I- NÜKLEİK ASİTLERİN YAPISI VE ÖZELLİKLERİ
A. NÜKLEİK ASİTLERİN BULUNUŞU VE ÖNEMİ
Bu moleküller ilk defa 1869 yılında Friderich Miescher (Firedrik Mişer) tarafından balık spermi ve akyuvar çekirdeğinde tespit edilmiştir. İlk olarak çekirdekte bulundukları ve asidik özellik taşıdıkları için nükleik asitler (çekirdek asitleri) diye isimlendirilmiştir. Daha sonraki araştırmalarda virüsler ile prokaryot ve ökaryot canlıların tamamında nükleik asitlerin bulunduğu görülmüştür.
Nükleik asitler, organizmanı bütün genetik bilgilerini depolayan ve bu bilgileri yeni nesillere aktaran organik bileşiklerdir. DNA’nın genetik bilgiyi aktardığına dair ilk kanıt, 1944 yılında Oswald T. Avery (Ozvıld Evıri) ve arkadaşlarının bakterilerle yaptıkları çalışmalardan elde edilmiştir
Bu moleküller, protein sentezi ve hücre bölünmesi gibi hücrenin temel yaşamsal olaylarını da yönetir. Hücre yönetiminden sorumlu oldukları içi nükleik asitlere, yönetici moleküller de denilir.
Hücre yönetimini sağlayan DNA ve RNA olmak üzere iki çeşit nükleik asit bulunur. Bunlar hücrenin en büyük dev moleküllerdir.
DNA, hücrede hangi proteinin ne zaman ve nasıl sentezleneceği ile ilgili bilgiyi taşır ve bu bilgiyi bölünme ile yeni hücreler aktarılmasını sağlar. RNA ise, DNA’dan aldığı genetik bilgiye göre protein sentezinin yürütülmesini sağlar.
DNA, hücredeki tüm metabolik olayların yönetimini proteinler ile gerçekleştirir. RNA’lar ise protein sentezini gerçekleştirir. Yani RNA’lar DNA’ya bağlı çalışan yönetici moleküldür.
B. NÜKLEİK ASİTLERİN YAPISI
* Yapılarında C,H,O,N ve P bulunur.
* Nükleik asitlerin yapıtaşlarına (monomer) Nükleotit denir.
Organik baz ve pentozun (5 C’lu şeker) glikozit bağı ile bağlanması sonucu nükleozit oluşur.
Nükleozitin fosfat grubuna fosfoester bağı ile bağlaması ile oluşan yapıya nükleotit denir.
Bir nükleotit üç farklı molekülden oluşur.
a) Azotlu organik baz
b) Fosforik asit
Nükleotitlerin yapısına katılan üçüncü molekül fosforik asittir. Bu molekül hem DNA hem de RNA’nın yapısına katılır. Fosforik asit kompleks moleküllerin yapısına girdiği zaman fosfat adını alır.
NOT:
1. Nükleotidler serbest halde iken 3 tane fosfat grubu içerirler. Nükleotidler nükleik asitlerin yapısına katılırken iki tane fosfat grubu bırakırlar.
2. Nükleik asitin yapısındaki nükleotidlerin monomerleri bire bir oranında katılım gösterir.
Örnek: Nükleik asitin yapısında 500 tane nükleotid varsa;
500 tane pentoz şekeri
500 tane Organik baz
500 tane fosforik asit vardır.
c) 5 C’lu şeker (pentoz)
Nükleotitlerin yapısına 5 C’lu pentozlar katılır. Bunlardan Deoksiriboz DNA’nın, Riboz ise RNA’nın yapısına katılır.
* Nükleotitler yapısında bulunan organik baza ve şekere göre adlandırılır. Nükleik asitler ise sadece şekere göre adlandırılır.
* Nükleotitler yapılarındaki şekere göre ikiye ayrılır. Yapılarına deoksiriboz şekeri bulunanlara Deoksiribonükleotit, riboz bulunanlara ise Ribonükleotit denir. Riboz şekerinde deoksiriboz şekerine göre bir oksijen atomu fazladır.
* Deoksiribonükleotitler birleşerek DNA(deoksiribonükleik asit)’yı, ribonükleotitler birleşerek ribonükleik asit)’yı meydana getirir
Binlerce nükleotit bir araya gelerek nükleik asiti meydana getirir.
* Nükleotidler alt alta fosfodiester bağları ile bağlanarak nükleotid zincirlerini meydana getirirler. Her nükleotidin zincire eklenmesi ile bir su molekülü açığa çıkar. Bu nedenle zincirin oluşumu dehidrasyon sentezidir. Buna göre bir nükleotit zincirinin sentezi sonucunda (n-1) kadar H2O açığa çıkmış olur.
