Ödevsel

Önsöz

12 Temmuz 2007

ÖNSÖZ

Canlı; nükleik asit ve protein taşıyan ve bu molekülleri bizzat sentezleyen doğal yapıdır. Canlılık için önemli bir yapı olan nükleik asitleri çalışmamız, canlılık kavramını daha iyi kavramımızı sağladı.

TEŞEKKÜR

Tezin hazırlığı aşamasında, alanındaki bilgilerini, fikirlerini bizden esirgemeyen, ayrıca çalışmamıza danışmanlık yaparak bizi yönlendiren değerli hocamız Prof. Dr. M. Yaşar AKSOYLAR’a, tezimizin kontrol ve düzeltilmesinde bizlere yardımcı olan Araştırma Görevlisi Faruk GÜRBÜZ’e, ayrıca bizim bugünlere gelmemizi sağlayan ailelerimiz, H. Doğan - Saadet DEMİR ile Nazif - Şerife GÜNGÖR’e sonsuz şükranlarımızı sunarız.

ÖZET

20.yy’ın temel bilimsel başarılarından birisi de genetik bilginin transferi ve protein biyosentezinin kontrolünde kimyasal ilişkilerin moleküler düzeyde açıklanmasıdır. İlgili maddeler nükleik asitler olarak adlandırılan biyolojik makromoleküllerdir. 1865’de Alman bilgini F. Mischer balık sperminden ilk kez nükleik asidi izole etti. Buna hücre çekirdeğinden izole edildiği ve asit özelliği gösterdiği için nükleik asit denmiştir (DNA).

Bugün RNA ( Ribonükleikasit ) ve DNA ( Deoksiribonükleik asit ) olmak üzere iki çeşit nükleikasit vardır. Bunlar az veya binlerce kg/mol. molekül ağırlığa sahip makromoleküllerdir. RNA’ nın stoplazmada, DNA’ nın ise plastid ve mitokondrilerde de bulunduğu artık günümüzde bilinmektedir. Hücrede DNA’nın önemli bir kısmı çekirdektedir, bunlar kalıtım faktörlerini taşır. Elektron mikroskobik gözlemler DNA’ nın uzun, ipliğimsi ve dallaşmayan makromoleküller olduğunu gösterir. DNA’nın özellikle hücre çekirdeğinde yoğun olmakla birlikte plastidler, mitokordrilerde de az miktarda vardır. Bakteri hücrelerinde DNA nükleotitde, siyonofit hücrelerinde kromidial apareyde yoğunlaşır. Virüslerin çoğu DNA içerir. Nükleikasitler daha çok bilgi taşıyıcıdır. Nükleikasitlerin yapıtaşlarına “Nükleotid” denir. Her nükleotid şeker, fosfor asidi ve azotlu organik baz moleküllerinden oluşur.

İÇİNDEKİLER

1. GİRİŞ

Yaşam bilgilerini içeren, bunları saklayan ve proteine dönüştürülmesini gerçekleştiren biyopolimere “Nükleik Asitler” denir. Nükleik asitler, kalıtsal faktör taşıyıcıları ve protein sentezinin anahtar maddeleridir.

1865‘de Alman bilgini F. Mischer balık sperminden ilk kez nükleik izole etti. Buna, hücre çekirdeğindeki kütleden izole edildiği ve asit özelliği gösterdiği için “Nükleik Asit” denmiştir. O zaman bazı bilginler bunun genetik madde olabileceğini düşündüler. Fakat yapılan analizler sonucunda yapısında sadece dört farklı baz bulunduğu anlaşılınca, bu düşünceden vazgeçildi. Çünkü bu kadar az sayıda bazla pek çok sayıdaki genetik bilgi nasıl tutulabilirdi? Bundan sonra bazı proteinlerin genetik madde olabileceği düşüncesi yaygınlaştı.

İzole edilen DNA’ya sadece basit bir hücre ögesi olarak bakıldı. Fakat 1944 – 1952 arasında yapılan deneyler DNA’nın bir genetik madde olduğunu kesin olarak ortaya koydu. Örneğin, patojen olan bir pnömokok hücresinden ayrılan DNA, patojen olmayan bir türün hücresine iletildiğinde onun da patojen hale dönüştüğü bulundu (Avery, Mcleod, Mccarty, 1944 ). Buradaki dönüşüm yani patojen olma özelliği sürekli olmuştur ve kuşaktan kuşağa aktarılmıştır. Bir E.Coli bakteriyofaji olan T2 virüsünün protein kükürtleri radyoaktif çekirdeklerden olan 35S ile ve DNA’sının fosforları 32P ile etiketlendikten sonra E.Coli hücresine bırakılmış ve orada çoğaldıktan sonra analiz edildiğinde sadece yeni DNA’ lar da 32P bulunmuş, oysa yeni meydana gelen proteinlerde 35S bulunmamıştır; böylece, çoğalmaya etken olan maddenin yani genetik maddenin DNA olduğu fakat proteinler olmadığı sonucuna varılmıştır.

DNA molekülünde bulunan birtakım özellikler DNA’ nın genetik materyal olduğunu desteklemektedir. Örneğin herhangi bir tür organizmanın hücrelerindeki DNA miktarı inanılmayacak derecede sabittir. DNA miktarı beslenme, çevre koşulları ve metabolik olaylara göre azalıp eksilmez. Böyle bir özellik genetik bilgiyi taşıyan molekülde aranan önemli bir özelliktir. Çünkü bir canlının bütün hücreleri aynı genetik bilgiyi taşır. Bir canlıdaki DNA belirli fonksiyonları görecek bir genetik bilgi kapsamına sahiptir. Beslenme, çevre koşulları ve metabolik olaylarla bir canlının genetik bilgi kapsamını artırmaya imkân yoktur. Ayrıca bir canlıda veya hücrede bulunan DNA miktarı canlının yaptığı işlerin karmaşıklığı veya çokluğu ile orantılıdır. Canlıların hücrelerinde bulunan DNA miktarı, evrensel durumları ile aşağı yukarı bir parelellik göstermektedir. Örneğin bir bakteri hücresi 0,01 pikogram DNA ihtiva ederken, bir memeli hücresi 6 pikogram DNA ihtiva etmektedir. Yani memeli hücresi bakteriden yaklaşık 600 misli daha fazla DNA ihtiva etmektedir.

Bir organizmanın diploid hücresinde her kromozom çift olarak bulunur. Haploid hücrede ise kromozom sayısı yarıya inmiştir. Her iki hücreden DNA izolasyonu yapıldığı zaman hücredeki DNA miktarının diploid hücrenin yarısı olduğu görülmüştür. O halde genetik materyal kromozomlarda taşınmakta, kromozom sayısı yarıya indiği zaman DNA miktarı da yarıya inmektedir.

1947-1953 yıllarında çalışmalarını sürdüren Erwin CHARGAFF ve arkadaşları, hassas kromotografik yöntemler uygulayarak evrensel bakımdan değişik düzeyde bulunan türlerin DNA’larının baz kompozisyonunu incelemişlerdir. Yapılan çalışmalara ve elde edilen değerlere göre şu sonuçlara varılmıştır.

DNA’nın baz kapsamı türden türe değişiklik göstermektedir.

Bir türün muhtelif organlarından izole edilen DNA’lardaki baz kapsamı aynıdır.

Bir türün DNA’sındaki baz kapsamı, o türün yaşı, beslenmesi ve çevre değiştirmesiyle değişmez, devamlı sabittir.

İncelenen hemen hemen bütün DNA’ larda Adenin’in Timin’e ( A = T ) Sitozin’in Guanin’e ( C = G ) eşit olduğu bulunmuştur.

Birbirine yakın türlerden elde edilen DNA’ ların baz kapsamının bir birine yakın, evrimsel bakımdan uzak olan türlerin DNA’ larının baz kapsamının birbirine hiç benzemediği görülmüştür. Bugün bu özellikten istifade edilerek bazı canlıların sistematik sınıflaması yapılmaktadır.

Bütün bu araştırmalardan sonra artık, DNA’nın kalıtsal bilgiyi taşıyan molekül olduğundan kimsenin şüphesi kalmamıştır. Sıra DNA’nın çok büyük sayıdaki genetik bilgiyi nasıl kapsadığı sorusunun yanıtlanmasına gelmiştir. Bu sırada, J.Watson ve F. Crick, Rosalind Franklın tarafından çekilen DNA X- ışınları fotoğrafını incelemişlerdir. Bu X – ışınları resimlerinin incelenmesi ve aynı zamanda Chargaff tarafından DNA’ da yapılan kimyasal analizlerde % A = % T; % G = % C sonuçlarının göz önüne alınmasıyla DNA’nın birbirine baz eşleşmeleriyle tutunan çift iplikli sarmal modelini ortaya koymuşlardır. Genetik bilgilerin çekirdek bazlarının diziliş sırasıyla ilgili olduğu anlaşıldıktan yaklaşık 10 yıl sonra genetik kod tamamen çözümlenmiş ( 1966 ) ve bundan sonra moleküler biyoloji ve biyokimya alanında büyük ilerlemeler kaydedilmiş, gen teknolojisi geliştirilmiştir. Günümüzde canlıların, cinsel hücrelere gerek kalmadan, herhangi bir doku hücresiyle kopyalanması gündemdedir.

Kalıtsal bilgiyi taşıyan bir molekülün üç önemli özelliği bulunması gerekiyordu:

Bu molekül kendini doğru bir şekilde eşleyebilmeli ve uzun yıllar boyunca nesilden nesile aktarılan kalıtsal bilgi değişmeden kalmalıdır.

Evrimsel değişmeye fırsat vermek için bu molekül kendini eşlerken çok nadir de olsa mutasyona imkân vermelidir.

Kalıtsal bilgiyi taşıyan bir molekül, hücrede sentezlenen bütün proteinlerin sentezini denetleyebilmelidir.

Daha sonraki yıllarda yapılan bütün çalışmalar DNA molekülünün bu üç özelliği kapsadığını ve gerçekten de kalıtsal bilgiyi taşıyan molekül olduğunu ortaya koymuştur.

