Nükleik Asitlerin Keşfi ve Önemi

Nükleik Asitlerin Keşfi ve Önemi

► İnsanlar, varoluşlarından günümüze kadar geçen süreçte ebeveynleriyle (ana-baba) ortak ve farklı özellikler taşıdıklarını gözlemlemişlerdir.

► Dış görünüşümüzün tamamen ebeveynlerimize benzememesi, uzun süre insanları merak içinde bırakmıştır. Bu merakı gidermede en büyük devrimlerden biri, DNA'nın keşfi olmuştur.

DNA'nın Keşfi

DNA'nın yapısının keşfi, biyoloji için bir dönüm noktasıdır. 25 Nisan 1953 tarihinde James Watson ve Francis Crick, DNA'nın çift sarmal yapısını açıklayan bir makale yayınladılar. Bu nedenle, 25 Nisan her yıl "Dünya DNA Günü" olarak kutlanmaktadır.

Nükleik Asitlerin Önemi

► Nükleik asitler, genetik özelliklerin kuşaktan kuşağa aktarılmasını sağlayan organik moleküllerdir.

► İki temel nükleik asit türü vardır: DNA (Deoksiribonükleik Asit) ve RNA (Ribonükleik Asit).

DNA (Deoksiribonükleik Asit)

♦ DNA, çift sarmal yapıda olup, dört baz içerir: adenin (A), timin (T), guanin (G) ve sitozin (C). Adenin, timinle; guanin ise sitozinle eşleşir.

♦ DNA, genetik bilgiyi taşır ve hücredeki metabolik olayları yönetir. Örneğin; protein sentezi için gerekli emirleri verir.

♦ Yapısındaki 5 karbonlu şeker deoksiribozdur.

RNA (Ribonükleik Asit)

♦ RNA, tek sarmal yapıda olup, dört baz içerir: adenin (A), urasil (U), guanin (G) ve sitozin (C). DNA'daki timinin yerine RNA'da urasil bazı vardır.

♦ RNA, genetik bilginin DNA'dan ribozomlara taşınmasını sağlar ve protein sentezinde doğrudan rol oynar.

♦ Yapısındaki 5 karbonlu şeker ribozdur.

Genetik Bilginin Aktarımı

Nükleik asitler, canlıların genetik bilgilerini depolamak ve bu bilgilerin kuşaktan kuşağa aktarılmasını sağlamak için hayati öneme sahiptirler. DNA; kalıtsal bilgiyi taşırken, RNA bu bilgiyi protein sentezine dönüştürür.

DNA'nın Biyolojideki Önemi

1. Genetik Çeşitlilik: Hücre bölünmelerinden önce DNA'nın eşlenmesi ve mutasyon geçirebilme özellikleri genetik çeşitliliğin temelini oluşturur.

2. Genetik Hastalıklar: DNA'da oluşan mutasyonlar genetik hastalıklara neden olabilir. Bu da tıbbi araştırmaların önemli bir alanıdır.

3. Biyoteknoloji ve Genetik Mühendisliği Çalışmaları: DNA teknolojileri; biyoteknoloji ve genetik mühendisliği alanlarında günümüzde önemli gelişmelere yol açmıştır. Genetik modifikasyon, gen terapisi ve adli tıp gibi alanlarda kullanılmaktadır.

NÜKLEİK ASİTLERİN KEŞİF SÜRECİ

► DNA'nın keşfi ve nükleik asitlerin işlevleri, biyolojinin temel prensiplerini anlamamızda ve genetik bilginin işlenmesinde büyük bir ilerleme sağlamıştır. Bu keşifler, modern biyolojinin ve tıbbın temel taşlarını oluşturur.

► Nükleik asitlerin başlangıçta sadece hücre çekirdeğinde bulunduğu kabul edilmiştir.

► Sonraki yıllarda ise yapılan bilimsel çalışmalarda nükleik asitlerin ökaryot hücrelerin mitokondri, kloroplast ve ribozom gibi organellerinde bulunduğu da tespit edilmiştir.

► Prokaryot canlılarda ise nükleik asitlerin hücre sitoplazmasında ve ribozomlarında yer aldığı görülmüştür.

Friedrich Miescher'den sonra nükleik asitlerle ilgili çalışmalar hız kazanmıştır. Bunlardan en önemlileri ve bazıları şunlardır:

Frederick Griffith'in Yaptığı Deneyler

Frederick Griffith'in hücrelerde kalıtsal bilgiyi taşıyan bir molekülün olduğunu açıklayan deneyi şu şekildedir:

♦ Griffith, yaptığı deneyde; zatürreye (akciğer iltihaplanması) yol açan S Tipi ve zatürreye yol açmayan R Tipi Streptococus pneumoniae (Streptokokus pünomonie) bakterilerini ve fareleri kullanmıştır.

♦ Zatürreye yol açan S Tipi bakteriler kapsüllü, zatürreye yol açmayan R Tipi bakteriler ise kapsülsüz özelliktedir.

Deneyin aşamaları şunlardır:

1.Aşama: Fareye R Tipi kapsülsüz bakteri enjekte etmiştir. Farenin yaşadığını görmüştür.

