Nükleik Asitler (Yönetici Moleküller)

Virüsler dahil bütün canlılarda nükleik asit bulunur. Her canlı türünün taşıdığı nükleik asitlerdeki bilgiler birbirinden fark­lıdır. DNA ve RNA olmak üzere iki çeşit nükleik asit bulunur. Bu moleküller ilk olarak çekirdekte gözlendiği için çekirdek (nükleik} asitleri denilmiştir. Nükleik asitler nükleotid denilen birimlerden oluşmuştur. Her nükleotid azotlu organik baz, beş karbonlu şeker ve fosfattan oluşur.

Azotlu organik baz

Organik bazların yapısında karbon (C), hidrojen (H), oksijen (O) ve azot (N) atomları bulunur. Organik bazlar pürin ve pirimidin olmak üzere iki çeşittir.

Pürinler

• Çift halkalıdır.
• Adenin ve guanin bazlarıdır.
• Hem DNA, hem de RNA da bulunur.

Pirimidinler

• Tek halkalıdır.
• Sitozin, timin ve urasil bazlarıdır.
• Sitozin hem DNA hem de RNA da bulunur.
• Timin sadece DNA'da, urasil ise sadece RNA'da bulunur.

5C'lu şeker (Pentoz)

Riboz ve deoksiriboz olmak üzere iki çeşittir. Deoksiriboz DNA'nın yapısına, riboz ise RNA'nın yapısı­na katılır. Riboz RNA'nın yanı sıra ATP, NAD, NADP, FAD gibi moleküllerin yapısında da bulunur. Deoksiriboz şekerinde riboz şekerine göre bir oksijen eksiktir. 

Fosforik asit (H₃PO₄)

DNA ve RNA da ortak olarak bulunur ve nükleik asitlere asit özelliğini kazandırır. Organik baz ve şekerin birleşmesiyle oluşan yapıya nükleozit denir. Nükleozitlere fosfat katılmasıyla nükleotidler olu­şur.

Nükleotidler yapılarındaki organik baza göre isimlendirilirler. Sitozin nükleotidi, timin nükleotidi, urasil nükleotidi gibi. Nükleik asitler ise yapılarındaki şekere göre isimlendirilirler. Deoksiribonükleik asit, ribonükleik asit gibi.

DNA (Deoksiribonükleik Asit)

İki nükleotid zincirinden oluşmuştur. Sarmal (heliks) bir yapıya sahiptir. İki zincir arasında bazların karşı karşıya gelmesi rastgele değildir. Daima adenin nükleotid karşısına timin nükleoti­di, guanin nükleotid karşısına ise sitozin nükleotidi gelir. İki zincir arasında adenin ile timin arasında ikili, guanin ile sitozin arasında ise üçlü hidrojen bağı bulunur. DNA sarmalında pürin bazı karşısına daima pirimidin ba­zı gelir. Bir DNA molekülünde adenin sayısı timin sayısına, gu­anin sayısı sitozin sayısına eşittir. Buna göre, aşağıdaki eşleştirmeler verilebilir.

DNA'nın özellikleri

• Kendini eşleyebilir (Replikasyon = duplikasyon).
• Tüm canlılarda (bazı virüsler hariç) ortak olarak bulunur. Ökaryot hücrelerde çekirdek, mitokondri ve kloroplastta bulunur. Prokaryot hücrelerde ise sitoplâzmada bulunur. Özel bazı timin, özel şekeri ise deoksiribozdur.
• Bir zinciri oluşturan nükleotidler, fosfat - şeker bağlarıyla birbirine bağlanırlar. Bir zincirinin sentezi sırasında nükleotid sayısının bir eksiği kadar su oluşur.
• Bir zinciri sağlam ise diğer zincir onarılabilir.
• Önce baz, şeker ve fosfattan nükleotid, nükleotidlerden ise DNA oluşturulacak olursa, çıkan su sayısı (3n - 2) for­mülü ile bulunur. Buradaki n nükleotid sayısıdır.
• Örneğin 4000 nükleotidli bir DNA’nın oluşumunda; (3n - 2) = 3 x 4000 - 2 = 11998 molekül su oluşur.

Fosfodiester ve glikozit bağlan kurulurken su açığa çıkar, yıkılırken su tüketilir. Hidrojen bağları­nın yapım ve yıkımlarında ise su üretim ve tüketimi olmaz.

