NÜKLEİK ASİTLER

 

Genetik bilgi taşıyan moleküller , canlıların tümünde yapı ve işlevsel özelliklerin denetimi sağlar , organizmaların dölleri arasında bağlar kurar.

1.Nükleik asitlerin bulunuşu ve önemi

Nükleik asitler virüslerden yeşil bitkilere ve insanlara kadar bütün canlılarda bilgi deposudur.Canlılar da ki enerji üretimi , protein sentezi , büyüme , üreme gibi bütün yaşamsal olaylar nükleik asitlerdeki bilgilerle gerçekleşir.Bu yüzden nükleik asitlere yönetici moleküller denir.

Nükeik asitler , prokaryot ve ökaryot tüm hücrelerin kalıtsal maddesini oluşturur.

Canlılarda iki çeşit nükleik vardır.Bunlar , deoksiribonükleik asit(DNA) ve ribonükleik asit(RNA) tir.Nükleik asitler , organik moleküllerin oldukça büyük ve karmaşık yapıda olanıdır.Karbo(C), Hidrojen(H), oksijen(O), azot(N) ve fosfor(P) elemntlerinden oluşmuştur.

2.Nükleik asitlerin temel yapı taşları

Nükleik asitlerin temel yapı taşları nükleotitlerdir.Nükleik asitler nükleotitlerin birleşmesinden oluşur.Nükleotitler fosforik asit (H3PO4), beş karbonlu bir şeker ve azotlu organik baz olmak üzere farklı üç molekülden meydana gelir.

Nükleotit içinde beş karbonlu  şekerle azotlu organik bazın oluşturduğu kısma nükleozit denir.Adeninin katıldığı nükleozid (adenin+beş karbonlu şeker) adenozin adını alır.Bir fosforik asitin bağlanmasıyla da adenin nükleotid  oluşur.Buna adenozin monofosfat (AMP) de diyebiliriz.Adenin’in yerine guanin gelseydi,guanin nükleotid diğer adıyla guanozin monofosfat (GMP) olurdu.Nükleoditler özellikle adenin nükleodit ATP’nin yapısında da bulunur.Aynı zamanda fotosentez ve solunumda hidrojen taşıyıcılar olan NADP ve FAD’ın yapısına girdiği için anahtar madde görevini yapar.

 

Şekerler : Riboz (C5H10O5) ve deoksiriboz (C5H10O4) şeker olmak üzere iki çeşitdir.Deoksiribozun ribozdan farkı 2.karbon atomunda OH yerine H taşıyor olmasıdır.Riboz şeker,RNA’nın yapısına katılırken, deoksiriboz şeker DNA molekülünde bulunur.

Azotlu organik bazlar : Azot ve karbon atomlarının halka şeklinde birleşmesiyle meydana gelir.Bu bazlar pürin ve pirimidin diye ikiye ayrılır. Pürinler çift halkalı olup adenin(A) ve guanin(G) olmak üzere iki çeşidi vardır. Hem RNA’da hem de DNA’da bulunurlar.Pirimidinler ise tek halkalı olup sitozin(C), timin(T) ve urasil(U) olmak üzere üç çeşitdir.DNA’da adenin, guanin , sitozin, timin bazları bulunurken ; RNA’da ise adenin, guanin, sitozin ve urasil bulunur.Timin DNA’ya ,Urasil RNA’ya özgüdür.

Fosforik asit (H3PO4) : DNA ve RNA’da bulunan ortak molekülerdir.

 

 

3.Nükleik asit çeşitleri :

Bütün canlıların yapısında bulunan moleküller olup hücrenin kalıtım maddesidir.Canlılar aleminde DNA ve RNA olmak üzere iki çeşit nükleik asit bulunur.

A.DNA’nın Yapısı İşlevleri Ve Kendini Eşlemesi

Çok sayıda deoksiribonükleodit belirli bir düzende birleşirse DNA oluşur. DNA’da 4 çeşit nükleodit vardır.Watson ve Crick’in 1953’te yayınladıkları, DNA molekül modelinin varsayımlarının aşağıdaki gibi özetleyebiliriz.

1.Molekül, birbirine dolanmış sarmal iki nükleotit dizisinden oluşur.

2.Her nükleotit bir fosfat grubu , bir deoksiriboz ve bir azotlu organik bazdan oluşur.

3.DNA’da baz ile şeker arasında glikozit bağ bulunur.Nükleotitler birbirine fosfodiester bağları ile bağlıdırlar.

