Nükleik Asit (Genetik Malzeme)

Nükleik Asitler

İnsan, hayvan, bitki, mikroorganizma ve virüs gibi bütün canlılarda bulunan ve kalıtsal özelliklerin nesilden nesile taşınmasını sağlayan kimyevî bileşikler. Tabîattaki en uzun polimerler (zincirli moleküller) olan nükleik asitler, yapılarında fosforik asit, organik baz ve pentoz şekerleri ihtivâ ederler. Zayıf, kırılgan moleküllerdir. Bileşikler, 1871’de İsviçreli biyokimyâcı Friedrich Miescher tarafından keşfedilmiştir.
İlk defâ hücre çekirdeğinde keşfedildiğinden dolayı, çekirdek asidi mânâsında “nükleik asit” adı verildi. Sonraki araştırmalar bu asitlerin hücrenin diğer bâzı kısımlarında da bulunabildiğini ortaya çıkardı.
Nükleik asitler organizmanın bütün genetik bilgilerini depolar ve yeni nesillere aktarır. Ayrıca hücrenin üremesi, protein ve enzim sentezi gibi birçok temel hayat olaylarını da yönetirler. Dolayısıyla “yönetici moleküller” olarak da isimlendirilirler. Nükleik asitler, organizmanın hücre yönetimi ve kalıtsal özelliklerle ilgili bütün bilgilerini ihtivâ eden ve bunları vakti geldikçe kullanan bir çeşit “bilgisayar hâfıza”sıdır. Nükleik asitler, yapılarına göre;

1) DNA (Deoksiribonükleik asit)
2) RNA (Ribonükleik asit)

olmak üzere iki gruba ayrılırlar. DNA’lar yapılarında “deoksiriboz” şekeri, RNA’lar ise “riboz” şekeri ihtivâ ederler. Bütün nükleik asitler, “nukleotid” denen birimlerden oluşurlar. Nükleotidler, nükleik asitlerin yapıtaşlarıdır. Baz, şeker ve fosfat birimlerinden oluşan kompleks moleküllerdir. Yapısında riboz şekeri taşıyanlara “ribonukleotid”, deoksiriboz şekeri taşıyanlara “deoksiribonukleotid” denir. Taşıdıkları bazlara göre de “adenin nukleotid”, “guanin nukleotid” gibi isimler alırlar. DNA deoksiribonukleotidlerden, RNA ribonukleotidlerden meydana gelir.
Deoksiribonükleik asit (DNA), daha çok kromozomlarda bulunur. Ribonükleik asit (RNA), hem çekirdek hem de hücre sitoplazmasında yer alır. Her ikisi de dünyâdaki yaşayan bütün varlıklarda mevcuttur ve bu iki bileşik olmaksızın hücre bölünmesi olamaz. Memelilerin spermleri sâdece DNA ihtivâ eder. Virüslerde iki nükleik asitten birisi bulunur.
Muhtevâ ve yapı: Nükleik asitler, binlerce mononükleotidden (birimden) meydana gelmiş zincirlerdir. Her birim parça, azotlu bir kökün bir şekere (DNA’da deoksiriboz, RNA’da riboz) ve bir fosfata bağlanmasıyla meydana gelir.
Her birim, 35 atomdan husûle gelir; birbirleriyle köprülerle birleşerek polinükleotidleri yaparlar. Burada azotlu baz değişim gösterir. Diğer kısım (-şeker-fosfat-şeker) monoton bir şekilde uzayıp gider. Azotlu dört ana baz vardır. Bu bazlar, Adenin, Guanin, Sitozin ve Urasil’dir. RNA’da Urasil, DNA’da Urasil yerine Timin [T] bulunur. A ve G, “purin bazlar” olarak bilinir ve “pirimidinler” diye anılan S, U ve T’den daha büyük moleküllerdir. Nükleik asit iplikleri o kadar küçüktür ki, ancak ileri derecede yüksek büyütmeleri olan optik dışı mikroskoplar ve elektron mikroskopları tarafından görüntülenirler (fotoğraflandırılabilirler).
Nukleotid parçaları taşıdıkları bazlara göre kodlanmış vaziyette hücrenin ırsî özelliklerini belirtirler. 1960’larda açıklamalı biyokimyâsal araştırmalar sonunda bu şifre çözülerek arka arkaya gelen üç nukleotidlik bir parçanın özel bir amino asit şifresini temsil ettiği keşfedildi.

