DNA ve RNA’nın Yapısı ve Özellikleri
Genetik olayların hücrede moleküler düzeydeki temeli genetik materyal görevini üstlenen nükleik asitlerin yapı ve özelliklerine dayanır. Nükleik asitlerin iki türü olan deoksiribonükleik asit (DNA) ve ribonükleik asit (RNA) temelde aynı yapısal özelliklere sahiptir.
DNA ve RNA Arasındaki Farklar
DNA
Bulunduğu yer Çekirdek, mitokondri, kloroplast, prokaryotların sitoplazmalarında
Zincir şekli Çift zincir
Yapısındaki bazlar A, T, G, C
Yapısındaki şeker Deoksiriboz
Sentezlenmesi DNA polimeraz enzimleri sayesinde kendi kendini eşleyerek
Hücredeki sentez yeri Prokaryotlarda sitoplazmada, ökaryotlarda, çekirdek ve bazı organellerde
Görevi Genetik bilginin depolanması, nesiller arasında aktarılması ve hücredeki metabolik faaliyetlerin yönetimi
Nükleotitlere ayrılması DNA-az enzimleri ile
Çeşidi1 çeşit
RNA
Bulunduğu yer Sitoplazma, çekirdek ve hücre organellerinde
Zincir şekli Tek zincir
Yapısındaki bazlar A, U, G, C
Yapısındaki şeker Riboz
Sentezlenmesi RNA polimeraz enzimleri sayesinde DNA tarafından
Hücredeki sentez yeri Prokaryotlarda sitoplazmada, ökaryotlarda çekirdekte
Görevi Protein sentezi, genetik bilginin taşınması
Nükleotitlere ayrılması RNA-az enzimleri ile
Çeşidi 3 çeşlit: m-RNA, t-RNA, r-RNA
Genler, DNA'daki bazı kimyasal dizilimler olan nükleotidlerden meydana gelmiştir. Çoğunlukla kromozomların içerisinde bulunurlar. Ayrıca DNA molekülü prokaryotlarda (bakteriler) kromozom dışı genetik sistem olan plazmidlerde, Ökaryotik hücrelerde genetik materyalin kromozomlar (Nükleus) dışında temel olarak (hayvan ve bitkilerde ) mitokondri ve (sadece bitkilerde ve alglerde ) kloroplastlarda bulunduğu bilinmektedir.
1953 yılında Watson ve Crick DNA molekülünün kendine has özelliklere sahip bir çift sarmal yapı halinde bulunduğunu ileri sürdüler. Bu araştırıcıların önerdikleri DNA yapısı o tarihlerde başka araştırıcılar tarafından ortaya konulan DNA'ya ilişkin önemli bulgulara dayanmaktadır.
Bir başka önemli bulgu da Chargaff tarafından saptanmıştır. Herhangi bir türe ait DNA'nın nükleotidlerine parçalandığında serbest kalan nükleotidlerde adenin miktarının timine, guanin miktarının da sitozine daima eşit olduğu görülmüştür.
Bu modele göre DNA molekülü, heliks (sarmal) şeklinde kıvrılmış, iki kollu merdiven şeklindedir. Merdivenin kollarını, şeker (deoksiriboz) ve fosfat molekülleri meydana getirir. Deoksiriboz ile fosfat grupları ester bağlarıyla birbirlerine bağlanmıştır. İki kolun arasındaki merdiven basamaklarında gelişigüzel bir sıralanma yoktur. Her zaman guanin (G), sitozin'in (C yada S); Adenin (A) de Timin'in (T) karşısına gelir. Hem pürün (yani adenin ve guanin ) ile pirimidin (yani sitozin ile timin) arasındaki hidrojen bağlan, hem de diğer bağlar, meydana gelen heliksin düzgün olmasını sağlar. Pürin ve pirimidin bazları, yandaki şekerlere (riboz), glikozit bağlarla bağlanmıştır. Baz, şeker ve fosfat kombinasyonu, çekirdek asitlerinin temel birimleri olan nükleotidleri meydana getirmiştir. Dört çeşit nükleotid vardır. Bunlar taşıdıkları bazlara göre isimlendirilirler (Adenin, Guanin, Sitozin, Timin).
DNA molekülü kendini oluşturan nükleotidlerin sayısına bağlı olarak, büyüklüğü türden türe değişen, uzun zincir şeklinde bir yapı gösterir.
İki polinükleotid zincirdeki nükleotidler karşılıklı olarak birbirlerine hidrojen bağları ile bağlanmıştır. Bu bağ fosfor bağları kadar kuvvetli olmadığı için pH değişikliği, sıcaklık basınç gibi faktörlerde kolaylıkla birbirlerinden ayrılabilmektedir. DNA'nın kendi kopyasını yapması ve gen açılımı, nükleotidler arasındaki hidrojen bağlarının ayrılması ile gerçekleşir.
