Nükleik asitler ilk defa 1869 yılında F. Miescher tarafından hücrenin çekirdeğinde bulunmuştur. Asit özelliği gösteren bu maddelere çekirdek asitleri anlamına gelen nükleik asitler adı verilmiştir.

Hücredeki metabolik faaliyetlerin yürütülmesinde DNA ve RNA olmak üzere iki çeşit nükleik asit görev yapar. DNA, canlının genetik maddesini oluşturur. Ökaryot hücrenin çekirdek, mitokondri ve kloroplastlarında, prokaryotların ise sitoplazmasında bulunur.

Kalıtım maddesinin DNA molekülü olduğu, 1928 yılında F. Griffith ve 1944 yılında O. Avery’nin yaptıkları deneylerle ortaya konmuştur. Bu deneylerde zatürre hastalığına neden olan bakteriler kullanılmıştır. Yapılan çalışmalar DNA’nın yönetici özelliğini ve moleküler biyoloji ile ilgili araştırmalarda bakterilerin kullanılabileceğini ortaya koymuştur. Sonraki Yıllarda yapılan çalışmalar, kalıtım bilgisi taşıyan molekülün DNA olduğu şeklindeki fikri sürekli desteklenmiştir.

DNA’nın Yapısı

DNA, nükleotit adı verilen yapı birimlerinin tekrarından oluşur. DNA’yı oluşturan her bir nükleotitte azotlu organik baz, beş karbonlu deoksiriboz şekeri ve fosfat grubu bulunur. Baz ile şeker arasında glikozit bağı, şekerle fosfat arasında ester bağı bulunur.

DNA’nın nükleotitlerinde bulunan azotlu organik bazlar pürün ve pirimidin olmak üzere ikiye ayrılır. DNA’nın yapısına çift halkalı olan pürün grubu bazlardan adenin (A) ve guanin (G) ile tek halkalı olan pirimidin grubu bazlar dan sitozin (C) ve timin (T) katılır. Pirimidin bazlarından olan urasil (U) sadece RNA’nın, timin ise sadece DNA’nın yapısında bulunur.

DNA nükleotitlerinin yapısında beş karbonlu şeker olarak deoksiriboz yer alır. Diğer bel karbonlu şeker olan riboz ise RNA’nın nükleotitlerinde bulunur.

Fosfat, DNA VE RNA’nın nükleotitlerinde ortak olarak bulunan bir moleküldür. DNA ve RNA molekülleri çok sayıda nükleotitin birine bağlanarak uzun bir zincir oluşturmasıyla meydana gelir. Nükleotitler birbirine şeker ve fosfat birimleri arasındaki fosfodiester bağlarıyla bağlanır.

1953 yılında Amerikalı J. Watson ve İngiliz F. Crick DNA’nın çift sarmal modelini oluşturmuşlardır. Bu modele göre DNA, sarmal oluşturan iki nükleotit zincirinden meydana gelmiştir. Molekülün iki kenarında şeker – fosfat, iç kısımlarında ise azotlu bazlar bulunur. Azotlu bazlardan adenin bazı timin bazıyla iki zayıf hidrojen kurarken, guanin bazı sitozin bazıyla üç zayıf hidrojen bağı kurar. Tüm DNA moleküllerinde adenin sayısı timine, guanin sayısı sitozine eşittir. Buradan pürin miktarının piramidin miktarına eşit olduğu anlaşılır (A + G = C + T).

DNA’nın Kendini Eşlemesi

DNA eşlenmesi, hücre bölünmesi başlamadan önce (interfaz evresinde) çift sarmalı DNA’nın kendini kopyalaması işlemidir.

Eşleşme sırasında DNA’nın iki zinciri bir arada tutan zayıf hidrojen bağları koparılır ve iki zincir eşlemenin olacağı bölgelerde bir fermuar gibi açılmaya başlar. Bunun sonucu uçları açıkta kalan adeninin karşısına timin, guaninin karşısına sitozin nükleotitleri yerleşir. DNA polimeraz enzimi bu nükleotitleri birbirine bağlar ve bütün nükleotitler eşlendiğinde, hücre içindeki bir DNA’dan iki DNA oluşur. Oluşan iki DNA molekülünün her birinde bir eski iplik ve bir de yeni sentezlenmiş iplik yer alır. DNA’nın bu şekilde eşlenmesine yarı konumlu eşlenme denir.

1958 yılında M. Meseslson ve F. Stahl azotun N14 ve N15 izotoplarını kullanarak. E. Coli bakterileriyle yaptıkları deneyde DNA’nın yarı korunumlu olarak eşlendiğini göstermişlerdir.

