Tıp Fakültesi Dönem I TEM 2

GENETİK MATERYAL
Prof.Dr. Davut ALPTEKİN
Genetik Materyal
 Kromozomlar hem nükleik asit hem protein
içerdiklerinden 1944’lü yıllara kadar genetik
bilgiyi hangi materyalin taşıdığı bilinmiyordu.
 DNA çalışmaları 1868 yılında Meischer ile
başlamıştır. Araştırıcı lökositlerin
nükleusundaki proteinleri pepsin ile sindirmiş ve
kükürt içermeyen asidik bir madde elde
etmiştir. Bu maddeye Nüklein adını vermiştir.
Aslında bu madde DNA’dır.
 1910 yılında PA Levene DNA’nın yapısında 4 azotlu
bazın 1:1:1:1 oranında bulunduğunu ileri sürmüş
ancak 1940 yılında Chargaff kuralı ile
çürütülmüştür.
 Feulgen 1914 yılında DNA’yı boyamış boyanın
rengi ile miktarı arasında ilişki olduğunu, aynı türe
ait DNA miktarının aynı olduğunu ancak eşey
hücrelerinde miktarın yarıya indiğini belirlemiştir.
 Griffith 1928 yılında Streptococcus pneumoniae’ye
karşı aşı çalışması yapmış ancak çalışmaları
moleküler genetiğin kapılarını açmıştır ve DNA’nın
genetik materyal olduğunu ispatlamıştır.
Friedrich Griffith’in Deneyi
 Bu denemeler sonucunda sıcaklık hücreyi
öldürmüş ancak genetik maddeye etkili
olmamıştır. Bu genetik materyal yeni bir
hücreye girerek onu zararlı hale getirmiştir.
Yani transforme olmuştur.
 Transforme olan genetik materyale
Transforming principle adını vermiştir.
 O yıllarda genetik maddenin protein olduğuna
inanılıyordu. Bu deney ile 1944 yılında
transforme principle’nin DNA olduğu
belirlenmiştir.
 1952 yılında da Hershey ve Chase’nin radioaktif
izotoplarla (32P ve 35S) yaptıkları çalışmalar ile
de desteklenmiştir.
 Bu çalışmalar doğrultusunda genetik materyalin
4 özelliğinin olması gerektiğini belirtmişlerdir.
1) Kendi kendini eşlemeli
2) Bilgiyi depo etmeli
3) Bilgiyi ifade etmeli
4) Mutasyonlarla değişiklikler oluşturmalıdır.
Hershey ve Chase’in Deneyi
NÜKLEİK ASİTLERİN YAPISI
Yüksek yapılı canlıların kromozomları nükleik
asitlerle histon tipi proteinlerin birleşmesinden
oluşur. Bunlardan yalnızca nükleik asitler kalıtsal
bilgiyi taşır. Histonların ise gen baskılama işinde
görev aldığı zannedilmektedir.
Nükleik asitler bilgi taşıyan makro
moleküllerdir ve organizmanın kalıtsal
materyalidir. Nükleotit adı verilen alt birimlerden
oluşur. Yapılarında C, H, O, N, P bulunur, DNA
ve RNA olmak üzere iki çifttir. Yapılarındaki
şeker moleküllerine göre adlandırılırlar.
Bir nükleotit de bulunan molekül grupları; 5
karbonlu bir şeker, fosforik asit ve azotlu bir
baz’dan oluşur.
 Nükleik asitlerin yapısında bulunan şekerler
nükleik asitlerin isimlerini oluşturur. Riboz da C2
pozisyonundaki OH- yerine deoksiribozda H+
bulunur.
 Şekerler, 5 C'lu pentozlardır. Riboz (C5H10O5) ve
Deoksiriboz (C5H10O4) olmak üzere iki çeşittir.
Riboz RNA'nın yapısında, Deoksiriboz ise DNA
yapısında bulunur. Farkı Deoksiribozda sadece
bir oksijen molekülünün eksikliğidir.
Azotlu bazlar iki gruptur. Karbon ve azot
atomlarından oluşan büyük ve çift
halkalılara Pürinler (Adenin, Guanin),
küçük ve tek halkalılara Primidinler
(Sitozin, Timin, Urasil) denir.
DNA’nın yapısında bulunan Timin RNA’da
bulunmaz. Bunun yerine RNA’da Urasil
vardır.
Baz ile şekerin oluşturduğu moleküle
Nükleozit, fosfat grubu eklendikten sonra
oluşan moleküle ise Nükleotit adı verilir.
Şekerin C1 atomuna azotlu bazlar
bağlanır. Ancak pürinler N9 atomu ile
primidinler N1 atomu ile bağlanır.
Fosfat grubu (Fosforik asit) ise şekerin
C3 ve C5 atomuna bağlanır.
Nükleotitler birbirlerine fosfodiester
bağları ile bağlanır. Bağın yönü 5’→ 3’
şeklindedir.
DNA’nın genetik materyal olarak
belirlenmesinden sonra Chargaff ve
arkadaşları 1949-53 yılları arasında
değişik canlıların genetik materyalini
incelemişler ve 4 bazın (A,T,G,C)
miktarını belirlemeye çalışmışlardır.
Chargaff ve arkadaşları sonuçta;
 DNA’nın yapısındaki 4 bazın eşit oranda
bulunmadığını, ancak A ile T’in, G ile C’in eşit
oranda bulunduğunu bildirmişlerdir.
 Yani A+T miktarı G+C miktarına eşit değildir.