2.Aşama: Fareye S Tipi kapsüllü bakteri enjekte etmiş ve farenin öldüğünü görmüştür.

3.Aşama: S Tipi Kapsüllü bakterileri ısıtarak öldürmüş ve fareye enjekte etmiştir. Farenin yaşadığını görmüştür.

4.Aşama: Hastalık yapan S Tipi Kapsüllü bakterileri ısıtarak öldürmüştür. Sonra bunları canlı olan R Tipi kapsülsüz bakterilerle karıştırmıştır. Bu karışımı fareye enjekte etmiştir. Sonuç olarak farenin öldüğünü görmüştür.

Son aşamada ölen farenin kanından örnek alınmış ve incelenmiştir. Bu inceleme sonucunda farenin kanında S Tipi Kapsüllü bakterilerin var olduğunu görmüştür.

SONUÇ: 

► Kapsüllü S Tipi bakteride bulunan bir maddenin etkisiyle kapsülsüz olan bakterilerin kapsül üretme yeteneği kazandıklarını ileri sürmüştür.

► Yani hastalığa yol açmayan canlı kapsülsüz bakteriler ortamdaki parçalanmış kapsüllü bakteri DNA'larını hücrelerine alarak hastalık yapıcı hale gelmişlerdir.

► 1940'lara kadar kalıtımda rol oynayan molekülün protein olduğu düşünülse de yapılan deneyler sonucunda kalıtımda rol oynayan molekülün protein değil DNA olduğu ortaya konmuştur.

Frederick Griffith'in Deneyinin Önemi: Nükleik asitlerin kalıtsal materyal olduğunu ortaya koyan diğer çalışmalara basamak oluşturmuştur. 

Oswald Avery ve Arkadaşlarının (Maclyn McCarty ve Colin MacLeod) Nükleik Asitlerin Keşfine Sağladıkları Katkı

► Griffith’in deneylerinden yaklaşık 20 yıl sonra Oswald Avery (Ozvıld Avri) ve arkadaşları genetik materyalin protein değil DNA olduğunu ortaya koyarak ilk adımı atmışlardır.

► Grifith’in yaptığı deneyleri geliştirerek genetik materyalin DNA olduğunu ispatlamışlardır.

Oswald Avery ve Arkadaşlarının Yaptığı Deney

Bu deneyin aşamaları şöyledir:

♦ Hastalık yapıcı S Tipi kapsüllü bakterileri ısıtarak öldürdüler.

♦ Beş farklı deney tüpüne; protein, RNA, DNA, Lipit ve Karbonhidratı parçalayan enzimler koydular.

♦ Isıtılarak öldürülmüş kapsüllü bakteri özütünü alarak bu deney tüplerindeki enzimlerle bir araya koydular.

♦ Bu deney tüplerine ayrıca hastalık yapmayan kapsülsüz bakterileri de ilave ettiler.

1944 yılında yaptıkları çalışmaların sonucunu şöyle açıkladılar:

Kapsülsüz bakterilerin kalıtımının değişmesine sebep olan etken DNA molekülüdür. Yani yabancı olan DNA, kapsülsüz bakterinin DNA'sının bir parçası haline gelerek onun yapısını değiştirmiştir. Griffith’in açıklayamadığı ve transformasyona neden olan maddenin DNA olduğu bulunmuştur.

James Watson ve Francis Crick'in Nükleik Asitlerin Keşfine Sağladıkları Katkı

► DNA'nın çift sarmal modelini açıkladılar.

► DNA'nın X-ışını kırınımlı fotoğrafından yararlanarak ikili sarmal şekli elde ettiler.

► Hücre bölünürken DNA'nın bir fermuar gibi açıldığını ifade ettiler.

► DNA'nın bir ipliğinde bulunan adeninlerin karşısına timin moleküllerinin, guaninlerin karşısına ise sitozin moleküllerinin karşılıklı geldiğini gösterdiler.

► DNA'nın yapısında fosfat, deoksiriboz şeker ve azotlu bazların (adenin, guanin, sitozin, timin) bulunduğunu ortaya koydular.

► Bu çalışma ile Crick, Watson ve Wilkins'e 1962 yılında Nobel Tıp Ödülüverilmiştir.

Nükleik Asitlerin Çeşitleri ve Görevleri

► Nükleik asitler bütün canlılarda bulunan büyük moleküllü organik bileşiklerdir.

► Yapılarında; C, H, O, N ve P atomları bulunur.

► Asit özelliğinde bileşiklerdir.

► Canlılarda iki çeşit nükleik asit bulunur ve yapılarındaki 5 karbonlu şeker grubuna göre adlandırılırlar. Bunlar;

♦ DNA (deoksiribonükleik asit) ve

♦ RNA (ribonükleik asit)'dır.

Hücrede DNA'nın bulunduğu yerler:

♦ Prokaryot hücrelerde (bakteri ve arkelerde); sitoplazmada bulunur.

