Nükleik asitler, canlının bütün temel olaylarını yöneten‚ kuşaktan kuşağa kalıtsal devamlılığı sağlayan moleküllerdir. Yaşayan her organizmada nükleik asit bulunur. Hatta virüslerde bile vardır. Nükleik asitler, ilk kez 1869 yılında İsveçli Biyokimyacı Friedrich Miesher tarafından kandaki akyuvar hücreleri ile sperm hücrelerinin çekirdeklerinde gözlenmiştir.
NÜKLEİK ASİTLERİN TEMEL YAPI TAŞLARI
Nükleik asitler DNA ve RNA olmak üzere iki çeşittir. DNA ve RNA makromoleküller olup‚ nükleotid adı verilen birimlerden meydana gelmiştir. Bir nükleotidin yapısında baz, şeker ve fosfat molekülleri bulunur.
1. BAZLAR: Bazlar karbon (C), hidrojen (H), oksijen (O) ve azot (N) atomlarından oluşmuştur. Nükleotidlerin yapısında pürin ve pirimidin olmak üzere iki çeşit baz bulunur.
– Pürinler: Adenin (A), Guanin (G) bazlarıdır. Çift halkalıdır.
– Pirimidinler: Sitozin (S), Timin (T), ve Urasil (U) bazlarıdır. Tek halkalıdır.
NOT: DNA ve RNA’da adenin, guanin ve sitozin ortak, timin ve urasil ayırt edici bazlardır.
2. ŞEKERLER: Nükleotidlerin yapısına 5C’lu şekerler (pentoz) katılır. Bunlar,riboz ve deoksiribozdur. Riboz’un deoksiribozdan farkı bir oksijenin fazla olmasıdır. RNA nükleotidleri riboz şekeri taşırken, DNA nükleotidleri deoksiriboz şekeri taşır.
3. FOSFAT GRUBU: Nükleotidlerin yapısına katılan üçüncü molekül fosforikasittir. (H3PO4). Bu molekül kompleks moleküllerin yapısında bulunduğu zaman fosfat adını alır.
Baz, şeker ve fosfatlar birleşip nükleotidler oluşurken su molekülleri açığa çıkar. Yani, nükleotid sentezi bir dehidrasyon reaksiyonudur.
Nükleotidler, yapılarındaki baza göre adlandırılır. Örneğin; adenin bazı var ise, adenin nükleotidi, guanin bazı var ise, guanin nükleotidi adını alır. DNA’nın yapısına katılacak bir adenin nükleotidi‚ adenin bazı, deoksiriboz şekeri ve fosfat grubundan oluşur. Serbest nükleotidler arasında fosfo diester bağı (şekerfosfat bağı) ile nükleik asit zinciri oluşturulur. Bu oluşum enzimlerin kontrolünde ve enerji harcanarak gerçekleşir.
Bu durumu şöyle özetleyebiliriz:
Baz + Şeker + Fosfat = Nükleotid (N)
N1 + N2 + ........... + Nn Nükleik Asit + (n–1) H2O
NÜKLEİK ASİT ÇEŞİTLERİ
Hücrede metabolik faaliyetlerin yürütülmesinde nükleik asit çeşitlerinin ikisi de görev alır.
1. DNA (DEOKSİRİBONÜKLEİK ASİT)
DNA, bir canlıya ait bütün bilgilerin A, G, C ve T nükleotidleriyle şifrelendiği bir nükleik asit çeşididir.
DNA’nın baz sırası‚ türler arasında farklılık gösterir. Bir canlının farklı dokularından alınan DNA örneklerinin baz sırası tamamen aynıdır. Canlıların DNA baz sıraları yaşa, beslenme durumuna ve çevre şartlarına bağlı değildir.
A. DNA’nın Moleküler Yapısı: DNA’nın yapısıyla ilgili ilk model 1953 yılında, Biyolog Watson ve Biyofizikçi Crick tarafından ortaya konmuştur. Watson ve Crick, DNA molekülünün çift zincirli sarmal bir yapıya sahip olduğunu gösterdi. DNA’nın her iki kenarında fosfat ve deoksiriboz, ortasının ise bazlardan oluştuğunu X ışını yardımıyla ile açıkladılar.
DNA molekülünü meydana getiren ve karşılıklı olarak birleşen iki zincir birbirlerine zayıf H bağı ile tutunur. Hidrojen bağlarının bu özelliği birleşme ve ayrılmayı kolaylaştırır.
Adeninle timin arasında 2, Guanin ile sitozin arasında 3 H bağı vardır. Bir zincirdeki nükleotid dizisi bilinirse, ikinci zincirdeki nükleotid dizisi de belirlenebilir.