* Nükleotidlerin farklı olmasını sağlayan yapısındaki organik baz ve şekerin farklı olmasıdır. Çünkü organik baz ve şekerin birden fazla çeşidi nükleotidlerin yapısına katılmaktadır.
* Nükleotitlerin sayısı ve dizilişleri farklıdır. Nükleotitlerin farklı dizilişleri yeryüzünde yaşayan canlıların çeşitliliğini açıklayan anahtardır.
II- DEOKSİRİBONÜKLEİK ASİT (DNA)
A. DNA’NIN YAPISI VE ÖZELLİKLERİ
1953 yılında James Watson ve Francis Crick DNA‟nin üç boyutlu yapısını keşfettiler ve 1962 yılında bu başarılarından dolayı Nobel ödülü verildi. Bu keşiflerine Erwin Chargraff‟in 1942 yılında yapmış olduğu çalışmalar önemli katkıda bulunmuştur.
Watson-Crick DNA Modelinin Özellikleri
* Eukaryot hücrelerde; nükleus (çekirdek), mitokondri, kloroplast, (bir görüşe göre sentrozomda), prokaryot hücrelerde ise nucleer alanda (sitoplâzmada) bulunabilir. Ancak kloroplast ve mitokondrideki DNA’lar kalıtım materyali sayılmazlar, bunlar eşlenirken çekirdek DNA’sına bağımlıdırlar.
* Yapısında C, H, O, N ve P atomları bulunur.
* Suda çözünmez.
* Adenin, timin, guanin ve sitozin bazları (A,T,G,S), deoksiriboz şekeri ve fosforik asitten meydana gelmiştir.
* DNA double heliks (çift sarmal) yapıdadır (merdiven yapı). Merdivenin kolları fosfat ve şekerden, basamakları ise bazlar ve bunları birbirine bağlayan hidrojen bağlarından meydana gelmiştir.
* İki polinukleotid uçları birbirine anti-paraleldir. Her bir zincir birbirine zıt yönde ilerler. Bir zincirin 5’ ucu ile karşı komplementer zincirin 3’ ucu karşılık bulunurlar.
* DNA’nın özelliğini veren, nükleotidlerin diziliş sırası ve sayısıdır.
* DNA’nın en önemli özelliği kendini eşlemesidir. DNA’nın kendini eşlemesine Replikasyon veya Duplikasyon denir.
* Kendini tek taraflı olarak eşleyebilir (Replikasyon). Eşlenmeye DNA’nın iki ipliği de katılır. Ortamda bulunan uygun nükleotidleri kullanarak yeni DNA zinciri oluşturulur.
* Replikasyon sırasındaki hata DNA’nın tek ipliğinde ise sonraki eşlemelerde onarılabilir, iki ipliğinde ve karşılıklı bölgelerinde ise onarılamaz. Bu durumda oluşan değişiklik kalıcı olur. Buna mutasyon denir.
* Vücut hücrelerindeki DNA baz sırası değişmeleri hastalıklara neden olur.
* Üreme hücrelerindeki DNA baz sırası radyoaktif ışınlar sonucu bozulabilir. Böylece kalıtsal hastalıklar meydana gelir.
* DNA’nın baz sırası türler arası farklılıklar gösterir.
* A+T / G+C oranı her tür için karakteristik bir özelik olup sabittir. İnsanda bu oran 1,52 dir.
* Bir canlının farklı dokularından alınan hücrelerindeki DNA baz sırası tamamen birbirinin aynısıdır.
* Canlının DNA’sındaki organik baz(nükleotit) sıraları yaşa, beslenme durumuna göre değişmez tamamen genetik olarak anne ve babadan geçer.
* DNA’nın karşılıklı iki zincirini zayıf hidrojen bağları bir arada tutar. Adenin ile Timin eşleşirken aralarında 2 H bağı, Guanin ile Sitozin eşleşirken aralarında 3 H bağı oluşur.
* Bir DNA molekülünde Guanin+Sitozin oranı ne kadar fazla ise H bağları sayısı artacağından dolayı DNA’nın iki ipliğini birbirinde ayırmak o kadar zorlaşır.
NOT:
3. Polinükleotit zincirindeki nükleotitleri birbirine bağlayan bağ, “Fosfodiester bağı veya fosfat-şeker bağı” denir. İki polinükleotit zincirini birbirine bağlayan bağlar ise zayıf “H bağları”dır.
DNA İle İlgili Bağlantılar
1. Toplam nucleotit = A+T+G+C
2. Purin = Primidin A+G=T+S
3. A = T ve G= C )Chargaff kuralı)
4. A+G / T+S = 1
5. A/T=G/S=1
6. oranı bir türün tüm bireylerinde sabittir, ancak türden türe değişir.
