DNA

DNA

1953 yılında Cambridge Üniversitesinden James Watson ve İngiliz Fizikçi Francis Crick'in DNA’nın üç boyutlu yapısına ait önerdikleri modele göre, çift zincirden meydana gelen DNA’nın bir eksen doğrultusunda sağa dönen çift sarmalı meydana gelmiştir.

Watson ve Crick

Önerilen DNA çift sarmalı birbirine antiparalel olarak devam etmektedir. Yani zincirlerden birinin 3’ ucu diğerinin 5’ ucu aynı tarafta bulunmaktadır. DNA’nın omurgasını oluşturan ve hidrofilik özelliğe sahip olan şeker ve negatif yüklü fosfat üniteleri çift sarmalın dışa bakan yüzünde ve kendilerini saran su moleküllerine dönüktür. Hidrofobik özelliğe sahip olan purin ve pirimidin bazları ise çift sarmalın içe bakan yüzünde ve ana eksene dikey olarak yer almışlardır. Çift sarmalın çapı 20 Angstromdur. Birbirini takip eden bazlar 36 derece dönüş göstererek dizilmekte ve 10 bazın arka arkaya gelmesi çift sarmalın bir tam dönüş yapmasına neden olmaktadır. Bir tam dönüşte çift sarmalın boyu 34 A uzanmakta ve her baz ise 3.4 A uzamakta ve her baz ise 3.4 A’luk bir boy artışı sağlamaktadır. DNA’nın iki zinciri bir eksen boyunca çift sarmal meydana getirmektedir. Ancak belirli baz çiftleri 20 A çapındaki çift sarmalın içine sığmaktadır. Eğer karşı karşıya duran bazlardan biri purin ise diğeri mutlaka pirimidin olmalıdır. İki purin bu yapı için büyük, iki pirimidin ise küçüktür. DNA yapısındaki adenin (A) daima iki hidrojen bağı ile timine (T), guanin (G) ise daima üç hidrojen bağı ile sitozine (C) bağlanmaktadır.

--

DNA çift sarmalını bir arada tutan iki kuvvet olup bunlardan birincisi birbirinin komplementeri olan bazlar arasındaki hidrojen bağları, ikincisi ise sarmalın içinde kalan korunmuş kısım ile sarmalın dışında ve oldukça polar özelliğe sahip kısım arasındaki hidrofobik etkileşimdir. Çift sarmalın kararlı bir durumda kalmasına hidrofobik etkileşimin büyük katkıları olmaktadır. Çift sarmalın omurgasını teşkil eden kısımda bulunan fosfat grupları pH 7.0’de negatif yüklüdür ve bu nedenle de nötr pH’da DNA molekülü kuvvetli asidiktir.

DNA'nın Değişik Formları

B DNA: DNA’ların çoğu B formundadır. Bu molekül sağa dönümlü bir sarmaldır. Hücrelerin içinde bulunduğu ortam gibi sulu ortamlarda baskındır. DNA çift sarmalı için ileri sürülen orijinal model sağ el heliks yapısı göstermektedir. DNA’daki sağ el heliks yapısı stereokimyasal 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. Çift zincirin bir tam dönüşünde yapıya 10 baz girmektedir. Baz çiftleri çift sarmal eksenine dikey olarak yer almış bulunmaktadır. Bu yapıdaki DNA ya B-DNA adı verilmektedir.
A DNA: A form da sağa dönümlüdür. Bu forma çift iplikli RNA ve DNA-RNA hibritlerinde rastlanır. Eğer sağ el çift sarmal yapı gösteren DNA molekülünün bir tam dönüş yapması için yapıya 11 baz girmiş ve baz çiftleri çift sarmal eksenine 20 derecelik bir açıyla yerleşmiş bulunuyorlarsa ve DNA molekülü su kaybetmişse bu yapıdaki DNA ya A-DNA adı verilmektedir.

Z DNA: Z-DNA sola dönümlü bir sarmaldır. Aşağıdaki gibi iki zincirde birbirinin yerine geçebilen pürin ve pirimidinlerin yer aldığı polinükleotitlerde bulunur. Z-DNA’nın bir tam dönüş yapmasında zincir yapısına 12 baz girmektedir.

