DNA

advertisement
NÜKLEİK ASİTLER

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.
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 çiftlerine 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.


RNA yı oluşturan yapılar


İŞLEVLERİ
[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 ikilemesi, DNA'daki bilginin RNA'ya
kopyalanması (transkripsiyon) 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

RNA'nın kendi kendisiyle baz eşleşmesi

Taşıcıyı RNA'nın üç boyutlu yapısı
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.



RNA nın kendini kendisiyle baz eşlemesi
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.


taşıyıcı RNA yapısı

Gen ifadesinin 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 ifadesine 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

DNA(DEOKSİRİBOZNÜKLEİK ASİT)
Deoksiribonükleik asit (DNA), tüm organizmalar ve bazı
virüslerin canlılık işlevleri ve biyolojik gelişmeleri için gerekli olan
genetik talimatları taşıyan bir nükleik asittir. DNA'nın başlıca rolü
bilginin uzun süreli saklanmasıdır. Protein ve RNA gibi hücrenin
diğer bileşenlerinin inşası için gerekli olan bilgileri içermesinden
dolayı DNA bir kalıp, şablon veya reçeteye benzetilir. Bu genetik
bilgileri içeren DNA parçaları gen olarak adlandırılır, ama başka
DNA dizilerinin yapısal işlevleri vardır, diğerleri ise bu genetik
bilginin kullanılmasının düzenlenmesine yararlar

Kimyasal olarak DNA, nükleotit olarak
adlandırılan basit birimlerden oluşan iki uzun
polimerden oluşur. Bu polimerlerin omurgaları,
ester bağları ile birbirine bağlanmış şeker ve
fosfat gruplarından oluşur. Bu iki iplikçik
birbirlerine ters yönde giderler. Her bir şeker
grubuna baz olarak adlandırılan dört tip
molekülden biri bağlıdır. DNA'nın omurgası
boyunca bu bazların oluşturduğu dizi, genetik
bilgiyi kodlar. Protein sentezi sırasında bu bilgi,
genetik kod aracılığıyla okununca proteinlerin
amino asit dizisini belirler. Bu süreç sırasında
DNA'daki bilgi, DNA'ya benzer yapıya sahip
başka bir nükleik asit olan RNA'ya kopyalanır,
bu işleme transkripsiyon denir.

Hücrelerde DNA, kromozom olarak adlandırılan
yapıların içinde yer alır. Hücre bölünmesinden
evvel kromozomlar ikilenir, bu sırada DNA
ikileşmesi gerçekleşir. Ökaryotlarda (yani
hayvan, bitki, mantar ve protistalar)
DNA'larını hücre çekirdeği içinde bulundurular,
buna karşın prokaryotlarda (yani bakteri ve
arkelerde) DNA hücre sitoplazmasında yer alır.
Kromozomlarda bulunan kromatin proteinleri
(histonlar gibi) DNA'yı sıkıştırıp organize ederler.
Bu sıkışık yapılar DNA ile diğer proteinler
arasındaki etkileşimleri düzenleyerek DNA'nın
hangi kısımlarının okunacağını kontrol ederler.

DNA nın çift sarmal yapısı




özellikler
DNA'nın kimyasal yapısı. Hidrojen bağları noktalı çizgiler olarak gösterilmiştir.
nükleotit olarak adlandırılan birimlerden oluşan bir polimerdir.DNA zinciri 22
ila 26 Ångström arası (2,2-2,6 nanometre) genişliktedir bir nükleotit birim
3,3 Å (0.33 nm) uzunluğundadır. Herbir birim çok küçük olmasına rağmen,
DNA polimerleri milyonlarca nükleotitten oluşan muazzam moleküllerdir.
Örneğin, en büyük insan kromozomu olan 1 numaralı kromozom yaklaşık
220 milyon baz çifti uzunluğundadır.
Canlılarda DNA genelde tek bir molekül değil, birbirine sıkıca sarılı bir çift
molekülden oluşur.
Bu iki uzun iplikçik sarmaşık gibi birbirine sarılarak bir çift sarmal oluşturur.
Nükleotit birimler bir şeker, bir fosfat ve bir bazdan oluşurlar. Şeker ve fosfat
DNA molekülünün omurgasını oluşturur, baz ise çifte sarmaldaki öbür DNA
iplikçiği ile etkileşir. Genel olarak bir şekere bağlı baza nükleozit, bir şeker
ve bir veya daha çok fosfata bağlı baza ise nükleotit denir. Birden çok
nükleotidin birbirine bağlı haline polinükleotit

