NÜKLEİK ASİTLER (AYT)
GENDEN PROTEİNE (GÖRSELLİ KONU ANLATIM PDF’SİNE VE VİDEOSUNA SAYFA SONUNDAN ULAŞABİLİRSİNİZ)
NÜKLEİK ASİTLERİN KEŞİF SÜRECİ
*İsviçreli Biyokimyacı Friedrich Miescher (Fredrik Mişher), 1869 yılında ilk olarak akyuvarda daha sonra ise balık spermi ve yumurtalarının çekirdeğinde nükleik asitlerin varlığını gözlemlemiştir.
*Miescher, çekirdek içerisinde asit özelliği gösteren bu moleküllere nüklein adını vermiştir.
*Daha sonraları nüklein, nükleik asit olarak adlandırılmıştır.
*Nükleik asitlerin başlangıçta sadece hücre çekirdeğinde bulunduğu kabul edilmiştir.
*Sonraki yıllarda ise yapılan bilimsel çalışmalarda nükleik asitlerin ökaryot hücrelerin mitokondri, kloroplast ve ribozom gibi organellerinde bulunduğu da tespit edilmiştir.
*Prokaryot canlılarda ise nükleik asitlerin hücre sitoplazmasında ve ribozomlarında yer aldığı görülmüştür.
*1884 yılında Oscar Hertwig (Oskar Hörtvik), nükleik asitlerin kalıtımın aktarılmasından sorumlu kimyasallar olduğunu ileri sürmüştür.
*I. Dünya Savaşı yıllarında Alman Kimyager Robert Feulgen (Rabırt Fölgen), kendi geliştirdiği DNA boyama tekniği ile DNA’nın kromozomların içerisinde bulunduğunu gösterdi.
*Phoebus Aaron Theodare Levene (Pobebus Aron Tiedor Levin), nükleik asit moleküllerinin temel biriminin nükleotit olduğunu ispatladı.
*1928 yılında Frederick Griffith (Frederik Griffit), kalıtım materyalini aktaran molekülün varlığını tespit etmek amacıyla çeşitli deneyler yapmıştır.
*Griffith yaptığı bu deneylerde kalıtım materyalini aktaran bir dönüştürücü madde tespit etti. Ancak ne olduğunu bulamadı.
*Bu maddenin protein ya da proteinin sentezinde rol alan bir bileşik olabileceğini önerdi.
*1940’lara kadar yapıları ve özgül işlevlere sahip olmaları nedeniyle proteinlerin genetik materyal olabileceklerine daha sıcak bakılıyordu.
*Ancak yapılan deneyler sonucu elde edilen bulgular, genetik bilgi taşıyıcısının protein değil de DNA olduğunu ispatlamıştır.
*Griffith’in deneylerinden yaklaşık 20 yıl sonra Oswald Avery (Ozvıld Avri), Maclyn McCarty (Maklin Makkarti) ve Colin MacLeod (Kolin Makleod) dönüştürücü maddenin ne olabileceğini sorgulamaya başladılar.
*Grifith’in yaptığı deneyleri biraz daha geliştirdiler.
*S suşu bakteriyi, çeşitli çözeltilerden geçirip enzimlerle parçaladılar.
*DNA, RNA, karbonhidrat, lipit ve protein moleküllerini izole edip ayırdılar.
*Bu maddelerden hangisinin dönüşüme neden olduğunu bulmak için deneyler yapmaya başladılar.
*Deneyler sonucu R suşu bakterilerin S suşuna dönüşümünden sorumlu maddenin DNA olduğunu belirlediler.
*1944 yılında dönüşüm prensibinin kimyasal doğası ile ilgili makalelerini yayımladılar.
*Bu çalışmalar DNA’nın genetik materyal olarak kabul edilmesinde ilk adım olarak kabul edilir.
*Alfred Hershey (Alfırıd Hörşi) ve Martha Chase (Marta Çeys), dönüşüme hâlâ protein parçalarının sebep olduğuna inanıyorlardı.
*Bu nedenle yeni deneyler yapmaya karar verdiler.
*Bakteriyofajların (bakteri içinde çoğalan virüs) DNA ve proteinden oluştuklarını, bakteriyofajların bakterilere bulaştıklarında hücreye bir madde gönderdiklerini biliyorlardı.