Nükleik asitler, uzun zincirlerden yapılmış makro moleküllerdir. Her zincir, bir birine benzeyen pek çok sayıdaki ufak birimlerin bağlamalarından oluşmuştur. Bu birimlere “Nükleotid” denir. Her nükleotid 1 : 1 : 1 oranıyla üç maddeden oluşur. Bu maddeler organik bir baz, bir pentoz ve fosforik asittir.

Nükleik asitleri oluşturan bileşenler, doğrudan hidroliz ya da enzimatik hidrolizle elde edilebilirler. Tam hidroliz sonunda bir şeker, heterosiklik bazlar, inorganik fosfat iyonları meydana gelir.

2. NÜKLEİK ASİTLERİN YAPISAL ÜNİTELERİ

Nükleik asitler yalnız kalıtsal bilgiyi taşıyan makromoleküller olmakla kalmayıp bu bilgiyi protein sentezine aktarmaktan da sorumludurlar. Bir polipeptidin sentezinden sorumlu DNA parçasına “Gen” adı verilmektedir. Temelde proteinler için asıl şifreyi DNA molekülleri taşımaktadır. DNA’nın görevini yapabilmesi yani protein sentez ve yapısını denetleyebilmesi, diğer birkaç nükleik asit çeşidinin varlığını gerektirmektedir. Şu halde nükleik asitleri iki gruba ayırabiliriz.

- Deoksiri bonükleik Asitler ( DNA )

- Ribonükleik Asitler ( RNA )

Her iki nükleik asit de nükleotitlerin polimerize olması ile meydana gelmektedir. Makromoleküler yapıda şeker ve fosfat üniteleri fosfodiester bağı ile bir birine bağlanarak molekülün ana omurgasını oluşturmakta, bazlar ise iki omurgayı bir arada tutmaktadır. O halde nükleik asitler bir çok yapısal ünitenin bir düzen halinde bir araya gelmesi ile ortaya çıkmıştır. Nükleik asitlerin yapısını oluşturan üniteler şunlardır:

Şekerler

Purin ve pirimidin bazları

Nükleozidler

Nükleotitler

İnorganik fosfat

Şimde bu yapısal üniteleri sırası ile inceleyelim.

2.1. Şekerler

Şekerler, nükleik asitlerin ana omurgası boyunca yer alan ünitelerdir. Deoksiriboz şekeri DNA yapısında, riboz şekeri ise RNA yapısında yer almaktadır. Her iki şeker arasındaki başlıca fark 2 nolu karbona bağlı hidroksil ( -OH) grubundaki oksijenin deoksiriboz şekerinde eksik olmasıdır. Her iki şekerde beşli bir FURAN halkası ihtiva etmektedir. Nükleik asitlerin yapısında bulunan şekerler 3-OH ve 5-fosfat grupları ile reaksiyona girmektedir. Bazlar ise şekerlerin 1 nolu karbon atomuna bağlanmaktadır.

Her iki şekerin yapısı aşağıdaki gibidir.

RİBOZ ŞEKERİ DEOKSİRİBOZ ŞEKERİ

( D – RİBOZ ) (2- DEOKSİ – D- RİBOZ )

Şekil 1. Riboz ve Deoksiriboz şekeri.

2.2. Bazlar

Nükleik asitlerin yapısında yer alan bazlar başlıca iki gruba ayrılmaktadır.

2.2.1. Pirimidinler

Yapılarında iki azot ( N) bulunan ve altıgen bir halkaya sahip bileşiklerdir. Yapıdaki numaralama sistemi halkanın altında bulunan azottan başlar saatin işleyiş yönüne doğru devam eder. Nükleik asit yapısında yer alan diğer bütün pirimidinler bu ana yapının türevidirler.

Şekil 2. Pirimidi’nin ana yapısı,

Hatta purinler bile bazı hallerde pirimidinlerin bir türevi olarak kabul edilmektedir. Çünkü, purinler pirimidin halkasına bir imidazol halkasının bağlanmasıyla oluşmuşlardır. Nükleik asitlerin yapısında yer alan başlıca pirimidinler, pirimidin halkasındaki 2, 4 ve 5’ ci pozisyonlardaki hidrojen atomlarının yerine amino, hidroksil, oksijen ve metil gruplarının girmesiyle oluşmaktadırlar. Bunlar pirimidin ana yapısından meydana gelmiş pirimidin türevidirler. Nükleik asit yapısında sıklıkla yer alan üç pirimidin bilinmektedir ve bunlar sitozin, urasil ve timindir.

Şekil 3. Sitozin Urasil ve Timin’in yapısı

Bunlardan timin ve sitozin DNA yapısında, urasil ve sitozin ise RNA yapısında yer almaktadır.

2.2.2. Purinler

Altıgen pirimidin halkasına beşli bir imidazol halkasının bağlanmasıyla purin bazlarının ana halkasal yapısı oluşur.

Şekil 4. Purin Halkası Ana Yapısı

Purin ana halkasal yapısında numaralama pirimidin altıgen halkasında bulunan yukarıdaki azottan başlar ve saatin işleyiş yönünün aksine devam eder ve imidazol halkasında ise tekrar saatin işleyiş yönünde numaralama devam eder. Nukleik asidin yapısında başlıca iki purin bazı bulunmaktadır ve bunlar adenin ve guanindir.

Şekil 5. Adenin ve Guanin’in Yapısı

Daha az sıklıkla raslanan purin bazları ise ksantin, hipoksantin ve ürik asittir. Doğal olarak meydana gelen bu purin bazları daha çok purin metabolizmasında rol oynamaktadır.

Şekil 6. Ksantin , Hipoksantin ve Urik Asit’in Yapıları

Serbest purin ve pirimidin bazları pratik olarak suda çözülmezler. Bazlar hafifçe bazik bileşiklerdir ve ortam pH’ına bağlı olarak iki veya daha fazla tautometrik yapı gösterirler. Örneğin urasilde keto enol tautomerizmi bir denge halindedir ve pH 7,0 de molekül çoğunlukla keto yapısında bulunmaktadır. Formüllerini yazdığımız diğer purin ve pirimidin bazları ise yine pH 7,0 de daha çok formüllerde belirtildiği yapıda bulunmaktadır.

2.2.3. Nadir Rastlanan Bazlar – Modifiye Bazlar

Her ne kadar adenin, guanin, timin, sitozin ve urasil gibi normal bazlar çoğunlukla DNA ve RNA yapısında yer alıyorlarsa da diğer bazı “Minör” yahut “ Nadir bazlar”adı verilen bazlar da nükleik asitlerin yapısında yer almaktadır.

Nadir bazlar genellikle normal bazların değişik pozisyonlarına metil, hidroksimetil, asetil, izopentenil veya değişik bir grubun bağlanmasıyla meydana gelmektedirler. Nadir bazlar daha sıklıkla tRNA yapısında bulunur. tRNA’larda 30 kadar nadir baza rastlanmaktadır.

Nükleik asitlerin yapısında rastlanan bazı nadir bazlar aşağıdaki tabloda liste halinde verilmiştir. Bütün purin ve pirimidin bazları ultraviyole ışığı 250 - 280 nm arasında kuvvetle absorbe etmektedirler. Bu özelliklerinden dolayı bazların, nükleozitlerin ve nükleotitlerin kantitatif analizini yapmak mümkün olmaktadır. Serbest purin ve pirimidin bazlarını kromotografik ve elektroforetik yöntemlerle kolayca ayırmak mümkündür.

TABLO 1. Nükleik Asitlerin yapısında rastlanan nadir bazlar.

BAZLAR

KISALTILMIŞ SEMBOLLER

5,6 - Dihidrourasil

hu

1 - Metilurasil

M1u

3 - Metilurasil

M3u

5 - Hidroksimetilurasil 5 - OH

M5u

2 - Thiourasil

S2u

N4 Asitilsitozin

Ac4 - C

3 - Metilsitozin

M3C

5 - Metilsitozin

M5C

5 - Hidroksimetilsitozin 5 - OH

M5C

1 - Metiladenin

M1A

2 - Metiladenin

M2A

7 - Metiladenin

M7A

N6 - Metiladenin

M6A

N6 - Dimetiladenin

M6 6A

N6- ?2 - İzopenteniladenin

MS2I6A

1 - Metilguanin

M1G

7 - Metilguanin

M7G

N2 - Metilguanin

M2G

N2 - Dimetilguanin

M2 2G

2.3. Nükleositler

Bir purin veya pirimidin bazının riboz veya deoksiriboz şekerinin birinci karbonuna bağlanması ile nukleositler meydana gelmektedir. O halde iki sınıf nukleosit bulunmaktadır. Bazların riboz şekerine bağlanması ile ribonukleositler, deoksiriboz şekerine bağlanmasıyla da deoksiribonukleositler ortaya çıkmaktadır. Ribonükleositlerin yapısı aşağıda gösterilmiştir.

Şekil 7. Adenosin, Guanozin, Sitidin, Üridin Ve Timidin’in Yapısı.

Purin ve pirimidin bazları gibi nükleositler de hücre içerisinde nükleotitlerin fosfat, grubunun enzimatik olarak hidrolize edilmesi ile çok az miktarda üretilmektedirler Nükleositler suda ait oldukları bazlardan daha fazla çözünmektedirler. Pirimidin nükleositler, purin nukleositlere nazaran asit hidrolizine karşı daha fazla dayanıklıdırlar. Her iki tip nükleositlerde spesifik NUKLEOSİDAZ’ larla hidrolize edilerek, serbest şeker ve baza ayrılmaktadır.

Aşağıda görüldüğü gibi pirimidin nukleositlerde şeker, l.karbonundan sitozin, timin ve urasilin 1 nolu azotuna bir glikozidik bağ ile bağlanmıştır. Purin nukleositlerde ise şeker 1. karbonu ile adenin ve guaninin 9 nolu azotuna bağlanmıştır. Şeker molekülü ve bazlar arasındaki bu bağa ß - N - glikozidik bağ adı verilmektedir.

Şekil 8. Pürin ve pirimidin nukleosit

Nukleositler yapılarında bulunan bazların adları ile söylenirler. Örneğin, adenin nukleosite kısaca adenozin adı verilir. Eğer bazların nukleosit yapılarındaki şeker, riboz şeker ise nukleositlerin isimleri aşağıdaki gibidir. Pirimidinden elde edilennükleositlere – idin, purinden elde edilenlere – ozin eki eklenir.