DNA nın kimyasal yapısı

DNA iplikçiğinin omurgası almaşıklı şeker ve fosfat
artıklarından oluşur. DNA'da bulunan şeker 2deoksiribozdur, bu bir pentozdur (beş karbonlu
şekerdir). Bitişik iki şekerden birinin 3 numaralı karbonu
ile öbürünün 5 numaralı karbon atomu arasındaki fosfat
grubu, bir fosfodiester bağı oluşturarak şekerleri
birbirine bağlar. Fosfodiester bağın asimetrik olması
nedeniyle DNA iplikçiğinin bir yönü vardır. Çifte
sarmalda bir iplikçikteki nükleotitlerin birbirine
bağlanma yönü, öbür iplikçiktekilerin yönünün tersidir.
DNA iplikçiklerinin bu düzenine antiparalel denir. DNA
iplikçiklerin asimetrik olan uçları 5' (beş üssü) ve 3' (üç
üssü) olarak adlandırılır, 5' uç bir fosfat grubu, 3' uç ise
bir hidroksil grubu taşır. DNA ve RNA arasındaki başlıca
farklardan biri, içerdikleri şekerdir, RNA'da 2-deoksiriboz
yerine başka bir pentoz şeker olan riboz bulunur
Çift sarmalı iki iplikçiğe bağlı bazlar arasındaki hidrojen
bağları DNA'yı stabilize eder. DNA'a bulunan dört baz,
adenin (A olarak kısaltılır), sitozin (C), guanin (G) ve
timin (T) olarak adlandırılır. Bu dört baz şeker-fosfata
bağlanarak bir nükleotit oluşturur, örneğin "adenozin
monofosfat" bir nükleotittir.
 Bazlar iki tip olarak sınıflandırılırlar: adenin ve guanin,
pürin türevleridir, bunlar beş ve altı üyeli halkaların
kaynaşmasından oluşmuş heterosiklik bileşiklerdir;
sitozin ve timin ise pirimidin türevleridir, bunlar altı
üyeli bir halkadan oluşur. Bir diğer baz olan urasil (U),
sitozinin yıkımı sonucu seyrek olarak DNA'da
bulunabilir. Kimyasal olarak DNA'ya benzeyen RNA'da
timin yerine urasil bulunur


Majör ve minör oyuklar



Bir DNA parçasının yapısının animasyonu. Bazlar birbirine sarılı
iki iplikçik arasında yatay durumdadırlar. Büyük versiyonu
koordinatlarından elde edilmiştir
Çifte sarmal sağ elli bir spiraldir. DNA iplikçiklerinin birbirine
sarılı halinde şeker-fosfatlı omurgalar arasındaki aralıktan
bazların kenarları görünür (animasyona bakınız). Sarmal
etrafında dolanan bu oyuklardan iki tane vardır: bunlardan
büyük oyuk (majör oyuk) olarak adlandırılanı 22 Å genişliğinde,
küçük (minör) oyuk ise 12 Å genişliğindedir. Küçük oyuğun
darlığı nedeniyle bazların kenarlarına erişmek büyük oluktan
daha kolaydır. Bu nedenle, DNA'daki belli baz dizilerine
bağlanan, transkripsiyon faktörü gibi proteinler büyük oyuktan
bazların kenarlarına temas ederler.