7. 2’li hidrojen bağı = 2xA veya 2xT
8. 3’lü hidrojen bağı = 3xG veya 3xC
9. Toplam nucleotit . ½ = Purin veya primidin
10. Toplam H bağı sayısı = 2xA + 3xG
11. Toplam H bağı sayısı = Toplam nucleotit + Guanin
12. DNA sentezi sırasında açığa çıkan su sayısı 3n-2 tanedir. (n=nükleotid sayısı)
13. Şeker sayısı = Fosfat sayısı = nükleotid sayısı
III- RİBONÜKLEİK ASİTİN (RNA) YAPISI VE ÖZELLİKLERİ
Yapısında adenin, guanin, sitozin, urasil organik bazları, riboz şekeri ve fosfat grubu bulunduran organik moleküllerdir.
* RNA molekülü;
* Prokaryot hücrelerin sitoplazma ve ribozomunda bulunur. Ökaryot hücrelerin çekirdek, ribozom, sitoplazma ve bazı organellerinde bulunur.
* Tek zincirlidir. Bu nedenle A = U, G = C olma zorunluluğu yoktur.
* Kendini eşleyemez. DNA üzerinden transkripsiyon ile sentezlenir.
* Tek zincirli olduğundan zayıf hidrojen bağı içermez ( katlanmalar yapan bölgeler hariç).
* DNA’dan aldığı bilgiye göre protein sentezini gerçekleştirir.
* Yapı ve görevine göre mRNA, tRNA ve rRNA olmak üzere üçe ayrılır.
A. MESSENGER RİBONÜKLEİK ASİT (mRNA)
* Hücrede en az bulunan RNA çeşididir. Toplam RNA’nın %5’ini oluşturur.
* DNA’nın anlamlı zincirinin kalıp olarak kullanılması ile RNA polimeraz enzimi tarafından sentezlenir. Bu olaya yazılım (transkripsiyon) adı verilir.
* mRNA, sentezlenecek proteine ait genetik bilgiyi DNA molekülünden alıp ribozoma taşır. Bu bilgi hücrenin sentezleyeceği proteinin amino asit dizilişini belirler.
* mRNA’da bir amino asitin şifrelenmesini sağlayan üçlü nükleotit dizilerine kodon denir.
* Her bir mRNA molekülü, özel bir proteinin sentezlenmesi için kodlanmış genetik bilgiyi içerir. Bu nedenle mRNA’daki kodon sayısı ve sırası sentezleyeceği proteine göre farklılık gösterir.
* mRNA, çekirdekten çıkarak sitoplazmaya geçer ve ribozomun küçük alt birimine tutunur. Böylece DNA’dan aldığı genetik şifreyi ribozoma getirmiş olur. Yani protein sentezi için ribozoma kalıplık eder. Her protein çeşidi için DNA’nın farklı kısımlarından ayrı mRNA’lar sentezlenir. Bir mRNA aynı tür proteinin sentezi için tekrar tekrar kullanılır.
B. TRANSFER RİBONÜKLEİK ASİT (tRNA)
* Hücredeki toplam RNA’nın %15’ini oluşturur.
* Görevi sitoplazmadan aldığı amino asitleri mRNA’daki kodon sırasına göre ribozoma taşımaktadır.
* mRNA’ya göre oldukça küçük olup ortalama 80 nükleotitden oluşur. Tek zincir olmasına rağmen farklı bölgelerinde yaptığı H bağları ile yonca yaprağına benzer bir görünüm kazanır.
* Her bir tRNA’nın iki özgül ucu bulunur. tRNA’nın mRNA’ya bağlandığı ucundaki üçlü baz dizisine antikodon adı verilir.
Örneğin mRNA’daki AAA kodonunun karşısına tRNA’da UUU antikodonu gelir.
* tRNA’nın diğer ucunda belirli bir amino asite bağlanan özel bir bölüm vardır.
Örneğin UUU antikodonuna sahip tRNA sadece fenilalanin amino asitine bağlanabilir. Bir tRNA sadece bir amino asit çeşidini taşıyabileceğinden bir hücrede en az 20 çeşit tRNA bulunmalıdır. Bazı amino asitler için birden fazla tRNA bulunabilir.
C. RİBOZOMAL RİBONÜKLEİK ASİT (rRNA)
* Hücredeki toplam RNA’nın %80’ini oluşturur.
* Çekirdekçikte sentezlenir.
* Proteinlerle birlikte ribozomların yapısını oluşturur.
* mRNA ve tRNA’nın ribozomlara tutunmasını sağlar.
* Protein sentezinde görev alır.
