Nükleik Asit (Genetik Malzeme)

'Diğer Mesleki Bilgiler' forumunda NeslisH tarafından 5 Haziran 2009 tarihinde açılan konu

  1. NeslisH

    NeslisH Özel Üye

    Sponsorlu Bağlantılar
    Nükleik Asit (Genetik Malzeme) konusu

    Nükleik asitler, bütün canlı hücrelerde ve virüslerde bulunan, nükleotid birimlerden oluşmuş polimerlerdir. En yaygın nükleik asitler deoksiribonükleik asit (DNA) ve ribonükleik asit (RNA)'dır. İnsan kromozomlarını oluşturan DNA milyonlarca nükleotitten oluşur. Nükleik asitlerin başlıca işlevi genetik bilgi aktarımını sağlamaktır, ancak bazı RNA türleri katalizör olarak da işlev görürler.



    RNA'yı oluşturan kimyasal gruplar:
    • P, fosfat
    • Z, riboz şeker
    • A, C, G, U, sırasıyla adenin, sitozin, guanin ve urasil
    Zincirin doğrultusu şekerlerin 5' ve 3' karbonlarının sırası tarafından belirlenir.

    Nükleik asitler başlıca hücre çekirdeğinde bulunmalarından dolayı keşfedildiklerinde bu şekilde adlandırılmışlardır. Bu polimerleri oluşturan nükleotid birimlerin her biri üç bölümden oluşur: 1) Azotlu heterosiklik bir baz, 2) beş karbonlu (pentoz) bir şeker ve 3) bir fosfat grubu. RNA'da bulunan şeker riboz, DNA'da ise deoksiribozdur. DNA ve RNA içerdikleri azotlu bazlarda da farklılık gösterirler: adenin, guanin ve sitozin her ikisinde, timin yalnızca DNA'da, urasil ise yalnızca RNA'da bulunur.
    RNA molekülleri ilk sentezlendiklerinde bu dört temel bazdan oluşmalarına rağmen bazı RNA türleri sonradan enzimler tarafından modifikasyona uğrarlar ve başka tür bazlar da içerebilirler. RNA moleküllerinde bulunan, değişime uğramış (modifiye) baz türlerinin sayısı yüze yakındır.
    Nükleik asitlerin dizinleri onları oluşturan nükleotitler bir harflik kısaltmalarla yazılırlar. Adenin, sitozin, guanin, timin ve urasilin kısaltmaları sırasıyla, A, C, G, T ve U'dur. Dizinin yazılış yönü şekerlerin 5' ve 3' karbonlarının zincir üzerindeki sırasına göredir, bilimsel konvansiyonda dizinler şekerlerin 5'-3' karbonlarının doğrultusunda okunurlar.
    Nükleik asitler tek bir zincirden oluşabildikleri gibi birbirine sarılmış iki zincirden de oluşabilirler. Spiral merdiven görünümlü bu yapıya çift sarmal denir. Çift sarmallı bir nükleik asitteki iki zincir aralarında oluşmuş hidrojen bağları ile birbirlerine bağlıdırlar. Bazı tek zincirli nükleik asitler de kendi üzerlerine katlanıp iki sarmallı bölgeler oluşturabilir. DNA genelde çift sarmallı olmakla beraber bazı virüslerin içerdikleri DNA tek zincirlidir. RNA molekülleri de genelde tek zincirden oluşmakla beraber bazı virüslerin içinde çift sarmallı RNA bulunur.
    Nükleik asit zincirindeki şeker ve fosfat grupları değişimli olarak birbirine bağlıdır, oksijen atomlarının paylaşılmasıyla oluşan bu bağlara fosfodiester grubu denir. Fosfat grupları şeker molekülünün 3' ve 5' karbon atomlarına bağlıdır. Azotlu bazlar pentoz halkasının 1' karbonuna bağlıdır.
    Çift sarmallı nükleik asitlerde şeker-fosfatlı zincirler silindirik yapının dışında yer alır, azotlu bazlar ise bu yapının ortasına doğru uzanarak birbirleriyle hidrojen bağları oluştururlar. Hidrojen bağı kurmuş her bir baz çiftindeki bazlardan biri pürin sınıfından, öbürü pirimidin sınıfındandır, bunların toplam uzunluğu sabittir. Genelde çift sarmalın genişliği onu oluşturan baz dizininden bağımsız ve sabittir. DNA'da adeninin her zaman timin ile, guanin de her zaman sitozin ile eşlidir. Bu baz çiftelerine tümleyici bazlar denir.
    Bu eşlenmenin gerçekleşmesi için iki zincir birbirlerine göre ters yönde akarlar. Yani iki sarmalın dizini iki satır olarak yazıldıklarında bir satırdaki dizin 5'-3' yönünde, öbür satırdaki ise 3'-5' yönündedir. Bu iki dizinden biri öbürünün tümleyici dizinidir.
    Baz eşlenmesinin bir diğer sonucu da iki zincirin birbirlerine sarılarak spiral merdiven gibi bir yapı oluşturmalarıdır. Bu çift sarmal genelde sağ el kuralına göre döner, bir dönmesinde 10 baz çifti vardır. James Watson ve Francis Crick DNA'nın bu üç boyutlu yapısını keşfedip 1962'de Nobel Tıp veya Fizyoloji ödülünü kazandılar.