DNA


Baz eşleşmesi
DNA iplikçiğindeki her baz tipi öbür iplikçikten tek bir
baz tipi ile bağ kurar. Buna tümleyici (komplemanter)
baz eşleşmesi denir: pürinler pirimidinler ile hidrojen
bağı kurar, A yalnızca T'ye bağlanır, C'de yalnızca G'ye
bağlanır. Çift sarmalda karşıdan karşıya birine bağlı iki
baza bir baz çifti denir. Çift sarmalı kararlı kılan ayrıca
hidrofobik etki ve pi istiflenmesi vardır, bunlar DNA
dizisisinden bağımsızdır. Hidrojen bağları kovalent
bağlardan daha zayıf olduklarından kolayca kopup
tekrar oluşabilirler. Dolayısıyla DNA zincirinin iki
iplikçiği bir fermuar gibi kolayca birbirinden ayrılabilir,
ya mekanik güç ile veya yüksek
sıcaklıkta.Komplementerliğin bir sonucu olarak bir DNA
sarmalındaki iki iplikçikli dizideki tüm bilgi iplikçiklerin
her birinde kopyalanmış durumdadır, bu da DNA
kopyalanması için esas bir özelliktir. Aslında
komplementer baz çiftleri arasındaki spesifik ve tersinir
etkileşimler DNA'nın canlılardaki işlevleri için şarttır.

İki tip baz çifti farklı sayıda hidrojen bağları oluşturur, AT'nin iki
hidrojen bağı, GC'nin üç hidrojen bağı vardır (bakınız şekil).
Dolayısıyla GC çiftleri AT baz çiftlerinden daha güçlüdür.
Dolayısyla iki DNA iplikçiğinin birbirine bağlanma gücünü
belirleyen, hem DNA çift sarmalının uzunluğu hem de onu
oluşturan GC baz çiftlerinin yüzde oranıdır. Yüksek oranda GC'li
uzun DNA'ların iplikçikleri birbirine daha sıkı bağlıdır, AT oranı
yüksek kısa sarmalların iplikçikleri ise birbiriyle daha zayıf
etkileşirler. Biyolojide, DNA çifte sarmalının kolay ayrılması
gereken bölgelerinde AT oranı yüksek olur, örneğin bazı
promotörlerde bulunan TATAAT Pribnow kutusu.Laboratuvarda
bu etkileşimin gücünü ölçmek için hidrojen bağlarını koparmak
için gerekli sıcaklık, ergime sıcaklığı belirlenir (bu, Tm sıcaklığı
olarak da adlandırılır). DNA çifte sarmalındaki tüm baz çiftleri
eridikten sonra ipliçikler ayrışır ve çözeltide iki bağımsız molekül
olarak varlığını sürdürür. Bu iki tek iplikçikli DNA molekülün tek
bir biçimi yoktur, ama bazı biçimler diğerlerinden daha kararlıdır.

Anlam ve ters anlam

Bir DNA dizisi, eğer ondan protein sentezlemeye yarayan
mesajcı RNA kopyası ile aynı diziye sahipse, "anlamlı" olduğu
söylenir. Öbür iplikçikteki diziye "ters anlamlı" dizi denir. Aynı
DNA iplikçiğinin farklı bölgelerinde anlamlı ve ters anlamlı diziler
bulunabilir, yani her iki iplikçikte hem anlamlı hem anlamsız
diziler bulunur. Hem prokaryot ve ökaryotlarda ters anlamlı, yani
protein üretimine yaramayan, RNA'nın üretildiği olur, bu
RNA'ların işlevi halen tam bilinmemektedir.Bir görüşe göre ters
anlamlı RNA, RNA-RNA baz eşleşmesi yoluyla gen ifadesinin
düzenlenmesine yaramaktadır.
Bazı DNA dizilerinde anlam ve ters anlam kavramları birbirine
karışır, çünkü bazen genler birbiriye örtüşebilir. Böyle
durumlarda bazı DNA dizileri çifte görev yapar, bir iplikçik
boyunca okununca bir protein kodlar, öbür iplikçik boyunca
okununca ikinci bir protein kodlar. Bakterilerde bu tür gen
örtüşmeleri gen transkripsiyonunun düzenlenmesi ile ilişkili
olduğuna dair bulgular vardır, virüslerde ise, genlerin örtüşmesi
küçük bir viral genoma daha çok bilginin sığmasını sağlar.


