Nükleik Asitlerin Çeşitleri, Görevleri ve Organizasyonu

Nükleik asitler, canlı hücrelerde kalıtsal bilginin saklanmasından, nesilden nesile aktarılmasından ve hücrenin yaşamsal faaliyetlerinin (protein sentezi gibi) yönetilmesinden sorumlu, organik, büyük makromoleküllerdir. Bütün canlılarda DNA (Deoksiribonükleik Asit) ve RNA (Ribonükleik Asit) olmak üzere iki çeşit nükleik asit bulunur. Virüsler tam bir hücre yapısına sahip olmadıklarından onlarda sadece DNA ya da sadece RNA bulunur; ikisi aynı anda bulunmaz.

Nükleotit: Nükleik Asitlerin Yapı Taşı

Nükleik asitler, nükleotit adı verilen yapı taşlarının (monomerlerin) uc uca eklenmesiyle oluşan polimerlerdir. Bir nükleotidin yapısında üç temel kısım bulunur: 1. Azotlu Organik Baz: Karbon ve azot atomlarının halka oluşturmasıyla meydana gelir. İki çeşittir: - Pürinler: Çift halkalı, büyük moleküllerdir. Adenin (A) ve Guanin (G) bazlarıdır. Hem DNA hem de RNA'da bulunurlar. - Pirimidinler: Tek halkalı, küçük moleküllerdir. Sitozin (C/S), Timin (T) ve Urasil (U) bazlarıdır. Sitozin hem DNA hem RNA'da; Timin sadece DNA'da; Urasil ise sadece RNA'da bulunur. 2. Beş Karbonlu Şeker (Pentoz): RNA'da Riboz, DNA'da ise ribozdan bir oksijen atomu eksik olan Deoksiriboz şekeri bulunur. Zaten nükleik asitler isimlerini içerdikleri bu şekerden alırlar. 3. Fosfat Grubu (Fosforik asit): Hem DNA hem RNA'nın yapısına katılan ve nükleik asitlere asidik özellik kazandıran inorganik kısımdır.

Bu üç parça birbirine özel bağlarla bağlanır. Azotlu baz ile pentoz şekeri arasında glikozit bağı kurularak nükleozit oluşur. Nükleozite, şeker molekülü üzerinden bir ester bağı ile fosfat grubunun eklenmesiyle nükleotit elde edilir. Nükleotitler birleşerek nükleik asit zincirlerini oluştururken, bir nükleotidin şekeri ile diğerinin fosfatı arasında fosfodiester bağı kurulur.

Deoksiribonükleik Asit (DNA) ve Özellikleri

DNA, yaşamsal olaylar için gerekli bilgileri taşıyan ve kopyalayarak yavrulara aktaran yönetici moleküldür. Prokaryot hücrelerde (bakteri ve arkeler) sitoplazmada çıplak ve halkasal olarak bulunurken; ökaryot hücrelerde (insan, bitki, mantar) çekirdekte, mitokondride ve kloroplastlarda bulunur.

DNA'nın yapısı şu şekildedir: - Çift iplikli sarmal yapı: İki polinükleotit zinciri, ortadan zayıf hidrojen bağlarıyla birbirine bağlanarak sarmal (heliks) oluşturur. - Karşılıklı baz eşleşmesi: İki zincir birbirine bağlanırken daima bir pürin ile bir pirimidin karşı karşıya gelir. Adenin karşısına daima Timin, Guanin karşısına daima Sitozin gelir. Adenin ile Timin arasında 2'li, Guanin ile Sitozin arasında 3'lü zayıf hidrojen bağı kurulur. Bu yüzden DNA'sında G-C oranı yüksek olan canlıların DNA'sını yüksek sıcaklıkta ayırmak daha zordur. - Antiparalel uzanım: DNA'yı oluşturan iki zincir birbirine zıt yönde uzanır. Bir zincirin ucu 5' karbonu, diğer ucu 3' karbonu ile biterken; karşısındaki zincir tam tersi 3' ucundan başlayıp 5' ucuna doğru ilerler. Buna antiparalellik denir. - Kendini onarma ve eşleme: DNA çift zincirli olduğu için, zincirlerden birinde mutasyon (hata) olursa, diğer sağlam zincire bakılarak hata onarılabilir. Ayrıca hücre bölünmesi öncesinde kendini yarı korunumlu olarak kopyalayabilir (Replikasyon).