*Hücreye giren bu madde, bakterinin DNA’sına müdahale ediyor ve bakteriyofajların çoğalmasına sebep oluyordu.
*Bu maddenin ne olduğunu bulmak için 1952 yılında bakteriyofajlar ile deneyler yapmaya başladılar.
*Hershey ve Chase, faj proteini ve nükleik asidinin bakteri hücresinin üreme işlemindeki işlevini açıkça ortaya koydular. *Deneylerinde bakteri hücresi içerisinde fajın nükleik asidinin çoğaldığını, protein kılıfının ise bakteri hücresine giremediğini tespit ettiler. Böylece DNA’nın genetik materyal olduğunu ispatladılar.
*DNA’nın kalıtsal bilgileri taşıyan molekül olduğu anlaşıldıktan sonra kimyasal yapısını ve görevini anlamak için çeşitli araştırmalar yapılmıştır.
*1949 yılında Erwin Chargaff (Örvin Şargaf), farklı organizmalardan izole ettiği saf DNA’larının baz dizilimlerini incelediğinde türden türe baz dizilimlerinin değiştiğini keşfetmiştir.
*Erwin Chargaff, aynı zamanda bir bireyin değişik dokularından izole ettiği saf DNA’ların baz dizilerini karşılaştırdığında dizilerin aynı olduğunu açıklamıştır.
*1950’li yıllarda Rosalind Franklin, DNA’nın zincirlerini X- ışınlarına maruz bırakarak molekülün saçtığı ışınları belirlemiş ve X- ışını kırınımı fotoğrafını çekmiştir.
*Fotoğraflama sonucunda DNA’nın belirli aralıklarla tekrarlayan sarmal bir yapıya sahip olduğunu göstermiştir.
*1953 yılında yayımladıkları makalede James Watson (Ceyms Vatsın) ve Francis Crick (Frensis Krik) daha önce yapılan çalışmalardaki bulgulardan ve çekilen fotoğraflardan yararlanarak DNA’nın çift sarmal modelini ortaya koydular.
*James Watson ve Francis Crick, önceki çalışmalar sonucu ortaya çıkan bilgileri de kullanarak adenin-timin, guanin-sitozin eşleşmesinin olması gerektiğini belirttiler.
*Azotlu bazların sarmalın iç kısmında, şeker ve fosfat gruplarının ise sarmalın dış kısmında bulunduğu DNA çift sarmal modelini tasarlayarak bu DNA modelini Nature (Neyçır) Dergisinde bir makalede yayımladılar.
*Bu çalışmalarından dolayı Watson ve Crick, 1962 yılında Nobel Ödülü aldılar.
NÜKLEİK ASİTLERİN ÇEŞİTLERİ VE GÖREVLERİ
*Canlılarda gerçekleşen tüm metabolik olayları denetleyen, genetik özelliklerin kuşaktan kuşağa aktarılmasını sağlayan ve canlıları birbirinden farklı kılan organik moleküllere nükleik asitler denir.
*Çift zincirli ve sarmal yapıda olan, kalıtımda görev alan nükleik asit çeşidine DNA (deoksiribonükleikasit) adı verilir.
*Tek zincirli olan ve protein sentezinde görev alan nükleik asit çeşidine de RNA (ribonükleikasit) adı verilir.
*Nükleik asitler; C, H, O, N ve P atomlarından oluşan karmaşık yapılı büyük organik moleküllerdir.
*Nükleik asitler, birbirine fosfodiester bağları ile bağlanmış, dehidrasyon sentezi ile oluşan nükleotit zincirlerinin oluşturduğu polimerlerdir.
*Bu polimerler, tüm canlılarda hem genetik özelliklerin aktarımını hem de protein sentezi gibi karmaşık olayların yönetimini sağlar.
*Bu nedenle nükleik asitlere yönetici moleküller de denir.
*Yönetici moleküller, tüm canlılarda ve virüslerde bulunur.
*Tek hücrelilerin ve çok hücreli organizmaların metabolik faaliyetleri, DNA’daki genler ile kontrol edilir ve yönetilir.
*Genel anlamda temel bilgileri taşıyan molekül DNA iken bazı virüslerde genel bilgileri taşıma rolünü RNA üstlenir.