Gen (Nokta) mutasyonu

DNA molekülü kendini eşlerken nadiren de olsa bazı hatalar ortaya çıkabilir. Gen mutasyonları, kromozomların yapısı ya da sayısında değil gende meydana gelen değişmeyi ifade eder. Gen mutasyonları; yanlış baz eşlenmesi, karşılıklı bulunan bir nükleotit çiftinin yer değiştirmesi, zincire bir ya da daha çok nükleotitin eklenmesi veya zincirdeki nükleotitlerin eksilmesi şeklinde olabilir.

Gen mutasyonları, üreme hücrelerinde meydana gelirse gelecek kuşaklara aktarılır. Orak hücreli anemi, fenilketonüri, albinizm gibi kalıtsal hastalıklar gen mutasyonu sonucu ortaya çıkar.

RNA’nın yapısı ve çeşitleri

RNA’nın nükleotitlerinde DNA’dan farklı olarak deoksiriboz yerine riboz şekeri, timin yerine de urasil bazı bulunur. Ayrıca RNA, tek nükleotit zincirinden meydana gelir ve kendini eşleyemez.

RNA, prokaryot hücrelerin sitoplazmasında bulunur. Ökaryot hücrelerde ise çekirdek, sitoplazma ve organellerinin bazılarında yer alır. RNA’nın işlevi, DNA’dan aldığı genetik şifreye göre protein sentezini gerçekleştirmektir.

Hücrede, baz dizilişleri DNA tarafından belirlenen üç çeşit RNA vardır.

1. Mesajcı RNA = Elçi RNA (mRNA): Çekirdekte, DNA’nın anlamlı zinciri üzerinden RNA polimeraz enzimi ile sentezlenir. mRNA sentezlenirken DNA’daki adeninin karşısına urasil gelir. mRNA’nın görevi, DNA’da bulunan genetik bilgiyi çekirdekten sitoplazmadaki ribozomlara götürmektir. mRNA’da amino asitlerin şifrelenmesini sağlayan üçlü nükleotit dizilerine kodon denir.

2. Taşıyıcı RNA (tRNA): Görevi, hücre içindeki amino asitleri tanımak ve bunları ribozomlara taşımaktır. Bütün tRNA’lar, yonca yaprağı biçimini alan tek bir zincirden oluşur. Ancak uygun nükleotitler arasında yer yer hidrojen bağı kurulduğu için, çift zincirden oluşmuş gibi görünür. tRNA’nın bir tarafında amino asidin bağlandığı özel bir bölüm, karşı tarafında ise üçlü nükleotit dizisinden oluşan antikodon bulunur. Protein yapısına giren 20 çeşit amino asidi tanıyıp ribozomlara taşıyacak en az 20 çeşit RNA görev alır.

3. Ribozomal RNA (rRNA): Proteinlerle birlikte ribozomun yapısını meydana getirir. Hücrede en fazla bulunan RNA çeşididir.

Protein sentezi

Ökaryot bir hücrenin DNA molekülleri, kendine özgü proteinleri yapmak üzere şifrelenmiştir. Her türün genetik bilgisi diğerinden farklıdır. Dolayısıyla bu genetik bilgiye uygun olarak sentezlenen proteinler de türden türe farklılık gösterir. Aynı türe ait farklı bireylerde de değişik proteinler bulunmaktadır.

DNA molekülü, yeni sentezlenecek bir proteinin amino asit dizilişini belirleyen bilgiyi taşır. DNA’nın yapısındaki 4 çeşit nükleotitin 20 çeşit amino asidi şifrelemesi gerekir. DNA’daki nükleotitlerden üçlü kombinasyonlarla 43=64 farklı şifre elde edilir. DNA’da bir amino asidi şifreleyen üçlü nükleotit dizilerinin her birine genetik şifre ya da genetik kod denir. DNA’daki genetik şifreler, adeninin karşısına urasil gelecek şekilde mRNA’ya aktarılır. mRNA’daki üçlü nükleotit dizilerinin her birine kodon adı verilir. 64 kodondan üç tanesi (UAG, UAA, UGA) amino asit şifrelemez. Bunlar protein sentezinin bittiğini haber veren durdurucu (stop) kodonlardır. O halde amino asit şifreleyen kodon sayısı 61’dir. İki amino asit dışındaki bütün amino asitlerin birden fazla kodonu bulunur. Böylece 20 çeşit amino asit için neden 20 çeşit şifre değil de 61 çeşit şifre kullanıldığı ortaya çıkmış olur.

Protein sentezinde DNA, mRNA, tRNA, amino asit, enzim, ATP ve ribozom görev yapar. DNA’daki şifrelerin mRNA’ya aktarılmasına transkripsiyon(genetik şifrenin yazılması) denir. mRNA üzerindeki bilgiye göre ribozomlarda protein sentezinin gerçekleşmesi translasyon (şifrenin okunması) olarak adlandırılır. Sentezlenen proteinler ya hücre yapısına katılır ya da enzim olarak görev yapar.

