NÜKLEİK ASİTLER

1- NÜKLEİK ASİTLERİN BULUNUŞU VE ÖNEMİ

Organizmalar çok çeşitli kimyasal maddelerin bir araya gelmesiyle oluşan birer sistemdir. Canlı olan organizmaların yapısal ve işlevsel birimi olan hücrelerin içinde yaşamın temeli olan birçok olay meydana gelir. Bu olayları, kimyasal yapısı protein olan enzimler katalizler. Proteinler 20 çeşit amino asitin değişik kombinasyonlarla ve sayılarla bir araya gelmesiyle oluşur. Bunu alfabedeki harflerin çeşitli şekillerde bir araya gelip kelimeler oluşturmasına benzetebiliriz.

Hücrelerde bulunan en büyük bileşik nükleik asitlerdir. Nükleik asitler proteinlerin (dolayısıyla enzimlerin) sentezini kontrol ederek bütün canlı organizmalardaki temel yaşamsal olayları düzenlerler(hücreyi yönetme görevi). İkinci önemli görev olarak da nükleik asitler kalıtsal özelliklerin kuşaktan kuşağa iletilmesini sağlarlar(kalıtımı sağlama görevi).

İlk defa İsviçreli bir biyokimyacı olan Friedrich Miescher, 1869 yılında akyuvarlardan ve balıkların sperm hücrelerinden nükleik asitleri ayırmıştır. Ayrılan bu maddelerin, o zamana kadar hücrelerde bulunduğu bilinen maddelerden çok farklı olduğu görülmüştür. Asit özelliği gösteren bu maddelerde çok miktarda fosfor bulunmaktaydı. Hücrenin çekirdeğinde bulundukları için de bu maddelere nükleik asit adı verilmiştir. Daha sonra bitkiler, hayvanlar ve protistalar incelendiği zaman hepsinin hücrelerinde nükleik asit bulunduğu saptanmış ve devam eden çalışmalar sonunda nükleik asitlerin sadece hücrenin çekirdeğinde değil diğer kısımlarında da olabileceği görülmüştür. Fakat nükleik asitler ilk defa hücrenin çekirdeğinde bulunduğundan aynı şekilde adlandırılmaya devam edilmiştir. Nükleik asitlerin önemi prokaryotik ve ökaryotik tüm hücrelerin kalıtsal ve yönetim birimi olmasından kaynaklanmaktadır.

Canlılarda iki çeşit nükleik asit vardır. Bunlar DNA(deoksiribonükleikasit) ve RNA(ribonükleikasit) dır. DNA; ökaryotik hücrelerde; çekirdek, mitokondri ve kloroplastlarda, RNA ise; çekirdekte, özellikle de çekirdekçikte, sitoplazmada ve ribozom gibi bazı organellerde bulunur. Her canlının nükleik asitlerindeki bazların dizilişi bir diğerininkinden farklılık göster.

 

2- NÜKLEİK ASİTLERİN TEMEL YAPI TAŞLARI

Nükleik asitler nükleotid denilen birimlerden oluşur. Nükleotidler; bir fosforik asit(H3PO4), 5 karbonlu bir şeker ve azotlu organik baz olmak üzere 3 farklı molekülün birleşmesiyle meydana gelir. Nükleotidler de birbirlerine uygun şekilde bağlanarak nükleik asitleri meydana getirirler.

5 Karbonlu Şekerler (Pentozlar): Riboz ve deoksiriboz şekeri olmak üzere iki çeşittir. Deoksiribozun ribozdan farkı ikinci karbon atomunda OH yerine H atomu taşıyor olmasıdır. Riboz RNA’nın yapısına katılırken, deoksiriboz DNA molekülünde bulunur. Görüldüğü gibi nükleik asitler yapısındaki 5 karbonlu şekerlere göre isim almaktadır. Pentozlar nükleik asitlerin ana omurgasını oluşturur.

