Minyororo ya Uhai Inayostaajabisha

JE, UMEWAHI kuwazia kwamba mwili wako umefanyizwa kwa minyororo midogo sana? Labda hujawahi. Hata hivyo, kitabu The Way Life Works kinasema kwamba “visehemu vidogo zaidi vya mwili vilivyo muhimu vimepangwa kwa minyororo.” Kwa hiyo, kasoro ndogo inapotokea katika baadhi ya minyororo hiyo, inaweza kuathiri sana afya ya mtu. Minyororo hiyo ni nini? Inafanyaje kazi? Inahusianaje na afya?

Minyororo hiyo ni molekuli ambazo hugawanywa katika vikundi viwili vikuu. Katika makala hii tutazungumzia molekuli za protini. Zile molekuli nyingine, yaani, DNA na RNA, huhifadhi na kupitisha habari za urithi. Bila shaka, vikundi hivyo viwili vya molekuli vinahusiana sana. Kwa hakika, mojawapo ya kazi muhimu za DNA na RNA ni kutokeza protini mbalimbali.

Vichochezi, Walinzi, na Nguzo

Kati ya molekuli kubwa zinazopatikana mwilini, protini ndiyo inayopatikana katika aina nyingi zaidi. Protini zinatia ndani kingamwili, vimeng’enya, protini zinazochochea au kupunguza utendaji wa sehemu nyingine za mwili, protini zinazoimarisha viungo, na protini za usafirishaji. Kingamwili nyingi hulinda mwili usishambuliwe na vitu kama vile bakteria na virusi. Nyingine huziba mishipa ya damu iliyoharibiwa.

Vimeng’enya huchochea au kuharakisha utendaji wa kemikali kama ule unaohusika katika kusaga chakula. Kitabu The Thread of Life kinasema kwamba “ikiwa hatungekuwa na vimeng’enya, tungekufa njaa kwani ingetuchukua miaka 50 kusaga chakula tulichokula kwa mlo mmoja.” Vimeng’enya hufanya kazi kwa kupokezana, kila kimeng’enya  kikifanya kazi fulani. Kwa mfano, kimeng’enya kinachoitwa maltasi huvunjavunja sukari inayoitwa maltosi kuwa molekuli mbili za glukosi. Kimeng’enya kinachoitwa laktasi huvunja laktosi, au sukari ya maziwa. Vimeng’enya vingine huunganisha atomu na molekuli ili kutokeza vitu vipya, navyo hufanya kazi haraka sana. Molekuli moja inaweza kuchochea maelfu ya utendaji wa kemikali kwa sekunde moja tu!

Protini fulani zinazoitwa homoni huingia katika mfumo wa damu na kuchochea au kupunguza utendaji wa sehemu nyingine za mwili. Kwa mfano, insulini huchochea chembe kufyonza glukosi, ambayo ndiyo chanzo cha nishati ya chembe. Protini zinazoimarisha viungo kama vile kolagini na keratini ndizo hasa hufanyiza gegedu, nywele, kucha, na ngozi. Kitabu The Way Life Works husema kwamba protini hizo ni “kama nguzo, boriti, mbao, saruji, na misumari ya chembe.”

Protini za usafirishaji zilizo katika chembe huingiza na kutoa vitu katika chembe. Hebu tuchunguze muundo wa protini na jinsi umbo lake lililo kama mnyororo linavyohusiana na kazi yake.

Muundo Tata Uliofanyizwa kwa Vitu Sahili

Alfabeti ndiyo msingi wa lugha nyingi. Maneno hufanyizwa kutokana na herufi za alfabeti. Kisha, maneno hufanyiza sentensi. Molekuli za uhai hufuata kanuni hiyohiyo. “Alfabeti” inayotumiwa hutokezwa na DNA. Inashangaza kwamba “alfabeti” hiyo ina herufi nne tu, yaani, A, C, G, na T, ambazo huwakilisha kemikali za adenine, cytosine, guanine, na thymine. Kutokana na kemikali hizo nne, DNA hutumia RNA kutokeza asidi-amino zinazoweza kufananishwa na maneno. Hata hivyo, tofauti na maneno ya kawaida, asidi-amino huwa na idadi ileile ya herufi, yaani, herufi tatu. Kisha, ribosomu huunganisha asidi-amino. Minyororo inayofanyizwa, yaani protini, inaweza kufananishwa na sentensi. Protini ya kawaida huwa na asidi-amino nyingi sana kuliko idadi ya maneno katika sentensi kwani inaweza kuwa na asidi-amino 300 hadi 400.

Kulingana na kitabu kimoja cha marejeo, kuna mamia ya asidi-amino, lakini protini nyingi zina aina 20 hivi za asidi-amino. Asidi-amino hizo  zinaweza kupangwa kwa njia nyingi sana. Kwa mfano: Aina 20 tu za asidi-amino zikifanyiza mnyororo wenye asidi amino 100, mnyororo huo unaweza kupangwa kwa njia 10¹⁰⁰ tofauti-tofauti, yaani, 1 ikifuatwa na sufuri 100!