Adenin nukleosit………………………………. Adenozin

Guanin nukleosit……………………………….. Guanozin

Timin nukleosit…………………………………. Timidin

Sitozin nukleosit……………………………….. Sitidin

Urasil nukleosit………………………………… Uridin

Hipoksantin nukleosit……………………….. İnozin

2.4. Nukleotitler

Bir nukleotid ; bir baz, bir şeker ve bir fosfat grubu içerir. Nukleotidlerdeki pentoz türleri D-riboz-2-deoksi-D-ribozdur. Bir nukleik asit molekülünde, bu nukleotitlerden ancak bir tanesi bulunabilir. Nukleik asitler riboz içeriyorsa ribonukleik asit (RNA), deoksiriboz içeriyorsa deoksiribonukleik asit (DNA) diye adlandırılır. Nukleotitleri, nukleikasitlerin fosfat esterleri olarak tanımlayabiliriz.

Şekil 9. Bazı Nukleotitler

2.5. İnorganik Fosfat

Nukleik asitlerin tam hidrolizi sonunda, hidroliz ortamı ve pH’ya bağlı olarak oluşan inorganik fosfat H2 PO4- ya da HPO4-2 dir. Nukleotitlerde fosfat grubu, şekerin hidroksil grubuna bağlanmıştır.

2.6. Makromolekül Yapısı

2.6.1. Nukleik asitler

DNA ve RNA molekülleri bir çok bakımdan bir birine benzemektedir. Genel yapı bakımından birbirinin benzerleridirler. Ancak bir takım farklılıklar vardır. Bunları şu şekilde sıralayabiliriz:

DNA’nın yapısında deoksiriboz şekeri, RNA’ nın yapısında riboz şekeri bulunur.

DNA’nın yapısında adenin, timin, sitozin ve guanin bulunur. Yani DNA’daki timin yerine RNA’da urasil bazı girmektedir.

DNA hemen hemen her zaman çift sarmal yapıda bulunur. İstisna olarak bazı viruslardaki DNA tek sarmallıdır. RNA’lar hemen hemen her zaman tek zincir halinde bulunurlar. Nadir hallerde örneğin ; tRNA yapısında kısmi çift sarmal yapı meydana getirirler.

DNA her zaman kalıtsal özelliği taşıyan molekül olarak ödev yapmaktadır. RNA’lar çoğu zaman yapısal ödev yapmakta veya protein sentezinde genetik bilginin DNA’dan proteine aktarılmasında aracı rolü taşıyan bir molekül olarak hareket etmektedir.

DNA’ larda adeninin sayısı timine, guaninin sayısı ise sitozine eşittir. RNA’ daki bazlar arasında böyle bir oran söz konusu değildir.

DNA ve RNA arasındaki farkları bu şekilde sıraladıktan sonra şimdi de nasıl polimerize olduklarına bakalım:

2.6.2. Polinukleotitler

Deoksiribonukleotitlerin polimerize olmasıyla DNA ve ribonukleotitlerin polimerize olmasıyla da RNA meydana gelmektedir. Bir nukleotitteki şekerin 5’ – karbonuna bağlı fosfat grubunun hidroksili ile diğer nukleotitteki şekerin 3’ – hidroksil grubu arasında bir fosfodiester bağı oluşur. Böylece bir şeker ile bir fosfatın münavebeli bir şekilde devam etmesi ve arada fosfodiester bağının bulunması ile nukleik asitlerin ana omurgası meydana gelmektedir.

Daha önce de belirtildiği gibi DNA ve RNA arasında bir şeker ve baz farklılığı bir yana bırakılacak olursa her iki molekülün bir çok özellikleri birbirine benzemektedir. Gerek DNAda gerekse RNA’da nukleotitler fosfodiester bağı ile birbirine bağlanarak polinukleotitler meydana gelmektedir. DNA molekülünde bir fosfodiester bağının meydana gelişi şekilde gösterilmiştir.

Şekil 10. DNA Polimeraz enzimlerinin katalize edici etkisiyle DNA zinciri

uzamaktadır.

DNA ve RNA’nın omurgasını oluşturan gruplardan biri olan fosfat grupları pH 7,0 civarında oldukça polar özelliğe sahip olup asidik karakter göstermekte ve negatif yüklüdür.

Polinukleotit yapısındaki bazlar pratik olarak suda çözünmezler ve hidrofobik özellik gösterirler. Gerek DNA’ yı gerekse RNA’ yı oluşturan polinukleotitlerde bir polarite söz konusudur. Yani bu polinukleotitlerin bir ucunda 3’- hidroksil grubu, diğer ucunda 5’- fosfat grubu bulunmaktadır. DNA ve RNA polinukleotitlerinin yapısı şekilde görülmektedir.

Şekil 11. DNA ve RNA zincirlerinin ana omurgası. Birbiri arkasına gelen pentoz şekeri ve fosfat grupları fosfodiester bağı yaparak DNA ve RNA ana omurgasını oluşturmaktadır. Fosfat gruplarının bir hayli polar olmasına karşılık bazlar nonpolar ve hidrofobiktir.

3. DEOKSİRİBONUKLEİK ASİT ( DNA )

Kalıtsal bilgilerin, sadece 4 tip monomerik üniteden oluşan, bir polimer molekülü boyunca şifrelenmiş olmasının keşfi bu polimerik molekülün DNA olduğunu göstermiştir. DNA’ nın kalıtsal bilgiler içerdiği ilk defa 1944′ te Avery, Mcleod, Mc Carty tarafından bir dizi deneyle gösterilmiştir.

Canlılığın sınırında olan virüslerden, en gelişmiş bir yaratık olan insana kadar DNA genetik maddedir. Burada canlılık olayı protein sentez bilgileri halinde saklanır, etkin hale geçirilir ve kuşaktan kuşağa aktarılır. ( Ancak bazı RNA virüslerinde RNA’ da genetik maddedir. Bu tek veya çift iplikli olabilir. Keza DNA’da bazı virüslerde çift iplikli sarmal şeklinde olduğu gibi bazılarında da tek iplikli olabilir. )

Şekil 12. Purin ve pirimidin bazları olan Adenin (A), Timin (T), Sitozin (C), Guanin (G) nükleik bazlara bir N – glikozidik bağı ile tutturulmuş olduğu 2/– deoksiribozil artıkları arasındaki bir fosfodiester omurgası tarafından bir arada tutulan DNA molekülünün yapısının bir segmenti.

3.1. DNA’ nın Yapısı ve Özellikleri

3.1.1. DNA’ nın Birincil Yapısı

DNA polimeri,fosfat gruplarıyla birbirlerine bağlanmış nukleosit birimlerinden oluşmuştur. Fosfat, bir şeker biriminin 3/ hidroksil grubu ile diğer şeker biriminin 5/ hidroksil grubu arasında bir inorganik ester bağı oluşturur. ( Şekil 12 ) Doğrusal bir DNA polimeri, bir uçta serbest bir 5/ – hidroksil grubu, diğer uçta serbest bir 3/ – hidroksil grubu içerir. Bir DNA molekülü, bir baz serisi ( A, G, C, T ) taşıyan bir şeker – fosfat grubu omurgası içerir. Bu omurgada, bazların oluşturduğu sıraya, baz dizisi denir. Bir tekli DNA zincirinde, baz dizisini belirtmek için, birkaç kısaltılmış formül geliştirilmiştir. En basit yöntem, zincirin 5/ hidroksil ucundan başlayarak 3/- hidroksil ucuna doğru ilerleyerek; baz sırasını bazları simgeleyen büyük harfleri kullanarak belirtmektir.

3.1.2. DNA’nın İkinci Yapısı : İkili Sarmal

Bir baz dizisi içeren DNA polimeri genetik şifreyi nasıl taşır ? 1950 yılılda J. D. Watson ve F. H. Crick, DNA’ nın davranışını açıklayan bir model önermişlerdir. 1962 yılında Maurice Wilkins ile birlikte bu iki araştırmacı; X – ışınları analiziyle modelin yapısına ilişkin önemli kanıtlar elde etmişler ve çalışmalarından dolayı nobel ödülü kazanmışlardır.

Şekil 13. DNA’ nın X ışını kırılma görüntüsü. Crick’ in bulduğu gibi, modelin merkezinden X – şeklindeki çapraz yayılım bir heliksi betimlemektedir. Yukarıdaki ve aşağıdaki kuvvetli bantlaşmaların pozisyonu 3.4 Ao luk bir periyodizmi gösterir. Daha ince kalıplar, 34 Ao luk periyotların olduğu izlenimini verir.

Watson – Crick DNA modeli, iki uzun antiparalel DNA molekülünün, hidrojen bağlarıyla bir arada tutulduğu bir ikili sarmaldır. İki sarmalın uçları, bir molekülün 5/ ucu ile diğer molekülün 3/ ucundan ibarettir.

DNA zincirleri arasındaki hidrojen bağları gelişigüzel oluşmamıştır; söz konusu bağlar, belirli baz çiftlerine özgüdür; guanin sitozinle, adenin timinle hidrojen bağları oluşturmuştur.

Deoksitimidin Deoksiadenozin

Deoksisitidin Deoksiguanin

Şekil 14. Deoksiadenozin ve deoksi timidin ile deoksisitidin ve deoksiguanozin arasındaki Watson ve Crick tarafından önerilen baz çiftlenmesi

Timin ve adenin iki hidrojen bağıyle birbirine bağlanabilir. Sitozin ve guanin üç hidrojen bağıyla bağlanır. Dört bazın, başka şekillerde çiftlenmeleri durumunda, bu tür kuvvetli hidrojen bağları oluşamaz. ( Şekil 14 )

DNA’nın sarmal oluşturan ve baz çiftleri arasında oluşan hidrojen bağlarıyla bir arada tutulan iki zinciri şekil 15′ te görülmektedir. Çift kollu DNA moleküllerinde, bilgiler bir kol üzerindeki nükleotitlerin sıralanmalarında yattıklarından diğer kol kalıp olmayan, yani kalıp kolu bütünleyici olarak kabul edilir.

Küçük Oluk

Büyük Oluk

Şekil 15. DNA’ nın çift sarmallı yapısının Watson – Crick modeli. DNA zincirleri sarmalın her tam dönüşünde, 10 baz çift bulunacak şekilde birbirlerine sarılarak bir ikili sarmal oluşturmuşlardır.