Azotlu Organik Bazlar: Temel olarak N ve C atomlarının oluşturduğu halkasal molekülleridir. Organik bazlar pürin ve pirimidin diye ikiye ayrılır. Pürin bazları, biri 5 diğeri 6 atomdan oluşan çift halkalı bir yapıya sahip olup adenin(A) ve guanin(G) olmak üzere iki çeşittir. Hem DNA’da hem de RNA’da bulunurlar. Not: Adenin ve Guanin’e ek olarak Ksantin ve Hipoksantin adında iki pürin bazı daha bulunmaktadır. Bunlar nükleik asitlerin yapısına katılmayıp diğer pürin bazlarının yıkım ve yapım reaksiyonlarında ara ürün olarak kullanılırlar.

Pirimidinler ise 6 atomdan oluşan tek halkalı bir yapıda olup, sitozin(C), timin(T) ve urasil(U) olmak üzere üç çeşittir. Bu bazlardan Timin sadece DNA’nın, Urasil ise yalnızca RNA’nın yapısında bulunabilir. Sitozin her iki nükleik asitte de bulunabilir. Kısaca DNA’da A, G, C ve T bazları bulunurken, RNA’da A, G, C ve U bazları bulunur. Not: Bu 3 organik baza ek olarak Orotik asit adında bir pirimidin bazı daha bulunmaktadır. Bu baz nükleik asitlerin yapısına katılmayıp diğer 3 pirimidinin sentezinde ortak olarak ara ürün olarak oluşur.

Fosforik asit: Bütün nükleotidlerde ortak olarak bulunan moleküldür. Fosforik asit kompleks moleküllerin yapısına girdiği zaman fosfat adını alır.

5C’lu şeker ile organik baz birleşirse nükleozit; nükleozite bir fosfat grubunun eklenmesiyle de nükleik asitlerin temel yapıtaşı olan nükleotid meydana gelir. Nükleotidler yapılarındaki organik bazlara göre isimlendirilir.

Baz, şeker ve fosfatlar dehidrasyon senteziyle aralarından birer molekül su çıkarmak suretiyle birleşerek nükleotidleri oluştururlar. Nükleotidlerdeki organik bazla, şeker grubu arasında glikozit bağı, şeker grubuyla fosforik asit grubu arasında da ester bağı bulunur. Son olarak bir nükleotidin şeker grubuyla diğer nükleotidin fosfat grubu asasında fosfodiester bağının kurulmasıyla da nükleik asit zincirleri oluşur.

Nükleotidler, nükleik asitlerin dışında başka moleküllerin yapısına da katılır. Örneğin adenin nükleotidi ATP’nin yapısında bulunur. Aynı zamanda fotosentez ve solunumda Hidrojen taşıyıcıları olan NAD+, NADP+ ve FAD+’ların yapısına girdiği için anahtar madde görevini yapar.  

 

 3- NÜKLEİK ASİT ÇEŞİTLERİ

Nükleik asitler; tüm canlıların ve virüslerin yapısında bulunan yönetim ve kalıtım maddesidir. Organizmanın taşıdığı bütün özellikler nükleik asitlerdeki şifrelerde yer alır. Canlı yapılarda gerçekleşen bütün yaşamsal olaylar enzimler, dolayısıyla proteinler, dolayısıyla nükleik asitler tarafından yönetilir.

Canlılar aleminde DNA ve RNA olmak üzere 2 çeşit nükleik asit vardır.

 

A.DNA’nın Yapısı, İşlevleri ve Kendini Eşlemesi

Maurice H. F. Wilkins ve Rosalind Franklin tarafından X ışınları kırınımı yöntemiyle ilk kez DNA’nın ayrıntılı görüntüsü elde edilmiştir.  Daha sonra James D. Watson ve Francis H. C. Crick tarafından 1953 yılında DNA’nın sarmal yapılı molekül modeli ileri sürülmüştür. Bu modele göre DNA; sarmal(heliks) şeklinde kıvrılmış merdivene benzeyen karşılıklı iki iplikten oluşmuştur. Bu merdivenin kenarlarında şeker ve fosfat molekülleri, basamaklarda ise organik bazlar yer alır. Bu bazlardan A ile T arasında 2, G ile C arasında ise 3 Hidrojen bağı oluşur.

