Zelularen Oinarrizko Prozesuak: ADNa, Proteinak eta Fotosintesia

ADNaren erreplikazioa

ADN molekula batetik bi kopia berdin lortzeko prozesua da. Interfaseko S aldian gertatzen da eta ezinbestekoa da zatiketa zelularrerako. Izan ere, kromosomen oinarrizko osagaia da ADNa.

Erreplikazioaren oinarria

1. Bi kateak banandu egiten dira.
2. Bi kate berri sintetizatzen dira, aurrekoen base-sekuentzia osagarria erabiliz.

Erreplikaziorako baldintzak

• Kate berrien eredu izango den ADN molekula bat.
• Lau nukleosido trifosfato motak: dATP, dGTP, dCTP eta dTTP.
• ADN polimerasa: desoxirribonukleosido trifosfato horien lotura 5´→3´ noranzkoan katalizatzen duen entzima.
• Energia-iturri bat, sintesi-prozesua egiteko behar adina ematen duena.

Erreplikazioaren hipotesiak

Hipotesi erdi-kontserbatzailea

ADN kateak banandu egiten dira, eta bakoitza berri baten moldea da. Molekula berri bakoitzak jatorrizko kate oso bat eta kate berri bat ditu.

Hipotesi kontserbatzailea

ADN helize bikoitzak osorik jokatzen du molde gisa. Molekula alaba batek aitaren ADNa dauka osorik, eta besteak, berriz, ADN guztiz berria.

Hipotesi sakabanatzailea

Jatorrizko helize bikoitzaren zatiak kontserbatzen dira. Molekula alabek moldeko harizpiaren zatiak eta sintetizatutako zati berriak nahastuta dituzte.

Erreplikazioaren urratsak

1. Erreplikazioaren hasiera

Prozesua nukleotido-sekuentzia jakin batean hasten da, erreplikazio-jatorria deitzen zaion horretan.

2. Kateen banantzea

Errepikatu baino lehen, ADNaren helize bikoitza hedatu behar da, bi kateek molde gisa joka dezaten. Horretarako, ADN-helikasak helize bikoitza irekitzen du, base osagarrien arteko hidrogeno-loturak apurtuz. Jatorri-puntu bakoitzean, ADNa bi noranzkoetarantz hedatzen da, eta, horren ondorioz, bi erreplikazio-urkil eratzen dira.

3. Kateen banantzea mantentzea

Bi kateak banandu ondoren, irekita mantendu behar dira sintesia gertatu bitartean.

4. Kate berrien sintesia

Bi kateak banatzen direnean, ADN polimerasak kate berriak sintetizatzen hasten da 5’→3’ noranzkoan. Prozesu hau asimetrikoa da:

• Kate aurreratua: Jarraian sintetizatzen da.
• Kate atzeratua: Zatikako sintesia du, Okazakiren zatiak deiturikoetan. Zati horiek geroago ADN ligasak elkartzen ditu.

5. Amaiera

Okazakiren zatiak elkartzeaz gain, hasierako ARN zatiak (primer-ak) desegin eta ADNz ordezkatzen dira.

ADNaren transkripzioa

Transkripzioaren faseak

1. Hasiera

RNA polimerasa izeneko entzimak ADNaren "hasiera-seinalea" bilatzen du. ADNaren helizea desbiribilkatu eta transkripzio-burbuila sortzen da, base nitrogenatuak agerian utziz.

2. Elongazioa

ARN polimerasak ADNaren harizpietako bat (moldea) 3´→5´ noranzkoan irakurtzen du, eta ARN katea 5´→3´ noranzkoan sintetizatzen du, erribonukleotido osagarriak gehituz (A-U, G-C).

• Prokariotoetan: ARN polimerasak ADN harizpiak banantzen ditu burbuila eratuz. Burbuila aurrerantz mugitzen da, ARNa luzeagoa eginez.
• Eukariotoetan: ADN osoa transkribatzen da, exonak (kodetzaileak) eta intronak (ez-kodetzaileak) barne. Sintetizatzen den ARNaren 5´ muturrean "txano" bat gehitzen da, itzulpena hasteko seinale gisa.

3. Amaiera

RNA polimerasak bukaera-seinaleak ezagutzen dituenean, transkribatutako ARNa ADNtik banantzen da.

• Prokariotoetan: Amaiera-seinalea eskualde palindromiko bat da, ARNn urkila-egitura bat sortzen duena, eta horrek ARNaren askapena eragiten du.
• Eukariotoetan: Prokariotoen antzeko prozesua gertatzen da. Ebaketa-seinalea (TTATTT ADNn, AAUAAA ARNm-an) ezagutzean, ARNa askatu eta 3´ muturrean poli-A isatsa gehitzen zaio.