3.2. DNA’ nın Denaturasyonu ve Renatürasyonu

Polinukleotitler arasındaki fosfodiester bağı kopmadan bazlar arasındaki hidrojen bağlarının kırılması ve iki sarmalın birbirinden ayrılması olayına DNA’ nın denaturasyonu denmektedir.

Şekil 16. Sıcaklığın artması ve olayların sağa doğru ilerlemesi ile DNA molekülü denature olmaktadır. Eğer olaylar sola doğru ilerleyecek olursa DNA molekülü renatüre olmaktadır.

DNA, pH değişmesi, sıcaklığın artması ve bazı reaktifler ile deneturasyona uğrayabilir. Kuvvetli asitler ya da bazlar, DNA yapısında bulunan nötr heterosiklik bazların iyonik yükler kazanmasına yol açar. Bu yükler, etkin hidrojen bağı oluşumu için gerekli olan bazlığı etkiler.

Bir DNA molekülünün Tm ( DNA çift sarmalının % 50’ sini tek sarmal haline getiren sıcaklığa erime noktası “ melting temperature” denir ve Tm ile gösterilir ) derecesinin yüksek olması o DNA molekülünde G – C baz çiftinin yüksek olduğunu göstermektedir. Çünkü guanin – sitozin (G?C) arasında üç hidrojen bağı bulunmaktadır. Halbuki adenin – timin (A=T) arasında iki hidrojen bağı bulunmaktadır. Guanin – Sitozin arasindaki üç hidrojen bağını (G?C) kırmak için daha fazla enerji yani daha yüksek sıcaklık derecesi gerekmektedir. Bu nedenle, eğer bir DNA molekülünde G – C baz çifti oranı yüksekse o DNA molekülünün erime noktası yani Tm derecesi de yüksek olmaktadır.

DNA’ nın ısıtılması ve yüksek veya düşük pH derecelerine tabi tutulması ile, ilk önce adenin – timin ( A – T ) baz çiftlerinin sıklıkla bulunduğu bölgelerin bir birinden ayrıldığı görülmektedir.

Isıtılan ve bir birinden ayrılan DNA tek sarmalları kendi haline bırakılacak olursa çift sarmallı DNA yeniden meydana gelmektedir. Bu olaya ANNEALING adı verilmektedir. Çift sarmallı hale dönüşen DNA molekülü de tekrar eski biyolojik fonksiyonunu kazanmaktadır.

Eğer DNA molekülü kısmen denature olmuş ise renatunasyonu daha kolaydır. Şayet denaturasyon tam olmuş ve zincirler bir birinden tamamen ayrılmış ise renaturasyon daha uzun bir süre gerektirmekte ve daha zor olmaktadır.

Renaturasyon hızı, derişim yanında, DNA’ nın karmaşıklığına da bağlıdır.

3.3. DNA’nın Çeşitli Formları :

DNA çift sarmalı için ileri sürülen orjinal model sağ el heliks yapısı göstermektedir.

DNA’ daki sağ el heliks yapısı sterokimyasal konfigurasyon bakımından sol el heliks yapısından daha kararlı bir yapı şeklidir. DNA’ ların büyük bir kısmının sağ el heliks yapısı göstermesi bu duruma bir kanıt olarak gösterilebilir.

Klasik Watson – Crick çift sarmal modeli sağ el heliks yapısı gerektirmekte ve çift zincirin bir tam dönüşünde ise yapıya 10 baz girmektedir. Baz çiftleri çift sarmal eksenine dikey olarak yer almış bulunmaktadır. Bu yapıdaki DNA’ ya B – DNA adı verilmektedir.

Şekil 17. Sağ el heliks yapısı gösteren DNA molekülünün üç boyutlu yapısı. Çift sarmal yapı ve bu yapı içerisinde bazların karşılıklı dizilişleri

Şekil 18. A ve B formlarındaki DNA ‘ların çift sarmalı şeker ve fosfatın biribirine bağlanması ile meydana gelmektedir.

İki sarmal arasındaki çizgiler ise baz çiftlerini ifade etmektedir.

Eğer sağ el çift sarmal yapı gösteren DNA molekülünün bir tam dönüş yapması için yapıya 11 baz girmiş ve baz çiftleri çift sarmal eksenine 20o’lik bir açıyla yerleşmiş bulunuyorsa ve DNA molekülü su kaybetmişse bu yapıdaki DNA’ya A – DNA adı verilmektedir.

DNA yalnız yüksek tuz konsantrasyonunda sol el heliks yapısı göstererek Z – DNA şeklinde bulunmaktadır. Z – DNA’ nın bir tam dönüşünde yapıya 12 baz girmektedir.

Şayet Z- DNA düşük tuz konsantrasyonu ihtiva eden bir ortama nakledilecek olursa sağ el heliks yapısını alıp B – DNA şekline dönüşmektedir.

Şekil 19. Z ve B forumlarındaki DNA ‘ların üç boyutlu yapı modeli. Z formundaki

DNA ‘nın yapısında gösterilen kırık çizgiler fosfat bağlarını ifade etmektedir.

3.4. DNA Molekülünün Baz dizisinin Tayini

Bunun için DNA molekülleri önce restriksiyon endonükleazlar ile küçük frangmentlere ayrılmaktadır. Daha sonra çift sarmallı DNA’nın iki sarmalının bir birinden ayrılması ve tek sarmallı DNA haline dönüşmesi lazımdır. Bunun için DNA molekülü ısıtılarak tamamen denatüre edilir. Ve sarmalların birbirinden ayrılması sağlanır. Arkasından jel elektroforezi uygulanarak bu zincirin elektroforetik alandaki hareket hızı birbirinden farklı olduğundan zincirlerin bir birinden ayrılması sağlanır. Sonra meydana gelen iki bant, jelden kesilir ve DNA tek sarmalları tekrar jelden koparılır.

Elimizde aşağıda gösterildiği gibi 10 baz dizisinden oluşan bir DNA fragmenti olduğunu düşünelim.

5’ – G – A – T – C – A – G – C – T – A – G – 3’

Böyle bir fragmentin 5’…. ucundaki fosfat grubunun hidroksiline, genellikle polinukleotit kinaz enzimi aracılığı ile radyoaktif 32p ( Radyoaktif fosfat 32 ) ilave edilir. Böylece DNA fragmenti 5′… ucundan 32 p ile işaretlenmiş olur.

5/… 32 p G – A – T – C – A – G – C – T – A – G - 3/

Bu safhadan sonra dört ayrı kimyasal reaksiyon kullanılarak 10 bazlık DNA fragmentinin baz dizisi tayin edilmiş olur.

Diğer bir yöntem Sanger ve Coulson tarafından geliştirilmiştir. Baz dizisi tayin edilecek olan DNA yine tek sarmallı hale getirilmelidir. Baz dizisi bilinmeyen bir DNA parçası alınır. Ortama d TP, d CTP, d GTP ve dd ATP ilave edilir ve DNA polimeraz 1 ile bu DNA zincirinin komplementert sentez edilir. Fakat adenin yapıya girdiği üç noktadan sonra fosfodiester bağı yapılamadığından üç farklı uzunlukta zincir sentezlenir. Diğer ddNTP’lar da kullanılarak sentez tekrarlanır. Ve her bazın bulunduğu pozisyon jel elektroforezinden sonra tayin edilir.

4. RİBONÜKLEİK ASİTİN (RNA) YAPISI VE ÖZELLİKLERİ:

RNA’nın birincil yapısı, DNA’nın birincil yapısı ile benzerdir ;şeker birimleri 5/®3/ fosfodiester bağlarıyla birbirlerine bağlanmıştır. Temel RNA bazları adenin, guanin, sitozin ve urasildir.

Bir RNA molekülü tek zincirli olmasına karşın ne doğrusaldır ne de gelişigüzel bir helezondur. Bunun ikincil yapısı, aynı zincirde yer alan uzak aralıklı bazların çiftlenmiş olduğu bir ağ sarmaldır.

Tek bir RNA zincirindeki bilgiler polimerdeki purin ve pirimidin nukleotitlerinin sıralanmasında ( primer yapı ) bulunurlar. Bu sıralanma, genin kopya edildiği kalıp zincirle bütünlük içindedir. Bu nedenle, bir RNA molekülü, kalıp DNA zincirine baz çiftleşme kuralları aracılığı ile spesifik olarak bağlanır.

DNA iplikçikleri

Kalıp Olmayan › —————————————————————-

5/ - TGG AAT TGT GAG CGG ATA ACA ATT -3/

3/- ACC TTA ACA CTC GTC TAT TGT TAA -5/

Kalıp › —————————————————————–

5/ PAAU UGU GAG CGG AUA ACA AUU 3/

RNA kopyası › —————————————————————–

Tabloda, bir RNA kopyasının ve geninin sıralanmaları arasındaki ilişki, kalıp ve kalıp olmayan zincirlerin polariteleri ile birlikte gösterilmiştir. RNA kopyasının sıralanması kopyadaki U’nun gendeki T’nin yerine geçmesi dışında genin kalıp olmayan kolundaki ile aynıdır.

Hücrelerde üç RNA türü vardır.

1 – Haberci RNA

2 – Transfer RNA

3 – Ribozomol RNA

4.1. Haberci ( messenger ) RNA ( m RNA ) :

Kromozomun yapısal genlerinden kopyalanan mRNA, bu genlerde saklı olan genetik bilginin stoplazmaya taşınmasını sağlar. Nukleus içerisinde, kromozom DNA’ sının bir gen bölgesinde bir zincirin kalıp olarak kullanılmasıyla, tek zincirli mRNA enzimatik olarak sentezlenir. mRNA zincirindeki bazların dizilişi, Transkripsiyon ( kopyalama ) sırasında kalıp olarak kullanılan DNA zincirinin baz dizilişine komplementerdir. Bu şekilde sentezlenen mRNA nukleustan stoplazmaya ve oradan da ribozomlara gelir. Burada amino asitlerin düzenli bir şekilde birbirlerine bağlanmasını sağlayarak protein sentezini gerçekleştirir.

mRNA, hücrelerdeki total RNA’ nın çok az bir kısmını oluşturmakla beraber, onun moleküler ağırlıkları ve baz dizilişleri oldukça farklı olan çok sayıda moleküler formu vardır. Hücrede sentezlenen binlerce farklı protein ve enzimin her biri, özel bir mRNA yada mRNA molekülünün bir segmenti tarafından şifrelenir.

mRNA’ da, belirli bir aminoasidi belirleyen ve sıralı üç bazdan oluşan seriye kodon denir. Örneğin ; C – C – G prolini belirler.

