Şifre Sıfırlama

Nükleik Asitlerin Keşfi ve Önemi

Nükleik Asitler ve Görevleri

I) Nükleik Asitler

Nükleik asitler, bütün canlı hücrelerde ve virüslerde bulunan, nükleotit birimlerden oluşmuş polimerlerdir. Nükleik asitler;

  • protein sentezi sürecinin yönetilmesi,
  • enerjinin üretilmesi,
  • büyüme ve gelişmenin sağlanması
  • canlının üremesi

gibi metabolik olayların gerçekleşmesini sağlar. Bu yönüyle incelendiğinde nükleik asitler yönetici moleküllerdir. En yaygın nükleik asitler deoksiribonükleik asit (DNA) ve ribonükleik asit (RNA)’dır. İnsan kromozomlarını oluşturan DNA milyonlarca nükleotitten oluşur. Nükleik asitler sayesinde genetik bilgi nesilden nesile geçer.

Nükleik asitlerin yapı birimlerine nükleotit adı verilir. Bir nükleotidin yapısında azotlu organik baz, beş karbonlu şeker ve fosfat bulunur. Nükleotitler yapılarındaki azotlu organik baza göre isimlendirilir. Örneğin yapısında adenin “azotlu organik bazı” bulunan nükleotite; Adenin nükleotiti denir. Azotlu organik bazlar yapılarına göre pürin ve pirimidin olmak üzere iki gruba ayrılır.

  • Pürin: Pürin grubu bazlar çift halkalı olup Adenin (A) ve Guanin (G) olmak üzere iki çeşittir. Adenin ve guanin bazları hem RNA hem de DNA’nın yapısında bulunur.
  • Pirimidin: Pirimidin grubu bazlar tek halkalı olup Sitozin (C), Timin (T) ve Urasil (U) baslarını içerir. Bu bazlardan sitozin, hem DNA hem de RNA’da bulunur. Buna karşılık Timin sadece DNA’da , Urasil ise sadece RNA’da yer alır.

Nükleik asidin yapısına katılan beş karbonlu şeker; riboz veya deoksiriboz şekeridir. Riboz şekeri RNA’nın yapısına katılırken Deoksiriboz şekeri DNA’nın yapısına katılır. Şeker ve bazla birlikte nükleotitin yapısına katılan diğer bir molekül de fosforik asittir. Fosforik asitler, DNA ve RNA’da ortak olarak bulunur.

Binlerce nükleotit biriminin şeker ve fosfat birimlerinin birbirine bağlanarak oluşturduğu uzun zincirler (polinükleotid) nükleik asitleri oluşturur. Doğadaki canlıların çeşitli olmasının nedeni, nükleik asitleri oluşturan sekiz çeşit nükleotitin sayı ve dizilişinin farklı olmasıdır. Canlılarda iki çeşit nükleik asit vardır.

A) DNA (Deoksiribonükleik Asit)

DNA iki nükleik asit zincirinin karşılıklı gelerek bazlar ile birbirine bağlanmış haldedir. Karşılıklı olarak A ile T, G ile C bazları hidrojen bağları ile bağlanmasıyla dna’nın spiral sekil almasını sağlar. Guanin ile Sitozin arasında 3’lü zayıf hidrojen bağı, Adenin ile Timin arasında 2’li zayıf hidrojen bağı kurulur. DNA ökaryot canlıların hücrelerinde çekirdekte, kromozomlarda, mitokondrilerde, kloroplastlarda ve çok az miktarda stoplazmada bulunur. Prokaryot hücrelerde ise DNA sitoplazmada bulunur. DNA’nın en önemli özelliği kendisini eşleyebilmesidir. Bu özellik sayesinde canlı türleri her nesil sabit bir kromozom sayısında kalır. DNA’nın kendisini eşlemesini sağlayan enzimin adı “DNA polimeraz”dır.

DNA molekülü ile ilgili olarak aşağıdaki eşitlikler kurulabilir.