DNA'nın kendini eşlemesi

DNA molekülü hücre bölünmesinin interfaz evresinde kendi­sini eşler. Bu eşleme sırasında önce iki zinciri birbirine bağ­layan hidrojen bağları koparak zincirler birbirinden ayrılır. Açılan kısım ortamdaki nükleotidleri kullanarak kendi eşini sentezlemeye başlar. Ortamdaki nükleotidler DNA’ların açık olan kısımlarına DNA polimeraz enzimi yardımı ile bağlanır. Bu bağlanma, DNA kendisini tamamen eşleyinceye kadar devam eder. Eşlenme sonucunda oluşan DNA’ların bir zin­ciri eski, bir zinciri de yeni olur. Böylece DNA kendini yarı korunumlu ve doğru olarak eşlemiş olur.

Bölünmeyen hücrelerde DNA eşlenmesi gerçek­leşmez. Örneğin sinir ve kas hücrelerinde DNA eşlenmez.

Yarı korunumlu eşlemedeki temel mantık şudur. DNA zincir­lerini birbirine bağlayan hidrojen bağları kopar, serbest ka­lan DNA zincir uçları ortamdaki nükleotidleri kullanarak ken­di eşlerini sentezler. Böylece meydana gelen DNA zincirle­rinden biri eski diğeri yeni zincir oluşur. Şimdi bu mantığa bağlı olarak bakterideki DNA eşlenmesini aşağıdaki şekil ve deneylerle inceleyelim.

DNA zincirindeki organik bazlardaki azot atomları 14 kütle numarasına sahipse hafif azotlu DNA denir. DNA'nın bir zin­cirindeki azotlar 14'lü, diğer zincirindeki azotlar 15’ti azot ağırlığına sahipse melez DNA denir. Çift zincirdeki azotlar 15 atom ağırlığına sahipse ağır azotlu DNA denir.

Aşağıda görüldüğü gibi hafif azotlu DNA ağır azotlu ortam­da çoğaltılırsa I. nesildeki DNA’lar melez olur, II. nesildeki bakteri DNA’larının %50 'si melez, %50 'si ağır olur. Sonraki bölünmelerde melez DNA sayısı sabit kalırken diğerlerinin hepsi ağır azotlu olur.

DNA’nın eşlenmesi sonucu birbirinin aynı iki DNA molekülü oluşur, DNA’nın kendini eşleyebilmesinin önemi üremeye imkân tanımasından dolayı canlılar için önem taşır. Çünkü an­cak bu sayede kalıtsal karakterler oğul döllere aktarılarak ye­ni bireyler oluşturulabilir. Yaraların iyileşmesi, büyüme ve ge­lişme olayları DNA’ların kendisini eşlemesiyle meydana gelir.

DNA'nın görevleri

• Hücredeki yönetici moleküldür.
• Karakterlerin oluşumu ve aktarılması (kalıtımı) ile protein sentezinin kontrolünü gerçekleştirir. 
• RNA’ların üretiminde kalıp görevi görür.

DNA^’nın yöneticiliği ile ilgili deney

DNA’nın kalıtımla ilgili molekül olduğu, zatürre hastalığına neden olan pnömokok bakterileri ile ilgili yapılan deneylerle ortaya çıkarılmıştır. Pnömokok bakterilerinin iki çeşidi vardır. I. tip kapsüllü olup zatürre hastalığına neden olur, II, tip ise kapsülsüz olup zatürre hastalığına neden olmaz.

1. Kapsülsüz bakterilerin fareye enjekte edilmesi sonucu fare hastalanmayıp yaşamına devam etmiştir. Farenin ka­nında bulunan akyuvarlar kapsülsüz bakterileri fagositoz yolu ile yok etmiştir.
2. Kapsüllü bakteriler fareye enjekte edildiğinde, fare zatürre hastalığına yakalanarak ölmüştür. Kapsül, bakterilere dayanıklılık sağladığından akyuvarlar savunmada etkili olamamıştır.
3. Kapsüllü bakterilerin ısıtılarak öldürülmesi İle elde edilen özütün fareye enjekte edilmesi sonucu fare hastalığa yakalanmamıştır.
4. Kapsüllü bakterilerin özütü ile kapsülsüz bakterilerin karıştırılarak fareye enjekte edilmesi sonucu fare zatürre hastalığına yakalanmıştır. Kapsüllü bakterilerin DNA sı, kapsülsüz bakteri tarafından alınarak kapsül oluşumuna neden olmuştur.