► Prokaryotların DNA'sı halkasal olup tek replikasyon orjininden oluşur. Bakterilerin DNA'sı histon protein kılıf taşımazken arkelerin çoğunda histon protein kılıf bulunur.

♦ Ökaryot hücrelerde ise; çekirdek, mitokondri ve plastitlerde (kloroplast, kromoplast, lökoplast) bulunur.

► Ökaryotların DNA'sı sarmal yapılıdır. Çok sayıda replikasyon orjininden oluşur. Histon protein kılıf bulunur.

Hücrede RNA'nın bulunduğu yerler:

♦ Prokaryot hücrelerde (bakteri ve arkelerde); sitoplazma ve ribozom organelinde bulunur.

♦ Ökaryot hücrelerde ise; çekirdekçik (çekirdek), mitokondri, plastitler (kloroplast, kromoplast, lökoplast), ribozom ve sitoplazmada bulunur.

Bir Nükleotitin Yapısı

► Nükleik asitlerin temel birimleri; nükleotitlerdir.

► Azotlu organik baz ve beş karbonlu şekerin glikozit bağı ile birleşmesiyle oluşan yapıya nükleozit denir.

► Nükleozitlere fosfat grubunun fosfoester bağları ile bağlanması sonucu nükleotitler oluşur.

Bir nükleotitin yapısında üç grup bulunur. Bunlar;

1. Azotlu Organik Baz

2. Beş Karbonlu Şeker (Pentoz Grubu)

3. H₃PO₄'ten (Fosforik Asit) gelen P (Fosfat) grubu

1. Azotlu Organik Bazlar

► Nükleotitin yapısına katılan azotlu organik bazlar fotosentez ile bitkiler tarafından sentezlenirler.

► Besinler yoluyla alındıktan sonra hücrelerde nükleotit sentezinde kullanılırlar.

► Nükleotitlerin yapısına katılan azotlu organik bazlar iki çeşittir. Bunlar;

♦ Pürin ve

♦ Pirimidin bazlarıdır.

► Pürin bazları; Adenin ve Guanindir. Hem DNA hem de RNA'nın yapısına katılırlar. Bunlar; çift halkalıdır.(Biri altıgen, diğeri beşgen şekilli iki halkanın birleşmesi sonucu oluşurlar.) Büyük moleküllü bazlardır.

► Pirimidin bazları; Sitozin, timin ve urasil baz olmak üzere üç çeşittir. Sitozin DNA ve RNA'nın yapısına katılır. Timin sadece; DNA'nın yapısına katılırken, Urasil sadece RNA'nın yapısına katılır. Tek halkalı bazlardır. Küçük moleküllü bazlardır.

DNA Bazları; A, G, S ve T Bazlarıdır.

RNA Bazları; A, G, S ve U Bazlarıdır.

2. Beş Karbonlu Şekerler (Pentoz Grubu)

► Tüm nükleotit çeşitlerinde bir tane Beş Karbonlu Şeker (Pentoz) bulunur.

► Nükleik asitlerin (DNA ve RNA) adlandırılması yapılarındaki bu şeker çeşidine göre olur.

► Bu şekerler beş karbon içeren Deoksiriboz ve Riboz Şekerlerdir.

► Deoksiriboz; DNA'nın yapısına katılır. Riboz ise RNA'nın yapısına katılır. (Riboz ayrıca ATP Molekülünün de yapısına katılır.)

► Riboz ile deoksiriboz arasındaki fark; deoksiriboz şekerde riboza göre bir oksijen atomu eksiktir.

DNA (Deoksiribonükleik Asit)

► Tüm canlılarda bulunan çift iplikli organik bir moleküldür.

► Prokaryot hücreli canlıların (bakteri ve arkeler) sitoplazmalarında bulunur.

► Ökaryot hücreli canlıların ise (protistler, mantarlar, bitkiler ve hayvanlar) çekirdek, mitokondri ve plastitlerde (kloroplast, kromoplast, lökoplast) bulunur.

► Ökaryot bir hücrenin sitoplazmasında serbest olarak DNA bulunmaz.

DNA'nın Görevleri

1. Canlıda kalıtsal bilginin depolanması ve nesilden nesile aktarılmasını sağlar. (Hücre bölünmelerinden önce eşlenerek)

2. Canlıdaki tüm yaşamsal olayları yönetmek ve kontrol etmek (Protein sentezi, solunum, sindirim, madde taşınımı ve diğer metabolik olaylar)

3. RNA'ların sentezini gerçekleştirir.

4. RNA'lar ile birlikte protein sentezini gerçekleştirmeye yardımcı olur.

► DNA Polinükleotit yapısında bir moleküldür. (Polinükleotit; aynı çeşit monomerlerden oluşan bileşiklerdir.)

► Bir hücrede DNA Eşlenmesi (Replikasyon) oluyorsa hücre kesin bölünecektir.

► DNA protein sentezi sırasında bölünmez. Sentez için gerekli bilgiyi aktarır.

► DNA sentezinde; DNA Polimeraz Enzimi, yıkımında ise DNAaz Enzimi görev yapar.

