Hücre tarafından sentezlenen en büyük organik moleküllerdir.yapılarında C, H, O, N ve P bulunur. İlk kez hücrenin çekirdeğinde bulundukları için isimlerine çekirdek (nükleus) asiti yani nükleik asit denilmiştir. En fazla çekirdekte bulunmalarına rağmen hücrenin diğer organellerine de dağılmıştır. Nükleik asitler organizmanın genetik bilgi deposudur. Protein, karbonhidrat ve yağ gibi diğer organik moleküllerden farklı kalıtımla ilgili olmalarıdır. Çünkü kromozomların veya kromotid ipliklerinin yapısında DNA bulunur. Tüm canlılarda bulunan yönetici moleküller denmesinin nedeni de hücre yapısında ve metabolizmasında çok önemli rol oynayan protein ve enzim gibi moleküllerin sentezini yönetmeleridir.
NÜKLEİK ASİTLERİN GENEL YAPISI
Bütün nükleik asitler nükleotid denilen yapı birimlerinden meydana gelmişlerdir. O halde DNA ve RNA birer polinükleotid zinciridir. Nükleotidler, azotlu baz, beş karbonlu bir şeker, ve fosforik asitten meydana gelirler.
a. Azotlu bazlar: Pürin ve pirimidin bazları olmak üzere iki gruba ayrılırlar.
Bunlardan pürin bazları iki halkalıdır. Bu bazlar hem DNA’nın hem de RNA’nın yapısında bulunan Adenin(A) ve Guanin(G) bazlarıdır.
Pirimidin bazları tek halkalıdır. Bunlardan Sitozin(S) hem DNA da hem de RNA da bulunduğu halde, Timin (T) sadece DNA da, Urasil (U) ise sadece bulunur.
b. Beş karbonlu şekerler: Riboz ve deoksiriboz olmak üzere iki çeşittir. Riboz şekeri RNA’nın yapısında, deoksiriboz şekeri de DNA’nın yapısında bulunur.
c. Fosforik asit: DNA ve RNA da aynı yapıda bulunur.
Nükleotidler, yapısında bulunan organik baza ve şekere göre isimlendirilirken, nükleik asitler sadece şekere göre isimlendirilir.
Nükleotidler alt alta dizilerek fosfat-şeker bağlarıyla birbirlerine bağlanırlar. Bu şekilde DNA veya RNA zincirlerini meydana getirirler.
Her nükleotidin birbirine bağlanması sırasında bir molekül su açığa çıkar. Oluşan yapı nükleotid zinciridir. RNA’lar bir zincirden DNA’lar ise iki zincirden oluşur.
DEOKSİRİBO NÜKLEİK ASİT (DNA)
Hücredeki hayati olayları yönetir. Genelde çekirdekte bulunan DNA’nın kloroplast ve mitokondride de varlığı saptanmıştır. Ancak organeller de bulunan DNA’lar hücrenin kalıtım materyali sayılmazlar. Çekirdek DNA’sına bağlı olarak aktivite gösterirler.
DNA’nın sarmal yapısı
1. DNA’NIN YAPISI
DNA molekülü sarmal (=heliks) şeklinde bir moleküldür. Merdivenin kenarlarını deoksiriboz şekeri ve fosfat molekülleri meydana getirir. İki kolun arasındaki merdiven basamaklarında her zaman Guaninin karşısına Sitozin gelirken, Adenin karşısına da Timin gelir. Hem Adeninle Timin, hem de Guaninle Sitozin zayıf hidrojen bağları ile birbirine bağlanırlar. Adeninle, timin arasında iki tane hidrojen bağı bulunurken, Guaninle, Sitozin arasında üç tane hidrojen bağı vardır.
Tüm DNA örneklerinde toplam pürin miktarı toplam pirimidin miktarına(A+G=T+S) eşittir.
2. DNA ŞİFRESİ
DNA’daki zincirler üzerinde nükleotidlerin diziliş sırası her canlı türünde, hatta aynı türün fertleri arasında farklılık gösterir. Aynı ana babadan meydana gelen kardeşlerde bile farklı dizilişler vardır. İşte bu farklı diziliş DNA şifresini oluşturur.
Bu şifreden dolayı farklı genler ve farklı kromozom yapıları meydana gelir. DNA, taşımış olduğu bu şifrelerle çok geniş bir bilgi deposu oluşturur.