Küçük virüslerin nükleik asitleri hemen hemen 6000 mononükleotid ihtivâ eder ve insan hücrelerindeki DNA kabaca 20.000 civârında mononükleotid ihtivâ eder. Bir virüs sâdece bir DNA molekülüne sâhipken insan hücrelerinin herbirinde 800.000 civârında DNA molekülü vardır. Sperm ve yumurta hücresinin herbirinde bu sayı yarı oranındadır. Fakat yumurta, sperm tarafından döllendikten sonra normal miktara ulaşır. Tabiî olarak insanda, bir virüse göre çok daha fazla sayıda genetik özellik vardır. Küçük bir nükleik asitte bile teorik olarak astronomik sayıda şifre düzenlenmesi mümkündür. Tek bir DNA molekülü, ciltler dolusu ansiklopediden daha fazla genetik veya biyolojik mâlumatı taşıyabilir. İnsan hücrelerindeki bütün DNA’lar ucuca getirildiğinde 16 milyar km uzunluğa erişirler.

Genetik, devamlılığın sağlanması için döllenmeden sonraki hücre bölünmesi esnâsında veya mikroorganizmaların üremesi esnâsında, ebeveynden gelen DNA’nın kendinin kopyasını çıkarması gereklidir. Eğer meydana gelen kopya düzgün değilse, soya irsi olarak geçebilen bir mutasyona sebep olur ve kopya ederken meydana gelen bu yanlış, yeni bir mutasyon olana kadar gelecek nesillerde (kuşaklarda) devam eder. Uzun nükleotid dizisindeki ufak bir değişiklik, fark edilebilen bir mutanta (mutasyona uğramış birey) yol açabilir. Bu tip mutasyonların birikmesi sonucunda ırklarda bâzı değişiklikler meydana gelebilir. Radyasyon ve bilinen bâzı kimyevî maddeler nükleotid dizisinde değişikliklere yol açan mutasyonlara sebep olabilirler.

1. DNA (Deoksiribonükleik asit): Hücre çekirdeğinin kromozomlarının yapısında bulunur. Hayat sırrını şifreler, karakterleri nesilden nesile aktarır. Protein ve enzim sentezi gibi temel hayatla ilgili olayları yönetir. Yapısında bulunan deoksiriboz (C5H10O4) şekerinden adını almıştır. DNA çift eksenlidir ve kendini eşleyebilir. Eksenlerinin nukleotid bazları karşılıklı olarak zayıf hidrojen bağlarıyla birbirine bağlıdır.
DNA molekülünde bazların karşılıklı bağlanma kaidesi:

DNA molekülünde A sayısı T sayısına, G sayısı da S sayısına eşittir.

2. RNA (Ribonükleik asit): Yapısında riboz (C5H10O5) şekeri bulunur. Tek eksenlidir. DNA kalıpları üzerinde sentezlenir. Nükleotidlerinde A, U, S, G bazları bulunur.

RNA çeşitleri ve protein sentezi

a) Mesaj RNA(mRNA)=Elçi RNA=Kalıp RNA: Protein sentezinde kalıp ödevini görür. Hücre çekirdeğindeki DNA modelinin bir ekseninin kopyası olarak sentezlenir. Sitoplazmaya geçerek protein sentezi için ribozoma yapışır. Adarda sıralanan nükleotidlerde her üç bazı bir şifre (mânâ) ifâde eder ve Kodon olarak adlandırılır. DNA’nın şifresi mRNA ya aktarılırken A ® U, G ® S, T ® A, S ® G olarak geçer.
b) Taşıyıcı RNA (tRNA)= Transfer RNA: Sitoplazmada bulunan küçük RNA’lardır. Her tRNA üç nükleotidden oluşur ve şifresine göre 20 çeşit amino asitten birini taşır. Üçlü şifresine Antikodon denir.
c) Ribozomal RNA(rRNA): Ribozomların yapısında bulunur. Ribozomlar, protein ve rRNA yapısındadırlar.