Süper burulma

Süper burulma (İngilizce supercoiling) tabir edilen bir
süreç ile DNA bir halat gibi burulabilir. "Gevşek"
halinde DNA'daki bir iplikçik, her 10,4 baz çiftinde bir,
çift sarmalın ekseni etrafında bir tam dönüş yapar.
Ama, eğer DNA burulursa iplikçikler daha sıkı veya
daha gevşek sarılı olabilirler. Eğer DNA sarmalı sarılma
yönünde burulursa buna pozitif süperburulma denir ve
bazlar birbirlerine daha sıkı şekilde tutunurlar. Eğer
ters yönde burulursa DNA, buna negatif süperburulma
denir ve bazlar birbirlerinden daha kolay ayrışırlar.
Doğadaki çoğu DNA molekülü az derecede negatif
süper burguludur, bundan topoizomeraz adlı enzimler
sorumludur.[24] Bu enzimlerin bir işlevi transkripsiyon
ve DNA ikileşmesi gibi süreçler sırasında DNA
iplikçiklerine etki eden burulmayı bertaraf etmektir

Alternatif çifte sarmal yapılar

DNA'nın çeşitli biçimleri (konformasyonları) mevcuttur. Ancak, canlılarda
sadece A-DNA, B-DNA, ve Z-DNA gözlemlenmiştir. DNA'nın hangi biçimi
aldığı DNA dizisine, süperburulmanın yönü ve miktarına, bazlardaki kimyasal
değişimlere, ve çözeltinin özelliklerine (metal iyonu ve poliamin
konsantrasyonu gibi) bağlıdır. Bu üç biçimden yukarıda betimlenmiş olan "B"
biçimi, hücrelerdebulunan şartlar altında en sık görülenidir. DNA'nın diğer iki
alternatif biçiminin geometri ve boyutları farklıdır.

A biçimi daha geniş bir spiraldir, B biçimine kıyasla küçük oluk daha geniş ve
sığ, büyük oluk da daha dar ve derindir. A biçimli nükleik asitler, fizyolojik
olmayan şartlarda, suyunu kaybetmiş DNA örneklerinde görülür, hücre içinde
ise DNA ve RNA iplikçiklerinin birbirine sarılmasından oluşan karma (hibrit)
eşleşmelerde, ayrıca bazı enzim-DNA komplekslerinde meydana gelebilir.
Metilasyonla kimyasal değişime uğrayan DNA parçaları daha büyük
biçimsel değişiklik gösterip Z biçimini alabilirler. Bu durumda iplikçikler
sarmal ekseni etrafında dönerek sol elli bir spiral oluşturur, bu daha yaygın
olan B biçimimdekinin tersi yöndedir. Bu sıra dışı yapılar Z-DNA bağlayıcı
proteinler tarafından tanınır ve transkripsiyon kontrolü ile ilişkili olduğu
sanılmaktadır


Dörtlü yapılar
Doğrusal kromozomların uçlarında telomer olarak
adlandırılan özelleşmiş bölgeler bulunur. Bu bölgelerin
ana fonksiyonu kromozom uçlarının telomeraz adlı
enzim aracılığıyla kopyalanmasını sağlamaktır. DNA'yı
normalde kopyalayan enzimler kromozomların en uç
kısımların kopyalayamadığı için bu kopyalama
telomeraz aracılığıyla yapılır. Bu özelleşmiş kromozom
başlıkları ayrıca DNA'nın uçlarını korurlar ve hücredeki
DNA tamir sistemlerinin bunları tamir edilmesi gereken
hasar olarak algılanmasını engeller.[ İnsan
hücrelerinde telomerler genelde TTAGGG dizisinin
birkaç bin kere tekrarından oluşan tek iplikçikli DNA
uzantılarıdır.