Bir insan kromozomundaki nükleotid sırası, sadece harflerle A,G, T, C, G, T,…. diye yazılacak olsa 2.000 sayfalık bir kitap oluşturulabilir. İnsanın bir hücresinde 46 kromozom olduğuna göre 46 ciltlik bir ansiklopedi meydana gelir ki harflerin yan yana dizilmesiyle oluşan anlamlar ve ona göre yapılacak işler daha farklıdır. O halde kromozomlar canlının şifre yüklü mikro bilgisayarlarıdır denebilir.
3. DNA’NIN GÖREVLERİ
DNA’nın görevleri iki başlık altında toplanabilir.
• Birincisi, kendini eşleyerek üremeyi ve kalıtsal bilginin aktarılmasını sağlamak.
• İkincisi, protein sentezlenmesini sağlayarak hücredeki metabolik olayları yönetmek.
DNA’NIN EŞLENMESİ VE KALITIM GÖREVİ
Bir hücrenin bölünerek yeni hücreler meydana getirebilmesi için DNA’nın kendini eşlemesi gerekir. Hücrede DNA’ların eşlenmiş olması hücrenin bölüneceğini gösterir. Bunun için eşlenecek bir DNA ‘da sarmal yapı bir ucundan açılmaya başlar. Açılan zincirlerin karşılarına ortamdaki nükleotidler uygun olarak bağlanırlar. Bu bağlanmalarda DNA polimeraz enzimi görev yapar. Bu şekilde sarmal yapının çözülmesi ve eş zincirlerinin oluşması DNA’nın tamamı eşleninceye kadar devam eder. Sonuçta aynı genetik şifreleri taşıyan iki DNA oluşur.
DNA’lar eşlenirken ana iki zincir her zaman korunur. Yeni zincirler ortamdaki nükleotidlerden sentezlenir. Bu olaya DNA’nın ‘yarı korunumlu’ olarak eşlenmesi denir. Ortamdaki moleküller izotop ise yeni
zincirlerde izotop olur. İzotop molekül taşıma, şifreyi etkilemez. DNA’nın kendini yarı korunumlu ve doğru olarak eşlediği izotop tekniğiyle anlaşılmıştır. Bunun için DNA’nın eşleneceği ortamdaki Deoksiriboz, Fosfat, Azot ve Bazlar izotop hale getirilerek deney yapılmaktadır.
DNA’NIN YÖNETİCİLİK GÖREVİ
Canlı hücrelerde hayatın devamı binlerce farklı reaksiyonun gerçekleşmesiyle sağlanmaktadır. Farklı farklı olan bu reaksiyonların hepsi canlının vücut sıcaklığında gerçekleşebilmektedir. Hem de canlının yaşaması için bu reaksiyonların çok hızlı olması gerekmektedir.
Bu kadar hızlı reaksiyonun belli sıcaklıkta çok hızlı gerçekleşmesini sağlayan biyolojik katalizörler olan enzimlerdir.
Enzimler ise protein yapıda olup DNA şifrelerine göre sentezlenirler. İşte DNA, her türlü enzim ve protein sentezi için şifre vermekle, hücredeki olayları da dolaylı yönden kontrol etmiş olur. Hücrede çekirdeğin yani DNA’ların yönetici yapı olduğu çeşitli deneylerle ispatlanmıştır.
RİBO NÜKLEİK ASİT
DNA’da olduğu gibi nükleotidlerin birbirine bağlanmasından meydana gelmiş polinükleotid yapıda bir moleküldür. DNA’dan farklı olarak tek zincirden oluşur ve yapısında Riboz şekeri ile Urasil bazı bulundururlar.
Hem çekirdek hem de sitoplazmada bulunurlar. Kendilerini eşleyemezler. Bütün çeşitleri DNA üzerinde, onun şifrelerine göre sentezlenir. Üç çeşidi vardır. Hepsi de protein sentezinde görev alarak hücre yönetiminde rol oynarlar..
1. MESAJCI (mRNA)
haberci RNA dır. Sentezlenecek proteinle ilgili bilgiyi DNA’dan alarak sitoplazmadaki ribozomlara götürür. Ribozomlarda protein sentezine kalıplık yapar. Proteinlerin yapısını oluşturacak amino asitler mRNA şifresine göre bağlanırlar. DNA her protein çeşidi için farklı kısımlarından farklı mRNA’lar sentezletir. Bir mRNA aynı tür proteinin sentezinde tekrar tekrar kullanılır. DNA’dan mRNA sentezlenmesine, transkripsiyon denir. mRNA üzerindeki nükleotidler üçlü baz grupları halinde bulunur. Bu gruplara kodon denir. Her kodon bir amimoasit şifreler.
2. TAŞIYICI RNA (tRNA)
Protein sentezinde kullanılacak olan amino asitleri sitoplazmadan alarak ribozomlara taşımakla görevlidirler. tRNA’ların şekli üç yapraklı yoncaya benzer.