4.2. Transfer RNA ( t – RNA )

Ribonükleotitlerin polimerize olmasıyla meydana gelmiş, çok kıvrımlar gösteren, tek zincirli yapıya sahip olan bir RNA çeşididir. tRNA molekülleri yaklaşık 75 nükleotitten oluşurlar. Molekül ağırlıkları yaklaşık 25.000 kadardır. Tersiyer yapıları “L-” şeklinde olup, % 50 baz eşleşmesi vardır. Baz eşleşmesi bulunmayan kısımlar halkalar meydana getirmiştir.

tRNA molekülleri, mRNA nükleotitlerine ait dizedeki bilginin spesifik amino asitlere çevirisinde uyarıcılar olarak hizmet verirler. Her hücrede tRNA molekülünün 20 türü mevcuttur ; bu tRNA moleküllerinin en az bir tanesi protein sentezi için gerekli olan 20 aminoasidin her birinin karşıtıdır. Nükleotitlerin dizesi açısından spesifik tRNA’ların her biri diğerinden farklı olmak ile beraber, bir sınıf olarak tRNA moleküllerinin ortak özellikleri çok fazladır. Primer yapı ; yani nükleotit dizesi, tüm tRNA moleküllerinde bir yonca yaprağını andıran ikinci bir yapıyı ortaya çıkarmak için aşırı katlanma ve halat içi bütünleşmeye olanak sağlar.

TRNA’lar üç bazdan ( baz tripletinden ) meydana gelmiştir. Antikodan adı verilen uçları ile mRNA üzerinde bulunan ve 3’lü bazdan meydana gelen ve kodon adı verilen bölgeye geçici olarak bağlanarak aminoasitlerin mRNA üzerindeki şifreye göre doğru bir şekilde dizilmesini temin etmektedir.

tRNA kendi özgün animoasitlerini, ribozomlarda oluşan protein molekülü için taşıyıcı olarak görev yapar.

tRNA’ lar prokaryotlarda oldukça stabil olmakla beraber, eukoryotlarda bir miktar daha az stabildirler. Tersi prokoryotlarda oldukça kararsız fakat eukoryot organizmalarda genelde stabil olan mRNA’lar için geçerlidir.

Tek bir zincir halinde olan tRNA molekülü özel bir yerinden ikiye katlanır : Bu katlanan kısma adaptör nükleotit tripleti ( ANT ) ya da antikodon ucu denir. Bu kısım, protein sentezi sırasında tRNA’nın mRNA’ya geçici bir süre için bağlanmasını sağlar. Bu şekilde ikiye katlanmış olan tRNA’nın iki ucundan bir tanesi, yani 3/ ucu diğer uçtan daha uzundur. Uzun olan 3/ ucu her zaman C – C – A nükleotit dizisiyle sonlanır. Bu uç aminoasitlerin bağlanmasında görev alır. Katlanan tRNA’da A-U ve G-C nükleotitleri, zayıf hidrojen bağlarıyla birbirlerine bağlanır. Bu bağlanma sonunda nükleotit zinciri bazı kıvrımlar yaparak kendi 3 boyutlu yapısını kazanır. tRNA’nın kopyalandığı genler, kromozonların belirli bölgelerinde toplanmıştır.

4.3. Ribozomal RNA ( r – RNA )

rRNA’lar ribozonların ana yapısal elementi olup yaklaşık olarak ribozom ağırlığının % 65’ini teşkil eder. Prokaryotik hücrelerde üç çeşit, eukaryotik hücrelerde ise dört çeşit rRNA bulunmaktadır. Prokoryotik hücrelerdeki rRNA’lar; sedimentasyon katsayıları, sırasıyla, 23S, 16S ve 5S’dir. Baz oranları ve baz dizilişleri bakımından birbirlerinden farklıdırlar. Eukaryotik hücrelerdeki rRNA’ lar ise ; 28S, 18S, 5.8S ve 5S’dir.

rRNA’lar ribozomların yapı ve fonksiyonlarında önemli roller oynamaktadırlar. Sitoplazmada en bol bulunan ribonükleoproteinler ( ribonükleikasit – protein kompleksleri ) ribozomlardır. Bunlar rRNA ve çok sayıda proteinden oluşmuşlardır. rRNA’nın eşleşmemiş bazları, tRNA ve mRNA moleküllerinin ribozonlara tutunmasında görev yapmaktadır.

rRNA genleri, eukoryotik kromozonların ikincil boğumlarında yer almaktadır. Bunlara ilaveten eukoryotik hücrelerde iki çeşit RNA daha bulunmaktadır. Bunlardan birincisi heterojen nuklearRNA ( hnRNA ) lardır. Bunlar eukoryotik hücrede sentezlenen ve prosese uğramamış öncül mRNA molekülleridir. İkincisi ise küçük nüklear ( snRNA ) dır ve öncül mRNA moleküllerinin prosese uğraması esnasında ortaya çıkmaktadırlar.

4.4. RNA Baz dizisinin Tayin Edilmesi

RNA baz dizisini tayin etmek için önce ribonükleazlar ile RNA zinciri daha küçük fragmentlere ayrılır. Kısa oligonükleotit dizilerinin baz dizisi tayin edildikten sonra üst üste çakışan bazlardan bütün bir zincirin baz dizisini çıkarmak mümkündür.

Bir başka yöntem de RNA’ dan ziyade bu RNA’ nın kalıbı olan DNA’nın baz dizisinin tayinidir. Bunun için ayrı cinsten elde edilen büyük DNA molekülü restriksiyon endonükleazlar ile kırılır. DNA ısıtılarak DNA çift sarmallarının bir birinden ayrılması sağlanır. Aynı ortama ilgilendiğimiz RNA ilave edilir. Bu RNA ile hibritleşmiş DNA - RNA hibritleri alınır. DNA – RNA hibrit çift sarmalı birbirinden ayrılır ve bu RNA kalıp olarak kullanılarak rivörs transkriptaz ile bu RNA’nın komplementleri olan DNA zinciri sentezlenir. Bu DNA’nın baz dizisi tayin edilerek RNA’ nın baz dizisi bulunur.

5. NÜKLEİK ASİTLERİN FONKSİYONLARI :

DNA’da saklanan genetik bilgiler iki amaca hizmet ederler. Bunlar, bir yandan protein moleküllerinin tümünün sentezinde bilgi kaynağı iken, aynı zamanda yeni oluşan hücrelere kalıtsal bilgiler sağlarlar.

RNA molekülleri protein sentezinde görev alırlar. Bundan başka RNA, ne yapısal ne de bilgi verici bir iş görmez.

5.1. DNA’ ların Eş Oluşturma Mekanizması –Replikasyon Olayı

Watson ve Crick hipotezlerinde çift sarmallı DNA’nın her sarmalının oğul DNA sentezinde kendi komplementerlerini sentezlemek için kalıplık görevi yaptığını önermişlerdir. Yeni sentezlenen oğul DNA’nın çift sarmalından birisi atasal DNA’dan gelmektedir. Bu atasal DNA’nın komplementeri olan ikinci sarmal atasal DNA’yı kalıp olarak kullanmakta ve yeniden sentezlenmektedir. Bu tip DNA replikasyonuna “Semikonservatif DNA Replikasyonu” denir. Çünkü atasal DNA çift sarmalının bir tanesi kendi kompelemterini yeniden sentezleyerek ana hücre içinde tutup korunmakta ve ikinci sarmal karşısına kendi komplementerini yeniden sentezlemekte ve oğul hücreye geçmektedir. Burada DNA polimerez enzimi görev yapar.

a- Orijinal ana molekül

b- I.kuşak yavru moleküller

c- II.kuşak yavru moleküller

Yarı tutucu Tutucu

Şekil 20. Semikonservatif ( yarı tutucu ) ve konservatif ( tutucu ) replikasyon sırasında paralel DNA iplikçiklerin dağılımları. Ana iplikçikler koyu, yeni sentez edilen iplikçikler açık renktedir.

Çift sarmallı DNA’larda replikasyon böyleyken dairesel DNA’larda iki istikamete doğru olmaktadır. Bakterileri ve pek çok virüs, heliks yapısında dairesel şekilde bir DNA’ya sahiptirler. Dairesel DNA’nın replikasyonunun nasıl olduğu konusunda, John Cairns adlı araştırmacı bir deney yapmıştır. Araştırıcı dairesel şekilde ve büyük boydaki DNA molekülünün dairesel şeklini bozmadan kendini eşlediğini (replike olduğunu ) görmüştür.

Kromozonlarda replikasyon çatalının başladığı yerde bir orjin noktası bulunmaktadır. Bu orjin noktasında yaklaşık 100 – 200 baz çifti bulunmaktadır. Bu orjin noktasındaki özel baz dizisi olmadan bakteri hücresi DNA’sı replike olamaz. Sentezin başlayacağı bu orijin spesifik hücre proteinleri tarafından tanınmakta ve replikasyon siklusu bu noktadan başlatılmaktadır. Bakterilerde DNA sentezinin dairesel kromozom üzerinde bir orijin noktasından başlayarak devam ettiği iki nesil boyunca üreyen bakterilerin DNA’larının timidin ile işaretlenmesi sonucu Cairns tarafından gösterilmiştir. Orjin noktasından sentezin başlatılması hücresel kontrol altındadır. Orjin noktasından iki istikamete doğru DNA’nın çift sarmalından her birinin komplementeri ayrı ayrı sentezlemektedir. Bakteri hücrelerinde sentezin orijinden başlayıp iki istikamete doğru devam ettiği otoradyografik deneylerle kanıtlanmıştır.

Şekil 21. Bakterilerde DNA sentezi dairesel şekilde devam etmektedir. A) Dairesel yapıdaki çift sarmallı, DNA kromozomu B ) Orijin noktasında iki yöne doğru devam eden DNA sentezi.