4. ARNaren heltzea (Splicing)

• Prokariotoetan: ARNm-ak berehala erabil daitezke itzulpenerako. ARNt eta ARNr-ek, ordea, heltze-prozesu bat behar dute.
• Eukariotoetan: Transkribatutako ARNek (pre-ARNm) ezin dute zuzenean beren funtzioa bete. Nukleoan heldu behar dira zitoplasmara garraiatu aurretik. Prozesu honetan, intronak kendu eta exonak elkartzen dira (splicing).

Itzulpena edo proteinen sintesia

Itzulpenerako prestaketa: Aminoazil-ARNt

Itzulpenaren oinarrizko elementua ARNt da. ARNt molekularen 3’ muturrean CCA sekuentzia dago, eta puntu horretan aminoazido espezifiko bat lotzen zaio aminoazil-ARNt-sintetasa entzimei esker, aminoazil-ARNt bat osatuz. Prozesu honek energia behar du (erreakzio endergonikoa):

Aminoazidoa + ARNt + ATP → Aminoazil-ARNt + AMP + PPi

Itzulpenaren faseak

1. Hasiera

ARNm molekula erribosomaren azpiunitate txikiari lotzen zaio. Erribosomak hasierako kodoia (AUG) bilatzen du. Hura aurkitzean, metionina daraman ARNt bat lotzen zaio. Horrela osatzen da hasierako konplexua: erribosoma, ARNm eta lehen ARNt-a.

2. Luzapena (Elongazioa)

Behin hasita, erribosoma ARNm-an zehar mugitzen da, kodoiak (hiru letrako sekuentziak) irakurriz. Kodoi bakoitzak zein aminoazido gehitu behar den adierazten du. ARNt egokiak aminoazidoa dakar, eta bere antikodoiaren bidez kodoiari lotzen zaio. Erribosomak lotura peptidikoak sortzen ditu aminoazidoen artean, polipeptido-katea eraikiz.

3. Amaiera

Erribosomak irakurtzen jarraitzen du amaierako kodoi bat (UAA, UAG edo UGA) aurkitu arte. Kodoiek hauek ez dute aminoazidorik kodetzen; gelditzeko seinaleak dira. Hara iristean, prozesua gelditu eta sortu berri den polipeptido-katea askatzen da.

Anabolismoa: Molekulen eraikuntza

Anabolismo motak

Anabolismo autotrofoa

Molekula ez-organikoetatik (CO₂, H₂O) abiatuta, molekula organiko sinpleak (glukosa) sortzen dira kanpoko energia erabiliz (adibidez, argi-energia).

Anabolismo heterotrofoa

Molekula organiko sinpleetatik (adibidez, glukosa) abiatuta, molekula konplexuagoak (adibidez, polisakaridoak) sintetizatzen dira. Karbono- eta energia-iturri organikoak erabiltzen dira, ATParen eta koentzima erreduzituen bidez.

Fotosintesia: Energiaren bihurketa

Fotosintesia argi-energia energia kimiko (ATP) bihurtzeko prozesu anabolikoa da. Energia hori molekula organikoak sintetizatzeko erabiltzen da.

Fotosintesi motak

• Fotosintesi oxigenikoa: Ohikoena da. Ura deskonposatzean oxigenoa (O₂) askatzen da atmosferara. Landareek, algek eta zianobakterioek egiten dute.
• Fotosintesi anoxigenikoa: Uraren ordez, hidrogeno sulfuroa (H₂S) bezalako molekulak erabiltzen dira elektroi-emaile gisa. Ondorioz, oxigenoaren ordez sufrea edo beste konposatu batzuk askatzen dira. Bakterio purpura eta berdeek egiten dute.

Pigmentu fotosintetikoak

Argi-energia xurgatzen duten molekulak dira, fotosintesia abiarazteko. Tilakoideen mintzean daude, eta uhin-luzera jakinak xurgatzean, elektroiak kitzikatu egiten dira. Energia hori kate elektronikoan parte hartzeko erabiltzen da (NADP⁺ → NADPH + H⁺). Pigmentu bakoitzak uhin-luzera zehatzak xurgatzen ditu eta gainerakoak islatzen ditu, landareari bere kolorea emanez.