DNA’nın hücredeki kalıtsal madde olduğu ilk kez 1944 yılında Oswald Avery ve arkadaşları tarafından ortaya konmuştur. Avery ve arkadaşları kapsüllü ve kapsülsüz pnömokok bakterilerini kullanarak yaptıkları çeşitli deneylerle bu bilgiye ulaşmışlardır.

Bir hücrenin bölünerek yeni hücreler meydana getirebilmesi için DNA’nın kendini eşlemesi gerekir. Watson ve Crick’in geliştirmiş olduğu model DNA’nın kendini eşleme mekanizmasına da ışık tutar.

DNA molekülünün karşılıklı gelen bazları bir fermuarın dişlerine benzetilebilir. DNA’nın kendini eşlemesi sırasında fermuar açılırken dişlerinin birbirinden ayrılmasına benzer şekilde bazları bir arada tutan hidrojen bağlarının kopmasıyla iki iplik eşlemenin olacağı bölgelerde birbirinden ayrılır. Bu ayrılma ile her iki zincirdeki bazların uçlar açıkta kalır. Hücrenin sentezlenmiş serbest nükleotitlerinden uygun olanlar açılan yerlere yerleşir. DNA’nın sentezi(açılan zincire yeni nükleotidlerin eklenmesi) DNA polimerazla, hidrolizi ise DNAaz enzimiyle gerçekleşir. Sonuçta bir DNA molekülünden iki DNA molekülü oluşur. Yeni oluşan DNA da aynı kalıtsal bilgiyi taşır. Böylece DNA kendini eşlemiş olur. Olaya DNA replikasyonu (duplikasyon) denir. DNA eşlenirken ana iki zincir(anlamlı zincir) daima korunur. Yeni zincirler(tamamlayıcı zincir) ortamdaki nükleotidlerden sentezlenir. Buna DNA’nın yarı korunumlu(semikonservatif) olarak eşlenmesi denir. Eğer DNA kendini eşlemeye başlamışsa hücre mutlaka bölünecektir. DNA’nın kendini eşlemesi interfaz safhasında gerçekleşir.

1958’de M. S. Meselson ve F. W. Stahl, Escherichia coli bakterileriyle yaptıkları deneyle DNA replikasyonunda eski zincire birer tane yeni zincirin eklendiğini(yarı korunumlu eşlenmeyi) bulmuşlardır. Meselson ve Stahl bu deneyi ağır azot içeren amonyumlu (N15H4) ortamda gerçekleştirmişler ve yeni zincirlerin tümünde ağır azot içeren amonyuma rastlamışlardır. İlk eşlenme neticesinde oluşan DNA’ların bir zinciri ağır azot, diğeri normal azot atomları içerir. İkinci eşlenmede ise 2 DNA sadece ağır azot atomları içerirken oluşan diğer 2 DNA’nın bir zinciri ağır azot, diğeri normal azot atomları içerir.

Ökaryotik hücrelerde DNA, çekirdeğin yanı sıra mitokondri ve kloroplastlarda da bulunur. Bu organellerin yapısında bulunan DNA’lar çekirdekte bulunana göre daha kırılgan bir özellik gösterir. Yaşlanmaya bağlı olarak DNA’da oluşan hatalar kolayca düzeltilemez ve bu yüzden hücrelerin enerji üretim kapasitesi düşer. Dolayısıyla organların işlevleri de azalmaktadır. Mitokondrilerde bulunan DNA’lardaki parça yitirmelerinin(delesyon) artışı yaşlanmanın önemli bir belirleyicisidir.

Netice olarak DNA hücrede iki temel işlevi gerçekleştirir. 1-Kendini eşleyerek(replikasyon ile) üremeyi ve kalıtsal bilginin yeni nesillere aktarılmasını sağlamak 2-Protein sentezini sağlayarak(transkripsiyon ile) hücredeki metabolik olayları yönetmek.