► Ökaryot bir hücre bölüneceği zaman çekirdeğindeki tüm DNA molekülleri hatasız eşlenerek birer kopyasını çıkarır. Bu olaya Replikasyon (Eşleme) denir.    

DNA Molekülünün Yapısı

► DNA'nın üç boyutlu yapısını açıklayan modele Çift Sarmal Modeli denir.

► Bu modeli 1953 yılında James Watson ve Francis Crick açıkladılar.

► Bu modele göre DNA; sarmal oluşturacak şekilde aynı eksen etrafında sağa dönen iki iplikten oluşur.

► Artarda gelen şeker ve fosfat gruplarının oluşturduğu omurga ikili sarmalın dış tarafında yer alır.

► DNA molekülünde bilginin esas olarak depolandığı yerler, azotlu bazların yer aldığı merdivenin basamaklarıdır.

► Her iki zincire ait olan pürin ve pirimidin bazları karşılıklı gelecek şekilde sarmalın iç tarafında dizilirler.

► Bu dizilim sırasında Adenin karşısına Timin (Timin karşısına Adenin), Guanin karşısında Sitozin (Sitozin karşısına Guanin) gelecek şekilde eşlenirler.

► Bu eşlenmede karşılıklı bazlar zayıf hidrojen bağları ile bağlanır.

♦ Adenin ile Timin arasında; ikili

♦ Guanin ile sitozin arasında üçlü zayıf hidrojen bağları kurulu.

► Hidrojen bağları zayıf fiziksel bağlar olduğu için oluşumları sırasında su açığa çıkmaz.

► Zayıf hidrojen bağları DNA Çift Sarmalını birarada tutar. Çift sarmalda bir iplikteki nükleotitlerin birbirine bağlanma yönü diğer ipliklerin yönünün tersidir. Yani iplikler birbirine Antiparaleldir.

► DNA ipliklerinin antiparalel olan uçları; 5' (Beş Üssü) ve 3' (Üç Üssü) olarak adlandırılır.

► DNA eşleneceği zaman iki iplik tamamen açılır. İpliklerden biri 3'den 5'ne doğru, diğeri ise 5'den 3'ne doğrudur. (İplikler birbirine antiparalel olduğu için) Daha sonra her bir iplik ortamdaki nükleotitleri kullanarak karşılarına yeni ipliklerini sentezler. Yeni ipliklerin sentezlenme yönü daima; 5' uçtan 3' uca doğru gerçekleşir.

► Bir DNA Molekülünün Yapısındaki Guanin ve Sitozin nükleotitlerinin oranı arttıkça, 3'lü hidrojen bağ sayısı da artacağından DNA'nın iki ipliğini birbirinden ayırmak için daha fazla yüksek sıcaklık gerekir. Çünkü DNA'daki çift sarmalın dayanıklılığı hidrojen bağları ile sağlanır. Guanin ve sitozin oranı adenin ve timin oranından fazla olan DNA'nın iki ipliğini ayırmak için gerekli ısı miktarı daha yüksektir.

Bir Nükleotitin Sentezinde Oluşan Su Moleküllerinin Sayısı

1. Eğer en küçük bileşenler (Baz, şeker ve fosfat) kullanılarak nükleotit sentezlenecekse;

♦ Tek zincir için; 3n-1 Su,

♦ Çift zincir için; 3n-2 Su oluşur. (n = kullanılan küçük bileşenlerin sayısıdır.)

2. Eğer nükleotitler hazır kullanılır ve DNA sentezi yapılırsa;

♦ Tek zincir için; n-1 Su

♦ Çift zincir için; n-2 Su oluşur. (n = kullanılan nükleotit sayısıdır.)

3. Nükleotitler arasında kurulan Fosfodiester Bağ sayısı;

♦ Bir zincir için n-1 Fosfodiester Bağı

♦ İki zincir için n-2 Fosfodiester Bağı kullanılır. (n = kullanılan nükleotit sayısıdır.)

RNA (Ribonükleik Asit)

► Tüm RNA'lar DNA tarafından sentezlenirler.

► DNA'dan aldığı genetik bilgi ile protein sentezini gerçekleştirirler.

► Yapılarında Riboz Şeker bulunur.

► Özel organik bazı Urasil'dir. Timin bazı bulunmaz.

► Tek nükleotit zincirinden oluşur.

► DNA'ya göre daha kısadır.

► DNA tarafından sentezlendiği için kendini eşleyemez ve onaramaz.

► Adenin, Timin ya da Guanin Sitozin eşitliği yoktur. (Tek iplikli olduğu için)

► Polimer yapılı bir moleküldür. Çok sayıda nükleotitin bir araya gelmesiyle oluşur. (A, G, S, U nükleotitleri)

► Sentezlenirken DNA üzerindeki Adenin karşısına RNA'da Urasil gelir.

► Nükleotitleri Fosfodiester Bağı ile bağlanarak RNA'nın tek zincirli molekülünü oluşturur.

► RNA sentezini sağlayan enzim RNA Polimeraz, yıkımını (hidrolizini) sağlayan enzim ise Ribonükleaz (RNAaz) enzimidir.