 DNA’da ancak Pürinlerin toplamı (A+G)
primidinlerin (T+C) toplamına eşittir.
 A+T miktarının G+C miktarına eşit olması
gerekmez veya A+T/G+C=1 olması gerekmez.
Bu kurala Chargaff kuralı denir.
 X-ray yöntemi ile 1950-53 yıllarında Franklin
DNA’nın X-ray görüntülerini inceleyerek
DNA’nın 3.4 Ao’luk tekrar ile heliks biçiminde
olduğunu belirtmiştir.
 1953 yılında bütün bilinenleri dikkate alan
Watson ve Crick DNA’nın çift iplikli sarmallı
olup yuvarlak bir merdiven biçiminde olduğunu
açıkladılar.
 Fosfat ve şeker merdivenin kollarını
oluştururken, A=T ile iki H bağı ile G≡C ile üç
H bağı ile bağlanarak 20 Ao çapında merdiven
basamaklarını oluşturur.
DNA molekülü biri diğeri ile saat yönünde
sarmal yapan ve her tam dönüş de 10
nükleotit içeren iki daldan oluşur. Bu iki
dalın oluşturduğu sarmalın merdiven
basamakları purin ve primidin çiftleri ile
oluşur. Yani her basamakta bir purin birde
primidin bazı vardır. Bu bazlar eşleşerek çift
oluştururlar ve o nedenle de simetrik bir
sarmal ortaya çıkar.
Eğer bir dalda 5’-ATGCAATC-3’ varsa
karşı dalda 3’-TACGTTAG-5’ baz dizisi
olacaktır.
Watson ve Crick Modeline Göre
DNA’nın Özellikleri (B-DNA)
DNA çift iplikli, merkezi bir eksen etrafında sağa
dönüşümlü heliks yapısındadır.
Heliksin çapı 20 Ao’dur.
İki ipliğin bazları merkez eksene dik ve
birbirlerine 3.4 Ao’luk mesafe ile bağlanmışlardır.
İki iplik farklı yönde (Biri 5’→ 3’ yönündeyse
diğeri 3’→ 5’) antiparalel olarak uzanır.
Bazlar birbirlerine A=T ikili, G≡C üçlü hidrojen
bağı ile bağlanır.
Heliksin tam dönüşü 34 – 36 Ao uzunluğunda olup
10 baz çifti içerir.
B-DNA
DNA’nın Diğer Formları
 A-DNA; daha kompakt olup her turda 11
nükleotit içerir. 23 Ao çapındadır ve sağa
dönüşümlüdür.
 Yüksek tuzlu ortamlarda, dehidratasyon
koşullarında bulunur. Hücre içerisinde bulunup
bulunmadığı bilinmemektedir.
 Sağa dönüşümlü 3 DNA daha bulunur. Bunlar;
C, D ve E-DNA’dır. Laboratuvar koşullarında
keşfedilmişlerdir.
 C-DNA, A ve B-DNA’nın izolasyonunda
bulunduğundan daha fazla dehidrate koşullarında
oluşur. Her turda 9.3 nükleotit içerir. Çapı 19 Ao’dur.
 D-DNA ve E-DNA’nın baz kompozisyonlarında Guanin
ve Sitozin yoktur. Sadece A=T’den oluşmuştur. Her
turda 7,5- 8 baz çifti bulunur.
 Z-DNA 1979 yılında keşfedilmiştir. Sadece C≡G baz
çiftleri içerir. Sola dönüşümlü sentetik DNA
fragmanıdır. Her turda 12 baz çifti bulunur. Çapı 18 Ao
olup hücre içerisinde bulunup bulunmadığı belli
değildir. Zigzag bir yapı oluşturur.
 DNA yapay olarak çekilip uzatılırsa P-DNA denilen yeni
bir formu oluşturur. B-DNA’ya göre daha dar ve daha
uzundur. Her turda 2,62 baz bulunur.
DNA’nın Ultraviyole Işığı Absorbsiyonu
Nükleik asitler, UV ışığını pürin ve primidin
bazları ile UV arasındaki etkileşime bağlı
olarak en iyi 254-260 nm’de absorbe
ederler.
O halde azotlu baz içeren bu molekül UV
ışıkta analiz edilebilir.
Bu teknik nükleik asitlerin
karakterizasyonu, izolasyonunda ve
lokalizasyonunda önemlidir.
Nükleik Asitlerin Denatürasyonu ve
Renatürasyonu
 Denatürasyon; DNA’nın iki ipliği arasındaki
hidrojen bağlarının kırılması ile iplerin
birbirinden ayrılmasıdır. Sıcaklık veya kimyasal
uygulama ile oluşabilir.
 Burada önce DNA’nın viskozitesi azalır ve UV
absorbsiyonu artar. UV absorbsiyonundaki bu
artışa Hiperkromik etki denir.
 Denatürasyon ısı ile oluşursa Erime denir.
 DNA çift ipliğinin %50’sinin ayrılmasını
sağlayan sıcaklığa Erime sıcaklığı denir. Tm ile
gösterilir.
G≡C oranı yüksek olan DNA’lar için (üç H+
bağı olduğu) daha fazla ısıya ihtiyaç vardır.
Denatürasyon ısı ile oluşmuşsa yavaş yavaş
soğuma olduğunda komplementer iplikler
arasında yeniden hidrojen bağları kurulur,
buna Renatürasyon denir.
Moleküler hibridizasyon tekniklerinde bu
durumdan faydalanılır.