Protein sentezi: Hücre çekirdeğinin DNA’sındaki genetik mâlumat, hücreleri ve cinsleri birbirinden ayıran özel enzim ve proteinlerin sentezini yönlendirir. Bu proteinlerin üretimi, ribozomlar olarak bilinen, özel sitoplazmik yapılarda vuku bulur. Ribozomlar, yapılarında kendilerine has nükleik asit (ribozomal nükleik asit) ve protein ihtivâ eden organellerdir.
Protein sentezi, hücre çekirdeğindeki DNA’nın bir ekseninden mesaj RNA (mRNA)’nın sentezlenmesiyle başlar. mRNA’ya kalıplık ödevi gören DNA’nın eksenindeki şifre, mRNA’ya aktarılırken A - U, G - S, T - A, S - G olarak geçer. DNA’nın bir eksenindeki şifrenin mRNA’ya aktarılmasına transkripsiyon adı verilir. Sentezlenen mRNA, hücrenin delikli çekirdek zarından stoplazmaya geçerek bir ribozoma gidip yapışır. Her üç bazı bir mânâ (şifre) ifâde eder ve kodon adını alır. Karşı şifreler ise stoplazmada bulunan taşıyıcı RNA(tRNA)’larda bulunur. Her biri üç nükleotidden oluşan tRNA’ların üçlü şifrelerine de antikodon denir. Her tRNA bir amino asit taşır.

Ribozom, kendine yapışan mRNA boyunca kaymağa başlar. Her kodonda (şifrede) bir miktar durur. Antikodonu kodon şifresine uyan taşıyıcı RNA (tRNA), mesaj RNA’nın karşısına geçerek kodon ve antikodonlar birleşerek şifre çözülür. tRNA, taşıdığı aminoasidi ribozoma bırakır. Her şifre çözümünde amino asitler, ribozomda ard arda bağlanarak protein sentezi yapılır. Kodon ve antikodon şifre çözümlerinde bazlar belli bir kâideye göre karşı karşıya gelmek zorundadır. A ´ U, G ´ S karşı karşıya gelecek şekilde ´tRNA’lar ve mRNA’nın karşısına dizilirler. RNA’lardaki bilgilerin protein sentezine çevrilmesine translasyon adı verilir.
Hücrede 20 çeşit amino asit bilinmektedir. Her amino asit, belli bir tRNA tarafından taşındığına göre, sitoplazmada en az 20 çeşit tRNA bulunuyor demektir. Amino asitlerin bağlanma bağlarına “peptit bağı” denir. Her peptit bağında bir molekül su (H2O) açığa çıkar. (n) sayıda amino asit molekülünden meydana gelen bir protein molekülünün sentezinde (n-1) H2O açığa çıkar. İki amino asitten meydana gelen bileşiğe dipeptit, üç aminoasitten oluşan tripeptit, çok sayıda amino asitten oluşana polipeptit denir.

1961’de birkaç fen adamı uygun ribozom, enzim, mRNA, tRNA, amino asit ve kimyevî enerji kaynağı karışımı kullanarak hücre dışında ilk protein sentezini gerçekleştirdiler.
İnsanlarda görülen birçok irsî hastalık muhtemelen DNA’nın baz dizilişindeki küçük değişiklikler veya mRNA teşekkül ederken kopya etme hatâları yönünden meydana gelmektedir. Meselâ orak hücreli anemi, anormal bir hemoglobin protein tipile karakterizedir. Bu anormal hemoglobin, protein zincirinde tek bir amino asidin değişmesine yol açan tek bir gen hasarı sonucunda ortaya çıkar.

Nükleik asit melezleme yöntemleri, rekombinant DNA teknolojisinde konak hücrelerden rDNA'yı alanların doğrudan bu DNA varlığının saptanmasıyla seçilmesi yöntemleridir. Bu yöntemin moleküler düzeydeki özelliği; tamamlayıcı özellikte olan nükleik asit molekülü zincirleri arasında melez moleküller oluşabilmesidir. Bu amaçla sonda (prob) denilen polinükleotidlerden yararlanılır. Sondalar izlenen genin bir kısmı ya da tamamını içermektedirler.
Nükleik asit melezlemesinde ki belli yöntemler şu şekilde sıralanabilir:

• Koloni melezlemesi,
• Plak melezlemesi,
• Tek koloni lizat yöntemi.

Nükleik asit melezlemesinin sağladığı yararlarda şu şekilde sıralanabilir:

• Genel olarak bütün klonlama şekillerine uygulanabilir.
• İzlenen genin anlatım yapması gerekmez.
• Yöntemde, herhangi bir yolla işaretlenmiş uygun bir tamamlayıcı dizisi bulunan herhangi bir DNA parçası kullanılabilir.