Nükleotidler birbirlerine fosfat bağlarıyla bağlanarak, şeker ve fosfat kısımlarının birbirlerini izlediği serilerden oluşan bir omurgaya sahip uzun ve dallanmış polinükleotid zincirlerini meydana getirmiştir. Kovalent ester bağları olarak da bilinen bu bağlar son derece kuvvetlidir. Genetik mühendisliğinin hedeflerinden biri olan klonlama çalışmaları, doğal yolla gerçekleşmesi mümkün olmayan kovalent bağ kırılmalarını gerçekleştirerek yeni türler oluşturma çabalarını içerir.
Nükleotidlerin yapısı bazik olmasına karşın omurgadaki fosforik asit grubunun varlığı polinükleotid zincirlerin asit özellikte olmalarına yol açar ve nükleik asit terimi de bu özellikten kaynaklanır.
Hidrojen bağları daima bir pürin (A,G) ile bir pirimidin (T,C) bazı a-rasından meydana gelir. A-T baz çiftinde 2 hidrojen bağı, G-C baz çiftleri arasında ise 3 hidrojen bağı bulunmaktadır. Hidrojen bağlarının özelleşmesi; anahtar kilit modelini andıran, uygun nükleotid moleküllerinin karşılıklı gelerek birbirlerine yine uygun sayıda hidrojen bağları ile bağlanmasını sağlar. Böylece zincirin bir kolunda bulunan nükleotidlerin dizilişi, karşı kolda bulunan nükleotidlerin dizilişini bir çeşit dikte ve kontrol eder. Tesadüfe bırakmayan bir titizlikle molekül yapısı oluşturulur ve kontrol edilir.
DNA çift sarmalının dikkate değer ve önemli bir özelliği, molekülü oluşturan zincirlerin birbirlerinden kolaylıkla ayrılabilmesi ve yeniden birleşebilmesidir. Protein sentezi ve DNA replikasyonu (kendi kopyasını oluşturması) bu özellik sayesinde meydana gelebilir. DNA'nın iki zinciri, birbirine sadece H bağları ve hidrofobik etkileşimlerle bağlı olmaları nedeni ile nükleotidleri arasındaki kovalent bağlardaki herhangi bir kopma olmaksızın çözülebilir (denatürasyon) . Aynı şekilde çözülmüş molekülün zincirleri tamamlayıcı bazları arasında H bağlarının oluşumu ile birleşip sarmal yapıyı yeniden oluşturabilir (renatürasyon).
Nükleotidler arasındaki fosfor bağlarının kopması nedeniyle nükleotidlerin yerine başka nükleotid veya nükleotid dizisinin geçmesi mutasyonlara yol açar. Mutasyonların neticeleri ölümcül olabilir. Günümüzde viral hastalıkların başında gelen AİDS'in önüne geçilememesinin en geçerli nedeni, genomu tek zincirli RNA olan virüsün sürekli mutasyonlar geçirerek kendini sürekli yenilemesi gösterilebilir.
Dikkatli ölçmeler sonucu elde edilen değerlerden aynı tip hücrelerde DNA'nın hem kimyasal özelliğinin hem de toplam miktarının, dölden döle sabit kaldığını biliyoruz. DNA'nın hem niceliği ve hem de niteliği, aynı ana hücreden meydana gelen benzer hücrelerde aynı kalmak zorundadır. Bu nedenle hücre mitoz bölünmeye hazırlanırken DNA molekülü boyunca, bütün kromozomlarda bir uçtan diğer uca doğru kendini eşler. Bir DNA molekülü replikasyon (eşleme) yapacağı zaman DNA molekülünün ikili sarmal dizilerini birbirine bağlayan zayıf hidrojen bağları bir fermuar gibi açılır. Eğer molekülün bir ucundan başlarsak teker-teker her pürini, pirimidin eşinden fermuarı açar gibi ayırabiliriz. Bu açılma her iki dizide eşlerinden ayrılan pürin ve pirimidinin uçlarını açıkta bırakır.
Hücrenin hammadde deposunda çeşitli nükleotitler vardır. Bu nükleotitler yüksek enerjili fosfat bağlan taşırlar (ATP molekülünde olduğu gibi). DNA'nın iki dizilişi birbirinden ayrıldığı zaman, depodan gönderilen nükleotitlerin uygun olanları denenerek yerlerini alırlar. Diğerleri uymadıkları için geri çevrilirler. Diğer dizideki eski timin ise ikili sırayı tamamlamak için yeni bir adenin nükleotitle birleşir. İkili sarmal, bir uçtan diğer uca doğru boylu boyunca bir fermuar gibi azar azar açıldıkça uygun tipteki nükleotitler zincirdeki yerlerini alırlar, ikili sarmal dizinin sonuna ulaşıldığında, sonuçta DNA replikasyonu sağlanır.