Bazı virüs DNA’ları tek istikamette dönen daire mekanizması ile replike olmaktadır. Çift sarmallı dairesel DNA’nın sarmallarından birisi, bir enzim tarafından bir noktadan kırılmaktadır. Sentez, kırık DNA’nın sarmalının 3/ – ucundan başlar ve yeni sentezlenen zincir kalıp zincirin komplementeri olduğundan DNA sentezi yine 5/ -®3/ istikametine doğru ilerler.

Şekil 22. Bazı virüs DNA’ları dönen daire şeklinde replike olmaktadır. A) Yapısı bozulmamış dairesel viral DNA bulunmaktadır. B) Dairesel DNA’nın bir zinciri belirli bir noktasından bir emzim aracılığıyla kırılmıştır. C) dairesel DNA’nın saatin gidiş yönünün ters istikametine doğru dönmesi ile sentezin tek yönde ve 5/ - 3/ istikametinde ilerlediğini görüyoruz. D) Sentez tamamlanmış linear çift sarmallı DNA’nın bir nükleaz tarafından dairesel kromozomdan koparıldığını görüyoruz. Bu işlem tamamlandıktan sonra aynı noktadan dönen dairesel DNA’nın ikinci bir kopyasının sentezi başlayabilir.

Dönen dairesel DNA sentezine oocyte hücrelerinde de rastlanmaktadır. Bu mekanizma ile yumurtadaki DNA üzerinde bulunan ribozomal DNA genlerinden çok miktarda ribozomal RNA sentezi yapılmakta ve bu RNA’lar ribozom yapısına girerek erken embriyonal dönemde, embriyonun süratle gelişmesini sağlamak için hücre proteinlerinin hızlı bir şekilde sentez edilmesini sağlamaktadır.

Eukaryotik hücre DNA’ları kromatin fibrilleri boyunca nukleozom adı verilen yapılarda özel bir organizasyona sahip oldukları için, bu DNA’ların replikasyonu bakteri DNA’larından daha karmaşık bir durum göstermektedir. CAIRNS, eukaryotik hücrelerde DNA replikasyonunun oluş mekanizmasını anlamak için otoradyografik teknikten yararlanmıştır. Yapılan deneysel çalışmalar eukaryotik hücrelerin replikasyon çatalında da DNA sentezinin iki istikamete doğru devam ettiğini, fakat sentez hızının ise bakteri hücresindekinden 10 defa daha yavaş devam ettiğini ortaya koymuştur. Bunun yanında eukaryotik hücrelerdeki DNA sentezinde bariz bir ayrıcalık olduğu hemen göze çarpmıştır. Bakteri hücresi kromozomlarında DNA sentezi bir orijin noktasından başlarken eukaryotik hücrelerin kromozomlarındaki DNA sentezinin binlerce orijin noktasından aynı anda başladığı ve bu sentezin yine iki yönde devam ettiği görülmüştür.

5.2. Transkripsiyon

DNA’nın bir parçası olan ve bir protein türünü şifreleyen bir genin baz dizisi, mRNA sentezinde kalıp olarak kullanılır. mRNA, kendisini sentezleyen DNA zinciri kısmını tamamlayandır. mRNA’nın bu sentezi “transkripsiyon” olarak adlandırılır; transkripsiyon, genetik şifrenin DNA’ dan RNA’ya kaydedilmesini ifade eden bir terimdir. Hücrenin hayatı boyunca yalnız belirli zamanlarda belirli genler aktif hale gelerek transkripsiyona uğramakta ve meydana gelen mRNA’lar proteinlere tercüme edilerek belirli gen ürünlerinin belirli zamanlarda ortaya çıkması sağlanmaktadır. DNA ve RNA – polimeraz’lar ve DNA’nın replikasyonu ve transkripsiyonuna yardım eden diğer proteinler, genetik bilginin devamlılığı ve nesilden nesile, doğru bir şekilde aktarılması için son derece hayati değer taşıyan moleküllerdir. Transkripsiyonda; DNA molekülünün iki zinciri geçici olarak ayrılır, bu zincirlerden biri RNA molekülünün sentezi için kalıp olarak kullanılır. DNA’ daki triplet kodları, RNA’daki komplementer triplet kodlarının ( kodon ) yapımına neden olur. Bu kodonlar sitoplazmada sentezi yapılacak bir proteindeki aminoasit dizilimini kontrol edecektir. DNA’nın öteki zinciri inaktif kalır.

DNA TAA GCC GAT

mRNA AUU CGG CUA

Şekil 23. Transkripsiyon (Biologie h.’den)

5.3. Translasyon :

Translasyon, nükleotit şifresinin, bir peptit molekülündeki aminoasit dizisine aktarılmasını belirtir. Translasyon; mRNA’nın bütün işlevlerini, mRNA’ya uygun aminoasitleri sağlayan tRNA’nın bir çok türünü, ribozomları ve enzimleri kapsar. tRNA’lar, aminoasitleri protein sentez yeri olan ribozomlara yerleşmiş, mRNA lar üzerindeki kodon denilen yerlere taşırlar. tRNA, mRNA’daki aminoasidin kodonun tamamlayanı, bir üçlü baz serisi (antikodon ) içerir.

Şekil 24.Prokaryotik Protein sentezi ( Translasyon ) aşamaları

6. PROTEİN SENTEZİ

Protein sentezi biyokimyasal bakımdan en karmaşık olaylardan birisidir. Bu biyosentez olayında yaklaşık olarak 300 kadar makromolekül görev yapmaktadır. Her aminoasit için en az bir tane aminoasit tRNA sentetaz enzimi ve bir tRNA bulunması gerekmektedir. Kodon tablosundaki bütün kodonların okunması için en az 32 tRNA’nın baz dizisi tayin edilmiştir. Bazı hallerde pek çok makromolekül üç boyutlu bir yapı içinde organize olmuştur. Örneğin, protein sentezi merkezi olan ribozomlar, 58 çeşit protein ve ribozomal RNA’ ların bir düzen dahilinde bir araya gelmesi ile oluşmuştur. Bunlardan başka protein sentez olayına başlama, zincir açma ve zincir sonlanma faktörleri karışmaktadır.

Protein sentezinin bu kadar karmaşık olmasına rağmen protein sentez hızı oldukça fazladır. Örneğin E.coli ribozomlarında 100 aminoasitlik bir polipeptit zinciri 5 sn. gibi kısa bir zamanda sentezlenmektedir. Bir hücrede aynı anda birden fazla protein sentezi meydana gelmektedir. Her bir proteinin sentezinin ne zaman başlayacağı ve ne miktar sentezlenmesi gerektiği diğer moleküller tarafından kontrol edilmektedir. Hücrede sentez edilen proteinler, diğer proteinler ile de dengeli ve kontrollü bir şekilde olmaktadır.

Protein sentezini 4 safhada inceleyebiliriz :

1)- Aminoasitlerin Aktivasyonu

Her aminoaside ATP bağlanarak aktive edilir.

Mg+2

Tüm reaksiyon Aminoasit + tRNA + ATP Aminoaçil-tRNA+AMP+PPi

Aminoaçil - tRNA

sentetaz

I.Basamak Aminoasit + ATP + E E – [ Aminoasit –AMP] + PPi

II.Basamak E- ( Aminoasit – AMP ) + tRNA Aminoaçil tRNA +AMP+E

Hücre sitoplazmasında bulunan 20 aminoasidin her biri kendilerine özgü olan t – RNA’larla esterleşmektedir. Hücrede 20 aminoasidin esterleşmesini aminoaçil tRNA sentez enzimleri sağlar. Her aminoasit için en az bir tane aminoaçil tRNA sentetaz enzimi bulunmaktadır. Aminoaçil – tRNA sentetazların aminoasitleri aktive etmek için katalizledikleri bütün reaksiyonu tek denklem halinde yukarıda gösterdik. Yine yukarıda da gösterdiğimiz gibi aslında aminoasitlerin aktivasyonu iki ayrı basamakta gerçekleştirilmektedir. Birinci basamakta ; Aminoasit karboksil grubu ile AMP’ nin 5/ ucundaki fosfata bir anhidrit bağı ile bağlanmaktadır. Bu safhada enzim aminoasit – AMP kompleksine bağlı olarak kalmakta ve bir pirofosfat ( PPi ) açığa çıkmaktadır. Bu safhada enzim, aminoasit - AMP kompleksinden ayrılmaz ve reaksiyonun ikinci kısmını katalizler. Reaksiyonun ikinci kademesinde aminoasit AMP’nin fosfat grubundan, bu aminoasidin özgül olduğu tRNA’ nın 3/ ucunda bulunan nükleotidindeki riboz şekerinin 2/ veyahut da çoğunlukla 3/–hidroksil grubuna transfer edilir. Şayet bu transfer 2’ – hidroksil grubuna yapılmışsa çabucak 3’ hidroksil grubuna aktarılır. Bu reaksiyon da yukarıda II. Basamak olarak,gösterilmektedir.

2) Sentezin Başlaması ( Initiation )

Prokoryotik hücrelerde protein sentezinin başlayabilmesi için çeşitli koşulların var olması gerekir. Bu koşulları şöyle sıralayabiliriz :

16S rRNA ihtiva eden ribozomun 30S subünitesi,

Belli bir polipeptidin şifresini taşıyan mRNA’nın var olması gerekir.

Sentezin başlamasını sağlayacak olan N – formilmethionil – tRNA fmet olması gerekir.

Başlama faktörleri denilen 3 protein faktörünün olması gerekir. Bu faktörler : IF– 1 , IF– 2, IF– 3 dür.

Enerji ihtiyacını karşılamak için GTP’ nin bulunması gerekir.

Protein sentezinin başlayabilmesi için ilk önce sentezi başlatma kompleksinin oluşması gerekir. Sentezin başlama safhasında protein yapısında ve 3 adet; sentezi başlatma faktörleri görev almaktadır. ( I f-1, If-2, If- 3 ) Eukoryotik hücrelerdeki başlama faktörleri : eIF-1, eIF-2, eIF –3 ayrıca, eIF –4A, 4B, 4C, 4D ve eIF-5 dir.

Protein sentezinin başlama safhası üç basamakta gerçekleşmektedir. İlk önce başlama faktörü IF-3, 30S subünite ile birleşir. Bu birleşme 30S ve 50S subünitelerinin bir birine bağlanmasını engeller. Daha sonra bu yapıya IF-1 başlama faktörü katılmaktadır. Bundan sonra ribozomun başlama faktörleri olan IF-1 ve IF- 3 ile kompleks yapmış olan 30S subünitesine sentez yapılacak mRNA bağlanmaktadır.