Ribonükleik Asit (RNA) ve Çeşitleri

RNA, DNA'daki genetik şifreye göre protein sentezini gerçekleştiren moleküldür. Prokaryotlarda sitoplazma ve ribozomda; ökaryotlarda ise çekirdek, sitoplazma, ribozom, mitokondri ve kloroplastta bulunur. Özellikleri: Tek zincirlidir, kendini eşleyemez ve onaramaz, yapısındaki şeker ribozdur, özel bazı urasildir. Bütün RNA çeşitleri DNA üzerinden, RNA polimeraz enzimi yardımıyla sentezlenir. Bu olaya Transkripsiyon (yazılma) denir. Görevlerine göre üç çeşit RNA vardır:

1. Mesajcı RNA (mRNA): Sentezlenecek proteine ait genetik bilgiyi (şifreyi) DNA'dan alıp sitoplazmadaki ribozomlara taşır. Hücredeki toplam RNA'nın %5'ini oluşturur. Üzerindeki her üçlü nükleotit grubuna kodon denir. Zayıf hidrojen bağı içermez. Tekrar tekrar kullanılabilir.
2. Taşıyıcı RNA (tRNA): mRNA'daki şifrelere uygun olan amino asitleri sitoplazmadan yakalayarak ribozoma taşır. Tek zincirli olmasına rağmen katlanmalar yaparak yonca yaprağı şeklini alır ve kendi üzerine katlandığı yerlerde zayıf hidrojen bağları içerir. Hücredeki RNA'ların %15'idir. Üzerindeki şifre okuyan üçlü gruba antikodon denir.
3. Ribozomal RNA (rRNA): Proteinlerle birlikte ribozom organelinin yapısına katılır. Sentezlenen proteinin yapısındaki amino asitler arasında peptit bağı kurulmasında görev alan enzim gibi çalışır (ribozim özelliği). O da katlanmalar yaptığı için yapısında zayıf hidrojen bağı bulundurur. Hücrede en çok bulunan RNA çeşididir (%80).

Hücredeki Genetik Materyalin Organizasyonu

Bir insanın hücresindeki DNA tamamen açılıp uç uca eklenseydi uzunluğu yaklaşık 2 metreyi bulurdu. Mikroskobik bir çekirdeğin içine (milimetrenin binde biri büyüklüğünde) bu devasa ipin sığabilmesi muazzam bir organizasyon ve paketleme sistemiyle mümkündür.

Kromozom, Kromatin, Gen ve Nükleotit İlişkisi: - Nükleotit: En küçük yapı taşıdır. - Gen: DNA üzerinde bulunan, yaklaşık 1500-2000 nükleotitten oluşan ve belirli bir kalıtsal karakterden sorumlu olan anlamlı şifre bölümleridir (Örn: Göz rengi geni). - DNA: Genlerin tamamını barındıran uzun çift sarmal zincirdir. - Histon Proteinleri: Ökaryot hücrelerde DNA, makaraya sarılan bir ip gibi histon adı verilen özel proteinlere sarılır. Bu yapı DNA'nın bükülüp sıkışmasını sağlar. (Bakterilerde histon proteini bulunmaz, ancak arkelerde bulunur). - Kromatin: DNA'nın histon proteinlerine sarılmış, ip yumağı şeklindeki ince, uzun ve karışık yapısına kromatin iplik denir. Hücre bölünme evresinde değilken çekirdeğin içi bu kromatinden ibarettir. - Kromozom: Hücre bölünmesi başlayacağı zaman, kromatin iplikler kısalıp kalınlaşarak, kendi üzerlerine katlanarak çok sıkı bir paket halini alır. Bu belirgin ve sıkı paketlere kromozom denir. Yani kromozom = DNA + Histon proteinleri kümesidir.

Büyükten küçüğe sıralama şöyledir: Kromozom > DNA > Gen > Nükleotit > Organik Baz. Bu muazzam paketleme sadece 2 metrelik DNA'nın küçük bir çekirdeğe sığmasını sağlamaz; aynı zamanda DNA'nın fiziksel hasarlardan korunmasına ve hangi genlerin ne zaman aktifleşeceğinin kontrol edilmesine (gen ifadesinin düzenlenmesi) olanak tanır.