4.İki ipliğin ortasında basamaklar şeklinde organik baz çiftleri vardır. Adenin daima timinle, guanin de daima sitozinle aralarında zayof hiğdrojen bağı oluşturarak bağlanır.

5.Adeninle timin arasında iki hidrojen bağı, sitozinle guanin arasında üç zayıf hidrojen bağı vardır.

6.Molekülde toplam pürin miktarı toplam pirimidin miktarına (A+G=C+T); adenin timine (A=T), guanin miktarı ise sitozine (G=C) eşittir.

7.Bir DNA’daki A+T/G+C oranı türlere özgüdür.

 

Molekülün Nitelikleri :

1.Replikasyon: Bu molekül kendini eşleyebilir.Kalıtsal bilgileri oğul döllere taşır.

2.Şifre:Protein amino asit sırası için gerekli bilgileri taşıyabilir.

3.Mutasyon:Kalıtsal şifre değişikliklerine olanak sağlar.

 

DNA’nın Kalıtım Faktörü Olduğunun Destekleyen Kanıtlar Şunlardır.

-         Hücrelerin çekirdeğinde bulunması

-         Kromozomların yapısının büyük bir kısmını oluşturması

-         Vücut hücrelerin de aynı miktarda bulunması.

-         Gametler de vücut hücrelerinin yarısı kadar bulunması.

-         Hücre de diğer organik  moleküller gibi yıkılıp yeniden  sentezlenememesi.

-         Bakteriyofajlarda,konak hücre içine sadece DNA’nın girmesi, protein kılıfın dışarıda kalmasına rağmen hücre içinde virüse ait protein kılıflarını sentezlemesi.  

 

DNA’nın Kendini Eşlemesi:

Kalıtsal karakterleri DNA’nın oğul döllere aktarılabilmesi için kendini eşlemesi gerekir. Bu da kromozom sayısına sabit tutan mitoz bölünme gerçekleşir.Yani DNA molekülü hücre bölünmesinden önce hem miktar olarak hem de nükleotit sayısı olarak iki katına çıkar.Hücre bölüneceği zaman DNA interfaz da kendini eşler.

-         DNA’nın kendini eşlemesi sırasında, iki zinciri bir ara da tutan hidrojen bağları bir fermuar gibi açılır.Bu ayrılma ile zincirdeki pürin ve pirimidin uçları açıkta kalır.

-         Kalıp görevi gören zincirin karşısına sitoplazmadan nükleotitler gelir.Bu nükleotitler üç fosfatlıdır.İki fosfat kopar ve çıkan enerji ile bunlar bağlanır.

-         Bu nükleotitlerde DNA polimeraz enzimi sayesinde birbirine karşılıklı bağlanır.DNA ligaz enzimi ise nükleotitleri birleştirir.

-         Daima adenin timinle ve guanin sitozinle bağ yapar.Böylece bir zinciri eski bir zinciri yeni olmak üzere iki yeni DNA molekülü oluşmuş olur. Bu olaya DNA sentezi (replikasyon) denir.Yeni oluşan her DNA molekülünde biri eski biri yeni olmak üzere iki iplik bulunur.Bu yüzden DNA eşlenmesi yarı korunumludur.

-         DNA eşlemesi sırasında hatalı bir kodlama olursa veya eksiklik ortaya çıkarsa buna mutasyon denir.  

 

Yarı Korunumlu Eşlenme:

DNA’nın kendisini yarı korunum lu eşlemesi modelini deneysel olarak kanıtlayan diğer bir çalışma, Escherichia coli hücreleri ile yapılmıştır. Normal amonyum iyonlarında N14 izotopu vardır.Deney için azotun ağır izotopu (N15)  kullanılarak sentezlenmiş olan amonyum iyonları (N15H4) ortama eklenmiştir. Bakteriler, bu ortamda üretildikleri zaman , DNA sentezi için bu ağır azotu kullandıklarından , DNA’nın ağırlığının % 1 kadar arttığı ölçülmüştür.

E.coli hücrelerini tekrar normal amonyum iyonları içeren kültürde bir kere bölünmeye bırakmışlardır.Bu şekilde üretilen döllerin, üretildikleri DNA’nın ağılığı ile normal DNA’nın ağılığı arasında olduğu gözlenmiştir.Bir defa daha normal ortamda üremeye bırakılırsa % 50 normal,% 50 ara Ağırlıkta(Melez) elde edilir.

Vücut hücrelerinde bulunan mitokondri DNA’larındaki parça yitirme (Delesyon) yaş ilerledikçe artar ve tamir olunamaz.Yaşlılığın en büyük sebeplerinden biridir.