İkinci basamakta ise ribozomun 50S subünitesi bu yapıya katılmaktadır. Fakat 50S subünitesinin 30S, mRNA ve f Met-tRNA kompleksine bağlanması enerji gerektiren bir olaydır. Bu enerji GTP’nin hidrolize edilmesi ile ( GTP ?GDPi + 7 kcal) sağlanır. Ribozomun 50S subüniteye bağlanması ile 70S’lik fonksiyonel ribozom meydana gelir. Böylece ribozon mRNA ve fMet – tRNA’nın birbirine bağlanması ile protein sentezinin başlama kompleksi oluşmaktadır. Bu komplekse initiationkompleksi veya ternari kompleksi de denilmektedir. Burada dikkat edilmesi gereken bir nokta var : nasıl oluyor da mRNA’nın başlama kodonu olan AUG veya GUG kodonu ribozom üzerinde tam f Met – tRNA’nın bağlanacağı noktaya doğru olarak ayarlanmış oluyor. SHINE ve DALGARNO adlı iki araştırıcı 16S rRNA’nın baz dizisini tayin ettiklerinde 3/ ucuna yakın 7 bazdan ( 3/—HO – AUUCCUCCACUA —5) meydana gelmiş pirimidince zengin bir bölge olduğunu fark etmişlerdir. Arkasından mRNA – ribozom kompleksi pankreatik ribonükleaz ile hidrolize edildiği zaman yaklaşık olarak mRNA’nın ribozoma bağlanmış 30 nükleotitlik bir kısmının korunduğu ve diğer kısımlarının hidrolize edildiği görülmüştür. Daha sonra bu mRNA’ların baz dizisi analizleri yapıldığı zaman AUG başlama kodonunun 5 – 8 baz daha önce bir purince zengin bölgenin bulunduğu görülmüştür. 16S rRNA’nın 3/ ucunda bulunan bu pirimidince zengin bölgenin, mRNA üzerinde ve AUG başlama kodonu yakınında bulunan purince zengin bölge ile baz çiftli meydana getirdiği görülmüştür. AUG polipeptit zinciri içinde de methionin amino asidininkodonudur. Kodonlardan hangisinin başlama kodonu olduğunu 16S rRNA üzerindeki pirimidince zengin bölge tayin edebilmektedir. Bu baz dizisine shine – dalgarno dizisi adı verilmiştir.

Protein sentezinin başlama kompleksinde fMet – tRNA bir taraftan antikodon bölgesi ile mRNA üzerindeki AUG başlama kodonuna antiparalel gelecek şekilde (5/®3/ ) bağlanırken, diğer taraftan ribozomun ( 3/®5/ ) peptidil (P) bölgesine bağlanmış olmaktadır.

Şekil 25. Protein sentezinin başlama safhasının ara basamakları.

3) Zincirin uzaması ( Elangation )

Her aminoasitin polipeptit zincirine eklenmesi ancak aminoasit sayısı ne kadar fazla ise bu safhaların tekrar etme sayısı da o kadar fazla olacaktır. Polipeptit zincirinin uzaması aşağıdaki koşulların varlığını gerektirmektedir.

Protein sentezi başlama kompleksi gereklidir.

m RNA üzerinde başlama kodonundan sonra gelen triplete bağlanabilecekbir aminoaçil –tRNA gerekir.

Zincir uzamasını sağlayan ve protein yapısında olan zincir uzatma faktörleri EF– Tu ve EF – Ts ve EF – G gereklidir. Zincir uzatma faktörleri daha basit olarak Tu, Ts, G sembolleriyle ifade edilmektedir. Zincir uzama basamağının birinci safhasında ikinci kodona bağlanacak aminoaçil - tRNA, Tu GTP kompleksine bağlanır. Bu defa yeni oluşan aminoaçil – tRN Tu GTP kompleksi, 70S sentez başlatma kompleksinin aminoaçil bölgesine (A) bağlanır. Bu bağlanma esnasında yine enerji harcanır ve GTP hidrolize olarak Tu – GDP + Pi haline dönüşür. Ve yine 7 k cal / mol’lük bir enerji açığa çıkar. Tu–GDP, zincir uzatma faktörü Ts ve GTP ile tekrar Tu – GTP haline dönüştürülmektedir. Eukaryotik hücrelerde zincir uzatma safhasında görev alan proteinler EF – 1* ve EF – ß olarak adlandırılmaktadır. Zincir uzatma safhasında görev alan diğer önemli faktörlerden birisi de EF – G’dir . EF – G’ nin görevini eukaryotik hücrelerde EF – 2 yapmaktadır. İkinci aminoaçil–tRNA’nın antikodon bölgesi, mRNA üzerindeki kodona antiparalel gelecek şekilde bağlanmaktadır.

Zincir uzama basamağının ikinci safhasında iki animoasit arasında bir peptit bağı oluşturulmaktadır. Ribozomun P bölgesine bağlanmış olan fmet – tRNA methionin aminoasitinin amino (NH2) terminali formillenmiştir. Methionin aminoasidinin karboksil ucu ise 3/ – OH grubu ile bir ester bağı yapmış durumdadır. Bu ester bağı asitlerin aktivasyon basamağında bir ATP harcanması ile yapıldığından yüksek enerjili bir bağdır. Ribozomun A bölgesine ve mRNA üzerindeki ikinci kodona bağlanmış olan tRNA’nın 3/ OH grubuna bağlı olan aminoasitin amino (NH2) grubu serbesttir. Ribozomun 50S subünitesinde bulunan peptidiltransferaz enzimi ikinci tRNA’ ya bağlı aminoasitin amino grubu ile birinci tRNA’ya bağlı methionun aminoasitinin arasında bir peptit bağı oluşturmaktadır. Bu peptit bağının yapılması için gerekli olan enerji f methionin aminoasiti ve tRNA arasındaki ester bağının kırılması ile kazanılmaktadır. Peptit bağı yapıldıktan sonra f Met tRNA ucundaki aminoasiti kaybettiği için artık serbest hale gelmiştir.

Zincir uzama basamağının üçüncü safhasında ribozom, mRNA’ nın 3/ ucuna doğru bir kodon, yani üç bazlık bir mesafe kadar hareket etmektedir. Ribozomun P bölgesinde serbest kalan fmet -–tRNA sentezin ikinci defa başlatılması için bu bölgeden ayrılmakta ve serbest olarak sitoplazma içinde dolaşmaya başlamaktadır. Ribozomun mRNA üzerindeki 3/ ucuna doğru bir kodonluk bir mesafe kadar hareket etmesi başka bir zincir uzatma faktörü olan EF – G veya transkolaz tarafından başarılmaktadır. Bu hareket bir enerjiyi gerektirdiği için yine bir GTP hidrolize olmakta ve gerekli enerji bu hidroliz sonucu ( GTP ›GDP + P? + 7 k.cal ) sağlanmaktadır. Bu hareket esnasında ribozomun A bölgesinde bulunan dipeptidil – tRNA ribozomun P bölgesine gelmiş olmaktadır. Ribozomun A bölgesi bir üçüncü aminoaçil – tRNA’nın bağlanması için hazır hale gelmiş durumdadır. Bu safhaya gelindikten sonra sentezlenecek polipeptidin boyu kaç aminoasitlik ise zincir uzama safhasındaki olaylar o kadar tekrar etmek zorundadır. Bu olaylar zincirinin her seferinde tekrar etmesi ile polipeptit zincirine bir aminoasit daha ilave edilmektedir.

Şekil 26 . Protein sentezinde zincir uzama safhasındaki ara basamaklar.

4) Sentezin Sonlanması ( Termination )

Zincir uzama safhası mRNA tarafından belirlenen sıraya göre ve sonuncu kodona kadar devam eder. mRNA üzerinde son aminoasitin kodonundan sonra DUR kodonlarından biri olan UAA, UAG veya UGA kodonu gelmektedir. Bu kodonlara zincir sonlandırma kodonları da denmektedir. Protein sentezi mRNA üzerindeki DUR kodonlarına kadar devam eder.DUR kodonuna gelindiği zaman protein yapısında olan ve RF – 1, RF – 2 ve S sembolleriyle gösterilen zincir sonlandırma faktörleri veya diğer adı ile serbest bıraktırma faktörleri işe karışmaktadır. Bu serbest bıraktırma faktörlerinden RF– 1, UAA veya UAG DUR kodonlarını, RF- 2, UAA veya UGA DUR kodonlarını tanımaktadır. Bir de RF–1 ve RF–2 faaliyetini hızlandıran RF–3 faktörü bulunmaktadır.

Eukaryotik hücrelerde bütün bu görevleri RF ile gösterilen tek protein yapmaktadır. Zincir sonlandırma faktörlerinin DUR kodonuna ve ribozomun A bölgesine bağlanması ribozomun 50s ünitesi üzerinde bulunan peptidil transferaz enzimini aktive etmektedir. Bu aktive edilmiş enzim ise polipeptit zincirini tRNA’nın 3/-ucundan koparmaktadır. Zincir sonlandırma faktörlerinin peptidil transferaz enzimini nasıl aktive ettiği henüz anlaşılamamıştır. Netice olarak, bu faktörler yardımıyla son tRNA‘ya bağlı olan polipeptit zinciri tRNA‘dan koparılır ve serbest bırakılır. Ribozomun P bölgesinde bulunan 3/ – ucundan peptidi koparılan tRNA ribozomdan ayrılır. 70S yapısındaki ribozom yeniden protein sentezinde kullanılmak üzere 30S ve 50S subünitelerine ayrılır.

Şekil 27. Protein sentezi DUR kodonuna gelince durur. Serbest bırakma faktörleri RF1 ve RF2 peptidil transferaza ikinci bir aktivite kazandırır, enzim polipeptidi transfer RNA’ nın 3/ ucundan koparır.