Görevleri;

♦ DNA ile birlikte protein sentezini gerçekleştirmek.

♦ Ribozomların yapısına katılmak

Hücrede Bulunduğu Yerler

♦ Prokaryot hücrelerde; sitoplazma ve ribozomlarda bulunur.

♦ Ökaryot hücrelerde ise;

≈ Çekirdek (Nucleus)

≈ Çekirdekçik

≈ Sitoplazma

≈ Ribozom

≈ Mitokondri ve plastitlerde (kloroplast, kromoplast, lökoplast) bulunur.

RNA Çeşitleri

► Prokaryot ve ökaryot hücrelerde genellikle üç çeşit RNA bulunur. Bu RNA çeşitlerinin hepsi protein sentezinde görev alarak hücredeki yaşamsal olayların yönetiminde DNA'ya yardımcı olurlar.

► Tüm RNA çeşitleri DNA'daki kalıp iplikteki genetik bilgiye göre sentezlenirler.

► Prokaryotlarda sitoplazmada, ökaryotlarda çekirdekte sentezleri gerçekleşir.

► RNA çeşitlerinden Ribozomal RNA ve Taşıyıcı RNA kendi üzerinde katlandığı için Hidrojen Bağı taşırlar. Ancak Mesajcı RNA Hidrojen Bağı taşımaz.

Mesajcı RNA (mRNA)

► Protein sentezi sırasında DNA tarafından sentezlenir. DNA'daki bilgiyi alarak ribozomlara taşır.

► Hücrede her protein çeşidi için bir mRNA çeşidi sentezlenir.

► Ökaryot hücrelerde DNA çekirdekte bulunur. Sadece hücre bölünmesi sırasında çekirdek zarı kaybolduğu için çekirdek dışına çıkmış olur.

► Bölünme dışında DNA asla çekirdek dışına çıkamaz.

► Protein sentezi; çekirdek dışındaki ribozomlarda gerçekleşir. Dolayısıyla DNA'daki bilginin ribozomlara taşınması gerekir.

► mRNA'da yer alan nükleotit dizilimi, sentezlenecek olan proteindeki amino asitlerin sırasını, çeşidini ve sayısını belirler.

► mRNA'da nükleotitler üçlü baz dizilimlerinden oluşurlar. Bu üçlü bazlara Kodon adı verilir.

► Protein sentezinde kullanılan 20 çeşit amino asit bulunur. Her amino asit mRNA üzerindeki bir kodona karşılık gelir. (Bazı bakterilerde 22 çeşit amino asit olduğu tespit edilmiştir.)

► DNA'da mRNA sentezlenirken; DNA'daki adenin karşısına mRNA'da urasil bazı gelir. Timinin karşısına ise adenin gelir. Örneğin; DNA'daki genetik şifre ATG ise mRNA'daki kodon UAC olur.

► mRNA'lar; protein sentezi için gerekli olan genetik bilgiyi DNA'dan alarak sitoplazmadaki ribozomlara taşıyan aracı moleküllerdir.

► Hücrede en az bulunan (toplam RNA'nın %5'ini oluşturur.) RNA çeşididir.

Taşıyıcı RNA (tRNA)

► Protein sentezi için gerekli olan amino asitleri ribozomlara taşır.

► Bu taşıma işini yaparken mRNA'daki kodonlara göre aminoasitleri seçer.

► Çekirdekçikten tek zincir halinde sentezlenir. tRNA oluşurken 4 çeşit nükleotit fosfodiester bağlarıyla birbirine bağlanır. 

► DNA üzerinden sentezlendikten sonra kendi üzerinde katlanıp, zayıf hidrojen bağı ile bağlanarak üç boyutlu özel bir şekil alır. (Üç yapraklı yonca gibi)

► Bir ucunda üçlü nükleotit dizisinden oluşan ve mRNA ile bağ yapan kısım bulunur. Bu kısımda üçlü nükleotitler vardır ve Antikodon adını alır. Örneğin mRNA ipliğindeki UCA nükleotitlerinin karşısına tRNA'da AGU nükleotitleri gelir.

► Diğer ucunda ise amino asidin bağlandığı bölüm bulunur.

► Bir tRNA sadece bir çeşit amino asit taşıyabilir.

► Doğada 20 çeşit amino asit bulunduğuna göre her bir amino asit için en az bir tRNA görev yapar. Yani 20 çeşit amino asit varsa en az 20 çeşitte tRNA vardır.

► Hücrede toplam RNA'nın %15'ini oluşturur.

Ribozomal RNA (rRNA)

► Hücrede en fazla bulunan RNA çeşididir. (Toplam RNA'nın %80'ini oluşturur.)

► Sitoplazmadan gelen proteinlerle birleşerek çekirdekçikte ribozomların yapısını oluşturur.

► Protein sentezi sırasında enzim gibi davranarak amino asitleri birbirine bağlar. Yani peptit bağlarının kurulmasında görev alır.

► Ökaryotlarda çekirdekçikte üretilirler.