  • A=T ve G=C
  • Pürin miktarı=Pirimidin miktarı(A+G = C+T)
  • A+G/C+T=1 veya A+C/G+T=1
  • A+G+C+T=Toplam nükleotit sayısı
  • Nükleotit sayısı = Baz sayısı = Şeker sayısı = Fosfat sayısı

B) RNA (Ribonükleik Asit)

RNA tek sıra nükleotitten oluşur. Bu nedenle RNA’da, G=C ve A=U olma zorunluluğu yoktur. RNA’nın işlevi, DNA’dan aldığı genetik şifreye göre protein sentezini gerçekleştirmektir. RNA molekülü ribozomlarda, sitoplazmada, çekirdekte, mitokondri ve kloroplastlarda bulunur. RNA molekülü kendisini eşleyemez; DNA molekülü üzerindeki bilgiye göre gerekli RNA molekülleri sentezlenir. Bu yüzden her hücredeki RNA molekülü miktarı farklıdır.. Kas hücreleri gibi protein sentezinin yoğun olduğu hücrelerde fazla miktarda bulunur.

Görevlerine göre hücrede üç çeşit RNA bulunur.

Mesajcı RNA (mRNA): DNA’dan aldığı genetik bilgiyi, belirli şifreler halinde sitoplazmadaki ribozomla taşır. Bu bilgi sentezlenecek proteinin amino asit diziliş sırasını belirler.

Taşıyıcı RNA (tRNA): Sitoplazmadaki amino asitleri tanır ve ribozomla taşır.

Ribozomal RNA (rRNA): Proteinlerle birlikte ribozomların yapısını meydana getirir.

 

II) ATP

ATP (Adenozin Trifosfat), hücre içinde bulunan çok işlevli bir nükleotittir. En önemli işlevi hücre içi biyokimyasal reaksiyonlar için gereken kimyasal enerjiyi taşımaktır. Fotosentez, kemosentez ve hücresel solunum sırasında oluşur. ATP molekülü; adenin bazı, beş karbonlu bir şeker olan riboz ve üç fosfat grubundan meydana gelir.

 

ATP, yapısındaki fosfatlar arasında yüksek enerjili bağlar oluşturur ve hücrenin ihtiyaç duyması halinde bu bağlardaki yüksek enerjiyi açığa çıkarır. ATP’lerde genelde 2 yüksek enerjili bağın koparılması yerine; 1 yüksek enerjili bağ koparılır ve ATP’ler ADP şeklinde hücre içinde tekrar ATP’ye dönüşmek için beklerler.

ADP’den ATP sentezine fosforilasyon denir. Fosforilasyon 4’e ayırılır.

Substrat düzeyinde fosforilasyon: Bütün oksijensiz solunum çeşitlerinde ve oksijenli solunumun bir kısmında ATP üretilmesine substrat düzeyinde fosforilasyon denir. Substrat düzeyinde fosforilasyon sitoplazmada gerçekleşir. ATP çok verimi düşüktür. Bütün canlılar substrat düzeyinde fosforilasyon yapabilir.

Oksidatif fosforilasyon:  Oksijenli solunumun ETS evresinde gerçekleşir. Çok sayıda ATP üretilir. Verimi diğer fosforilasyon çeşitlerine göre çok yüksektir. Oksijenli solunum yapan canlılar oksidatif fosforilasyon yapabilir.

Fotofosforilasyon:  Fotosentez sırasında açığa çıkan enerjiyi kullanılarak gerçekleşen fosforilasyon çeşididir. Sadece fotosentez yapan canlılar fotofosforilasyon yapabilir.

Kemofosforilasyon: Kemosentez sırasında açığa çıkan kimyasal enerjiden yararlanılarak gerçekleştirilen fosforilasyon çeşididir. Sadece kemosentez yapan canlılar kemofosforilasyon yapabilir.