5'CGCGCG3‘
3'GCGCGC5‘

Tek zincirli nükleik asitlerde birbirinin tamamlayıcısı olan ve palindrom olarak bilinen dizilerin varlığı bu bölgelerde molekül içi baz çiftlerinin oluşmasına yol açar. DNA’da da meydana gelebilmekle beraber en çok tRNAlar ve rRNAlar bu tip diziler içerirler.
H DNA: DNA ve RNA’nın üçlü sarmal şekli, H-DNA olarak adlandırılır. H-DNA’yı tercih eden dizilerde pirimidinler bir zincirde, pürinler diğer zincirde yoğunlaşmıştır. Üçlü sarmal H-DNA’da bazlar (örneğin A) hem kendi tamamlayıcılarıyla (örneğin T ile) eşleşirler. Hem de (örneğin başka bir T ile) Hoogsteen eşleşmesi olarak bilinen başka bir eşleşme oluştururlar

DNA ile ilgili Özet Bilgiler

Yapılan çok sayıda araştırmalardan aşağıdaki sonuçlar ortaya çıkmıştır:

1. Aynı bir türün değişik dokularından kaynaklanan DNA’lar aynı baz kompozisyonuna sahiptirler.
2. DNA’ların baz kompozisyonu türden türe değişir.
3. Bir türün DNA’larının baz kompozisyonu ne yaşla ne beslenmeyle ve nede yaşadığı ortamın değişmesiyle değişmez.
4. İncelenen hemen tüm DNA’larda adenin artığının sayısı timin artığının sayısına (A=T), Guanininki de sitozininkine (G=C) eşittir. Buradan hareketle purin artıklarının toplamı pirimidin artıklarının toplamına eşittir denebilir. (A+G)=(C+T)
5. Yakın türlerine DNA’ları benzer baz kompozisyonuna sahiptirler. Halbuki birbirinden çok uzak türlerinkiler ise çok farklı baz kompozisyonu sergilerler. Türlerin taxonomik bir sınıflandırmasında bazların kompozisyonundan yararlanılabilir.

DNA ve RNA'ların Fonksiyonları

DNA’lar oldukça uzun moleküller olup dört farklı deoksinukleotidin her organizma için karakteristik olan belli bir sırada birbirine bağlanarak dizilmesi ile meydana gelmişlerdir. DNA’lar genellikle çift sarmallı yapıya sahiptirler. Prokaryotik hücreler dairesel şekilde DNA’dan meydana gelmiş bir romozoma sahiptirler. Bu DNA molekülü luplar ve super sarmallar meydana getirerek “Nuklear Zon” adı verilen bölgede toplanmış ve paketlenmiştir. Prokaryotik hücrelerin, nukleik asitleri etrafında bir membran bulunmaz. Bu hücreler bariz birnukleusa sahip değillerdir.
Eukaryotik hücreler, prokaryotik hücrelere nazaran dah abüyük ve pek çok dNA molekülüne sahiptirler. Eukaryotik hücrelerin DNA’ları proteinlerle birleşerek kromatin iplikçiklerini oluşturmuş ve iki katlı nukleus membranı tarafından sarılmıştır. Bu nedenle eukaryotik hücreler iki katlı membran ile sarılmış bariz bir nukleusa sahiptirler. Bir canlıda bulunan DNA molekülleri, o canlının hayatı boyunca hangi proteinleri ve RNA’ları, organizmanın hangi vücut bölgesinde ve ne zaman sentez edeceğini, hangi doku ve organları oluşturacağını ve o canlının ne tip bir kişiliğe sahip olacağını tayin edebilecek bilgileri yapısında saklı olarak bulundurmaktır. DNA Molekülleri genellikle nukleusta bulunmaktadır. Fakat bazı nadir hallerde sitoplazmada ekstrakromozomal genetik materyal olarak ta yer almaktadır.
Genetik materyal olarak viruslar DNA ve RNA ihtiva ederler. Doğada bakteri, hayvan ve bitki viruslarına rastlanmaktadır. Viral nukleik asitler bakteri DNA’ları ile kıyaslandığı zaman oldukça küçük boyda kalmaktadır. Viral genetik materyal ancak virus partikülünün yapısında bulunması lazım gelen karakteristik proteinleri sentez edecek ve konakçı hücre içinde virus nukleik asitinin sentezini sağlayabilecek genlere sahiptir. Bu nedenle viral nukleik asitlerin boyları kısadır.
RNA’lar ribonukleotitlerin birbirine bağlanması ile meydana gelen tek zincirli nukleik asitlerdir. DNA molekülleri ile kıyaslandığı zaman boyları daha kısadır. Hemen hemen bütün hücrelerde bol olarak bulunmaktadırlar. Gerek prokaryotik gerek eukaryotik hücrelerde genellikle üç ana sınıf RNA’ya rastlanmaktadır. Bunlar mesencır RNA (mRNA), ribozomal RNA (rRNA) ve transfer RNA (tRNA) dır. Bütün RNA’lar tek zincirli özel bir baz dizisine karakteristik bir molekül ağırlığına sahip ve belirli bir biyolojik fonksiyonu yerine getirmektedir.

