ረቂቅ ነፍሳት እንዲዋኙ የሚያስችላቸው አስደናቂ በፕሮቲኖች የተገነባ ሞተርን እንመልከት።

በተለያዩ ፕሮቲኖች የተገነባ ይባክቴሪያ ጭራ ሞተር 

 

ረቂቁ አቶም 4ሐ– ኤንዛይም ምንድነው

 

ኤንዛይሞች በሁሉም ፍጡሮች ውስጥ የሚገኙ እጅግ አስገራሚ ፕሮቲን ውህዶች ናቸው። ኤንዛይሞች አንድን ውህድ ከፋፍለው ወደ ሌሎች መጠናቸው ያነሱ ውህዶች፣ ወይም አነስተኛ ውህዶችን ገጣጥመው ተለቅ ወዳለ ውህድ የመቀየር ችሎታ አላቸው። ለምሳሌ ግልይኮጅን ሲንቴዝ (glycogen synthase) ሰውነታችን ለሃይል የሚጠቀምበትን ግሉኮዝ (glucose) የተባለውን ውህድ ሰውነታችን ከሚያስፈልገው መጠን በላይ ሲሆን፣ ሃይልን ለማጠራቀም ወደሚያስችልው ግላይኮጅን (glycogen) ወደተባልው፣ ብዛት ያላቸውን የግሉኮዝ ውህዶችን ቀጣጥሎ በተለያዩ ይሰውነት ክፍሎቻችን ለሌላ ጊዜ ለማከማቸት ወደሚያስችለን መልክ ይቀይራል። በተቃራኒው ግላይኮጅኔዝ (glycogenase) የግሉኮዝ እጥረት ባለ ጊዜ ግላይኮጅንን መልሶ ወደ ግሉኮዝ በመቀየር ለሃይል ማመንጫነት እንዲያገለግል ያበቃዋል። ኤንዛይሞች ተግባሮቻቸውን በሚፈጽሙበት ጊዜ በራሳቸው ላይ ምንም ለውጥ የማያስከትል በመሆኑ አንዱ የኤንዛም ውህድ መልሶና መላልሶ ሥራውን በተደጋጋሚ መፈጸም ይችላል። ይህን የመሰሉ ተግባራትን የሚፈጽሙ ወደ 75000 የተለያዩ ኤንዛሞች በሰውነታችን ይኖራሉ ተብሎ ይገመታል። ከዚህ በፊት በነበረው ልጥፍ የተመለከትነው አንጂዮ ቴንሲን ኮንቨርቲንግ ኤንዛይምም (Angitensin Converting Enzyme) ከንዚህ አንዱ ነው። ኤንዛይሞች በአባዛኛዎቹ የሰውነታችን ተግባራት ሚና ስለሚኖራቸው ከላይ እንዳየነው የተለያዩ ዘመናዊ መድሃኒቶችም እነሱን ኢላማ ያሚያደርጉ ናቸው። እነዚህ ድንቅ ፕሮቲን ውህዶች ከሚፈጽሟቸው ተግባርፕች መሃል የምንመገባቸውን ምግቦች መፍጨት፣ ሰውነታችንን መገንባት፣ ወደሰውነታችን የገቡ አደገኛ ንጥረ ነገሮችን (መርዞችን) ማምከን የመሳሰሉት ይገኛሉ። ቀደም ሲል ከተመለከትነው የደም ብዛት በተጨማሪ አንድ ሁለት ምሳሌዎችን ብንመለከት፣ አንዳንድ ወተት የማይስማማቸው ሰዎች ወተት ውስጥ የሚገኘውን ላክቶዝ (lactose) የተባለ ይስኳር አይነትን ወደ ሃይል ሰጭው ግሉኮዝ የሚቀይረው ላክቴዝ (lactase) የተባለ ኤንዛይም እጥረት ሲኖራቸው፣ የጨጓራ ህመም ያላቸው ደግሞ ፕሮቶን ፓምፕ (proton pump) የተባለው ኤንዛይም ከልክ ያለፈ አሲድ እንዲመረት የሚያደርግ ሲሆን፣ የህንንም ተግባሩም የሚከለክሉ ፕሮቶን ፓምፕ ኢንሂቢተር (proton pump inhibitor) የተባሉ መድኅኒቶችን (ለምሳሌ ኦሜፕራዞል – omeprazole) በመጠቀም ህመሙን ለመከላከል እንችላለን።

ረቂቁ አቶም (ክፍል 4ለ) - ካፕቶፕሪል (Captopril) የደም ብዛት መድሓኒት

 