 

B.RNA’nın Yapısı, Çeşitleri ve İşlevleri

RNA , tek nükleotit zincirinden oluşur.Yapısında şeker olarak riboz bulunur.Bazları adenin , guanin, sitozin ve urasildir.Çekirdek,kloroplast, mitokondri , stoplazma da bulunur.Ribonükleaz enzimi tarafından hidrolize edilir.

Hücrelerde büyüklük ve görev bakımından üç çeşit RNA vardır.RNA sentezi , RNA polimerazın DNA’nın nükleotit ipliğinin birine tutunması ile başlar.RNA polimeraz DNA molekülünün şifrelenecek ipliği boyunca hareket eder.Enzim DNA şifre serisini okudukça , tek bir RNA ipliği sentezlenir.   

RNA polimeraz DNA’nın sonuna gelince enzim ve yeni sentezlenmiş olan RNA,DNA’dan ayrılır ve transkripsiyon sona erer.Bu mekanizma üç tür RNA’nın , mRNA,tRNA ve rRNA sentezi meydana gelir.

 

Mesajcı RNA=Elçi RNA=Messenger RNA (mRNA):

Hücrenin çekirdeğinde bulunur.Toplam RNA’nın % 5’ini oluşturur. DNA’nın anlamlı zinciri üzerinden sentezlenmesine yazılım (Transkripsiyon) denir.Burada hücrenin hangi proteine ihtiyacı varsa , o proteini şifreleyen bir DNA nükleotit dizisi , kalıp görevi yapar.mRNA,şifre için kalıp görevi yapan DNA ipliğinden genetik bilgiyi alır.Kodonlar halinde çekirdekten stopl denir.azmaya taşır.

DNA’dan  alınarak mRNA ile taşınan üçlü nükleotit dizilerine kodon denir.

Bu bilgi ile ribozomlarda sentezlenen polipeptitlerin amino asit dizilerinin oluşumunu yönetir.

 

Ribozomal RNA (rRNA):

Hücrede ki toplam RNA’nın % 80’ini oluşturur.Çekirdekçikte bol miktarda bulunur.Proteinler ile birlikte ribozomların yapısını oluşturur.Protein sentezinde görev yapar.

Ribozomlar stoplazma da grup halinde (Poliribozom) veya bazı zarların üzerine yapışık olarak bulunur.Bir ribozom biri küçük biri büyük iki alt birimde oluşur.Eğer bir ribozom protein sentezine katılmıyorsa bu alt birimler birbirinden ayrılır.

 

Taşıyıcı RNA=Transfer RNA(tRNA):

Hücrede ki RNA miktarının % 15’ini oluşturur.Görevi,hücre içindeki aminoasitleri tanımak ve bunları ribozomlara taşımaktır.Molekülleri küçüktür. Bu da onlara difüzyon kolaylığı sağlar.Çözünür RNA’da denir.

Yonca yaprağı şeklinde olan bir tRNA’nın iki önemli yeri vardır.Bunlardan biri amino asitin bağlandığı kısım diğeri ise mRNA’da ki koduna denk gelen antikodon kısmıdır.

tRNA’nın mRNA’ya bağlandığı kısımlardaki 3’lü baz dizisine antikodon denir.

tRNA’nın antikodonu , mRNA kodonları ile geçici olarak birleşir ve beraberinde taşıdığı amino asitleri mRNA’daki kodon sırasına göre bağlar. Amino asitlerin tRNA ile taşınabilmesi için özel enzimler ve ATP ile aktifleştirilmesi lazımdır.Protein sentezinde kullanılabilecek yirmi çeşit amino asidin için en az bir hücrede 20 çeşit tRNA görev almaktadır.

DNA ve RNA’nın ortak yapıları;adenin,guanin,sitozi bazları,H3PO4 (fosfat Grubu) ve hidrojen bağları(tRNA’da mevcutdur)dır.

 

 

 

Örnek:Yapısında 4500 nükleotit bulunan bir DNA sarmalıda ,750 adenin bulunursa;

-         Timin, guanin, sitozin nükleotit sayıları

-         Toplam hidrojen bağı sayısı

-         Adenin,timin,guanin ve sitozin nükleotit oranları ne olur ?

Cevap: a-)Adenin = 750 ise timin=750 dir

G+C=4500-(A+T)=3000 nükleotit =>G=C =3000:2=1500 nükleotit

b-)Adenin ile timin arasında iki hidrojen bağı vardır,guanin ile sitozin arasında 3 hidrojen bağı vardır.1500+4500=6000

c-)A=750/4500  T=750/4500=1/6

     G=1500/4500 C=1500/4500= 1/3

Örnek:Bir DNA çiftinde 180 baz çifti vardır ve % 20’si adenindir.Bu DNA molekülünde kaç tane sitozin nükleotiti vardır?