1. mRNA : Tek şerit halinde olup toplam RNA’nın %1-3’ünü teşkil eder. Nükleolusta ve stoplazmada bulunur. Yarı ömrü DNA’dan kısadır. Nükleusdaki DNA’dan proteine genetik haberin tışıyıcısıdır. DNA’da saklı bulunan genetik bilginin, protein yapısına aktarılmasında kalıplık görevi yapan aracı bir moleküldür. MRNA ribozomlara tutunur ve DNA’dan aldığı genetik şifreye göre sentezlenecek proteinin amino asit sırasını tayin etmektedir. Her mRNA molekülü, DNA üzerinde bulunan ve gen adı verilen belirli bir bölge ile komplementerlik göstermektedir. Tek bir eukaryotik hücre yaklaşık 10.000 farklı mrNA molekülü ihtiva etmekte ve bunların her birinden bir veya daha fazla polipeptid zinciri sentezlenmektedir. Eukaryotik mRNA7nın 5’ ucunda 7-metilguanin 37 ucunda ise poli AAAA ........ uzantısı bulunmaktadır.
2. tRNA : Kıvrılmış yaprak şeklinde olup toplam RNA’nın %15-20’sini teşkil eder. Sitoplazmada bulunur. Protein biyosentezi için gerekli amino asitleri taşır. tRNA’lar da ribonukleotitlerin polimerize olması ile meydana gelmiş çok kıvrılmalar gösteren ve tek zincirli yapıya sahip bir RNA çeşididir. TRNA’lar yonca yaprağına benzeyen üç boyutlu yapılarında yer yer çift sarmallı bir durum göstermektedir. Zincirde yer alan ribonukleotit sayısı 70 ile 99 arasında, molekül ağırlığı ise 23.000 ile 30.000 dalton arasında değişmektedir. Doğada yer alan 20 amino asitin her biri için en az bir tRNA molekülü bulunmaktadır. TRNA’lar adaptörlük görevi yaparak bir uçlarına bağladıkları amino asiti, ribozoma tutunmuş mRNA’nın taşıdığı kodona göre polipeptit zincirine dizerler. TRNA’lar üzerinde bulunan ve üçlü bazdan meydana gelen ve kodon adı verilen bölgeye geçici bağlanarak amino asitlerin mRNA üzerindeki şifreye göre doğru bir şekilde dizilmelerini temin etmektedirler.
3. rRNA : Toplam RNA’nın %80’ini teşkil eder. Endoplazmik retikulum üzerinde yer alan ribozomlarda bulunur. Protein biyosentezinde tRNA ile mRNA’larla ortak hareket eder. rRNA’lar ribozomların ana yapısal elementi olup yaklaşık olarak ribozom ağırlığının % 65’ini teşkil ederler. Prokaryotik hücrelerde 3 çeşit ve eukaryotik hücrelerde ise 4 çeşit rRNA bulunmaktadır. Ribozomal rNA’lar ribozomların yapı ve fonksiyonlarında önemli roller oynamaktadır.

Bunlara ilave olarak eukaryotik hücrelerde iki çeşit RNA daha bulunmaktadır. Bunlardan birincisi heterojen nuklear RNA (hnRNA)’lardır. Bunlar eukaryotik hücrede sentezlenen ve prosese uğramamış öncül mRNA moleküllerdir. İkincisi ise küçük nukleak (snRNA)’dır ve yine öncül mRNA moleküllerinin metabolzmasında oluşmaktadır.

