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።