Fotosistemak

Pigmentu fotosintetikoen eta proteinen multzo funtzionalak dira, argiaren energia xurgatu eta prozesatzeko. Kloroplastoen tilakoideen mintzean (eukariotoetan) edo mintz plasmatikoan (prokariotoetan) daude. Bi mota daude:

• Fotosistema I (FSI edo P700): 700 nm-ko edo gutxiagoko uhin-luzerako argia xurgatzen du. Tilakoide pilatu gabeetan dago nagusiki.
• Fotosistema II (FSII edo P680): 680 nm-ko edo gutxiagoko uhin-luzerako argia xurgatzen du. Tilakoide pilatuetan (grana) dago batez ere.

Argitako fasea

Fase hau tilakoideen mintzean gertatzen da. Bertan, argi-energia atzeman eta energia kimiko (ATP eta NADPH) bihurtzen da. Jasotako argi-energiaren ondorioz, elektroiak uretatik NADP⁺-ra mugitzen dira, NADPH + H⁺ bihurtuz. Molekula horiek fase biosintetikoan (ilunpetako fasean) erabiliko dira.

1. Fase fotokimiko aziklikoa

Fotosistema I (FSI) eta Fotosistema II (FSII) parte hartzen dute. Argiak bi fotosistemetako pigmentuak aldi berean kitzikatzen ditu, eta elektroien fluxu lineala sortzen da H₂O molekulatik NADP⁺-ra.

• ADParen fotofosforilazioa: Argiak FSII aktibatzen du, eta honek elektroiak askatzen ditu. Elektroien garraio-katean sortutako energiak protoiak tilakoideen barnealdera ponpatzen ditu. Protoiak ATP sintasatik igarotzean, ADP + Pi → ATP erreakzioa gertatzen da.
• H₂O-aren fotolisia: FSII-ak galdutako elektroiak berreskuratzeko, ur molekula (H₂O) apurtzen da argiaren eraginez: O₂ askatzen da eta protoiak (H⁺) eta elektroiak (e⁻) sortzen dira. Erreakzioa: H₂O → ½O₂ + 2H⁺ + 2e⁻
• NADP⁺-aren fotorredukzioa: Argiak FSI-a ere kitzikatzen du, eta honek elektroiak ferrodoxinara (Fd) pasatzen ditu. Handik, NADP⁺-ra iristen dira. NADP⁺-ak estromako protoiak hartu eta NADPH + H⁺ bihurtzen da. FSI-ak galdutako elektroiak FSII-tik datozenek betetzen dituzte.

2. Fase fotokimiko ziklikoa

FSI-ak bakarrik parte hartzen du. Elektroiak ferrodoxinatik zitokromoetara eta plastokinonara igarotzen dira, eta berriz FSI-ra itzultzen dira, zikloa osatuz. Prozesu honetan protoiak ponpatzen dira eta ATP sortzen da, baina ez da oxigenorik askatzen ezta NADP⁺ erreduzitzen ere.

Ilunpetako fasea: Calvin zikloa

Argiaren beharrik ez duen fase hau kloroplastoaren estroman gertatzen da. Argitako fasean sortutako ATP eta NADPH molekulak erabiltzen dira CO₂-tik abiatuta konposatu organiko sinpleak sintetizatzeko. Prozesu zikliko honi Calvin zikloa deritzo.

Calvin zikloaren urratsak

1. CO₂-aren finkapena: CO₂ molekula bakoitza erribulosa-1,5-bifosfatoarekin (RuBP) elkartzen da, RuBisCO entzimari esker. 6 karbonoko konposatu ezegonkor bat sortzen da, eta hau berehala bitan zatitzen da: 3 karbonoko bi azido 3-fosfoglizeriko (PGA) molekula sortzen dira. Prozesu hau jarraitzen duten landareei C3 landare deitzen zaie.
2. Finkatutako CO₂-aren erredukzioa: PGA molekula bakoitza, ATP eta NADPH erabiliz, glizeraldehido-3-fosfato (G3P) bihurtzen da.
3. RuBP-aren birsorkuntza: Sortutako G3P molekulen zati bat RuBP birsortzeko erabiltzen da, erreakzio konplexu batzuen bidez, zikloa berriro hasteko prest utziz.

G3P molekulen erabilera

Zikloan birsortzen ez den G3Paren zatiak hainbat helburutarako erabiltzen dira:

• Zitoplasmara ateratzen dira, non glukosa eta fruktosa bihurtzen diren. Hauek sakarosa osa dezakete, landarearen beste ataletara garraiatzeko.
• Kloroplastoan bertan geratzen dira, glukosa sintetizatzeko eta almidoi moduan biltegiratzeko.