Biyoloji

Nükleik Asitler

Virüsler dâhil prokaryot ve ökaryot hücreli canlıların tümünde bulunurlar. Hücre tarafından sentezlenen en büyük ve en önemli moleküllerdir. İlk defa çekirdekte bulunduklarından, çekirdek asiti manasına gelen nükleik asitler adı almışlardır. Günümüzde nükleik asitlerin hem çekirdek, hem sitoplazma, hem de çeşitli organellerin içerisinde veya yapısında bulundukları bilinmektedir. Örneğin, kloroplast ve mitokondri organelleri nükleik asit bulundururlar. 

Canlıların en önemli moleküllerinin nükleik asitler olması bu moleküllerin hücre içinde çok hayati görevler üstlenmesinden kaynaklanır. Bütün canlıların kalıtım maddesi DNA dır (bazı virüslerin RNA). Genleri taşıyan kromozomların büyük bir kısmı DNA'dan oluşmuştur. Dolayısıyla bir genin veya kromozomun niteliğinin farklı olması DNA moleküllerindeki nükleotidlerin dizilişinin farklı olmasının bir sonucudur. Şu noktayı unutmamak gerekir; her bireyin kendisine özgü bir DNA, kromozom ve gen yapısı vardır. Canlılar arasındaki farklılıklar da buradan kaynaklanmaktadır. 

Nükleik asitlerin yaygın olarak kullanılan bir diğer adı yönetici moleküllerdir. Bunlar hücre yapısında ve metabolizmasında çok önemli roller oynayan  protein ve enzim gibi moleküllerin sentezini yönetirler. Ribozomlar üzerinde sentezlenen bir protein veya enzim molekülün yapısına girecek olan aminoasitlerin sayısını, çeşidini ve özellikle diziliş sırasını DNA'dan gelen mesajlar belirler. RNA'lar da bu moleküllerin sentezi sırasında çeşitli fonksiyonları gerçekleştirirler. Protein ve enzimler DNA'daki şifrelere göre yapıldıklarından bunların niteliği de bireyden bireye farklılık gösterir. 

Nükleik asitlerden DNA'nın kendi kendi eşleme özelliği canlılar açısından çok önemlidir. Hücre Bölünmesi sırasında kromozomlar yapılarındaki DNA'ların eşlenmesinden dolayı kendilerini eşlemiş olurlar. Bu şekilde karakterin hücreden hücreye ve nesilden nesile aktarılması sağlanır. Bu da türün devamlılığını sağlar. 

Nükleik Asitlerin Yapısı

Nükleik asitlerin temel yapı taşına nükleotid denir. Bu yapı taşlarından binlerde tanesinin bir araya gelmesiyle nükleik asit oluşur. Bir nükleotid molekülü üç kısımdan meydana gelir.

  1. Azotlu organik baz
  2. Beş karbonlu bir monosakkarit (Pentoz şeker)
  3. Fosforik asit (H3PO4)

Şekerle bazın birleşmesinden nükleozit molekülü oluşur. Nükleozit molekülünün fosforik asitle esterleşmesiyle de nükleotid oluşur. 

nükleotid

Nükleotid molekülünün yapısına iştirak eden bazlar şu şekildedir. 

I. Pürin bazları (Çift halkalı bazlar)

  • Adenin (A)
  • Guanin (G)

II. Primidin bazları (Tek halkalı bazlar)

  • Timin (T)
  • Sitozin (S veya C)
  • Urasil (U)

Bir nükleotid yapısına katılan baz çeşidine göre isimlendirilir. Örneğin, adenin bazı ile 5 karbonlu bir şeker birleştiğinde adenozin meydana gelir. Adenozin fosforik asitle birleştiğinde ise adenin nükleotidi oluşmuş olur.

Bir nükleotid DNA molekülün yapısına katılıyorsa taşıdığı şeker deoksiriboz (C5H10O4)'dur. RNA molekülünün yapısına katılıyorsa riboz (C5H10O5) şekeri taşır. Buradan da anlaşıldığı gibi nükleik asirler nükleotidlerin yapısına katılan şeker molekülün çeşidine göre isimlendirilir. Hücrede DNA ve RNA olmak üzere iki çeşit nükleik asit bulunur. Yalnız virüslerde bunlardan sadece biri bulunabilir. 

I. Deoksiribonükleik Asit (DNA)

Bu molekülün yapısında deoksiriboz şekeri bulunur. Ökaryot canlılarda başta çekirdek olmak üzere mitokondri ve kloroplastlarda bulunur. Prokaryot canlılarda ise sitoplazmaya dağılmıştır. DNA çift nükleotid dizisine ve sarmal yapısına sahiptir. Merdiven şeklindeki bu yapıda merdivenin kolları fosfat ve şekerden, basamakları ise bazlar ve bunları bir arada tutan zayıf hidrojen bağlarından ibarettir. Bu sarmal yapıda adenin daima timinle, guanin ise daima sitozin ile eşleşir. Yani tek halkalı bir baz ile çift halkalı diğer eşlenik baz anahtar kilit ilişkisindeki gibi birbirine özgü bağlanırlar. Bu nedenle bir DNA molekülündeki timin sayısı ile adenin sayısı, guanin sayısı ile sitozin sayısı eşittir. Buradan da çıkarılabileceği gibi bir DNA molekülündeki pürin ve primidin bazlarının toplam sayıları eşittir. Adenin ile timin eşleşirken ikili hidrojen bağı, guanin ile sitozin birleşirken ise üçlü hidrojen bağı oluşur. Yani guanin ve sitozin oranı arttıkça DNA ipliği de sağlamlaşır.