*DNA, hücrenin temel mimarisini oluşturan ve metabolik faaliyetlerin gerçekleşmesini sağlayan proteinleri doğrudan üretmez.
*DNA molekülü, boyutları nedeniyle hücre çekirdeğinin dışına çıkamaz.
*Bu nedenle DNA proteinlerin üretimini RNA adı verilen mesaj taşıyıcıyı moleküller aracılığıyla kontrol eder.
*RNA, protein sentezlemek için sitoplazmadaki ribozomlar ve bazı yardımcı moleküllerle birleşir.
*Böylece DNA’daki genetik bilgi önce RNA’ya aktarılır. Daha sonra da protein sentezlenir.
*Her hücre bölünmesinde DNA, kendini eşleyerek bir kopyasını oluşturur.
*Böylece bir nesildeki genetik bilgi, bir sonraki nesle aktarılır.
DNA
*Watson ve Crick’in DNA modeline göre DNA molekülü, ip şeklinde bir merdivene benzetilebilir.
*Basamakları, organik bazlar oluşturur.
*Merdivenin yan tarafındaki ipler ise şeker ve fosfattan oluşmuştur.
*Merdivenin bir ucunun tutulup diğer ucunun döndürülmesi sonucu DNA çift sarmalı oluşur.
*DNA molekülü, sağa dönüşlü olarak sarmal yapar.
*DNA molekülünde bilginin esas olarak depolandığı yerler, merdivenin basamaklarıdır.
*DNA, çift iplikli ve sarmal yapılıdır.
*Sarmalı oluşturan zincirler birbirinin tamamlayıcısıdır. DNA, nükleotit adı verilen yapı birimlerinden oluşur
*DNA sarmal zincirlerini oluşturan nükleotitlerde üç kısım bulunur.
*Bunlar; azotlu organik bir baz, beş karbonlu bir şeker (pentoz) ve bir fosfat grubudur.
*DNA’yı oluşturan nükleotitlerde bulunan azotlu organik bazlar; adenin (A), guanin (G), sitozin (C) ve timin (T) dir.
*Adenin ve guanin, çift halkalı pürin bazları grubunda yer alır.
*Sitozin ve timin ise tek halkalı pirimidin bazları grubundandır.
*Nükleotitlerin yapısında beş karbonlu şekerler bulunur.
*DNA yapısına katılan nükleotitlerdeki şeker çeşidi deoksiribozdur.
*Taşıdığı deoksiriboz şekerinden dolayı deoksiribonükleik asit (DNA) adını almıştır.
*Baz ve şeker arasında glikozit bağı kurulur.
*Bağlanma sonrası nükleozit adı verilen moleküller oluşur.
*Nükleozitlere fosfat gruplarının bağlanmasıyla nükleotitler oluşur.
*Fosfat grupları, nükleozitin yapısındaki şekerlerle ester bağı kurarak doksiribonükleotitlerin oluşturulmasını sağlar.
*Fosfat grupları, DNA molekülünün asit özellik kazanmasını sağlar.
*İki polinükleotit zincirde fosfodiester bağıyla bağlı şeker-fosfat omurgası, sarmalın dışında kalır.
*Bazlar ise sarmalın iç tarafında yer alır.
*Bir sarmal zincir oluşurken nükleotitler, fosfodiester bağıyla birbirine bağlanır.
*Bir sarmaldaki adenin diğer sarmaldaki timin ile eşlenir. Bu eşleşme sırasında aralarında iki hidrojen bağı kurulur.
*Yine bir sarmaldaki guanin diğer sarmaldaki sitozin ile eşlenir. Bu eşleşme sırasında aralarında üç hidrojen bağı kurulur. *DNA’nın karşılıklı ipliklerindeki nükleotitler, bazlar arasında oluşan hidrojen bağıyla birbirine bağlanır.
*DNA, tüm genetik bilginin taşındığı moleküldür.
*Ökaryot hücrelerde çekirdek, mitokondri ve kloroplast organellerinde bulunurken prokaryot canlılarda ise sitoplazma içinde serbest hâlde bulunur.
*DNA; ökaryot hücrelerde doğrusal, prokaryot hücrelerde ise halkasal bir yapıya sahiptir.