Bu guanin zengini diziler normal DNA'daki baz çiftleri
yerine, dört bazlı birimlerden meydana gelmiş
istiflenme kümeleri ile kromozom uçlarını stabilize
ederler. Burada dört guanin baz yassı bir tabaka
oluştururlar, bular da birbiri üzerine istiflenerek kararlı
bir G-dörtlüsü (G-quadruplex) yapısı oluştururlar. Bu
yapıların stabilizasyonu, bazların kenarları arasındaki
hidrojen bağları ve her dört bazlı birimin ortasında yer
alan bir metal iyonun kelasyonu ile gerçekleşir. Bu Gdörtlüleri başka yollardan da oluşabilir: tek bir
iplikçiğin bir kaç kere katlanması ile bu dörtli birim
oluşabilir, veya ikiden fazla farklı paralel iplikçiğin her
birinin ortak yapıya bir baz temin etmesi ile de bu dört
baz bir araya gelebilir

Tekrarlarından oluşmuş DNA dörtlüsü



Kimyasal değişimler
Baz değişimleri
Kromatin adı verilen bir yapı içinde DNA'nın paketlenmesi ile
kromozomlar meydana gelir. Bu paketlenme gen ifadesine etki
eder. Baz değişimi (modifikasyonu) bu paketlenmeyle ilişkilidir,
öyle ki gen ifadesinin az olduğu veya hiç olmadığı yerlerde
sitozin bazları yüksek derecede metilasyona uğramıştır.
Örneğin, sitozin metilasyonu ile 5-metilsitozin meydana gelir,
bu X kromozomu inaktivasyonu için önemlidir. Ortalama
metilasyon düzeyi canlıdan canlıya farkeder: solucan
Caenorhabditis elegans'da sitozin metilasyonu olmaz, buna
karşın omurgalı DNA'sının %1'e ulaşan kadarı 5-metilsitozin
içerebilir.5-metilsitozinin önemli bir baz olmasına rağmen, onun
deamidinasyonu sonucu bir timin bazı oluşur, bu yüzden
metillenmiş sitozinler mutasyona eğilimlidirler. Diğer baz
modifikasyonarı arasında bakterilerde görülen adenin
metilasyonu ve kinetoplastitlerde urasilin glikozilasyonu
sonunda meydana gelen "J-bazı" sayılabilir.

sitozinin timine dönüşümü

DNA hasarı
Mutasyon
Sigara dumanında bulunan başlıca mutagen olan benzopiren ile
DNA arasında arasında oluşmuş bir eklenti
DNA çeşitli farklı mutasyon tarafından hasara uğrayabilir, bunun
sonucunda DNA dizisi değişebilir. Mutagenler arasında başlıca,
yükseltgen (oksitleyici) etmenler, alkilleyici etmenler ve
yüksek enerjili elektomanyetik ışınlar (morötesi ışık ve X
ışınları gibi) sayılabilir. DNA'da meydana gelen hasarın tipi
mutasyonun tipine bağlıdır. Örneğin, mor ötesi ışık timin
ikilileri (timin dimerleri) oluşturarak DNA'ya hasar verir.Buna
karşın, serbest radikaller veya hidrojen peroksit gibi
yükseltgen etmenler çeşitli farklı türden hasar oluşturabilirler,
baz değişimi (özellikle guanozin) ve iki iplikçikli kırılmalar gibi.
Her bir insan hücresinde günde 500 baz yükseltgeyici zarar
görür. Bu yükseltgeyici hasarlardan en zararlısı çift zincirli
kırılmalardır, çünkü bunların onarımı zordur, bunlar DNA
dizilerinde noktasal mutasyonlara, insersiyonlara ve
delesyonlara ayrıca kromozomal tranlokasyonlara yol
açabilirler.