Bir ucuna amino asit bağlanır.diğer ucunda ise mRNA ile uyum sağlayacak üçlü nükleotid dizisi antikodon vardır. Her tRNA çeşidi ancak bir çeşit amimoasidi bağlayabilir. Bir hücrenin tRNA çeşidi o hücrenin DNA’larındaki kodon çeşidi kadardır. Çünkü tRNA’lar DNA üzerinde sentezlenir.
3. RİBOZOMAL RNA (rRNA)
Aktif bir görevi olmayıp %40 oranında ribozomların yapısına katılırlar. Ribozomların %60’lık yapısını ise proteinler oluşturur.
Hücredeki RNA’ların %80’ini rRNA, %15’ini tRNA ve %5’ini mRNA oluşturur. Bu oranlara bakarak mRNA’nın hücrede sürekli bulunmadığını sadece protein sentezi öncesi sentezlenip, sentezinden sonra tekrar yıkıldığını söyleyebiliriz. tRNA’ların sentezi de protein sentezi sırasında artar.
DNA Ve RNA’nın Karşılaştırılması
DNA
Çekirdek, mitokondri ve kloroplastta bulunur.
Yapısında deoksiriboz şekeri bulunur.
A, G, S, T nükleotidleri bulunur.
Kendine özgü bazı Timin’dir.
Kalıtımı sağlar. Protein sentezinde emir verir.
Çift sarmallı yapıya sahiptir.
Kendini eşler.
Hidroliz enzimi DNA azdır.
RNA
Çekirdek, çekrdekçik, sitoplazmada , ribozom, mitokondri ve kloroplastta bulunur.
Yapısında riboz şekeri bulunur.
A, G, S, U nükleotidleri bulunur.
Kendine özgü bazı Urasildir.
Protein sentezinde görevi vardır.
Tek sarmallı yapıya sahiptir.
Kendini eşleyemez.DNA tarafından yapılır.
Hidroliz enzimi RNA azdır.
GENETİK ŞİFRE – PROTEİN SENTEZİ
Nükleik asitler, proteinlerle ilgili biyolojik bilgileri taşıyan moleküllerdir. Bir hücrede sentezlenecek proteinin yapısına katılacak amino asit sayısı, yeri ve çeşidi ile ilgili bilgiler, o hücredeki DNA’da bulunmaktadır. Her türün genetik bilgisinin farklı olması bundan kaynaklanmaktadır. Öncelerin proteinlerin çekirdekte sentezlendiği biliniyordu. Ancak proteinlerin sitoplazmada bulunan ribozomlarda sentezlendiği anlaşılınca, dikkatler RNA’ya çevrildi. Çünkü DNA, çekirdekteki kromozomlarda bulunduğuna göre, protein sentezini bizzat düzenlemesi imkansızdı. DNA’dakişifreyi kopya edip sitolazmaya geçerek bu şifreyi uygun protein molekülleri sentezleyebilecek aracı moleküllere ihtiyaç olduğu açıkça görülyordu. Bu aracı moleküller, RNA’dan başkası olamazdı.
Bir hücre bölüneceği zaman DNA kendini eşler ve hücredeki miktarı iki katına çıkar(replikasyon). DNA’da depo edilmiş olan bilgi genetik şifreler halinde mRNA’ya aktarılır. Bu olaya Transkripsiyon denir. Protein sentezi sırasında mRNA’nın ribozomlara getirdiği şifreye uygun protein sentezi yapılır. Buna da Translasyon denir. Görüldüğü gibi bilgi akımı DNA’dan mRNA’ya ve protein sentezine doğrudur. Bu olayların tümüne santral doğma denir. DNA’nın kendini eşlemesi sırasında oluşacak olan mutasyonlar kalıtsalıdır ve hücrelere aktarılır. Ancak transkripsiyon ve translasyon sırasındaki hatalar kalıtsal değildir.
PROTEİN SENTEZİNİN KADEMELERİ
1. mRNA’nın sentezlenmesi:
2. Bilginin sitoplazmaya aktarılması
3. Ribozomun aktifleştirilmesi
4. tRNA’ların aktifleşmesi
5. Aminoasitlerin aktifleşmesi
6. mRNA – tRNA eşleşmesi
7. Şifrelerin okunması
PROTEİNLERİN ÇEŞİTLİLİĞİ
Proteinlerin molekül yapılarının farklı olmasında şu faktörler rol oynar.
• Proteindeki amino asit sayısı
• Proteinde yer alan amino asit çeşidi
• Amino asitlerin proteindeki yeri