*DNA’yı oluşturan nükleotitlerin sayısı ve sırası, her canlı için özgündür.
*Bir canlının sağlıklı ve DNA taşıyan her vücut hücresindeki DNA miktarı ve DNA’yı oluşturan nükleotitlerin sırası aynıdır.
*Ancak canlıyı oluşturan doku ve organlar yapı ve özellikleri bakımından birbirinden farklıdır.
*Bu durumun nedeni gelişme sürecinde farklı dokuları oluşturacak hücrelerin DNA’sındaki aktif gen bölgelerinin değişkenlik göstermesiyle açıklanabilir.
*Bir hücre bölünürken kendi DNA’sını eşleyerek kopyalar ve böylece genetik özellikler gelecek nesildeki hücrelere aktarılır.
*DNA, doğrudan üzerinde taşıdığı genlerdeki baz dizilimine göre RNA sentezleyebilir.
Cici Bilgi:
*DNA’daki polinükleotit zincirlerin oluşturduğu çift sarmalın dayanıklılığı, GC/AT oranına bağlıdır.
*Örneğin GC/AT>1 ise üçlü bağ sayısı fazladır. Bu da sarmalın fiziksel olarak daha dayanaklı olmasını sağlar. DNA’nın iki ipliğini birbirinden ayırmak için gerekli olan ısı miktarı daha yüksek olur.
*GC/AT<1 ise ikili bağ sayısı fazladır. Bu da sarmalın açılma olasılığının daha fazla olduğunu gösterir. DNA’nın iki ipliğini birbirinden ayırmak için gerekli olan ısı miktarı daha düşük olur.
*DNA’yı oluşturan zincirler, hangi doğrultuda ilerleyeceğine ve bir merdiveni oluşturacağına nasıl karar veriyor?
*Bu soruların cevabı, iki farklı durumla açıklanabilir.
*Birincisi, fosfat gruplarının negatif yüklü olmasıdır. Bu durum, iki ipliğin birbirinden olabildiğince uzak durmasına neden olur.
*İkincisi ise azotlu bazların aralarında kurdukları hidrojen bağlarıyla birbirine yaklaşmaya çalışmasıdır.
*DNA molekülünü oluşturan ipliklerdeki deoksiriboz şekeri birbirine ters şekilde konumlanmıştır.
*Görüldüğü gibi zincirlerin yöneldikleri doğrultu farklılık gösterir.
*DNA iki ipliğinden birininin en sonunda yer alan deoksiribozun beşinci karbonuna fosfat bağlıdır. Aynı ipliğin diğer ucundaki deoksiribozun üçüncü karbonunda hidroksil grubu bulunur. Bu iplik, bu doğrultuda yönelim gösterir.
*Bu ipliğin karşısındaki diğer ipliğin hidroksil ve fosfat grubu taşıyan uçları, birinci iplikle zıt yöndedir. Bu durum, iki ipliğin birbirine antiparalel uzanmasına neden olur.
*Zincirlerin bu şekilde konumlanması, DNA’nın yapısının antiparalel şeklinde tanımlanmasına neden olur.
*Birbirine zıt uzanan bu zincirler, birbirinin tamamlayıcısıdır.
RNA
*RNA; ökaryot hücrelerde, çekirdekte, sitoplazmada, ribozomun yapısında, mitokondride ve kloroplastlarda bulunan tek polinükleotit zincirden oluşan bir nükleik asittir.
*Prokaryot hücrelerde ise sitoplazmada ve ribozomun yapısında bulunur.
*DNA’dan farklı olarak RNA’nın yapısında deoksiriboz şekeri yerine riboz şekeri bulunur.
*Azotlu baz olarak da timin yerine urasil bulunur. RNA’da; adenin, guanin, sitozin ve urasil bazları yer alır.
*RNA oluşurken bu bazları içeren dört çeşit nükleotit, fosfodiester bağlarıyla birbirine bağlanır.
*RNA, saç tokasını andıran bir şekilde katlanmalar yapabilir.
*Katlanmalar sırasında bazların karşılıklı olarak eşleşmesi gerçekleşebilir. Bu durumda guanin, sitozinle; adenin, urasille eşleşir.