Umbo na Kazi ya Protini

Umbo la protini ni muhimu katika kutimiza kazi yake ndani ya chembe. Mnyororo wa asidi-amino huathirije umbo la protini? Tofauti na jinsi sehemu za mnyororo wa chuma au wa plastiki zinavyoungana kwa njia hafifu, asidi-amino huungana katika pembe za aina fulani na kutokeza maumbo yanayofanana. Asidi-amino fulani hujiviringa kama vile kamba za simu au kujikunja kama mikunjo ya nguo. Kisha maumbo hayo “hukunjwa,” ili kutokeza umbo tata zaidi lenye nyuso tatu. Umbo la protini hutokezwa kwa utaratibu. Kazi ya protini hutegemea sana umbo lake, na hilo huonekana wazi kunapokuwa na kasoro katika mnyororo wa asidi-amino.

Muundo wa Protini Unapokuwa na Kasoro

Protini inapokuwa na kasoro katika mnyororo wa asidi-amino au inapokunjwa vibaya, inaweza kusababisha magonjwa kama vile anemia selimundu na ugonjwa wa cystic fibrosis. Anemia selimundu ni ugonjwa unaorithiwa. Molekuli za himoglobini katika chembe nyekundu za damu ya mtu anayeugua ugonjwa huo huwa na kasoro. Molekuli ya himoglobini ina asidi-amino 574 zilizopangwa katika minyororo minne. Asidi-amino moja ikihamishwa katika minyororo miwili kati ya minyororo hiyo minne, himoglobini isiyo na kasoro hubadilika na kuwa selimundu. Mara nyingi ugonjwa wa cystic fibrosis hutokea asidi-amino ya fenilalanini inapokosekana mahali muhimu katika mnyororo wa asidi-amino. Kasoro hiyo husababisha matatizo mbalimbali kutia ndani kuvuruga kiasi cha chumvi na  maji kinachohitajika katika utando wa utumbo na mapafu, na hivyo kusababisha ute ulio kwenye utando huo uwe mzito na wenye kunata.

Upungufu mkubwa au ukosefu wa protini fulani hutokeza matatizo kama vile kuwa zeruzeru na hemofilia. Mara nyingi, tatizo la kuwa albino, yaani, ukosefu wa rangi ya ngozi, hutokea protini muhimu inayoitwa tyrosinase inapokuwa na kasoro au inapokosekana. Hilo huathiri kutokezwa kwa melanini, ambayo ni rangi ya kahawia na hupatikana kwenye macho, nywele, na ngozi ya mwanadamu. Ugonjwa wa hemofilia hutokea wakati protini zinazosaidia damu kuganda zinapopungua sana au zinapokosekana. Mtu anapokuwa na protini zenye kasoro anaweza kuathiriwa na maziwa, anaweza kupata kasoro za misuli, na matatizo mengineyo.

Dhana Moja Inayoelezea Chanzo cha Magonjwa

Katika miaka ya majuzi, wanasayansi wamekuwa wakichunguza ugonjwa ambao watu fulani wanadai kwamba unasababishwa na protini yenye kasoro. Kulingana na maelezo yao, magonjwa hutokea wakati protini zenye kasoro zinapoungana na protini zisizo na kasoro, na kufanya protini zisizo na kasoro zijikunje vibaya. Jarida Scientific American linasema kwamba hilo husababisha “ugonjwa huo uzidi na kutokeza vitu vingine vinavyoambukiza.”

Ugonjwa unaosababishwa na protini zenye kasoro ulijulikana kwa mara ya kwanza katika miaka ya 1950 huko Papua New Guinea. Makabila fulani yaliyoishi mbali na makabila mengine yalikula nyama za watu kwa sababu za kidini na hilo lilisababisha ugonjwa unaoitwa kuru, unaofanana na ugonjwa wa Creutzfeldt-Jakob. Makabila hayo yalipoacha zoea hilo la kidini, ugonjwa huo ulipungua haraka na sasa ni kana kwamba umekwisha kabisa.

Ubuni wa Kustaajabisha!

Hata hivyo, inapendeza kwamba kwa kawaida protini hujikunja vizuri na kufanya kazi zake vizuri, kwa ushirikiano, na kwa usahihi. Hilo linastaajabisha sana kwa kuwa kuna zaidi ya aina 100,000 za protini katika mwili wa mwanadamu ambazo ni minyororo tata iliyokunjwa kwa maelfu ya njia tofauti-tofauti.

Bado mambo mengi hayajulikani kuhusu protini. Ili kupata habari zaidi, watafiti wanatengeneza programu za hali ya juu za kompyuta ambazo zitaweza kuonyesha umbo la protini kwa kutegemea mpangilio wa asidi-amino. Hata hivyo, mambo machache tunayojua kuhusu protini yanaonyesha wazi kwamba ‘minyororo hiyo ya uhai’ imepangwa vizuri sana na vilevile inaonyesha kwamba ilibuniwa kwa hali ya juu.