DNA’nın sentezi sırasında (3n – 2) tane su molekülü açığa çıkar (n = nükleotid sayısı)
DNA az enzimiyle parçalanırlar.
DNA kendi kendini eşleyebilir.
Adenin karşısına timin, guanin karşısına sitozin geldiği için;
s(A) = s(T), s(G) = s(C)’dir.
DNA, ökaryot hücrenin, çekirdek, mitokondri ve kloroplastında, prokaryot hücrenin sitoplâzmasında bulunur.
DNA’yı oluşturan nükleotidlerde fosfat ve şeker çeşidi aynı, bazlar farklıdır. DNA moleküllerini birbirinden ayıran fark, bazların sayısı ve dizilişidir. DNA hücrede yönetimi ve kalıtımı sağlayan bir moleküldür.
B. DNA’nın Onarım Mekanizması:
DNA çift iplikli olduğu için tek iplikte meydana gelen kopmalar düzeltilebilir. Fakat karşılıklı koptuğu zaman düzeltilemez.
C. DNA’nın Eşlenmesi (Replikasyon = Duplikasyon)
Canlıların bütün kalıtsal özellikleri DNA molekülünde nükleotid dizileri halinde şifrelidir. Hücre bölünürken, bu kalıtsal özelliklerin hiçbir değişikliğe uğramadan yavru hücrelere geçmesi gerekir. Bu da DNA’nın eşlenmesi ile olur. DNA sentezi hücre bölünmesinin interfaz safhasında gerçekleşir. DNA’nın yarı korunumlu olarak eşlendiği Meselson – Stahl tarafından ispatlanmıştır.
Bu modele göre; DNA’nın eski zincirleri DNA polimeraz enzimi ile birbirinden ayrıldıktan sonra serbest nükleotidler bu zincirlerdeki nükleotidlerle bağ yaparak karşı zincirleri oluşturur. Bu şekilde, birbirinin aynısı olan iki DNA molekülü oluşur. Oluşan DNA moleküllerindeki iki zincirden biri eski, diğeri yeni olduğundan bu şekildeki eşlenmeye yarı korunumlu eşlenme denir.
D. DNA DENEYLERİ
1. DNA’nın Kalıtsallığı Deneyi
Pneumococcuslar, zatürre hastalığına neden olan bir bakteri cinsi olup, kapsüllü ve kapsülsüz olmak üzere iki türü vardır. Fareler ile yapılan bu deneyde;
a. Kapsülsüz bakteriler‚ farelere enjekte edildiğinde fareler hastalanmamıştır. Yani, kanlarındaki akyuvarlar kapsülsüz bakterileri fagositozla etkisiz hale getirmiştir.
b. Kapsüllü bakteriler farelere enjekte edildiğinde farelerin zatürre hastalığından öldüğü gözlenmiştir. Kapsül farelerde ölüme sebep olmuştur.
c. Kapsüllü bakterilerin bulunduğu ortamın ısıtılması ile oluşan özüt farelere enjekte edildiğinde farelerin hastalanmadığı gözlenmiştir.
d. Kapsüllü bakterilerin özütü ile kapsülsüz canlı bakteriler karıştırılarak farelere enjekte edildiğinde fareler zatürre hastalığına yakalanmıştır. Oysa, görünüşte fareler ölmemesi gerekiyordu. Fakat, özütteki kapsüllü bakterilerin DNA’sı, kapsülsüz canlı bakterilere kapsül sentezlettirmiştir.
Sonuç olarak, özütteki DNA’nın kapsül sentezletme özelliğinin olduğu anlaşılmıştır. Yani, DNA canlıların kalıtsal bilgilerini taşıyan bir moleküldür.
2. DNA’nın Yarı Konumlu Eşlenmesi Deneyi
Meselson ve Stahl, bakteriler üzerinde yaptıkları deneylerle DNA’nın yarı korunumlu olarak eşlendiğini göstermiştir. Bu deneyi kısaca şöyle özetleyebiliriz.
E.coli bakterisi‚ ağır azot (N15) içeren bir besi ortamında üretilirse, bakteri DNA’sının bütün nükleotid bazlarına N15 katılır. Böyle bir DNA bakteriden alınıp santrifüjlenirse, normal azot (N14) içeren DNA’dan daha hızlı çöker. Böylelikle DNA’ların birbirinden ayırt edilmesi sağlanmış olur.
Normal azot (N14) içeren DNA’ya sahip bakteriler, ağır azot (N15) lu besi ortamında iki nesil üretilip, oluşan bakterilerin DNA’ları santrifüjlendiğinde DNA’lar ağırlık dizilimine göre şöyle sıralanır.