DNA’nın Yapısı ve DNA Eşlenmesi

DNA iki nükleikasit zincirinin karşılıklı gelerek bazlar ile biribirine bağlanmış haldedir. Karşılıklı olarak A ile T, G ile C bazları hidrojen bağları ile bağlanmasıyla dna’nın spiral sekil almasını sağlar. DNA ökaryot canlıların hücrelerinde; çekirdekte, kromozomlarda, mitokondrilerde, kloroplastlarda ve çok az miktarda stoplazmada bulunur. Prokaryot hücrelerdeyse DNA sitoplazmada bulunur.

1) DNA’nın Hayatımızdaki Yeri

DNA 1869 yılında Friedrich Miescher tarafından bulunmuştur. Çekirdekte olduğu için nükleik asit olarak adlandırılmıştır.

DNA bir nükleik asittir. Canlıya ait bütün bilgileri 4 baz ile (heceyle) şifreleyerek içerisinde saklar ve bu bilgiyi işler. Kendisini eşleyebilir. Böylece şifrelenmiş genetik bilgi nesilden nesile aktarılır. Bilim insanları DNA’nın bilgiyi aktarmasını sağlayan yapıyı 1944 yılında keşfetmişlerdir. Bu deney kısaca şöyle özetlenebilir:

  • Kapsülsüz bakteriler fareye enjekte edildiğinde fare canlı kalır.
  • Kapsüllü bakteriler fareye enjekte edildiğinde farenin öldüğü gözlemlenir. Yani kapsüllü bakteriler ölümcül olma özelliğine sahiptir.
  • Isıtılarak öldürülmüş kapsüllü bakteriler fareye enjekte edildiğinde farenin ölmediği gözlemlenmiştir. Kapsülün yapısı sıcaklığın etkisiyle bozulmuştur.
  • Canlı kapsülsüz bakteriler ısıtılarak öldürülmüş kapsül bakteriler karıştırılarak fareye enjekte edildiğinde fare ölmüştür.
  • Isıtılmış kapsüllü bakterilerden elde edilen DNA özütü, canlı kapsülsüz bakterilerin bulunduğu ortama bırakıldığından bir süre sonra kapsülsüz bakteriler kapsüllü hale gelmiştir. Bu karışım fareye enjekte edildiğinde fare öldüğü gözlemlenmiştir. Böylece kapsülsüz bakterilerin kapsüllü hale gelme özelliğinin DNA’yla taşındığı ispatlanmış olur.

2) DNA’nın Yapısı

DNA, nükloitit denilen yapı taşlarından oluşur. Nükleotitler bazların özelliklerine göre karşılıklı dizilirler ve uzun DNA zincirlerini meydana getirirler. Bu zincir sarmal şekilde (sürekli dönerek yukarı çıkan merdiven gibi) bulunur.

Nükleotitler; organik baz, beş karbonlu deoksiriboz şekeri ve fosfattan oluşur. DNA’da bulunan nükleotitlerin azotlu organik bazları; adenin (A), guanin (G), sitozin (C) ve timin (T) bazlarıdır. Adenin ve guanin çift halkalı pürin grubunun üyesidir. Aynı şekilde timin ve sitozin ise tek halkalı pürimidin grubunun bazlarıdır.

DNA nükleotitlerin bir diziliş kuralı vardır. Bu kurala göre Adenin nükleotitinin karşısına Timin nükleotiti; Guanin nükleotitinin karşısına Sitozin nükleotiti gelir. Bu sayede bir dna da bulunan tmin sayısı her zaman adenin sayısına, guanin sayısı da her zaman sitozin sayısına eşit olur.

DNA molekülü yukarıda gördüğünüz gibi karşılıklı iki şerit oluşur. Bu şeritlerin bir arada durmasını, nüklotitler arasında oluşan zayıf hidrojen bağları sağlar. Adenin ve Timin nükleotitleri arasında ikili zayıf hidrojen bağı, Guanin ve Sitozin nükleotitleri arasında üçlü zayıf hidrojen bağı bulunur.