► rRNA'nın tek ipliği kendi üzerinde katlanmalar yapabilir. Bu nedenle yapısında hidrojen bağı bulunabilir.

► Bir ribozomun yaklaşık olarak yapısının %65'i rRNA geri kalanı da proteindir.

Hücredeki Genetik Materyalin Organizasyonu

► DNA; hücrenin kalıtsal bilgiyi taşıyan ve hücreyi yöneten molekülüdür.

► Hücre bölünmelerinden önce DNA eşlenerek histon protein kılıf ile çevrilir ve kromatin iplik yapısını oluşturur.

► Hücre bölünme evresinde değilse kromatin; ince, uzun, ağ şeklinde (Kromatin ağı) dağınık bulunur. Yani DNA hücre bölünmesinin interfaz evresinde Kromatin şeklindedir.

► Hücre bölünürken kromatin iplikler kısalıp kalınlaşarak kromozomları oluşturur. Kromozom, hücre bölünmesi sırasında kromatinin yoğun bir şekilde paketlenmesiyle oluşan yapıdır. Hücre bölünmesi sırasında kromozomların en belirgen olarak görüldüğü evre Metafaz evresidir.

► DNA molekülü eşlendiği için her bir kromozom, birbirinin aynısı yani kopyası olan iki kromatit taşır.

Prokaryot hücrelerde (bakteri ve arkelerde) tek bir kromozom bulunur. Tüm DNA içeriği bu kromozomda yer alır. Prokaryotlarda kromazom halkasaldır.

Ökaryot hücrelerde ise; her bir kromozom bir DNA molekülü bulundurur. Ökaryotlarda kromozomlar sarmal yapılı olup, farklı uzunluk ve şekillerde olabilirler.

► Kromozom sayısı aynı türün sağlıklı olan bireylerinde değişmez. Bazı türlerdeki kromozm sayıları şu şekildedir:

♦ İnsanda 2n = 46

♦ Tavukta 2n = 78

♦ Eğrelti otunda 2n = 500

♦ Kurtbağrı bitkisinde 2n = 46

♦ Moli balığında 2n = 46 gibi

► Farklı türlere ait canlılarda kromozom sayısı aynı olabilir. Bu durum bu canlıların akraba olduğunu ifade etmez. Kromozom sayısı ile canlının gelişmişlik düzeyi arasında bir ilişki yoktur. Yani kromozom sayısının fazla olması canlının gelişmiş olduğunu ifade etmez. Önemli olan kromozomların yapısındaki genlerin belirlediği türe özgü özelliklerdir. Bu genler birbirinden farklı olduğu için farklı özelliklerin ortaya çıkmasına neden olurlar.

GEN;

♦ Belirli bir özelliği ifade eden,

♦ Çeşitli proteinleri kodlayan

♦ Bir karakterin oluşumunda görev yapan ve anlamlı şifreler veren DNA parçasıdır.

♦ Bir geni oluşturan nükleotit sayısı farklı olabilir.

Genler değişikliğe uğrayabilir.

Genlerin değişikliğe uğramasına gen mutasyonu denir.

Bir gendeki mutasyon;

♦ Replikasyon sırasında yanlış baz eşleşmesi,

♦ Karşılıklı nükleotit çiftinin yer değiştirmesi,

♦ Yeni bir nükleotit çiftinin eksilmesi ya da eklenmesi şeklinde gerçekleşebilir.

DNA'nın Replikasyonu (Eşlenmesi)

► Canlıların bütün kalıtsal özelliklerinin DNA molekülünde bulunduğunu daha önce öğrenmiştik.

► DNA; hücrede hayatsal olayları yöneterek genetik bilgiyi nesilden nesile aktarır.

► Sağlıklı hücreler bölündüğü zaman kalıtsal özelliklerin hiçbir değişikliğe uğramadan yavru hücrelere eşit şekilde aktarılması gerekir.

► İşte DNA'nın genetik bilgiyi hücrelere ve nesillere aktarımı DNA'nın eşlenerek bir kopyasını çıkarmasıyla gerçekleşir. Bu eşlenmeye Replikasyon denir.

Hücrede DNA Replikasyonu; hücre bölünmeye başlamadan önce İnterfazda gerçekleşir.

► Replikasyonda; DNA Polimeraz enzimi görev yapar ve yeni ipliklerin oluşumunda rol oynar.

DNA'nın Replikasyonu

► Replikasyon; tüm DNA'larda Replikasyon Orijini denilen başlangıç noktasından başlar.

► Prokaryot hücrelerde DNA halkasal olduğu için tek replikasyon orijini bulunur. Replikasyon Orijini tek noktadan başlar, iki yönde ilerler ve DNA tamamen kopyalayıncaya kadar devam eder.

► Ökaryot hücrelerde ise DNA'lar doğrusaldır. Bu nedenle DNA'da çok sayıda replikasyon orijini bulunur. Bunun nedeni;

♦ Ökaryotlardaki DNA'nın çok uzun olması

♦ DNA polimerazlarının nükleotit ekleme hızının prokaryotlardan daha yavaş olmasıdır.