Cevap: A=T olduğuna göre  timin oranı % 20’dir.Bu durumda G+C=%60’dır.Sitozin oranı % 30’dur.Bu da 108 nükleotit eder.    (360X30=180).

 

Örnek:Bir DNA molekülünde 10000 fosforik asit ve 1500 adenin nükleotiti varsa guanin miktarı ne olur.

Cevap:A+T=1500+1500=3000

10000 fosforik asit olan DNA’da 10000 nükleotit vardır.G=3500

 

4.Genetik Şifre :

DNA, hücrede kromozomlar üzerinde yerleşmiştir.DNA’nın anlamlı en küçük birimine ‘gen’ denir.Genetik madde, mitoz bölünme ile kromozomlar sayesinde miktarı korunarak yeni hücrelere geçer.

Hayatın dilini oluşturan DNA molekülünün sembolleri nükleotitlerdir.Bu nükleotitler, bir şifre sembolü olarak kabul edilirse, hayatın dili dört harfli bir alfabeye benzetilebilir.

Proteinler 20 çeşit amino asitten oluşur.Bir genetik şifre, her amino asit başına bir tane olmak üzere en az 20 çeşit farklı mesaj taşımalıdır.Birli kombinasyon yetmez ,ikili kombinasyon da yetmez(16 eder) ancak 3 kombinasyon (64 eder) yeterli olabilir.İnsanın bir tek hücresinde 1.850.000.000 şifre vardır.

DNA’da ki bu üçlü baz dizilerinin her birine genetik şifre veya genetik kod denir.DNA’da ki genetik şifre en az bir amino asidi temsil eder.Ançak bu genetik şifreler protein sentezinde kullanılmak üzere mRNA’ya aktarılırken DNA’da ki adenin karşısına urasil gelerek yeniden düzenlenir.

Stop=dur’ adı verilen üç kodon (UAG,UAA,UGA), ribozomlara protein sentezini durdurması için sinyal veren kodonlardır.AUG (Metiyonini)kodonu ise protein sentezine başlama işareti veren kodondur.

 

 

 

Amino asit

                       RNA kodonları

Ala

Arg

Asn

Asp

Cys

Glu

Gin

Gly

His

İso

Leu

Lys

Met

Phe

Pro

Ser

Thr

Trp

Tyr

Val

 

Alanin

Arjinin

Asparajin

Aspartik asit

Sistein

Glutamik asit

Glutamin

Glisin

Histidin

İzolösin

Lösin

Lizin

Metiyonin

Fenil alanin

Prolin

Serin

Tireonin

Triptofan

Tirozin

Valin

Durma kodonu

GCU

CGU

AAU

GAU

UGU

GAA

CAA

GGU

CAU

AUU

CUU

AAA

AUG

UUU

CCU

UCU

ACU

UGG

UAU

GUU

UAA

GCC

CGC

AAC

GAC

UGC

GAG

CAG

GGC

CAC

AUC

CUC

AAG

 

UUC

CCC

UCC

ACC

 

UAC

GUC

UAG

GCA

CGA

 

 

 

 

 

GGA

 

AUA

CUA

 

 

 

CCA

UCA

ACA

 

 

GUA

UGA

GCG

CGG

 

 

 

 

 

GGG

 

 

CUG

 

 

 

CCG

UCG

ACG

 

 

GUG

 

AGA

 

 

 

 

 

 

 

 

UUA

 

 

 

 

AGU

 

AGG

 

 

 

 

 

 

 

 

UUG

 

 

 

 

AGC

 

NOT:Bakteriler ve diğer organizmalarla yapılan çalışmalar , kalıtsal şifrenin tüm canlılarda aynı olduğunu göstermiştir.Yani bir UUU şifresi hangi canlıda olursa olsun fenilalanin amino asidini şifreler.                               

Bu durum da amino asitleri şifreleyen kodonların sayısının 61 olduğu üç tanesinin ise protein sentezinin bittiğini haber veren sinyal kodonları olduğu anlaşıldı.

 

5.Protein sentezi:

Hücre içinde meydana gelen en önemli olaylardan biri protein sentezi dir.Bir hücrenin kendisi için hangi özel proteinleri sentezleyebileceğine ait bilgi çekirdekteki DNA’da saklıdır.Amino asitlerin nasıl bir dizilişle ve ne kadar sayıda  bir araya geleceğini tayin eden DNA’dır.

DNA kendisindeki bilgiyi yeni bir şifre halinde mRNA’ya aktarır.Bu olaya genetik şifrenin yazılması ( transkripsiyon) denir.Şifreye göre amino asitlerin birbirine bağlanarak uygun şifrenin okunmasına (translasyon) denir.

Protein sentezinde görev alan başlıca moleküller ve organeller şunlardır: DNA,mRNA,tRNA,amino asitler,enzimler ve ribozmlardır.

Protein sentezini aşağıdaki gibi özetleyebiliriz.

1.Hücrenin hangi tip proteine ihtiyacı varsa, o protein için gerekli bilgi çekirdekte DNA moleküllerinde şifrelenir.

2.DNA molekülünün kalıp görevini yapan ipliğinden mRNA sentezlenir (Transkripsiyon).

3.mRNA, bu bilgiyi kodonlar halinde sitoplazmada ki ribozomlara götürür. mRNA küçük alt birimine  tutunur.Hemen sonra büyük parçasında bu yapıya katılarak mRNA-Ribozom birleşmesi olur.Protein sentezinde ilk adım ribozomun iki alt biriminin mRNA ile birleşmesidir.mRNA, protein sentezinin yapılacağı, ribozomda kalıp görevi yapar.

4.Protein sentezini başlatan sinyal mRNA’da ki AUG kodonudur.AUG metiyonin amino asidini temsil eden bir şifredir.Ribozom bu kodonu tanır ve protein sentezine buradan başlar.mRNA’da AUG ‘den önce gelen kodonlar protein sentezini başlatma sinyali değildir.

5.Daha sonra sitoplazmada ki  amino asitleri mRNA-Ribozom yapısına taşımakla görevli tRNA’lar çalışmaya başlar.ATP ve enzimler ile aktive edilmiş tRNA’lar kendilerine uygun amino asitlerle birleşir.mRNA kodonu ve tRNA antikodonu arasında zayıf hidrojen bağları oluşur.

6.Protein sentezi,tRNA’ların başka amino asitleri peptid zincirine takmasıyla devam eder.Bu arada görevi biten tRNA’larmRNA-ribozom’ birliğinden ayrılır.

7.Protein sentezi mRNA üzerinde durdurucu kodonlar gelinceye kadar devam eder.UAG,UAA,UGA kodonları protein sentezini durduran kodonlardır.

8.Durdurucu kodonlar gelince yeni sentezlenen protein en son tRNA’dan ayrılır ve mRNA serbest kalır.Aynı zaman içerisinde ribozomun alt birimleri de birbirinden ayrılır.Ayrılan mRNA,tRNA ve ribozomun alt birimleri yeniden protein sentezinde kullanılabilir.

 

NOT:Bir genden ortalama her dakika 1 mRNA yapılır.1 mRNA transkripsiyonu molekülü ise ,240 dakika yaşar ve ribozomlarda görev yapar.Bu sürenin sonunda aşınır,bozulur ve artık çalışamaz.

 

Protein sentezi sırasında bilgi akışının DNA’dan proteine doğru olmasına santral dogma denir.Santral dogma olayı geri dönüşümsüzdür.Yani proteinden DNA sentezlenemez

Hücrenin protein sentezleme hızı,hücre tipine ve proteinin büyüklüğüne bağlıdır.

Bir Gen Bir Enzim Hipotezi

Bu hipoteze göre her enzimin sentezinden bir gen sorumludur.O gen de bir amino asitin sentezini sağlar.Örneğin:Gen2,enzim2’nin sentezinden sorumludur.Enzim2’de sitrülin oluşumunu sağlar.Eğer Gen2,X ışınlarına tutularak mutasyona uğrarsa enzim2 üretilemez.Sitrülin oluşmaz.Canlı sütrülinini  veya arjinini dışardan almak zorundadır.

 

 

 

Örnek:Kalıp DNA  ATT ACG CGG GTA

                  mRNA  UAA UGC GCC CAU

                            tRNA  AUU ACG CGG CUA

 

           DNA’nın

      mRNA’da

Sentezlenen protein veya enzimde

X zincirindeki nükleoitit sayısı

  Y zincirindeki nükleotit

sayısı

Çift sarmalda nükleotit sayısı

Nükleotit sayısı

Kodon sayısı

Amino asit sayısı

Peptid bağı sayısı

Oluşan

Su sayısı

   300

   300

600

300

100

100

  99

99

   753

   753

1506

 753

251

251

250

250