Birinci üretim sonunda % 100 melez (N14N15) DNA’lar oluşur. Yani zincirlerinden birisi ağır (N15), diğeri normal (N14) azotlu nükleotidlerden meydana gelir. ikinci üretimde ise, DNA’ların %50si melez, % 50 si de ağır azot kapsayan nükleotidlerden oluşur.
2. RNA (RİBONÜKLEİK ASİT)
Tek zincirlidir. Nükleotid zincirinde fosfat ve baz kenarlarda‚ şekerleri ortadadır.
RNA sentezinde (3n–1) tane su molekülü açığa çıkar. (n = nükleotid sayısı)
RNA az enzimiyle parçalanırlar.
DNA tarafından sentezlenir.
s(A) = s(U), s(G) = s(C)’dir.
RNA, ökaryot hücrenin, çekirdek, mitokondri, kloroplast, ribozom ve serbest halde sitoplazmasında, prokaryot hücrenin ribozom ve serbest halde sitoplazmasında bulunur.
Protein sentezinde RNA’lar görev alır.
B. RNA Çeşitleri
Hücrede‚ görevlerine göre 2 çeşit RNA bulunur. Bunlar;
a. Mesajcı RNA (mRNA)
mRNA çekirdekte, DNA üzerinden RNA polimeraz enzimi ile sentezlenir. Sentezinde DNA’nın iki zincirinden sadece biri (anlamlı zincir) görev yapar. Sentezinde 3n–1 sayıda su oluşur. Kalıp olarak görev yapan DNA zincirindeki adenin nükleotidinin karşısına urasil, guanin nükleotidinin karşısına sitozin, timin nükleotidinin karşısına adenin, sitozin nükleotidinin karşısına da guanin nükleotidi gelir. Sentezlenen mRNA molekülü çekirdekten çıkarak sitoplazmaya geçer ve ribozomlara tutunur. Böylelikle DNA’dan aldığı genetik şifreyi ribozomlara taşımış olur. Ribozomlar, mRNA’daki şifrelere göre amino asitleri birleştirip protein sentezler. Her protein çeşidi için ayrı bir mRNA molekülü sentezlenir. Aynı çeşit protein sentezinde tekrar tekrar kullanılabilir. Gerekmiyor ise, protein sentezinden sonra nükleotidlerine parçalanır. mRNA’nın her üç nükleotidine kodon denir. Protein sentezinde bir kodon bir amino asiti şifreler.
b. Taşıyıcı RNA (tRNA)
Çekirdekte DNA üzerinden sentezlenen tRNA’lar‚ sitoplazmada serbest olarak bulunur. Çekirdekten tek zincir halinde sentezlendikten sonra sitoplazmada çeşitli katlanmalar yaparak yonca yaprağı şekline geçer. Katlanmaların olduğu bölgelerde uygun nükleotidler arasında hidrojen bağları oluşur. tRNA’nın bu yapısı, tRNA molekülünün görevi amino asitleri ribozomlara taşımaktır. tRNA’ların taşıyacağı amino asit çeşidi antikodon adı verilen üç nükleotidten oluşmuş bölge tarafından belirlenir. Protein sentezinde 20 çeşit amino asit kullanıldığı için hücrelerde en az 20 çeşit en fazla 61 çeşit tRNA görev yapar.
c. Ribozomal RNA (rRNA)
Çekirdeğin, çekirdekçik bölgesinde DNA üzerinden sentezlenen ribozomal RNA, çekirdekte proteinlerle birleşerek ribozomun alt birimlerini oluşturur. Oluşan alt birimler çekirdek zarındaki porlardan sitoplazmaya geçer ve protein sentezi esnasında birleşirler.
NOT: Normal bir hücrede %80 rRNA, %15 tRNA, %5 mRNA bulunur.
DNA RNA Karşılaştırılması
DNA RNA
– Şekeri Deoksiriboz – Şekeri Riboz
– Özel bazı Timin – Özel bazı Urasil
– Çift zincirli – Tek zincirli
– Kendisini eşler – DNA tarafından sentezlenir
– Yöneticidir – Emirleri yerine getiricidir
(Bazı virüslerde yönetici)
– DNA az enzimi ile parçalanır – RNA az enzimi ile parçalanır
– Sentezinde 3n–2 su oluşur. – Sentezinde 3n–1 su oluşur.
a aopenzimlerle de çalışabilir. (Apoenzim, kofaktör ve koenzimi yukarıda anlattım.)