Sonuç

Kapsül yapma yeteneği DNA ya bağlıdır. Kapsül oluşturma bilgisi DNA da varsa bakteri kapsül oluşturur, yoksa kapsül oluşturamaz. Bu durum DNA’nın kalıtsal bilgileri taşıdığını gösterir.

Kapsüllü bakterilerin DNA ¡arının kapsülsüz bakte­rileri kapsüllü hale getirmesine bakteri dönüşümü, yani transformasyon denir.

DNA'nın Rejenerasyonu

Radyasyon, ışımalar, ağır metaller gibi dış faktörlerle DNA’da meydana gelen bozulmalar, eğer tek zincirde ise karşı sağlam zincir tarafından tamamlanır. Eğer bozulma DNA’nın çift zincirinin karşılıklı bölgesinde ise bu bozulma tamir edilemez ve mutasyon olarak kalır.

RNA'nın Yapısı ve Özellikleri

• Tek nükleotid zincirinden oluşur.
• Özel bazı urasil, özel şekeri ribozdur.
• Bütün RNA çeşitleri DNA tarafından sentezlenir.
• Sentezi sırasında RNA polimeraz enzimi kullanılır.
• Sadece bazı virüslerde, doğrudan yönetici görevi vardır. Protein sentezinde görev alır.
• Çekirdek, mitokondri, kloroplast, ribozom ve sitoplâzmada bulunur.
• RNA çeşitleri tek zincirden oluştuğu için pürin ile pirimidin bazlarının eşitliğinden bahsedilemez.
• Zinciri oluşturan nükleotidler fosfat - şeker bağlarıyla bir­birlerine bağlanırlar.
• En küçük bileşenlerinden (fosfat, şeker ve baz) RNA sen­tezi yapılırken açığa çıkan su miktarı formülü (3n - 1) ite hesaplanır.

RNA çeşitleri

Üç çeşit RNA vardır ve bunların hepsi DNA tarafından sen­tezlenir.

a)   Ribozomal RNA (rRNA)

Çekirdekçikte bol olarak bulunurlar. Proteinlerle birlikte ribozomun yapısını oluştururlar. Hücrede en fazla bulunan RNA çeşididir. (Tüm hücrede­ki RNA’nın % 75-80 kadarını oluşturur.)

b)   Mesajcı RNA (mRNA)

• Hücrede DNA’nın anlamlı zincirinden sentezlenir.
• DNA dan mRNA’nın sentezlenmesi olayına transkripsi­yon (yazılım) denir.
• Protein sentezinde kalıp olarak kullanılır.
• DNA’dan aldığı şifreleri üçlü diziler halinde ribozoma ta­şır. Bu üçlü nükleotid dizilerine kodon denir. Her kodon bir aminoasidi şifreler Her mRNA bir gen tarafından sentezlenir.
• Her kodon bir tRNA ya karşılık gelir. Buna bağlı olarak aminoasit çeşidi belirlenir.
• Sentezi sırasında DNA'nın anlamlı zincirindeki adenin bazına karşılık urasil bazı gelir.
• Hücrede en az bulunan RNA çeşididir. (%5)
• Sentez sırasında aynı protein çeşidi için tekrar tekrar kul­lanılabilir.
• Görevi biten mRNA lar sitoplâzmada enzimlerle nükleotidlerine parçalanır.

c) Taşıyıcı RNA (tRNA)

• Sitoplâzmadaki aminoasitleri mRNA şifresine uygun olarak ribozoma taşıyan RNA çeşididir.
• Her tRNA çeşidi bir aminoaside özeldir.
• Canlı hücrelerde protein sentezinde 20 çeşit aminoasit kullanıldığından hücrede en az 20 çeşit tRNA bulunmalıdır. Sitoplâzmada her aminoasit çeşidini taşıyan birkaç çeşit tRNA vardır.
• RNA’nın mRNA ya bağlandığı kısımlardaki üçlü baz dizi­sine antikodon denir. Kodonlarla antikodonlar birbirine uyumludur.

DNA ve RNA'nın her ikisi de DNA'dan sentezlenir. Her ikisi de adenin, guanin ve sitozin bazlarını taşır. Her ikisi de fosforik asit içerir.