Bu durumlar doğrusal DNA'da çok sayıda replikasyon orijinin oluşmasına neden olur.

► Prokaryotlardaki DNA Polimeraz enzimi ökaryotlardaki DNA Polimeraz enziminden daha hızlı nükleotit dizmektedir.

► Ancak ökaryotlardaki DNA'da çok sayıda replikasyon orijininin bulunması nedeniyle; DNA Replikasyonu daha kısa zamanda gerçekleşir. Prokaryotlardaki DNA Polimeraz enziminin daha hızlı nükleotit dizmesi replikasyonun daha kısa sürede gerçekleşeceği anlamına gelmez. Çünkü ökaryotlarda aynı anda çok sayıda replikasyon orijininden eşlenme olur.

DNA Replikasyonunda Görev Alan Enzimler

► DNA replikasyonunda görev alan enzimler, DNA’nın çift sarmalını birbirinden ayırmak ve aynı anda kopyalamak için gereklidir.

► DNA replikasyonu sırasında DNA’nın her bir zinciri, yeni oluşturulacak zincirler için kalıp görevi yapar.

Replikasyonda Görev Alan Enzimler;

1. Helikaz Enzimi

2. DNA Polimeraz Enzimi

3. DNA Ligaz Enzimi

4. Helikaz Enziminin RNA Primerleri

1. Helikaz Enzimi

► DNA’nın kendini eşlemesi için çift sarmal zincirlerin açılması gerekir.

► Helikaz enzimi; azotlu organik bazlar arasındaki zayıf hidrojen bağlarını kopararak sarmal zincirleri birbirinden ayırır.

► Ayrılan zincirleri replikasyon sırasında kalıp zincir hâline getirir.

► Helikaz enziminin DNA zincirlerini açması sırasında ATP enerjisi harcanır.

► Replikasyon olayı, helikaz aktivitesiyle oluşan replikasyon çatalının ana DNA molekülü boyunca replikasyon orjininden başlayarak ilerlemesiyle gerçekleşir.

2. DNA Polimeraz Enzimi

► DNA sentezi sırasında yeni sentezlenecek zincirin ucuna nükleotit eklemesi yapar.

► DNA polimeraz, açıkta kalan baz uçlarına ortamda bulunan ve daha önce sentezlenmiş olan serbest nükleotitlerden uygun olanları eşleştirir.

► Eşleşme sırasında DNA polimeraz; adeninin karşısına timin, guaninin karşısına sitozin nükleotitini ekler.

► DNA zincirine uygun nükleotitleri ekleyerek yeni sentezlenen ipliğin; 5' ucundan 3' ucuna doğru kesintisiz olarak sentezini sağlar.

► Diğer yeni zinciri ise kesintili olarak sentezler.

► DNA polimeraz aktivitesi sonucunda iki tane çift zincirli DNA sentezlenmiş olur.

► DNA polimeraz, replikasyonda görevli olmasının dışında DNA ipliğinde meydana gelen hataların onarılmasında da rol oynar.

► DNA polimerazın varlığı, DNA ipliklerinde meydana gelen hataların yavru hücrelere aktarılma ihtimalini de azaltır.

3. DNA Ligaz Enzimi

► Kesintili sentezlenen yeni DNA parçalarının her birine Okazaki Parçaları denir.

► Bu okazaki parçaları fosfodiester bağları ile DNA Ligaz enzimi tarafından birleştirilir.

► Bu sırada ATP enerjisi harcanır.

4. Helikaz Enziminin RNA Primerleri

► Çift DNA zincirlerinin her biri; yeni sentezlenecek DNA zincirleri için Kalıp görevi yapar.

► Yeni DNA zincirinin sentezini kısa bir RNA Primeri başlatır.

► Kesintili zincirdeki her bir okazaki parçası için ayrı ayrı RNA primerleri görev alır.

NOT: DNA Polimeraz enziminin aktivitesi için ortamda magnezyum elementinin olması gereklidir.

DNA Replikasyonunda Sırasıyla Gerçekleşen Olaylar

► Bazı özel enzimler replikasyon orijinini tanır. DNA replikasyonu, bu orijinden başlayarak iki yöne doğru ilerler. Böylece bir replikasyon kabarcığı oluşur.

► Replikasyon kabarcığının her bir ucunda Replikasyon Çatalı bulunur.

► Replikasyon çatalında; ana DNA zincirleri DNA Helikaz enzimi ile çözülmüş durumdadır.

► Ana DNA ipliklerine bağlanan bazı proteinler; açılan ipliklerin tekrar birleşmesini önler.

► Bu DNA ipliklerinin her biri, yeni sentezlenecek DNA iplikleri için Kalıp İplik olarak görev yapar.

► Yeni DNA zincirinin sentezini kısa bir RNA Primeri başlatır.

► DNA Polimeraz enzimi; sadece RNA Primerinin 3' ucundaki nükleotitin karşısındaki kalıp DNA zincirine uygun nükleotiti ekler. Böylece yeni zincirlerden biri 5' ucundan 3' ucuna doğru kesintisiz olarak sentezlenir. DNA replikasyonunda; kalıp iplik 3' den 5' ne doğru iken yeni sentezlenen iplik 5' den 3' ne doğru kesintisiz sentezlenebilir. Kesintisiz sentez replikasyon çatalına doğru olur.