NÜKLEİK ASİTLER

Kalıtım maddesi hücre çekirdeğinde bulunur. Kalıtım maddesi iğ ipliği (Yumak) şeklinde bir görünümdedir. İğ ipliğindeki kalıtım maddesi büyükten küçüğe doğru;
KROMOZOM - DNA - GEN - NÜKLEOTİT
Şeklinde sıralanır. Kromozomlar hücre bölünmesi sırasında kısalıp kalınlaşan bir yapıdır. Çok büyük bir molekül olan DNA moleküllerinde oluşmuşlardır. DNA, çift zincirli sarmal bir molekül yapısındadır. DNA molekülü üzerinde genetik özelliklerin şifrelendiği boğumlu bölümler bulunur. Boğumlar arasında kalıtsal özelliklerin şifrelendiği bu kısımlar GEN denir. Gen yapılarında, çift zincirli sarmal DNA parçalarında basamaklar halinde bulunan NÜKLEOTİDLER yer alır. Her bir nükleotidin yapısında 1 tane Organik Baz (Adenin, Timin, Guanin veya Sitozin), 1 tane 5 Karbonlu DEOKSİRİBOZ şekeri ve 1 tane de Fosfat (P) elementi bulunur. NükleoTidler taşıdıkları organik bazla adlandırılır. Örneğin; 1 tane fosfat, 1 tane Deosiriboz şekeri ve 1 tane Guanin bazından oluşan kompleks yapıya Guanin nükleotidi denir.

DNA 1953’te James Watson ve Francis Crick tarafından ileri sürülen üç boyutlu DNA yapısı modeline göre, DNA, sağa dönen çift helıks (ikili sarmal) oluşturmak
üzere aynı eksen etrafında ıkı helezon seklinde DNA zincirden (poliııükleotid zinciri) oluşmuştur.


Watson ve Crick tarafından gösterilen baz çiftlerine ait hidrojen-bağı

DNA’daki Yapısal Değişiklikler

Yapısal değişiklikler 3 oluşumdan kaynaklanır:
1) Deoksiribozların farklı 3- bovutlu yapıları;
2) Fosfodeoksiriboz omurgayı oluşturan birbirine bitişik bağların dönüşü (a);
3) C-V-N glıkozıl bağlarlııdakı serbest döııüŞ (b).

DNA MOLEKÜLÜNÜN ÖZELLİKLERİ

DNA’nın Kimyasal Özellikleri

• Çift lıelıks yapılı DNA, denatüre edilebilir ve denatiıre olan DNA renatüre olabilir.
• Farklı türlere ait DNA’lar hıbrıdler (melezler) oluşturabilirler.
• DNA, nonenzimatiktransformasyona uğrayabilir.
• DNA moleküllerindeki belli ııükleotıd bazları, sıklıkla enzimatık olarak metıllenirler.

1. Bir DNA molekülü kendisini eşleyebilir. (Kromozom sayısının iki katına çıkmasını sağlar)
2. Bir DNA molekülünde Adenin (A) sayısı, Timin (T) sayısına eşittir. Gunain (G) sayısı da Sitozin sayısına eşittir. DİKKAT: DNA, DNA molekülü, Kromozom ifadeleri için yukarıdaki eşitlik her zaman geçerlidir, Ancak DNA zinciri şeklinde bir ifade kullanılıyorsa yukarıdaki eşitlik şar değildir.
3. DNA’nın yapısı protein ağırlıklı olduğu için bazı ifadelerde protein yapılı kalıtım maddesi olarakta ifade edilir
4. DNA kendisini eşlerken önce zincirler bir fermuar gibi ayrılır, sonra zincirdeki her bir baz kendi eş bazını, Deoksiriboz şekerini ve Fosfat atomunu bağlayarak eş nükleotidini oluşturur.
5. İnsan vücudunda bulunan yaklaşık 100 trilyon hücreden her birinde 3 milyar baz bulunmaktadır. Eğer vücudumuzda bulunana her bir hücredeki DNA art arda eklense dünya ile ay arasındaki mesafe 600 defa kat edilirdi.
6. Bir insanın sahip olduğu DNA içindeki bilgi yazdırılacak olsa 61 metre kalınlığında bir kitap oluşurdu.
7. Yeryüzünde yaşayan insanların tümünde DNA %98,8 oranında benzerlik göstermektedir,yani insanlar arasındaki farklılık DNA’nın sadece %0,2'lik kısmı tarafından sağlanmaktadır.
8. Sadece 1 gram DNA, bir trilyon (1.000.000.000.000) CD’ye eş değer bilgi saklayabilmektedir
9. DNA’daki bilgi hacmini sayısal olarak ifade edecek olursak, 3-5 mikron (mikron: milimetrenin binde biri) çapındaki bir hücre içine, toplam 4 metre uzunluğundaki DNA molekülü sıkıştırılmış olarak paketlenmiştir. 100 trilyon hücrenin her birindeki DNA kodları art arda getirildiğinde ise, ortaya çıkan uzunluk, Güneş’e 600 kez gidiş-dönüş mesafesine eşittir.
10. Bilimsel makaleleri ile tanınan moleküler biyolog Prof. Jerry Bergman, verdiği bir bilgi: Sizden 230 kilometre uzunluğunda iki ayrı misina almanızı, bunu çifte sarmal haline getirmenizi ve sonra da bir basketbol topunun içerisine sığacak biçimde paketlemenizi istediklerini varsayın. Ayrıca, bu çifte sarmalın fermuar gibi açılıp kopyalanması gereksin... sonra kopyalanan parça dışarı çıkartılsın ve bu sırada misinalar kesinlikle birbirlerine karışmasın. Bu gerçek hayatta yapılamaz ancak Bu her gün vücudunuzdaki milyarlarca hücrede gerçekleşmektedir. Basketbol topunu insan hücresi boyutuna indirdiğinizde, ip de iki metreye yakın bir DNA zincirine dönüşür.
11. Dijital kod, insan vücudundaki her hücrede kolaylıkla kopyalanabilen, inanılmaz miktarda bilginin saklanmasına imkan tanıyor. Çifte sarmal şeklindeki DNA, baz çiftlerinden meydana geliyor ve hücre çekirdeğindeki insan genomu içerisinde bunlardan üç milyar tanesi paketlenmiş halde duruyor. Bu üç milyar harf insan vücudundaki tüm biyolojik özellikleri yönlendirebiliyor