Çoğu mutajen, iki baz çifti arasındaki boşluğa girer,
buna enterkalasyon denir. Çoğu enterkalatörler
aromatik ve düzlemsel moleküllerdir, bunlara örnek
olarak etidyum bromür, daunomisin,
doksorubisin ve talidomit sayılabilir. Bir
enterkalatörün iki baz çifti arasına girebilmesi için
bunların arasının açılması, bunun olabilesi için de DNA
sarmalının normalin aksi yönde burularak gevşemesi
gerekir. Bunlar olunca transkripsiyon ve DNA ikilenmesi
engellenir, zehirlenme ve mutasyonlar meydana gelir.
Bu yüzden DNA enterkalatörleri çoğunlukla
kanserojendir, bunların iyi bilinen örnekleri olarak
benzopiren diol epoksit, akridin türevleri
aflatoksin ve etidyum bromür sayılabilir. Bu
özelliklerine rağmen, DNA transkripsiyonuna engel
olma özelliklerinden dolayı bu toksinler aynı zamanda
hızla büyüyen kanser hücrelerini engellemek amacıyla
kemoterapide kullanılırlar

Sigara dumanında bulunan başlıca mutasyona
uğramış bir DNA yapısı

İkileşme


Daha fazla bilgi: DNA ikileşmesi
Canlıların çoğalması ve (çok hücreli canlıların)
büyümesi için hücre bölünmesi gereklidir. Ancak bir
hücre bölünürken DNA'sını da kopyalamak zorundadır
ki iki yavru hücre ana hücredeki genetik bilginin
aynısına sahip olsunlar. DNA'nın iki iplikli yapısı DNA
ikileşmesi için basit bir mekanizma sağlar. İki iplikçik
ayrışırlar, sonra her bir iplikçikteki dizinin
komplementer dizisi DNA polimeraz adlı bir enzim
tarafından imal edilir. Bu enzim, tümleyici iplikçiği
sentezlemek için gereken her bazın doğru olanını baz
eşleşmesi yoluyla seçer ve onu uzamakta olan iplikçiğe
ekler. DNA polimeraz bir DNA iplikçiğini ancak 5' - 3'
yönünde uzatabildiği için, bir çifte sarmalın antiparalel
iplikçiklerininin kopyalanması için farklı mekanizmalar
mevcuttur. Böylece, eski iplikçikteki baz, yeni iplikçiğe
eklenen bazları belirler, sonunda hücre DNA'sının
mükemmel bir kopyasını elde eder


Ribonükleik asit veya RNA bir nükleik asittir, nükleotitlerden
oluşan bir polimerdir. Her nükleotit bir azotlu baz, bir riboz
şeker ve bir fosfattan oluşur. RNA pekçok önemli biyolojik rol
oynar, bunların arasında DNA'da taşınan genetik bilginin
proteine çevirisi (translasyon) ile ilişkili çeşitli süreçlerde de yer
alır. RNA tiplerinden olan mesajcı RNA, DNA'daki bilgiyi protein
sentez yeri olan ribozomlara taşır, ribozomal RNA ribozomun en
önemli kısımlarını oluşturur, taşıyıcı RNA ise protein sentezinde
kullanılmak üzere kullanılacak aminoasitlerin taşınmasında
gereklidir. Ayrıca çeşitli RNA tipleri genlerin ne derece aktif
olduğunu düzenlemeye yarar.
RNA, DNA'ya çok benzer olmakla beraber ama bazı yapısal
ayrıntılarında farklılık gösterir. Hücre içinde RNA genelde tek
zincirli, DNA ise genelde çift zincirlidir. RNAnükleotitleri riboz
içerirler, DNA ise deoksiriboz (bir oksijeni atomu eksik olan bir
riboz türü) vardır. DNA'da bulunan timin bazı yerine RNA'da
urasil vardır ve genelde RNA'daki bazlar ayrıca kimyasal
modifikasyona uğrar. RNA, RNA polimeraz enziminin DNA'yı
okuması (transkripsiyonu) ile sentezlenir ve ardından başka
enzimler tarafından işlenerek değişime uğrar. Bu RNA işleyici
enzimlerin bazıları kendi RNA'larını içerirler