► Diğer kalıp ipliğin yönü ise 5' ucundan 3' ucuna doğrudur.  Bu durumda yeni sentezlenecek iplik 3' den 5' ne doğru olamaz. Dolayısıyla sentezlenecek yeni ipliğin yönü replikasyon çatalından uzaklaşacak şekilde ters yönde olur. Yani replikasyon çatalına doğru değil de çataldan uzaklaşak şekilde sentez olur. Replikasyon çatalı yönüne doğru olmayan yeni iplik sentezinde kesintili ve parçalı iplikler sentezlenir. Bu parçaların her birine Okazaki Parçaları denir.

► Okazaki parçalarının her biri için ayrı bir RNA Primeri görev alır.

► Her yeni RNA primerin 3' ucuna, DNA Polimeraz III enzimi bir nükletotit ekler ve sentezi gerçekleştirir.

► Sentez tamamlandıktan sonra RNA primerleri DNA Polimeraz I enzimi ile çıkarılır.

► DNA Polimeraz I enzimi; eksik nükleotitlerin yerine yenisini koyarken, DNA Ligaz enzimi ise yeni sentezlenen DNA ipliğindeki Okazaki Parçalarını birbirine bağlar.

► Böylece her iki zincirde eksiksiz olarak sentezlenmiş olur.

DNA kendini yarı korunumlu (Semikonservatif) olarak eşler

DNA'nın Yarı Korunumlu Eşlenmesi

► DNA'nın her bir ipliği kalıp görevi yaparak karşılarına yeni DNA iplikleri oluşturur. Böylece eşlenme boyunca ana iplikteki DNA'lar korunmuş olur. Bu olaya DNA'nın Yarı Korunumlu Eşlenmesi denir.

► DNA'nın yarı korunumlu eşlenme modelini Matthew Meselson (Methiv Meselsın) ve Franklin Stahl (Franklin Sıtal) yaptıkları çalışmalarla açıklamışlardır.

♦ Çalışmalarında E.coli bakterilerini kullanmışlardır.

♦ E.coli bakterilerini çoğalttıkları ortamlara azotun izotopunu ekleyerek deneyler yaptılar.

♦ İzotop; atom ve proton numaraları aynı kütle numaraları farklı olan elementlere denir. Örneğin; ¹⁴N ve ¹⁵N birbirinin izotopudur.

♦ Bilindiği üzere azot DNA'nın yapısında bulunan en önemli elementlerden biridir. Yarı korunumlu eşlenme deneylerinde bakterilerden aşağıdaki azotlu DNA'lar elde edilmiştir.

¹⁴N¹⁴N ise normal azotlu DNA,

¹⁵N¹⁵N ise ağır azotlu DNA,

¹⁴N¹⁵N ise melez DNA 

♦ Bu DNA'lar aynı tüpe konularak santrifüj edildiğinde deney tüpünde farklı bantlaşmalar oluşturdukları görülür.

♦ Buna göre santrifüj sonunda; ağır azotlu DNA'lar dibe çökerken, melez DNA'lar ortada, normal (hafif) DNA'lar ise en üstte yer alacak şekilde bantlaşma gösterirler.

Yarı konumlu eşlenme deneylerinde sırasıyla şu çalışmalar yapılmıştır.

1.Aşama:

► Ağır azotlu DNA bakterileri ağır azotlu (¹⁵N) ortamda çoğaltılıyor.

► Oluşan tüm bakteri DNA'larının  ¹⁵N (ağır azot) izotopunu taşıdıkları gözlemleniyor.

► DNA'lar santrifüj edildiğinde; tüpün alt kısmında bantlaştığı görülüyor.

2.Aşama:

► Normal azot taşıyan (¹⁴N¹⁴N) bakteriler ¹⁵N ağır azot bulunan bir kültür ortamında çoğaltılıyor.

► Yeni oluşan bakteri DNA'larının ¹⁵N (ağır azot) izotopunu taşıdıkları gözlemleniyor.

► İlk bölünme sonunda oluşan tüm bakteri DNA'larının (¹⁴N¹⁵N) Melez DNA'lar olduğu görülüyor.

► İlk bölünme sonucu oluşan bakteri DNA'ları santrifüj edildiğinde bunların deney tüpünün orta kısmında bantlaştığı (%100 melez DNA'lar olduğu için) görülmüştür.

3.Aşama: 

► Oluşan bu melez DNA'lar normal azot bulunan bir ortamda tekrar çoğaltılıyor.

► Sonuçta oluşan bakteri DNA'larının %50'sinin melez (¹⁴N¹⁵N) DNA'dan, %50'sinin ise normal (¹⁴N¹⁴N) DNA'dan oluştuğu görülüyor.

► Oluşan bu DNA'lar santrifüj edildiğinde; Melez DNA'ların ortada, normal DNA'ların üstte bantlaştığı görülüyor.