Genetik
olayların hücrede moleküler düzeydeki temeli genetik materyal görevini
üstlenen nükleik asitlerin yapı ve özelliklerine dayanır. Nükleik
asitlerin iki türü olan deoksiribonükleik asit DNA ve ribonükleik
asit RNA temelde aynı yapısal özelliklere sahiptir.
Genler,
DNA‘daki bazı kimyasal dizilimler olan nükleotidlerden meydana
gelmiştir. Çoğunluk kromozomların içersinde bulunurlar. Ayrıca
DNA molekülü prokaryotlarda (Bakteriler) kromozom dışı genetik
sistem, olan plazmidlerde, Ökaryotik hücrelerde genetik
materyalin kromozomlar (Nukleus) dışında temel olarak (hayvan ve
bitkilerde) mitokondri ve (sadece bitkilerde ve alglerde) kloroplastlarda
bulunduğu bilinmektedir.
1953
yılında Watson ve Crick DNA molekülünün kendine has özelliklere
sahip bir çift sarmal yapı halinde bulunduğunu ileri sürdüler. Bu
araştırıcıların önerdikleri DNA yapısı o tarihlerde başka araştırıcılar
tarafından ortaya konulan DNA ya ilişkin önemli bulgulara
dayanmaktadır. Bunlardan biri, Wilkins ve Franklin tarafından, izole
edilmiş DNA fibrillerinin X-ray ışınlarını kırma özelliklerinin
açıklanmasıdır. Elde edilen X ışını fotoğrafları, DNA nın
zincirlerindeki bazların diziliş sırasına bağlı olmaksızın, çok
düzenli biçimde dönümler yapan bir molekül olduğunu göstermektedir.
Ayrıca TMV (tütün Mozaik Virusu) üzerinde yapılan çalışmalar
da DNA ile ilgili çalışmalarda ışık tutmuştur.
Bir
başka önemli bulguda Chargaff tarafından
saptanmıştır. Herhangi bir türe ait DNA nın nükleotidlerine
parçalandığında serbest kalan nukleotidlerde adenin miktarının
timine, guanin miktarının da sitozine daima eşit olduğunun
saptanmasıdır.. Yani Chargaff kuralı‘na göre doğal DNA
moleküllerinde adeninin timine veya guaninin sitozine oranı daima
1’e eşittir. (A/T=1 ve G/C=1).
İşte
Watson ve Crick bu bulguları değerlendirerek böyle özelliklere
sahip DNA makro molekülünün sekonder yapısına ait bir model geliştirdiler.
Bu modele göre, bir çok sorunun açıklanması yapılabildiğinden
dolayı 1962 yılında bu iki bilim adamına Nobel Ödülü verildi.
Bu
modele göre;
DNA molekülü, heliks (=sarmal) şeklinde kıvrılmış, iki kollu
merdiven şeklindedir. Kollarını, yani merdivenin kenarlarını, şeker
(deoksiriboz) ve fosfat molekülleri meydana getirir. Deoksiriboz ile
fosfat grupları ester bağlarıyla birbirlerine bağlanmıştır. İki
kolun arasındaki merdiven basamaklarında gelişigüzel bir sıralanma
yoktur; her zaman Guanin (G), Sitozin’in (C ya da S); Adenin (A),
Timin’in (T) karşısına gelir. Hem pürin (yani adenin ve guanin)
ile pirimidin (yani sitozin ile timin) arasındaki hidrojen bağları,
hemde diğer bağlar,
meydana gelen heliksin düzgün olmasını sağlar. Pürin ve
pirimidin bazları, yandaki şekerlere (Riboz), glikozidik bağlarla
bağlanmıştır. Baz, şeker ve fosfat kombinasyonu, çekirdek
asitlerinin temel birimleri olan nükleotidleri meydana getirmiştir. Dört çeşit
nükleotid vardır. Bunlar taşıdıkları bazlara göre
isimlendirilirler (Adenin, Guanin, Sitozin,Timin).
DNA
molekülü kendini oluşturan nukleotidlerin sayısına bağlı
olarak, büyüklüğü türden türe değişen, uzun zincir şeklinde
bir yapı gösterir. İnsanda bu zincirin uzunluğu açıldığında 2
metreye kadar varabilir. Bütün halinde eldesi zincirin hassas ve kırılgan
yapısından ötürü çok güçtür.
İki polinükleotid
zincirin şeker fosfat omurgaları, ortak bir eksen çevresinde eşit
çaplı ve sağ yöne doğru dönümler meydana getirir. Nükleotidlerin
bazları molekülün omurgasının iç kısmında bulunur. Bazların
konumları sarmalın eksenine 90 derece açı yapacak şekilde
konumlanmıştır. Birbirine komşu baz çiftlerinin dönümleri arasındaki
uzaklık 3,4A dür. Ayrıca her baz çifti komşusuna 36 derecelik açı
yapacak şekilde yerleşmiştir. Buna göre, yaklaşık 10 baz çifti
360 derecelik tam bir dönümü tamamlayacağından, her dönümün
boyu 34A dür.