Yapısı

RNA'daki her nükleotit bir riboz şekeri içerir, bunun
karbonları 1' ila 5' olarak numaralandırılır. 1' konumuna bir
baz bağlıdır, genelde adenin (A), sitozin (C), guanin (G) veya
urasil (U). İki riboz arasında bir fosfat grubu vardır, bu fosfat
bir ribozun 3' konumuna, öbür ribozun ise 5' konumuna
bağlıdır. Fizyolojik pH'de fosfat grubu negatif bir yük taşıdığı
için RNA yüklü bir moleküldür (polianyon). Bazı bazlar
arasında hidrojen bağları oluşabilir: sitozin ve guanin, adenin
ve urasil ve bazen guanin ve urasil arasında bu tür bağlar
oluşur. Ancak, RNA zinciri çeşitli şekiller alabildiği için
bunlardan başka baz-baz etkileşimleri de mümkündür,
örneğin bir grup adenin birbiriyle bağlanarak RNA zincirinde
bir tümsek oluşturabilir,veya GNRA dörtlüsü'nde bir
guanin-adenin etkileşimi olur.

RNA baz çiftleri ve kimyasal yapısı
RNA'yı DNA'dan farklı kılan önemli bir fark, riboz şekerin
2' konumundaki hidroksil grubudur. Bu fonksiyonel
grubun varlığı c3'-endo şeker konformasyonunu
zorunlu kılar, buna karşın DNA'nın deoksiriboz
şekerinin C2'-endo konformasyonu vardır. bunun
sonucu olarak RNA'nin çifte sarmallı kısımları A-şekilli
olur, DNA'da yaygın olarak görülen B şekilli sarmaldan
farklı olarak. A-şekilli sarmalın büyük oyuğu B şekilli
sarmala kıyasla daha derin ve dardır, küçük oyuğu ise
sığ ve geniştir.2' hidroksil grubunun ikinci bir etkisi ise,
RNA'nın esnek olan bölgelerinde (yani çift sarmal
oluşturmamış kısımlarında) bu hidroksil grubunun
yanındaki fosfodiester bağa saldırıp şeker-fosfat
zincirin kesilmesine neden olabilmesidir

RNA transkripsiyonu sırasında sadece dört baz kullanılır (adenin,
sitozin, guanin ve urasil) ama ergin RNA'larda pekçok değişime
uğramış şeker ve baz vardır. Psödouridin (Ψ) adlı
nükleozitte urasil ile riboz arasındaki bağ, bir C-N bağından CC bağına değişmiştir. Psödouridin ve ribotimidin (T) beraberce
çeşitli RNA'larda görülür, özellikle tRNA'ların TΨC
ilmiğinde.Değişime uğramış bazlardan bir diğeri olan
hipoksantin, deamine olmuş bir guanin bazıdır, nükleozit hali
inosin olarak adlandırılır. Genetik kodun değişkenliğinin
açıklanmasında inosin anahtar bir rol oynar.Değişime uğramış
100'e aykın nükleozit bilinmektedir, bunların arasında
psödouridin ve 2'-O-metilribozlu nükleozitler en yaygın
olanlarıdır. Bu modifikasyonların çoğunun işlevi bilinmemektedir.
Ancak ribozomal RNA'da çoğu transkripsiyon sonrası
modifikasyon, ribozomun en işlevsel bölgelerinde, örneğin
peptidil transferaz merkezinde ve altbirim arayüzlerinde yer
alması kayda değerdir, bu nedenle bu modifikasyonların normal
fonksiyon için gerekli olduğu anlaşılmaktadır.