[Sanduku/Picha katika ukurasa wa 27]

“Namba ya Pekee” ya Protini

Ili kuharakisha usafirishaji wa barua, mashirika mengi ya posta hutaka watu watumie namba fulani kwenye anwani. Muumba alitumia kanuni kama hiyo ili kuwezesha protini kusafiri ndani ya chembe. Hilo ni muhimu sana hasa unapokumbuka kwamba kuna utendaji mwingi sana ndani ya chembe, ambayo huwa na protini bilioni moja hivi. Hata hivyo, protini mpya husafiri hadi mahali zinapohitajiwa kwa kutegemea “namba ya pekee” ambayo ni mnyororo wa asidi-amino ulio katika protini.

Mtaalamu wa chembe Günter Blobel alishinda tuzo ya Nobeli katika mwaka wa 1999 alipofanya uvumbuzi huo wa kustaajabisha. Hata hivyo, Blobel alivumbua tu. Je, Muumba wa chembe iliyo hai na molekuli zake nyingi zenye kustaajabisha hastahili kutukuzwa zaidi?—Ufunuo 4:11.

[Mchoro/Picha katika ukurasa wa 24, 25]

(Ona mpangilio kamili katika nakala iliyochapishwa)

Protini hufanyizwaje?

Chembe

1 DNA iliyo katika kiini cha chembe huhifadhi habari kuhusu kila protini

DNA

2 Sehemu fulani ya DNA hufunguka na habari za urithi hufanywa kuwa RNA ya kupeleka ujumbe

RNA ya kupeleka ujumbe

3 Ribosomu, ambazo huchanganua habari na kutokeza protini, huungana na RNA

4 RNA za kuhamisha hupeleka asidi-amino kwenye ribosomu

Asidi-amino mojamoja

RNA za kuhamisha

Ribosomu

5 Ribosomu inapochanganua habari za RNA, inaunganisha asidi-amino mojamoja kwa utaratibu na kufanyiza mnyororo unaoitwa protini

Protini hufanyizwa na asidi-amino

6 Ni lazima protini iliyo kama mnyororo ijikunje kwa usahihi ili ifanye kazi yake. Protini moja ina viunganishi zaidi ya 300!

Protini

Tuna zaidi ya aina 100,000 za protini mwilini nazo ni muhimu sana kwa uhai

Kingamwili

Vimeng’enya

Protini zinazoimarisha viungo

Homoni

Protini za usafirishaji

[Mchoro/Picha katika ukurasa wa 25]

(Ona mpangilio kamili katika nakala iliyochapishwa)

DNA hutokezaje kila protini?

DNA G T C T A T A A G

DNA hutumia “herufi” nne tu: A, T, C, G

A T C G

Mpangilio wa “herufi” za DNA hubadilishwa kupatana na mpangilio wa RNA. RNA hutumia U (“uracil”) badala ya T

A U G C

Kila mpangilio wa “herufi” tatu hutokeza “neno” hususa, yaani, asidi-amino. Kwa mfano:

G U C = valini

U A U = “tyrosine”

A A G = lisini

Hivyo, kila moja ya asidi-amino 20 za kawaida ina mpangilio wake wa “herufi.” “Maneno” huunganishwa pamoja kufanyiza mnyororo au “sentensi,” yaani, protini

[Mchoro/Picha katika ukurasa wa 26]

(Ona mpangilio kamili katika nakala iliyochapishwa)

Protini hukunjwaje?

Asidi-amino mojamoja huunganishwa ili . . .

1 kufanyiza mnyororo, kisha . . .

2 zinajiviringa, kujikunja, au kufanyiza maumbo mengine, kisha . . .

Minyororo iliyojiviringa

Mikunjo

3 hujikunja kufanyiza umbo lenye nyuso tatu, ambalo linaweza kuwa . . .

4 kisehemu tu cha protini tata

[Picha katika ukurasa wa 26]

Mfano huu wa protini ya ribosomu uliotokezwa kwa kompyuta una rangi zinazoonyesha visehemu vyake. Maumbo mbalimbali yameonyeshwa na zile sehemu zilizojiviringa na kujikunja

[Hisani]

The Protein Data Bank, ID: 1FFK; Ban, N., Nissen, P., Hansen, J., Moore, P.B., Steitz, T.A.: The Complete Atomic Structure of the Large Ribosomal Subunit at 2.4 A Resolution, Science 289 pp. 905 (2000)

[Hisani ya Picha katika ukurasa wa 24]

Adapted drawings: From THE WAY LIFE WORKS by Mahlon Hoagland and Bert Dodson, copyright ©1995 by Mahlon Hoagland and Bert Dodson. Used by permission of Times Books, a division of Random House, Inc.