DNA'nın yapısında urasil bazı bulunmaz. Timin bazı ise sadece DNA'da bulunur. DNA'nın en önemli özelliği ise replikasyon (kendini eşleme) özelliğidir. Bu eşleme DNA polimeraz enzimi yardımıyla olur. Yüksek organizasyonlu canlılarda DNA'nın kendini eşlemesi sadece interfaz evresinde gerçekleşir. Genetik materyali oluşturan çekirdek DNA'sı, bir türün bütün bireyleri arasında nicelik olarak aynıdır fakat niteliksel farklılık taşır. Üreme hücrelerinde vücut hücrelerindekinin yarısı kadar DNA bulunur.

II. Ribonükleik Asit (RNA)

Bu molekülün yapısında riboz şekeri bulunur. RNA tek iplikten meydana gelmiştir. Yani DNA gibi sarmal yapı göstermez. Hem çekirdek hem de sitoplazmada bulunur. Yapısında timin bazı bulunmaz. Onun yerine urasil bazı vardır. Tek iplikli olduğu için nokleotidler arasında herhangi bir eşleşme ve matematiksel bağıntı söz konusu değildir. RNA kendi kendini eşleyemez, ancak DNA tarafından RNA polimeraz enzimi yardımıyla sentezlenir. Aynı türe ait fertlerin hücrelerindeki RNA miktarı büyük farklılıklar gösterebilir. Hatta bu miktar aynı bireyin belirli bir dokusunda bile değişiklikler gösterir. Protein ve enzim sentezinin yüksek olduğu hücrelerdeki RNA miktarı yüksektir. 

Hücrelerde biyolojik fonksiyonlarına göre üç tür RNA vardır. 

1. Ribozomal RNA (rRNA)

Ribozomların ana yapı maddesidir. Çekirdekçikte bol miktarda bulunur. Hücrelerde miktarı en yüksek olan RNA çeşididir. 

2. Mesajcı RNA (mRNA)

Protein ve enzim sentezi için gerekli olan kalıtsal bilginin çekirdekteki DNA'dan sitoplazmadaki ribozomlar üzerine taşınmasında görev yaparlar. Belirli bir yapıya sahip her protein molekülünün sentezinde ancak o yapıya uygun bireyler taşıyan bir mRNA kullanılabilir. Miktarları oransal olarak düşüktür.

3. Taşıyıcı RNA (tRNA)

Ribozomlar üzerinde sentezlenecek olan protein moleküllerinin yapısına iştirak edecek aminoasitleri yakalar ve ribozomlar üzerine taşırlar. Aminoasitleri yakalayıp getirebilmeleri için molekül yapıları küçüktür, difüzyon yetenekleri yüksektir. Her aminoasit için özelleşmiş en az bir çeşit tRNA molekülü vardır. 

DNA'nın Eşlenmesi (Replikasyon)

DNA molekülünün eşsiz özelliği kendi kendini eşleyebilmesidir. Kalıtsal özellikleri oluşturan genlerin nesilden nesile aktarılması bu sayede sağlanmış olur. Bir hücre kendisini oluşturan ata hücreyle aynı ya da benzer DNA molekülleri taşımak zorundadır. Nükleik asitlerden yoksun bir canlı veya hücre düşünülemez. DNA'nın bu özelliği hücre döngüsünün interfaz evresinde gerçekleşir. DNA eşlenmesi sırasında sırasıyla şu olaylar gerçekleşir;

  1. Öncelikle eşleşme sırasında kullanılacak adenin, timin, sitozin ve guanin nükleotidlerinin ortamda hazır olarak bulunması gerekir. Bunun için deoksiriboz şekeri, organiz baz ve fosforik asit birleştirilerek çok sayıda nükleotid sentezlenir. 
  2. Eşleşme sırasında sarmalın kollarını birbirine bağlayan zayıf hidrojen bağları kopar ve iki iplik fermuar gibi açılır. Bu şekilde ayrılan her iki koldaki bazların uçları açıkta kalır. 
  3. Sitoplazmada bulunan nükleotidler açıkta kalan bazların karşısında, uygun olacak şekilde yerlerini alırlar. 
  4. Bu şekilde her kol kalıp görevini görerek karşısına yeni bir kol alır. 
  5. Sarmalın sonuna geldiğinde DNA'nın iki kolunun karşılıkları tamamlanır ve bunlar birbirinden ayrılarak özdeş iki DNA sentezlemiş olurlar. 

DNA'nın eşlenmesi sırasında herhangi bir bilgi kaybı olmaz. Dolayısıyla oluşan iki DNA birbirinin aynısıdır. Eşleşme sırasında eğer bir hatalı kodlama olursa veya bir eksiklik ortaya çıkarsa buna mutasyon denir. 

Meselson ve Stahl adlı araştırmacılar DNA'nın kendisini eşlediğini deneysel olarak kanıtlamışlardır. Araştırmacılar ağır azot (15N) izotopunu içeren besin ortamında bakteri kültürü yetiştirmişlerdir. Birbirini izleyen çok sayıda bölünme sonucunda ağır azotun bakteri DNA'sına yerleştiğini saptamışlardır. Elde edilen ağır azotlu bakterilerin normal azotlu (14N) besin ortamında yetiştirilmesiyle, ilk bölünmenin ardından yarı ağır DNA'ların oluştuğunu görmüşlerdir. Sonraki bölünmelerde ağır azotun takip edilmesiyle DNA'nın korunumlu eşlendiğini ispatlamışlardır. 

Eşlenme sonucunda 2n kadar DNA oluşur. Buradaki n eşlenme sayısıdır. Yani üç kere eşlenen bir DNA'nın sayısı 8'e çıkmış olur.