İki
polinükleotid zincirdeki nukleotidler karşılıklı olarak
birbirlerine hidrojen bagları ile bağlanmıştır. Bu bağ fosfor bağları
kadar kuvvetli olmadığı için pH değişikliği, sıcaklık basınç
gibi faktörlerde kolaylıkla birbirlerinden ayrılabilmektedir. DNA nın
kendi kopyasını yapması ve gen anlatımı, nukleotidler arasındaki
hidrojen bağlarının ayrılması ile gerçekleşmektedir.
Nükleotidler birbirlerine fosfat bağlarıyla bağlanarak, şeker ve fosfat kısımlarının
birbirlerini izlediği serilerden oluşan bir omurgaya sahip uzun ve
dallanmış polinükleotid zincirlerini meydana getirmiştir. Kovalent
ester bağları veya fosfodiester bağları olarak da
bilinen bu bağlar son derece kuvvetlidir. Fosfodiester bağlarının
varlığı DNA molekülünün tek zincirli yapı halinde iken bile
dayanıklı ve stabil yapıda olmasını sağlar. Genetik mühendisliğinin
hedeflerinden biri olan klonlama çalışmaları, doğal yolla gerçekleşmesi
mümkün olmayan kovalent
bağ kırılmalarını gerçekleştirerek yeni türler oluşturma çabalarını
içerir.
Nukleotidlerin
yapısı bazik olmasına karşın oımurgadaki PO4(fosforik asit)
grubunun varlığı polinükleotid zincirlerin asit özellikte olmalarına
yol açar ve nükleik asit terimi de bu özellikten kaynaklanır.
Hidrojen bağları
daima bir pürin(A,G) ile bir pirimidin (T,C) bazı arasından meydana
gelir. A-T baz çiftinde 2 hidrojen bağı, G-C baz çiftleri arasında
ise 3 hidrojen bağı bulunmaktadır. Hidrojen bağlarının özelleşmesi;
anahtar kilit modelinini andıran, uygun nukleotid moleküllerinin karşılıklı
gelerek birbirlerine yine uygun sayıda hidrojen bağları ile bağlanmasını
sağlar. Böylece zincirin bir kolunda bulunan
nukleotidlerin dizilişi,karşı kolda bulunan nukleotidlerin
dizilişini bir çeşit dikte ve kontrol eder. Tesadüfe bırakmayan
bir titizlikle molekül yapısı oluşturulur ve kontrol edilir.
DNA molekülünün
en önemli özellik iki polinükleotid zincirin birbirinin tamamlayıcısı
olmasıdır. Pozitif (+) ve negatif (–) iki polinukleotid
zincirlerinin tamamlayıcılık özelliği,genetik materyalin işlevlerini
doğru biçimde nasıl yapabildiğinin açıklanması açısından DNA’nın en önemli
temel özelliklerinin başında gelir.
DNA çift
sarmalının dikkate değer ve önemli bir özelliği, molekülü oluşturan
zincirlerin birbirlerinden kolaylıkla ayrılabilmesi ve yeniden birleşebilmesidir.
Protein sentezi ve Dna replikasyonu (kendi kopyasını oluşturması)
bu özellik sayesinde meydana gelebilir. DNA’nın iki zinciri,
birbirine sadece H bağları ve hidrofobik etkileşimlerle bağlı
olmaları nedeni ile, nükleotidleri arasındaki kovalent bağlardaki
herhangi bir kopma olmaksızın
çözülebilir (denatürasyon). Aynı şekilde çözülmüş
molekülün zincirleri tamamlayıcı bazları arasında H bağlarının
oluşumu ile birleşip sarmal yapıyı yeniden oluşturabilir (renatürasyon).
Nükleotidler
arasındaki fosfor bağlarının kopması nedeniyle nükleotidlerin
yerine başka nukleotid veya nukleotid dizisinin geçmesi mutasyonlara
yol açar.Bu mutasyonların tek zincirli RNA molekülünde oluşma
olasılığı çift zincirli DNA molekülüne göre daha fazladır.Mutasyonların
neticeleri ölümcül olabilir. Evrimsel gelişim içinde mutasyonların
menfi yada müspet etkileri gözardı edilemeyecek noktadadır. Günümüzde
viral hastalıkların başında gelen AIDS’in önüne geçilememesinin
en geçerli nedeni genomu tek zincirli RNA olan virusun sürekli
mutasyonlar geçirerek kendini sürekli yenilemesi
gösterilebilir.
Kaynaklar:
a) Yaşamın temel kuralları Cilt
1/kısım 1 - Prof.
Dr. Ali Demirsoy
b)
Moleküler genetik 2 - Prof.
Dr. Güler Temizkan
|