*RNA, kendini eşleyemez. Bu nedenle bütün RNA çeşitleri, DNA üzerinde yer alan anlamlı şifrelere (gen) göre sentezlenir. *RNA bazı virüslerde bilginin yeni nesillere aktarılmasını sağlar. Örneğin AIDS’e neden olan HIV’in kalıtsal özellikleri, RNA üzerinde taşınır.
*Bütün RNA çeşitleri, protein sentezinde görev alarak hücredeki yaşamsal olayların yönetiminde DNA ile birlikte görev alır.
*Tüm prokaryot ve ökaryot hücrelerde; mesajcı RNA (mRNA), taşıyıcı RNA (tRNA) ve ribozomal RNA (rRNA) olmak üzere üç çeşit RNA vardır.
Mesajcı RNA (mRNA)
*Ökaryot hücrelerde DNA, hücre çekirdeğinde bulunur.
*Ancak DNA’ nın gen kısmında bulunan bilgiden, protein sentezlenebilmesi için bu bilginin çekirdekten dışarı çıkması gerekir.
*RNA’nın görevlerinden biri de bu bilgi mesajını iletmektir.
*mRNA, genden aldığı bilgiyi ribozoma taşır ve ribozoma bağlanır.
*Protein sentezi için kalıp görevi görür.
*mRNA’nın taşıdığı bilgi, sentezlenecek proteine ait amino asitlerin çeşidini ve sırasını belirleyen bilgidir.
*mRNA sentezi sırasında DNA’nın iki zincirinden sadece biri kalıp olarak kullanılır.
*Kalıp olarak kullanılan zincire kalıp zincir adı verilir.
*DNA’nın kalıp zincirindeki genetik şifreye göre mRNA, bu zincirin karşıtı olarak sentezlenir.
*Sentez sırasında DNA’daki adeninin karşısına mRNA’da urasil gelir.
*Böylece mRNA, DNA’dan genetik bilgiyi almış olur.
*Hücrede mRNA çeşidi sayısı, sentezlenen protein çeşidi sayısı kadardır.
*Hücredeki toplam RNA’ların sadece %5’ini mRNA oluşturur.
*Bir proteine çok ihtiyaç varsa mRNA birkaç kez kullanılabilir.
Taşıyıcı RNA (tRNA)
*tRNA, protein sentezinde kullanılacak olan amino asitleri sitoplazmadan ribozoma taşır.
*Böylece protein sentezi için gerekli amino asit ihtiyacını karşılar.
*Çekirdekten tek zincir hâlinde sentezlenen tRNA’lar, sitoplazmada kendilerine özgü katlanmalar yaparak çift zincirli yonca yaprağına benzer şekilde görülür.
*Katlanmaların olduğu bölgelerde eşleşen nükleotitler arasında hidrojen bağları kurulur.
*tRNA’lar, küçük ve dayanıklı RNA molekülleridir. Tekrar tekrar kullanılabilir.
*Canlı yapısında bulunan 20 çeşit amino asidin her birine özgü en az bir tRNA molekülü bulunur.
*Bu nedenle protein sentezinde 20 çeşit amino asidi ribozomlara taşıyan en az 20 çeşit tRNA görev alır.
*Her tRNA ancak bir çeşit amino asidin taşınmasını sağlar.
*Aynı amino asidin taşınmasında birden fazla çeşit tRNA molekülü görev yapabilir.
*tRNA’lar hücredeki toplam RNA’ların %15’ini oluşturur.
Ribozomal RNA (rRNA)
*rRNA, ökaryot hücrelerde çekirdekçikte sentezlenir.
*Proteinlerle birlikte ribozomların yapısında bulunur.
*Bir ribozomun yapısının yaklaşık 2/3’si rRNA’dan meydana gelir.
*Her hücrede çok sayıda ribozom bulunduğu için rRNA, hücrede en çok bulunan RNA çeşididir.
*rRNA, hücredeki toplam RNA’ların %80’ini oluşturur.
*rRNA, ribozomlarda mRNA ve tRNA ile etkileşim kurar.
*Enzim gibi davranarak amino asitler arasında peptit bağı kurulmasında görev alır.
*Bu durum protein sentezinin gerçekleşmesini sağlar.