Plazmidler

Bazı bakteriler nuklear zon bölgesinde paketlenmiş kendi DNA’larından başka sitoplazmalarında serbest olarak dolaşan küçük dairesel plasmidler adı verilmektedir. Bakterilerin binlerce gen ihtiva etmelerine karşılık pek çok plasmid ancak birkaç gen bulundurmaktadır. Bununla beraber bazı hücrelerdeki plasmidler oldukça büyüktür. Bakterilerin çoğalması esnasında plasmidler de kendi benzerlerini sentez ederler ve oğul bakterilere geçerler. Plasmidler çoğu kez sitoplazmada serbest dolaşırken bazen bakterilere rezistanlık kazandırmaktadır. Örneğin kromozomuna plasmit DNA's’ yapışmış olan bakteri veya sitoplazmasında serbest plasmid dolaşan bakteri tetrasiklin ve streptomisin antibiyotiklerine karşı, rezistanlık kazanmış olabilir. Bu durumlarda bu tip bakteriler ancak hassas oldukları antibiyotikler tarafından öldürülür. Aksi taktirde yaşamaya devam ederler ve hastalık etkeni iseler hastalıkda tedavi edilmemiş olur. Bu nedenle antibiyotikler antibiyogram yapılmadan ve hastalık etkeni bakterinin hassas olduğu antibiyotik tayin edilmeden rastgele kullanılmamalıdır. Ayrıca antibiyotik kullanırken 5-7 gün kanda devamlı bir konsantrasyonda bulunması sağlanarak ara verilmeden kullanılmalıdır. Plasmidler bugün gen mühendisliğinde de kullanılmaktadır. Bakteriler içinde çoğalan plasmidlerin izole edilmeleri mümkündür. İzole edilen plasmid DNA’ları bir yerinden kırılarak başka bir hücreden alınan veya mRNA’dan sentezlenen gen bu bölgeye yerleştirilerek tekrar ait oldukları bakteriye nakledilirler. Bu geni alan bakteri yeni bir protein sentezlemektedir.

Viruslar

Hayatın başlangıcında yer alan struktürlerdeki gibi değerlendirilen viruslar başlıca nükleik asit bileşikleri ve çeşitli sayıda spesifik protein alt ünitelerinden oluşmuş partiküllerdir. Bunlar spesifik konakçı hücrelerine penetre olduklarında replikasyon özelliklerini yönetme yeteneğine sahiptirler. Viruslar hayvanları, bitkileri ve bakteri hücrelerini enfekte edebilirler. Bakteri virusları bakteriyofajlar olarak da adlandırılır. İnsanda poliyomyelit, grip, AIDS ve basit nezle gibi bir kısım hastalıklar viruslarla bulaşır. Bazı kansen tiplerine neden oldukları yada en azından bazı hayvan türlerinde viruslarla bulaştığını düşünmede haklı nedenler mevcuttur.
Viruslar oldukça yüksek partikuler ağırlık gösterdikleri halde homojen olarak büyük kısmı kristalize halde izole edilebilirler. Virul partiküller yada viriyonlar spesifik konakçı hücrelerin yüzeyine bağlanmaya ve viriyonun enfeksiyöz kısmı olan nükleik asitlerini stoplazmaya enjekte etmeye yeteneklidirler. Viral nükleik asit daha sonra konakçı hücrenin biyosenteziyle ilgili sistemlerin tümünü tekeline alır ve onu konakçı hücrenin normal proteinlerinin ve nükleik asitlerinin aleyhine virusların moleküler bileşiklerini üretmeye zorlar. DNA’lı virusların DNA’sı, konakçı hücreye penetrasyondan sonra matrisin komplemanter bir mRNA’nın transkripsiyonuna neden olur. Bu mRNA daha sonra konakçı ribozomal aygıtın yararına işe el koyar ve böylece viral proteinleri ve viral DNA’nın sentezinde gerekli enzimleri sentezler. RNA’lı virusların RNA’sı konakçı hücrelerin ribozomlarına bu hücrelerin mRNA’larından daha etkili bir şekilde bağlanır. Peşinden viral kapsülün proteinlerinin sentezi için ve viral RNA’nın replikasyonunda gerekli enzimler için ana kalıp gibi etkir. Bazı olaylarda, viral RNA çeşitli viral proteinlerin sentez sırasını kodlayan DNA sentezletmeye yarar.