በርካታ በሰውነታችን የሚገኙ ውህዶች የደም ግፊት መጠን ላይ ተዓጽኖ አላቸው። ለምሳሌ በምንጨነቅበት ጊዜ የተለያዩ ዓጢዎች የሚያመነጯቸው ውህዶች ወይ የልብ ትርታ ፍጥነትን በጨመር፣ ወይ የደም ሥር ስፋትን በመቀነስ፣ ወይ የሚዘዋወረውን የደም መጠን በመጨመር የደም ግፊታችንን ከፍ ሊያረጉ ይችላሉ። አንዳንድ ክስተቶችም የደም ግፊት መጠንን ሊቀንሱ ይችላሉ። ለምሳሌ የደም ኢንፌክሽን የትናንሽ የደም ስሮችን ስፋት በመጨመር ይህንን ሊያስከትል ይችላል። በአጠቃላይ የደም ግፊት መጠን ከልክ በላይ መጨመር ወይም መቀነስ ሰውነታችን ላይ አሉንታዊ ተዓጽኖ የሚያስከትል ሲሆን፣ አንዳንድ ጊዜ ግን መሠረታዊ መንስኤዎቹ ግልጽ ላይሆኑ ይችላሉ። በጉልምስና ጊዜ አንዳንድ ሰው ላይ የሚታየውም አብዛኛውን ጊዜ መንስኤው በግልጽ ባይታወቅም፣ በሰውነታችን ውስጥ የሚገኙ አንዳንድ ውህዶች መጠን መዛባት እንደሚኖር መገንዘብ ተችሏል። ከነዚህም አንድ ምሳሌ ቀጥለን እንመለከታለን።

እንደ አውራፓውያን አቆጣጠር በ1960ዎቹ የእባብ መርዝ ውስጥ የሚገኝ ፔፕታይድ (peptide) የተባለ ውህድ በሰውነታችን ውስጥ በተፈጥሮ የሚገኘውን ኤስ (ACE – Angiotensin Converting Enzyme) የተባለ ውህድን ሥራ እንደሚያስተጓጉል በእንግሊዝ ያሉ ሳይንቲስቶች ሊይስተውሉ ቻሉ። ኤስ ኤንዛይም ተብልው ከሚጥሩ በርካታ የፕሮቲን ይዘት ካላቸው ውህዶች አንድ ሲሆን፣ በ1970ዎቹ ኤስ አንጂዮቴንሲን አንድ (Angiotensin 1) የተባለውን ውህድ ወደ አንጂዮቴንሲን ሁለት (Angiotensin 2) ወደሚባለው በመቀየርና ይህም ኩላሊት ላይ ባልው ተዓጽኖ በደም ስሮቻችን የሚዘዋወረውን የደም መጠን በመጨመር የደም ግፊትን ከፍ እንደሚያደርግ ተስተዋለ። ይህን ተከትሎ በ 1975 የእባብ መርዝ ውስጥ የሚገኝውን ፔፕታይድ የሚገኙትን የአቶሞች ዓይነቶችና ቅርጹንም በመረዳት ተመሳሳይ ውህድ በላብራቶሪ ውስጥ ካፕቶፕሪል (Captopril) የተባለ ውህድ በኮምፒዩተር በመታገዘ ዲዛይኑን መንደፍና ቀጥሎም ማምረት ተቻለ። የኤስና የካፕቶፕሪል ጥምር ቅርጽ ካታች እንደምንመለከተው ይምስላል። ካፕቶፕሪል የውህዶችን ቅርጽ መሠረት አድርጎ መድሓኒትን ዲዛይን የማድረግ ተግባር የመጀመሪያ ስኬት ሲሆን ለዚህም ሥራ በዚህ ሥራ ላይ ተሰማርቶ የነበረውን ጆን ቬይን የተባለ ሳይንቲስት በ1980ዎቹ የኖቤል ሽልማትን አስገኝቶታል።

በዚህ ምስል ይኤስ አቶሞች ውሃዋማ ሆነው ሲታዩ ከመካከሉ የካፕቶፕሪል ውህድ የአንጂዮቴንሲን አንድን ቦታ ይዞ እንመለከታለን

 

ይህ ምሳሌ የሚያሳየን የአቶሞችንና የውይዶችን ባህርይና ቅርጽ በመሠረታዊ ሳይንስ ምርምር ዘዴዎች መረዳት ዘመናዊ ህክምና ላይ ምን ያህል አስተዋጻኦ ሊኖረው እንደሚችል ያሳየናል። በአርግጥ እጅግ ብዙ በዘመናዊ ህክምና ጥቅም ላይ እየዋሉ ያሉ መድሃኒቶች ምንም የአቶም ግንዛቤ ሳይኖረን ከልምድ የተገኙ ቢሆኑም፣ በቅርቡ ምርምር ተደርጎባቸው በአዲስ ዓይታ በሰውነታችን ላይ በምን ዓይነት የሚፈለግባቸውን ውጤት ሊፈጽሙ እንደቻሉ ማወቅ ተችሏል።