Şekil 28. Protein sentezinde, sentezin başlaması, zincirin uzaması ve zincirin

sonlanması

7. KROMOZOMLAR, GENLER

Gen, DNA üzerinde bilirli bir baz dizisi uzunluğundan meydana gelmiş, bir polipeptit zincirinin veya bir RNA zincirinin sentezinden sorumlu ve bu sentezleri düzenleyen bir regilatör ve operatör bölge içeren DNA parçacığıdır. Genler, kalıtsal olarak aldığı programı, bilgisayar gibi uygulamak yoluyla hücrenin gelişmesini ve görev yapmasını sağlayan kalıtsal birimlerdir. Gen ve gen bölgelerinin, DNA niteliğinde, bir birinden farklı tür, diziliş sırası ve oranda, nükleotitlerden oluşmuş nükleotid zinciri bölgeleri olduğu kabul edilmektedir. Genler proteinlerle bağlanır. kromatidler adını alırlar. Çiftler halinde birleşmiş kromotidlere kromozomlar denir. İnsan nükleusunda 46 kromotid, 23 kromozom bulunur. 22 çifti homolog somotik karakterli, otozom kromozomlardır. Geri kalan bir çifti ise genozom kromozomlardır.

8. MUTASYON VE DNA ONARIMI

Genlerin gerek kimyasal yapılarında gerekse nükleotitlerinin diziliş sıralarında en ufak bir değişikliğin meydana gelişi, yeni oluşacak olan organizmalarda, kalıtsal bir devrime neden olur. Buna mutasyon denir. Kısaca, genlerin yapısında meydana gelen değişiklikler diyebiliriz. Mutasyon etkinin şiddetine göre, değişik kalıtımlı kuşakların ortaya çıkmasına neden olur. Mutasyonu oluşturan etmene, mutagen; mutasyon sonucu ortaya çıkan bireye de mutant denir. Mutasyon canlılar için önemli bir varyasyon kaynağıdır. Doğada ilk gözlenen mutasyon : 1950 yılında Chelidonium majus bitkisinde ortaya çıkmıştır. X ışınları ve HV başta olmak üzere türlü ışınlarla, kimyasal maddelerle mutasyon sağlanabilir. 20yy.’ın başlarında Müller, X ışınlarıyla Drosophila‘da; Stadler ise arpa ve mısır bitkisi üzerinde mutasyon oranının artırılabileceğini yaptıkları deneylerle ortaya koymuşlardır. Mutasyonda moleküler düzeydeki değişiklik kromozom DNA’larındaki değişikliktir. Büyük çaptaki kalıtım değişiklikleri, kromozom DNA’larındaki büyük değişikliklerden; küçük değişiklikler kromozom DNA’larındaki noktasal değişikliklerden ileri gelir. Büyük değişikliklerin, DNA zincirinin kırılmasından, bazların dimerleşmesi gibi ağlaşmalardan, bazın silinmekle uzaklaşmasından olduğu sanılmaktadır. UV ışığında iki komşu timin bazının dimer… vb. oluşturması, iyonlaşan ışınlarla ve kimyasal maddelerin etkisiyle ortaya çıkan kromozom kırılma ve kopmaları hayvan deneylerinde gözlenmiştir. Noktasal değişikliklerin ise bir veya birkaç bazdan meydana gelen değişmelerle olduğu bilinmektedir.

DNA’ nın eksiksiz olarak replikasyonu normal bir hücrenin işlevi için zorunludur. Mutasyonlar ( genlerdeki kalıtsal değişiklikler ) temel bir enzimin yapısını değiştirerek metabolik bir yolu geliştirmekten ziyade onu bozarlar. Binlerce yapısal protein, enzimler, düzenleyici proteinler vs. sentezi için gerekli olan genetik komutlar yüzlerce ya da binlerce baz uzunluğunda olduğundan, baz başına binde birlik hata oranı önemsiz gibi görünse de aslında çok daha büyük bir orandır. Bu durumda hem prokaryot hem de eukaryotlarda bulunan mutasyonları tespit edip, onaran özel enzimlerin olması şaşırtıcı değildir. Bu enzimler replikasyon hatalarını çok düşük düzeyde tutarlar ve replikasyon basamakları sırasında DNA’ da meydana gelen zararların çoğunu tespit edip onarırlar. Onarıcı enzimler kendilerini aktif bölgelerden, uzaydaki modellerine ve polar yüklerine uygun olarak belirli substratlara bağlarlar. (DNA’ nın zarar görmüş ya da hatalı bölgeleri ), bazı belirli bağları gevşetip, yenilerinin oluşumunu katalizlerler. DNA hasarlarını onarabilen enzimatik sistemlerden birisinde, hasar oluşturma potansiyelindeki bileşik henüz DNA’ da hasar meydana getirmeden önce nötralize edilir. Bu gibi bir detoksifikasyon sisteminin önemli örneği DNA’ nın oksidatif olarak hasara uğratılması sırasında meydana gelen süperoksit radikallerinin hidrojen perokside dönüştürülmesidir.

DNA molekülünde çeşitli etkenler tarafından meydana getirilen hasarlar, yine çeşitli yollarla onarılır. Bu onarım mekanizmalarından bazıları şunlardır :

1 – Hasarın doğrudan geriye çevrilmesi

2 – Kesip çıkarma yolları ( Excision )

2.1. Kesip çıkarma tipi onarım

2.2. Spesifik kesip çıkarma yolları

2.2.1. AP Endonükleaz onarım yolu

2.2.2. DNA Glikosilaz onarım yolu

3 – Postreplikasyon onarımı

3.1. Rekombinasyonal onarım

9. GENETİK KOPYALAMA

Çoğu memeli canlı gibi insan bedeni de milyarlarca hücreden oluşuyor. Bu hücrelerin milyonlarcası her saniye bölünmeyi sürdürerek beden gelişimini devam ettiriyor ve yıpranmış hücreleri yeniliyor. Bu hücrelerin önemli kısmı somatik hücrelerdir. Tek istisna üreme hücreleridir. Eşeyli üreme gametleri ( sperm ve yumurta ) ortaya çıktığı mayoz bölünme ile başlıyor. Spermin yumurtayı döllemesiyle zigot oluşuyor. Bundan sonra hücre bölünmeleri mitoz yoluyla ilerliyor.

Koyun ve insan hücrelerinin de dahil olduğu enkoryatik hücreler, farklı gelişim evreleri içeren bir yaşam döngüsü geçiriyorlar. Bu döngüyü, hücrenin durağan olduğu interfaz ve bölünmenin gerçekleştiği mitoz evrelerine ayırmak mümkün. İnterfaz evresini işlevsellik açısından G1 , Sı, G2 alt evrelerine ayırabiliriz. Gı,evresi, DNA dışındaki bileşenlerin çoğaldığı dinlenme devresidir. S, DNA’nın bölünmeyle sonuçlanan geçiş evresidir. G2 iç gelişmenin tamamlanıp hücrenin bölünmeye başladığı evredir.

Hücrelerin hangi evreyi ne kadar sürede tamamlayacakları programlanmış durumdadır. Sözgelimi, besleyici maddelerin miktarı düşdüğünde, ani çevresel koşul değişiklikleri hücreleri Gı evresinde kıstırabilir. Gı evresinin belli bir aşamasında, öncesinde bu duraklamaya izin verilen sabit bir kritik noktası var, bu nokta aşılırsa, çevresel koşullar ne yönde olursa olsun, DNA replikasyonunun önü alınamıyor. Gı S, G2, M evrelerinin denetim altına alınması hücrenin özelleşmesini, sözgelimi beyinden veya kas hücrelerinden hangisine dönüşeceğini de kontrol altına almayı, yani hücrenin genetik saatini sıfırlamayı sağlamaktadır.

Dr. Wilmut ve ekib koyun klonlayıncaya kadar bu sürecin ters dönmez olduğunu zannediyorlardı. Wilmut, hücreyi Gı evresinin kritik noktadan önceki duraksama döneminde, G0 evresinde kıstırmaya karar verdi.

Verici koyundan alınan meme dokusu hücrelerini kültür ortamında gelişmeye bırakan Wilmut, hücreyi G0 evresinde kıstırıp durağanlığa bırakmayı başarmıştı. Besin ortamı zayıflatılmış ve genetik saati sıfırlayabilmiştir. G0 evresindeki çekirdek metafaz-II evresindeki yumurtalarıyla kaynaştırılıp, normal besin koşulları ve hafif bir elektrik şoku etksiyle çoğalma sürecine yeniden sokuluyor. Döllenmemiş yumurta, bu işlevden önce özel bir yöntemle boşaltılarak ondan gelen gen kopyaları atılmıştır. Çekirdeği alınmış yumurtada kalan gen düzenleyici proteinler ve diğer etkenler, verici meme hücresinde sıfırlanmış olan genetik programları harekete geçirerek ilk bölünme evrelerinin oluşmasını sağlamışlardır. Zigot, hamileliğe hazırlanmış koyunlara aktarılmış ve elde edilen 13 hamile koyundan birisi Dolly adı verilen kuzuyu doğurmuştur. Dolly annesine benzememekte, meme hücrelerinin alındığı koyunla aynı genetik bilgileri taşımaktadır.

Koyun bu deneylerde kullanılabilecek en uygun canlıdır. Çünkü koyun embriyonlarında hücresel özelleşme süreci zigot ancak 8 – 16 hücreye bölündükten sonra başlar. Farelerde aynı süreç ilk bölünmeden itibaren gözlenebilir. İnsanlarda ikinci bölünmeden itibaren gözlenebilir. Bu durum aynı deneyin fare ve insanlarda asla başarılı olunamaması olasılığını beraberinde getirir. Önemli bir nokta ise, hücrelerde DNA içeren tek argonelik çekirdek olmayışıdır. Mitokondri de DNA taşır.

Her yumurta hücresi farklı tipte DNA’ lara sahip yüzlerce mitokondri ile donatılmıştır. Bu mitokodriler zigotun bölünmesinin ilk evrelerinde embriyo hücrelerine dağılır; ancak, canlının daha ileri gelişim evrelerinde, bu belirli tipteki DNA’ lara doğru kayabilir. Parkinson, Alzheimer gibi hastalıkların temelinde bu mitokondriyal DNA kayması sürecinin etkileri olduğu belirtilmektedir.

10. AİDS

Nükleik asit kimyası ve bunun moleküler biyolojideki rolü konusundaki bilgilerimizin 1980′ lerde hızlı bir

Kategori: Biyoloji