Not: *Eğer DNA uçtan açılmaya başlamışsa bu replikasyonun işaretidir. Ortadan açılması ise protein sentezi için şifre vereceğinin bir göstergesidir. *DNA sentezi sırasında açığa çıkan su sayısı 3n-2 dir(n:nükleotid sayısı). *DNA doğada kendini eşleyerek benzerini yapabilen tek moleküldür. *Genlerdeki değişime mutasyon denir. *Mitokondri ve kloroplastlardaki DNA’lar tam anlamıyla birer kalıtım materyali olmayıp kendilerini eşlerken çekirdek DNA’sına bağımlıdırlar. *DNA’yı oluşturan zincirlerden birinin sağlam olması onarım için yeterlidir(hasarlar karşılıklı olmamak kaydıyla). *Karşılıklı dizilen bazlardan bir tanesi diğerine göre daha uzundur. Bu özellik karşılıklı zincirlerin birbirlerinin tersi yönde spiral olarak kıvrılmasını sağlar. *Her insan hücresinde DNA, 174,8.1010 dalton ağırlığa sahiptir ve 92 cm uzunluğundadır.

 

B.RNA’nın Yapısı, İşlevleri ve Çeşitleri

RNA, DNA’dan farklı olarak tek nükleotid zincirinden oluşur. Organik bazlardan T yerine U bulunması ve şeker grubunun da riboz olması diğer farklardır. RNA, DNA’nın verdiği şifreye göre RNA polimeraz enzimi tarafından üretilir. Hidrolizi de RNAaz tarafından gerçekleştirilir. RNA; çekirdek, özellikle çekirdekçik, sitoplazma ve bazı organellerin yapısında bulunur. Üç çeşit RNA vardır.

mRNA: Mesajcı RNA’dır. Çekirdekte bulunur. Toplam RNA’nın %5’ini oluşturur. Görevi DNA’dan aldığı protein sentezleyici genetik bilgiyi ribozoma taşımaktır.  mRNA, RNA polimeraz enzimi tarafından DNA’nın anlamlı zinciri üzerinden sentezlenir. Bu olaya transkripsiyon(yazılım) denir. mRNA, ilgili proteini sentezleyici bilgiye sahip olan DNA parçasının tamamlayıcı bir parçası gibidir ve kalıp görevi görür. DNA’dan alınarak mRNA ile taşınan üçlü nükleotid dizisine kodon denir. Her kodon bir amino asiti işaret eder. mRNA’daki şifrelerin ribozomlarda okunmasına translasyon denir.

rRNA: Hücredeki toplam RNA’nın %80’ini oluşturur. En çok çekirdekçikte bulunur. Görevi proteinlerle birlikte ribozomun yapısını oluşturmaktır. mRNA ve tRNA’nın ribozoma tutunmasını sağlayarak protein sentezinde görev alır.

tRNA: Toplam RNA’ların %15’ini oluşturur. Görevi, hücre içindeki amino asitleri tanımak ve ribozoma taşımaktır. tRNA molekülleri oldukça küçüktür ve suda çözünebilir. Bu özelliği onlara difüzyon kolaylığı sağlar. Bu yüzden çözünür RNA diye de adlandırılırlar. tRNA’nın şekli üç yapraklı yoncaya benzer. Bir ucuna amino asit bağlanır. Diğer ucunda ise mRNA ile uyumlu olan antikodon kısmı bulunur. tRNA’nın mRNA’ya bağlandığı kısımdaki üçlü baz dizisine antikodon denir. Örneğin mRNA’daki CUA kodonuna karşı tRNA’da GAU antikodonu gelir. Hücrelerde en az 20 çeşit (en fazla 45 çeşit) tRNA bulunmak zorundadır. Fakat bazı amino asitler için birden fazla tRNA bulunabilir.

Yorum Yaz
Arkadaşların Burada !
Arkadaşların Burada !