    İşlevleri
    Nükleik asitlerin hücrede, bilgi depolama ve aktarımında önemli bir rol oynarlar. Dört temel taştan uzun polimerler oluşturabilmeleri, ayrıca bazların birbiriyle hidrojen bağı kurma özelliği, DNA'nın kendini eşlemesi, DNA'daki bilginin RNA'ya kopyalanması ve diğer önemli hücresel süreçlerde kullanılır.

    Bilgi Aktarımı
    Baz eşlenmesinin genetikte bilginin kopyalanması ve korunumunda çok önemli bir rol oynar. Hidrojen bağları, eşlenmiş bazları bir arada tutacak kadar güçlü, ancak iki nükleik asit zinciri ona etki eden çeşitli enzimler tarafından birbirinden kolaylıkla ayrılabilecek kadar zayıftır. Örneğin, DNA polimeraz enzimi tarafından katalizlenen DNA'nın kopyalanmasında iki zincir birbinden ayrılır, ve her bir bazın karşısına onu tamamlayıcı bazı içeren nükleotid yerleştirilerek yeni bir zincir oluşturulur. DNA'daki bilginin RNA'ya kopyalanması da benşâzer bir mekanizmayla gerçekleşir.
    Baz eşlenmesinin hücreye sağladığı bir diğer fayda, çift sarmalda bilginin iki kopya olarak saklı olmasıdır. DNA kopyalamasında meydana gelebilen hatalar bu sayede hücredeki hata kontrol mekanizmaları tarafından algılanıp tamir edilir.

    Yapısal

    DNA molekülünün çift sarmal yapısının aksine RNA, tek zincirli olmasından dolayı çok çeşitli şekiller alabilir. Bunları belirleyen, nükleotitlerinin diziliş sıralaması, yani dizinidir. Molekülün farklı bölgeleri tümleyici dizinlere sahipseler oralardaki bazlar birbirleriyle hidrojen bağları oluşturabilirler. Bu bölgeledeki nükleotitler yapısal bir görev görürler, molekülün diğer kısımlarının ilmik veya saç firketesi gibi şekillere girmelerini sağlarlar. Karmaşık üç boyutlu şekiller oluşturabilmek RNA'nın başka moleküllerle etkileşiminde ve katalitik işlevlerinde önemlidir.
    Bazı RNA molekülleri bir iskelet görevine sahiptir, çok sayıda proteinden oluşmuş komplekslerin biraraya gelmesi ve beraber kalmalarını sağlar. Bir örnek, protein sentezinde görev alan taşıyıcı RNA (tRNA) molekülleridir, bunların kendilerine has şekilleri hem ribozomdaki enzimler ve rRNA tarafından tanınmalarını sağlar hem de taşıdıkları aminoasitin ribozom üzerinde doğru noktaya yanaşmasını sağlarlar.

    Katalitik
    RNA molekülleri enzim gibi çalışabilirler. Bu moleküllerin üç boyutlu yapıları öyledir ki içerdikleri bazların reaktif grupları bir kimyasal reaksiyonu katalizleyebilecek bir konumdadır. Bazı mRNA molekülleri bu şekilde kendi kendilerini kesme özelliğine sahiptirler. Ribozomlardaki ribozomal RNA (rRNA) molekülü de aminotransferaz reaksiyonunu katalizleyerek protein sentezinin gerçekleşmesini sağlar.

    Gen İfadesinin Denetimi
    DNA ve RNA'nın içerdiği bazı dizinler DNA ve RNA'yı okuyan enzimlerin işleyişine etki edebilirler. Bu dizinleri tanıyan bir protein doğrudan oraya bağlanabilir. Bunun gen ifadesini etkisi duruma göre olumlu veya olumsuz olabilir. Mesajcı RNA (mRNA) durumunda, kendisiyle baz eşleşmesi yaparak oluşabilen çift sarmallı bir yapı ya bir proteinin ona bağlanmasına neden olabilir, ya da, aksine, üzerinde ilerlemekte olan bir ribozomun ondan ayrışmasına neden olabilir. MikroRNA (miRNA) adı verilen kısa RNA'lar ise mRNA ile eşleşerek çift sarmallı bir yapı oluşturur, bu da o mRNA'nın proteine çevirisini engeller.


    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.

    (Bkz. DNA)

    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
     

Bu Sayfayı Paylaş