Not: Bir dna molekülünde ne kadar çok üçlü bağ varsa dna molekülü o kadar sağlam olur. Bu sayede aynı nükleotit sayısına sahip olan DNA moleküllerini kıyaslayabiliriz. Örneğin bir şeridinde 2000 nükleotite sahip 2 dna molekülü var. Bu dna’lardan birisinde 900 tane; diğerinde 1200 tane üçlü zayıf hidrojen bağı var. Bu durumda ikinci dna molekülünün daha sağlam olduğunu söyleyebiliriz.

Bir şeritte bulunan DNA molekülleri fosfatın deoksiriboz şekeri ile oluşturduğu fosfodiester bağı sayesinde bir arada durar.

DNA ile ilgili formüller

DNA molekülü ile ilgili olarak aşağıdaki eşitlikler kurulabilir.

  • A=T ve G=C
  • Pürin miktarı=Pirimidin miktarı(A+G = C+T)
  • A+G/C+T=1 veya A+C/G+T=1
  • A+G+C+T=Toplam nükleotit sayısı
  • Nükleotit sayısı = Baz sayısı = Şeker sayısı = Fosfat sayısı

3) DNA’nın Eşlenmesi

DNA molekülünün en önemli özelliklerinden birisi kendisini eşleyebilmesidir. DNA hücre bölünmesi sırasında kendisini eşleyerek yeni hücreye içinde barındırdığı bütün genetik bilgiyi aktarır. Bunun sayesinde bir canlının bütün hücreleri aynı genetik bilgiye sahip olur.

Not: Canlıda bulunan hücrelerin hepsinin genetik bilgisi aynıdır. Ancak hücrelerin tipine göre genetik bilginin aktifleşmiş kısmı farklıdır. Örneğin insanda bulunan bir karaciğer hücresinde dna’nın ilk 500 satırı aktifken, bir kalp hücresinde sondan 500 satır aktiftir. Aralarındaki bu fark hücrelerin kendisine has özellik kazanmasını sağlar.

 

Dna’nın kendisini eşlemesi hücre bölünmesinin interfaz evresinde gerçekleşir. Eşleşme sırasında şu olaylar gerçekleşir:

  • Enzimlerin yardımıyla dna nın iki şeridini bir arada tutan zayıf hidrojen bağları açılır.
  • Ayrılan şeritlerin karşılarına yeni şeritler yapılır. Yeni şeritler yapılırken eski şeritteki adenin nükleotitinin karşısına timin, guanin nükleotitinin karşısına sitozin nükleotiti… şeklindeki kuraldan yararlanılır.
  • DNA polimeraz enzimi sayesinde yeni yapılan şeritin eski şerit ile zayıf hidrojen bağı oluşturması sağlanır.

DNA’nın bu şekilde eşlenmesine yarı korunumlu eşlenme denir. Bu kural bilim adamlarının işaretlenmiş azot atomlarının olduğu ortamda dna eşlenmesini gerçekleştirmeleriyle kanıtlanmıştır. (işaretlenmiş azotlu ortamda) DNA ilk bölünmesini tamamladığında yapısındaki azotların yarısı işaretlenmiş atomdan oluşur. Bu bölünme işleminden sonra gerçekleşen 2. bölünme işleminde, oluşan 4. hücrenin ikisinin %100 işaretlenmiş azottan; diğer ikisinin ise %50 işaretlenmiş azottan oluştuğu gözlemlenmiştir.

 

Gen (Nokta) Mutasyonu 

DNA eşlenmesi genellikle hiç bir sorun çıkmadan gerçekleşir. Ancak bazı durumlarda yanlış nükleotit eşlenmeleri, eksik nükleoitit eşlenmeleri, yeni nükleotit çiftlerinin eklenmesi gibi bir takım olaylar gerçekleşir ve bu diğer hücre bölünmeleri için sorun teşkil edebilir.

 

Mehmet KÜÇÇÜK

Sosyal Medyada Paylaş

71 Görüntülenme

Eklenme Tarihi: 02.04.2021 14:36
Son Güncelleme: 02.04.2021 15:21

0 Yorum

İPTAL
Bu işlemi gerçekleştirebilmek için giriş yapmanız gerekmektedir!