Transkripsiyon ve translasyon olayları şu şekilde gerçekleşir.

  • Sentezlenecek proteini şifreleyen DNA zincirine anlamlı zincir, karşısındaki zincire ise tamamlayıcı zincir denir. Anlamlı zincirin belirli bir bölümü mRNA sentezi sırasında kalıp olarak kullanılır. Transkripsiyon sonucu sentezlenen mRNA’daki kodonlar, sentezlenecek proteinin amino asit dizisini belirler.
  • Sentezlenen mRNA, çekirdeğin porlarından sitoplazmaya geçerek ribozomlara gider. mRNA üzerindeki AUG, başlatıcı kodondur ve bu kodon metiyonin amino asidini şifreler. Bu aşamada metiyonin amino asidini taşıyan tRNA molekülü, antikodon kısmıyla AUG kodonuna bağlanır. Bunun arkasından ribozomun büyük alt birimi küçük alt birimine bağlanır ve böylece protein sentezi başlamış olur.
  • tRNA’lar antikodonlarına uygun amino asitleri ribozoma getirir. Amino asitlerin tRNA ile taşınabilmesi için ATP ile aktifleştirilmeleri gerekir. Bu olayı özel enzimler gerçekleştirir.
  • Ribozomun büyük alt birimine taşınan amino asitler arasında peptit bağları kurulur. Bu şekilde mRNA üzerindeki tüm kodonlar, tRNA’lardaki kendilerine uygun antikodonlarla birleşir ve taşınan amino asitlerin zincire eklenmesi sağlanır. Bu arada işi biten tRNA’lar, yeniden kullanılmak üzere ribozomu terk eder.
  • Zincirin uzama aşaması mRNA üzerindeki durdurucu kodonlardan (UAG, UAA veya UGA) biri gelinceye kadar devam eder. Yeni sentezlenmiş polipeptit zinciri ve en son tRNA serbest kalır, ribozomun alt birimleri de birbirinden ayrılır.

Bir Gen- Bir polipeptit hipotezi

1930’larda Beadle ve Tatum, Neuspora adlı küf mantarında arjinin amino asidinin bir dizi kimyasal reaksiyon sonucunda oluştuğunu saptamışlardır. Dizideki her reaksiyonun ayrı bir enzim tarafından yürütüldüğünü ve bu enzimlerin her birinin de farklı bir genin kontrolü altında bulunduğunu tespit etmişlerdir. Araştırma sonunda ayrıca, mutasyona uğramış her bir genin bir enzimi etkilediği anlaşılmıştır. Beadle ve Tatum olaya “bir gen – bir enzim ” hipotezi adını vermişlerdir.

Daha sonraki yıllarda gen ürünü olan bütün proteinlerin enzim olmadığı saptanmıştır. Yine birçok proteinin iki veya daha fazla polipeptit zincirinden oluştuğu ve her polipeptitin ayrı bir gen tarafından kodlandığı anlaşılmıştır. Bu nedenle günümüzde “bir gen- bir polipeptit hipotezi” şeklinde bir tanımlama daha doğru olarak kabul edilmektedir.

Not: Gen, DNA’daki belirli bir nükleotit dizisinden oluşmuş kalıtsal bilgi taşıyan birimdir.

Santral Doğma

Bir hücrede gerçekleşen replikasyon, transkripsiyon ve translasyon olaylarının tümünü açıklayan bir bütündür.

Not: Replikasyon hücre bölünmesinden önce gerçekleşir. Protein sentezi için replikasyona gerek yoktur.

Gen-Çevre ilişkisi

Canlılarda bazı özellikler sadece kalıtıma bağlı olarak ortaya çıkar. Ancak bir organizmanın son şeklini alması kalıtım ve çevreye bağlıdır. Organizmaların fenotipleri, yaşadıkları ortamdaki ışık, sıcaklık, besin gibi çevre faktörlerinin etkisiyle farklılık gösterebilir. İnsanlarda güneş banyosu deri rengini, spor ise vücut gelişimini değiştirici etki yapabilir. Tek yumurta ikizleri, aynı kalıtsal materyale sahip olmalarına rağmen fenotipik farklılıkları gösterebilirler. Çevresel etkenlere bağlı olarak canlıların fenotipinde meydana gelen değişikliklere modifikasyon denir. Çevre koşulları, genlerin işleyişini değiştirerek fenotipin değişmesine neden olmaktadır. Modifikasyonlar kalıtsal değildir; çünkü meydana gelen değişiklikler sadece vücut hücrelerinden olur.

Diğer bağlantılar Biyoloji
Kategoriler : Lise Biyoloji Konu Anlatımları

Etiketler : , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,

Kullanıcı Adınız ya da Facebook ile Giriş Yapmak İçin Tıklayınız..