DNA’nın görevleri

• DNA, hücrenin yönetici molekülüdür. Hücredeki solunum, boşaltım, fotosentez gibi yaşamsal olaylar DNA nın kontrolünde gerçekleşir.
• DNA’daki nükleotit dizilimleri (genler) canlının kalıtsal bilgisini oluşturur. DNA. taşıdığı gen adı verilen bu bilgilerle, gelişme sırasında canlıya ait karakterlerin ortaya çıkmasını sağlar. Örneğin; insan embriyosunun gelişimi sırasında göz rengi, parmak sayısı, saç şekli gibi karakterlerin ortaya çıkmasını sağlar.
• DNA, hücre bölünmesi öncesinde kendim eşleyerek iki katına çıkar. Böylece hücrede, aynı özelliklere sahip iki tane DNA oluşur. Oluşan DNA'lar bölünme sonucunda hücrelere eşit miktarda dağıtılır. Böylece DNA; yapısında bulunan bilgilerin yavru hücrelere geçmesini sağlar. Bu sayede DNA, kalıtım ve üreme olaylarının gerçekleşmesini sağlamış olur.

RNA (ribonükleik asit)

• DNA’dakı genetik bilgiyi fonksiyonel bir proteine dönüştürmekte aracı rol oynayan ııükleık asittir.
• RNA molekülü cilt, sarmallı değil tek zincir şeklindedir.

Haberci RNA (messenger RNA, mRNA)
Protein sentezi ıçııı gerekli genetik mesajı nükleustaki DNA’daıı sitoplazmadakı rıbozomlaıa taşıyan RNA’laıdlr. Protein sentezi için kalıp görevi görür.
mRNA üzerindeki, her bin bir amino aside uyan üçlü baz gruplarına kodon denir.


tRNA (transfer RNA. taşıyıcı RNA)

• Sekonder yapıları yonca yaprağı şeklinde olan RNA’dir
• Protein sentezine girecek amino asitleri sentez yerine taşır.
• Bir antikodondaki bazlar, protein sentezi için kalıp görevi gören mRNA’nln üzerinde bulunan, tRNA ile taşman amino aside uyan kodon daki bazların tamamlayicisldirlar.

rRNA (Ribozomal RNA)

• Ribozomlarin yapısındaki RNA’dir.
• Svedberg ünitesi (S) olarak belli sedimantasyon katsayılarına sahip olan çeşitli rRNA’lar kombine olarak ribozomlarl oluştururlar.

Nükleik Asitlerin enzimatik olmayan tepkimeleri

Mutasyon: DNA’mıı yapısında genetik bilginin kodlandığı yerde meydana gelen kalıcı değişiklikler, mutasyonlar olarak tanımlanır.


Deaminasyon ve Depürinasyon:


Kimyasal Ajanlar: