E-Okul Bilgi

Nükleik asitler insan, hayvan, bitki, mikroorganizma ve virüs gibi bütün canlılarda bulunan ve kalıtsal özelliklerin nesilden nesile taşınmasını sağlayan kimyevî bileşikler.

Tabîattaki en uzun polimerler (zincirli moleküller) olan nükleik asitler, yapılarında fosforik asit, organik baz ve pentoz şekerleri ihtivâ ederler. Zayıf, kırılgan moleküllerdir.

Bileşikler, 1871’de İsviçreli biyokimyâcı Friedrich Miescher tarafından keşfedilmiştir.

İlk defâ hücre çekirdeğinde keşfedildiğinden dolayı, çekirdek asidi mânâsında “nükleik asit” adı verildi. Sonraki araştırmalar bu asitlerin hücrenin diğer bâzı kısımlarında da bulunabildiğini ortaya çıkardı.

Nükleik asitler organizmanın bütün genetik bilgilerini depolar ve yeni nesillere aktarır.

Ayrıca hücrenin üremesi, protein ve enzim sentezi gibi birçok temel hayat olaylarını da yönetirler. Dolayısıyla “yönetici moleküller” olarak da isimlendirilirler.

Nükleik asitler, organizmanın hücre yönetimi ve kalıtsal özelliklerle ilgili bütün bilgilerini ihtivâ eden ve bunları vakti geldikçe kullanan bir çeşit “bilgisayar hâfıza”sıdır. Nükleik asitler, yapılarına göre;

1) DNA (Deoksiribonükleik asit),

2) RNA (Ribonükleik asit) olmak üzere iki gruba ayrılırlar.

DNA’lar yapılarında “deoksiriboz” şekeri, RNA’lar ise “riboz” şekeri ihtivâ ederler.

Bütün nükleik asitler, “nukleotid” denen birimlerden oluşurlar. Nükleotidler, nükleik asitlerin yapıtaşlarıdır.

Baz, şeker ve fosfat birimlerinden oluşan kompleks moleküllerdir. Yapısında riboz şekeri taşıyanlara “ribonukleotid”, deoksiriboz şekeri taşıyanlara “deoksiribonukleotid” denir. Taşıdıkları bazlara göre de “adenin nukleotid”, “guanin nukleotid” gibi isimler alırlar.

DNA deoksiribonukleotidlerden, RNA ribonukleotidlerden meydana gelir.

Deoksiribonükleik asit (DNA), daha çok kromozomlarda bulunur. Ribonükleik asit (RNA), hem çekirdek hem de hücre sitoplazmasında yer alır.

Her ikisi de dünyâdaki yaşayan bütün varlıklarda mevcuttur ve bu iki bileşik olmaksızın hücre bölünmesi olamaz. Memelilerin spermleri sâdece DNA ihtivâ eder. Virüslerde iki nükleik asitten birisi bulunur.

Muhtevâ ve yapı: Nükleik asitler, binlerce mononükleotidden (birimden) meydana gelmiş zincirlerdir. Her birim parça, azotlu bir kökün bir şekere (DNA’da deoksiriboz, RNA’da riboz) ve bir fosfata bağlanmasıyla meydana gelir.

Her birim, 35 atomdan husûle gelir; birbirleriyle köprülerle birleşerek polinükleotidleri yaparlar. Burada azotlu baz değişim gösterir.

Diğer kısım (-şeker-fosfat-şeker) monoton bir şekilde uzayıp gider. Azotlu dört ana baz vardır. Bu bazlar, Adenin, Guanin, Sitozin ve Urasil’dir.

RNA’da Urasil, DNA’da Urasil yerine Timin (T) bulunur. A ve G, “purin bazlar” olarak bilinir ve “pirimidinler” diye anılan S, U ve T’den daha büyük moleküllerdir.

Nükleik asit iplikleri o kadar küçüktür ki, ancak ileri derecede yüksek büyütmeleri olan optik dışı mikroskoplar ve elektron mikroskopları tarafından görüntülenirler (fotoğraflandırılabilirler).

Nukleotid parçaları taşıdıkları bazlara göre kodlanmış vaziyette hücrenin ırsî özelliklerini belirtirler. 1960’larda açıklamalı biyokimyâsal araştırmalar sonunda bu şifre çözülerek arka arkaya gelen üç nukleotidlik bir parçanın özel bir amino asit şifresini temsil ettiği keşfedildi.

Küçük virüslerin nükleik asitleri hemen hemen 6000 mononükleotid ihtivâ eder ve insan hücrelerindeki DNA kabaca 20.000 civârında mononükleotid ihtivâ eder.

Bir virüs sâdece bir DNA molekülüne sâhipken insan hücrelerinin herbirinde 800.000 civârında DNA molekülü vardır.

Sperm ve yumurta hücresinin herbirinde bu sayı yarı oranındadır. Fakat yumurta, sperm tarafından döllendikten sonra normal miktara ulaşır. Tabiî olarak insanda, bir virüse göre çok daha fazla sayıda genetik özellik vardır.

Küçük bir nükleik asitte bile teorik olarak astronomik sayıda şifre düzenlenmesi mümkündür. Tek bir DNA molekülü, ciltler dolusu ansiklopediden daha fazla genetik veya biyolojik mâlumatı taşıyabilir. İnsan hücrelerindeki bütün DNA’lar ucuca getirildiğinde 16 milyar km uzunluğa erişirler.

Genetik, devamlılığın sağlanması için döllenmeden sonraki hücre bölünmesi esnâsında veya mikroorganizmaların üremesi esnâsında, ebeveynden gelen DNA’nın kendinin kopyasını çıkarması gereklidir.

Eğer meydana gelen kopya düzgün değilse, soya irsi olarak geçebilen bir mutasyona sebep olur ve kopya ederken meydana gelen bu yanlış, yeni bir mutasyon olana kadar gelecek nesillerde (kuşaklarda) devam eder.

Uzun nükleotid dizisindeki ufak bir değişiklik, fark edilebilen bir mutanta (mutasyona uğramış birey) yol açabilir. Bu tip mutasyonların birikmesi sonucunda ırklarda bâzı değişiklikler meydana gelebilir.

Radyasyon ve bilinen bâzı kimyevî maddeler nükleotid dizisinde değişikliklere yol açan mutasyonlara sebep olabilirler.

1. DNA (Deoksiribonükleik asit): Hücre çekirdeğinin kromozomlarının yapısında bulunur. Hayat sırrını şifreler, karakterleri nesilden nesile aktarır.

Protein ve enzim sentezi gibi temel hayatla ilgili olayları yönetir. Yapısında bulunan deoksiriboz (C5H10O4) şekerinden adını almıştır. DNA çift eksenlidir ve kendini eşleyebilir. Eksenlerinin nukleotid bazları karşılıklı olarak zayıf hidrojen bağlarıyla birbirine bağlıdır.

DNA molekülünde bazların karşılıklı bağlanma kaidesi:

DNA molekülünde A sayısı T sayısına, G sayısı da S sayısına eşittir.

2. RNA (Ribonükleik asit): Yapısında riboz (C5H10O5) şekeri bulunur. Tek eksenlidir. DNA kalıpları üzerinde sentezlenir. Nükleotidlerinde A, U, S, G bazları bulunur.

RNA çeşitleri ve protein sentezi:

a) Mesaj RNA(mRNA)=Elçi RNA=Kalıp RNA: Protein sentezinde kalıp ödevini görür. Hücre çekirdeğindeki DNA modelinin bir ekseninin kopyası olarak sentezlenir. Sitoplazmaya geçerek protein sentezi için ribozoma yapışır. Adarda sıralanan nükleotidlerde her üç bazı bir şifre (mânâ) ifâde eder ve Kodon olarak adlandırılır. DNA’nın şifresi mRNA ya aktarılırken A ® U, G ® S, T ® A, S ® G olarak geçer.

b) Taşıyıcı RNA (tRNA)= Transfer RNA: Sitoplazmada bulunan küçük RNA’lardır. Her tRNA üç nükleotidden oluşur ve şifresine göre 20 çeşit amino asitten birini taşır. Üçlü şifresine Antikodon denir.

c) Ribozomal RNA(rRNA): Ribozomların yapısında bulunur. Ribozomlar, protein ve rRNA yapısındadırlar.

Protein sentezi: Hücre çekirdeğinin DNA’sındaki genetik mâlumat, hücreleri ve cinsleri birbirinden ayıran özel enzim ve proteinlerin sentezini yönlendirir. Bu proteinlerin üretimi, ribozomlar olarak bilinen, özel sitoplazmik yapılarda vuku bulur. Ribozomlar, yapılarında kendilerine has nükleik asit (ribozomal nükleik asit) ve protein ihtivâ eden organellerdir.

Protein sentezi, hücre çekirdeğindeki DNA’nın bir ekseninden mesaj RNA (mRNA)’nın sentezlenmesiyle başlar. mRNA’ya kalıplık ödevi gören DNA’nın eksenindeki şifre, mRNA’ya aktarılırken A ® U, G ® S, T ® A, S ® G olarak geçer.

DNA’nın bir eksenindeki şifrenin mRNA’ya aktarılmasına transkripsiyon adı verilir. Sentezlenen mRNA, hücrenin delikli çekirdek zarından stoplazmaya geçerek bir ribozoma gidip yapışır.

Her üç bazı bir mânâ (şifre) ifâde eder ve kodon adını alır. Karşı şifreler ise stoplazmada bulunan taşıyıcı RNA(tRNA)’larda bulunur. Her biri üç nükleotidden oluşan tRNA’ların üçlü şifrelerine de antikodon denir. Her tRNA bir amino asit taşır.

Ribozom, kendine yapışan mRNA boyunca kaymağa başlar. Her kodonda (şifrede) bir miktar durur.

Antikodonu kodon şifresine uyan taşıyıcı RNA (tRNA), mesaj RNA’nın karşısına geçerek kodon ve antikodonlar birleşerek şifre çözülür. tRNA, taşıdığı aminoasidi ribozoma bırakır. Her şifre çözümünde amino asitler, ribozomda ard arda bağlanarak protein sentezi yapılır.

Kodon ve antikodon şifre çözümlerinde bazlar belli bir kâideye göre karşı karşıya gelmek zorundadır. A ´ U, G ´ S karşı karşıya gelecek şekilde ´tRNA’lar ve mRNA’nın karşısına dizilirler. RNA’lardaki bilgilerin protein sentezine çevrilmesine translasyon adı verilir.

Hücrede 20 çeşit amino asit bilinmektedir. Her amino asit, belli bir tRNA tarafından taşındığına göre, sitoplazmada en az 20 çeşit tRNA bulunuyor demektir. Amino asitlerin bağlanma bağlarına “peptit bağı” denir.

Her peptit bağında bir molekül su (H2O) açığa çıkar. (n) sayıda amino asit molekülünden meydana gelen bir protein molekülünün sentezinde (n-1) H2O açığa çıkar.

İki amino asitten meydana gelen bileşiğe dipeptit, üç aminoasitten oluşan tripeptit, çok sayıda amino asitten oluşana polipeptit denir.

1961’de birkaç fen adamı uygun ribozom, enzim, mRNA, tRNA, amino asit ve kimyevî enerji kaynağı karışımı kullanarak hücre dışında ilk protein sentezini gerçekleştirdiler.

İnsanlarda görülen birçok irsî hastalık muhtemelen DNA’nın baz dizilişindeki küçük değişiklikler veya mRNA teşekkül ederken kopya etme hatâları yönünden meydana gelmektedir. Meselâ orak hücreli anemi, anormal bir hemoglobin protein tipile karakterizedir.

Bu anormal hemoglobin, protein zincirinde tek bir amino asidin değişmesine yol açan tek bir gen hasarı sonucunda ortaya çıkar.

NÜKLEİK ASİTLERİN BİYOKİYASAL YAPISI VE SENTEZİ

Yaşam bilgilerini içeren, bunları saklayan ve proteine dönüştürülmesini gerçekleştiren biyopolimere “Nükleik Asitler” denir. Nükleik asitler, kalıtsal faktör taşıyıcıları ve protein sentezinin anahtar maddeleridir.

Nükleik asitler, uzun zincirlerden yapılmış makro moleküllerdir. Her zincir, bir birine benzeyen pek çok sayıdaki ufak birimlerin bağlamalarından oluşmuştur. Bu birimlere “Nükleotid” denir. Her nükleotid 1 : 1 : 1 oranıyla üç maddeden oluşur. Bu maddeler organik bir baz, bir pentoz ve fosforik asittir.

Nükleik asitleri oluşturan bileşenler, doğrudan hidroliz ya da enzimatik hidrolizle elde edilebilirler. Tam hidroliz sonunda bir şeker, heterosiklik bazlar, inorganik fosfat iyonları meydana gelir.

NÜKLEİK ASİTLERİN YAPISAL ÜNİTELERİ

Nükleik asitler yalnız kalıtsal bilgiyi taşıyan makromoleküller olmakla kalmayıp bu bilgiyi protein sentezine aktarmaktan da sorumludurlar.

Bir polipeptidin sentezinden sorumlu DNA parçasına “Gen” adı verilmektedir. Temelde proteinler için asıl şifreyi DNA molekülleri taşımaktadır.

DNA’nın görevini yapabilmesi yani protein sentez ve yapısını denetleyebilmesi, diğer birkaç nükleik asit çeşidinin varlığını gerektirmektedir. Şu halde nükleik asitleri iki gruba ayırabiliriz.

- Deoksiri bonükleik Asitler ( DNA )
- Ribonükleik Asitler ( RNA )
Her iki nükleik asit de nükleotitlerin polimerize olması ile meydana gelmektedir.

Makromoleküler yapıda şeker ve fosfat üniteleri fosfodiester bağı ile bir birine bağlanarak molekülün ana omurgasını oluşturmakta, bazlar ise iki omurgayı bir arada tutmaktadır. O halde nükleik asitler bir çok yapısal ünitenin bir düzen halinde bir araya gelmesi ile ortaya çıkmıştır. Nükleik asitlerin yapısını oluşturan üniteler şunlardır:

Şekerler
Purin ve pirimidin bazları
Nükleozidler
Nükleotitler
İnorganik fosfat

. Nukleik asitler
DNA ve RNA molekülleri bir çok bakımdan bir birine benzemektedir. Genel yapı bakımından birbirinin benzerleridirler. Ancak bir takım farklılıklar vardır. Bunları şu şekilde sıralayabiliriz:
DNA’nın yapısında deoksiriboz şekeri, RNA’ nın yapısında riboz şekeri bulunur.

DNA’nın yapısında adenin, timin, sitozin ve guanin bulunur. Yani DNA’daki timin yerine RNA’da urasil bazı girmektedir.

DNA hemen hemen her zaman çift sarmal yapıda bulunur. İstisna olarak bazı viruslardaki DNA tek sarmallıdır. RNA’lar hemen hemen her zaman tek zincir halinde bulunurlar. Nadir hallerde örneğin ; tRNA yapısında kısmi çift sarmal yapı meydana getirirler.

DNA her zaman kalıtsal özelliği taşıyan molekül olarak ödev yapmaktadır. RNA’lar çoğu zaman yapısal ödev yapmakta veya protein sentezinde genetik bilginin DNA’dan proteine aktarılmasında aracı rolü taşıyan bir molekül olarak hareket etmektedir.

DNA’ larda adeninin sayısı timine, guaninin sayısı ise sitozine eşittir. RNA’ daki bazlar arasında böyle bir oran söz konusu değildir.


DNA ve RNA arasındaki farkları bu şekilde sıraladıktan sonra şimdi de nasıl polimerize olduklarına bakalım:


2.6.2. Polinukleotitler

Deoksiribonukleotitlerin polimerize olmasıyla DNA ve ribonukleotitlerin polimerize olmasıyla da RNA meydana gelmektedir. Bir nukleotitteki şekerin 5’ – karbonuna bağlı fosfat grubunun hidroksili ile diğer nukleotitteki şekerin 3’ – hidroksil grubu arasında bir fosfodiester bağı oluşur. Böylece bir şeker ile bir fosfatın münavebeli bir şekilde devam etmesi ve arada fosfodiester bağının bulunması ile nukleik asitlerin ana omurgası meydana gelmektedir.



Makromolekül Yapısı

Nukleik asitler
DNA ve RNA molekülleri bir çok bakımdan bir birine benzemektedir. Genel yapı bakımından birbirinin benzerleridirler. Ancak bir takım farklılıklar vardır. Bunları şu şekilde sıralayabiliriz:
DNA’nın yapısında deoksiriboz şekeri, RNA’ nın yapısında riboz şekeri bulunur.

DNA’nın yapısında adenin, timin, sitozin ve guanin bulunur. Yani DNA’daki timin yerine RNA’da urasil bazı girmektedir.

DNA hemen hemen her zaman çift sarmal yapıda bulunur. İstisna olarak bazı viruslardaki DNA tek sarmallıdır. RNA’lar hemen hemen her zaman tek zincir halinde bulunurlar. Nadir hallerde örneğin ; tRNA yapısında kısmi çift sarmal yapı meydana getirirler.

DNA her zaman kalıtsal özelliği taşıyan molekül olarak ödev yapmaktadır. RNA’lar çoğu zaman yapısal ödev yapmakta veya protein sentezinde genetik bilginin DNA’dan proteine aktarılmasında aracı rolü taşıyan bir molekül olarak hareket etmektedir.

DNA’ larda adeninin sayısı timine, guaninin sayısı ise sitozine eşittir. RNA’ daki bazlar arasında böyle bir oran söz konusu değildir.

DNA’ nın Yapısı ve Özellikleri

DNA’ nın Birincil Yapısı:

DNA polimeri,fosfat gruplarıyla birbirlerine bağlanmış nukleosit birimlerinden oluşmuştur. Fosfat, bir şeker biriminin 3/ hidroksil grubu ile diğer şeker biriminin 5/ hidroksil grubu arasında bir inorganik ester bağı oluşturur.

Doğrusal bir DNA polimeri, bir uçta serbest bir 5/ – hidroksil grubu, diğer uçta serbest bir 3/ – hidroksil grubu içerir. Bir DNA molekülü, bir baz serisi ( A, G, C, T ) taşıyan bir şeker – fosfat grubu omurgası içerir. Bu omurgada, bazların oluşturduğu sıraya, baz dizisi denir. Bir tekli DNA zincirinde, baz dizisini belirtmek için, birkaç kısaltılmış formül geliştirilmiştir.

En basit yöntem, zincirin 5/ hidroksil ucundan başlayarak 3/- hidroksil ucuna doğru ilerleyerek; baz sırasını bazları simgeleyen büyük harfleri kullanarak belirtmektir.

DNA'nın İkinci Yapısı : İkili Sarmal

Bir baz dizisi içeren DNA polimeri genetik şifreyi nasıl taşır ? 1950 yılılda J. D. Watson ve F. H. Crick, DNA' nın davranışını açıklayan bir model önermişlerdir. 1962 yılında Maurice Wilkins ile birlikte bu iki araştırmacı; X – ışınları analiziyle modelin yapısına ilişkin önemli kanıtlar elde etmişler ve çalışmalarından dolayı nobel ödülü kazanmışlardır.

. DNA'nın Çeşitli Formları :

DNA çift sarmalı için ileri sürülen orjinal model sağ el heliks yapısı göstermektedir.

DNA' daki sağ el heliks yapısı sterokimyasal konfigurasyon bakımından sol el heliks yapısından daha kararlı bir yapı şeklidir. DNA' ların büyük bir kısmının sağ el heliks yapısı göstermesi bu duruma bir kanıt olarak gösterilebilir.

Klasik Watson – Crick çift sarmal modeli sağ el heliks yapısı gerektirmekte ve çift zincirin bir tam dönüşünde ise yapıya 10 baz girmektedir. Baz çiftleri çift sarmal eksenine dikey olarak yer almış bulunmaktadır. Bu yapıdaki DNA’ ya B – DNA adı verilmektedir.

NÜKLEİK ASİTLERİN FONKSİYONLARI :

DNA’da saklanan genetik bilgiler iki amaca hizmet ederler. Bunlar, bir yandan protein moleküllerinin tümünün sentezinde bilgi kaynağı iken, aynı zamanda yeni oluşan hücrelere kalıtsal bilgiler sağlarlar.

RNA molekülleri protein sentezinde görev alırlar. Bundan başka RNA, ne yapısal ne de bilgi verici bir iş görmez.

SONUÇ
1865'de F. Mischer’in ilk kez balık sperminden izole etmesiyle başlayan nükleik asit serüveni ; canlılığın yapı taşı olduğunun anlaşılmasıyla insanlığın yararına pek çok çalışmaya konu olmuş ve olmaya devam etmektedir.

Her geçen gün bilinen ve teknolojideki ilerlemeler ışığında nükleik asitlerin yapı ve fonksiyonları hakkında yeni bilgiler elde edilmekte ve bu bilgiler çeşitli hastalıkların teşhis ve tedavisi ile yaşamımızı kolaylaştıracak pek çok araştırmada kullanılmaktadır.

Genetik bilgilerin çekirdek bazların diziliş sırasıyla ilgili olduğu anlaşıldıktan yaklaşık 10 yıl sonra genetik kod tamamen çözümlenmiş ( 1966 ) ve bundan sonra moleküler biyoloji ve biyokimya alanında büyük ilerlemeler kaydedilmiş, gen teknolojisi geliştirilmiştir. Günümüzde canlıların, cinsel hücrelere gerek kalmadan, herhangi bir doku hücresiyle kopyalanması gündemdedir. ( Koyunun meme hücrelerinden kopyalanmış olan Dolly kuzusu ).
Nükleik asitler genetik bilginin kopyalanmasından sorumludur ve protein sentezini yönetirler. Nükleik asitler polimerik nükleotidlerdir. Nükleositler, D – Riboz ve 2 – deoksi – D – ribozun purin ve pirimidin N – glikozitler dir ve nükleotitler, nükleositlerin fosfat esterleridir. Deoksiribonükleikasit ( DNA ) adenin ile timin ve guanin ile sitozin arasında tamamlayıcı baz eşleşmesinden sorumlu hidrojen bağlarının bulunduğu ikili sarmal şeklindedir. Hücre bölünmesi sırasında zincirler açılır ve aynısı kopya edilir. Her zincir bir tamamlayıcı zincirin oluşması için model olarak etki eder.
Protein sentezinin transkripsiyon safhasında bir mRNA molekülü, DNA’ya uygun tamamlayıcı nükleotit dizisine sahiptir. Transkripsiyonu translasyon takip eder. Kodon olarak adlandırılan mRNA'nın üçlü nükleotitleri tRNA tarafından özel bir aminoasit için tanınır ve o aminoasit sentezlenen protein zincirine eklenir. Böylece protein sentezi gerçekleşmiş olur. Daha önce de açıklamaya çalıştığımız gibi nükleik asitler hücredeki bütün hayatsal olayların gerçekleşmesi için gerekli bir biyokimyasal yapıdır. Yani nükleik asitler, canlının yapıtaşı olan hücrenin yöneticisidir.