Tek iplikçikli bir RNA'nın işlevsel şekli, tıpkı
proteinlerde olduğu gibi, çoğu zaman belli bir
üçüncül yapı gerektirir. Bu yapının iskeleti,
molekülün içindeki bazlar arasındaki hidrojen
bağlarıyla ortaya çıkar. Bu şekilde firkete yapısı,
tümsek ve ilmik gibi belli ikincil yapı
elemanlarından oluşan bölgeler ortaya çıkar. Bir
RNA dizisinin nasıl bir üç boyutlu şekil
alacağının tahmini halen aktif bir araştırma
konusudur.


DNA ile kıyaslama
RNA ve DNA, üç ana özellikleriyle birbirlerinden farklılık gösterirler. Birincisi,
DNA çift iplikçikli olmasına karşın, coğu biyolojik fonksiyonunda RNA tek
iplikçiklidir, ve DNA'dan çok daha kısadır. İkincisi, DNA'yı oluşturan şeker
molekülleri deoksiriboz, RNA'yı oluşturanlar ise ribozdur, yani DNA'da pentoz
halkasının 2' konumunda bir hidroksil grubu yoktur, RNA'da ise pentoz
halkasının iki hidroksil grubu vardır. Rna'da fazladan bulunan hidroksil
grupları, hidroliz nedeniyle onun DNA'dan daha az dayanıklı olmasına neden
olur. Üçüncüsü, adenin bazını tümleyen baz DNA'daki gibi timin değil,
urasildir.
50S ribozomal altbirim. RNA turuncu, protein mavidir. Aktif merkez ortadadır
(kırmızı).

RNA genelde tek iplikçikli olmasına rağmen, çoğu RNA molekülü katlanarak
baz eşleşmesi ile çift sarmallı bölgeler oluşturur. DNA'dan farklı olarak
RNA'lar uzun çift iplikçikli sarmallar değil, birbirine sıkıca sokulmuş kısa
sarmallardan oluşur. Bu baz eşleşmeleri RNA molekülüne belli bir şekil verir
ve bazların fonksiyonel grupların bir araya gelmesi sonucu reaktif özelliğe
sahip olan yapılar ortaya çıkar. Bu sayede RNA, bir enzim gibi, kimyasal
katalizör olarak işlev verebilir. Örneğin, peptit bağını oluşturan bir enzim olan
ribozomun aktif merkezi tamamen RNA'dan oluşmaktadır.

RNA nın ikinci yapısı ve ribozomal alt birim
RNA Tipleri
 Genel bakış
Mesajci RNA (mRNA) DNA'daki bilgiyi protein sentezi (translasyon) için
ribozomlara taşıyan RNA'dır. mRNA'daki kodlayıcı nükleotit dizisi ondan
üretilen proteinin amino asit dizisini belirler.

. RNA genleri proteine çevrilmeyen, RNA kodlayan genlerdir, bunlar
kodlamayan RNA veya küçük RNA olarak adlandırılır. Kodlamayan RNA'lar
intronlardan da ortaya çıkabilir. Kodlamayan RNA'ların en belirgin örnekleri
taşıyıcı RNA (tRNA) ve ribozomal RNA (rRNA)'dır, bunların ikisi de
translasyon sürecinde rol oynarlar. Gen düzenlemesi, RNA işlenmesi ve
başka işleveleri olan RNA'lar da vardır. Bazı RNA'lar, başka RNA'ların
kesilmesi ve birleştirilmesi (ligasyon) ve ribozomda peptit bağı oluşumu gibi
kimyasal tepkimeleri katalizleme yeteneğine sahiptir; bu tip RNA'lar ribozim
olarak adlandırılırlar.

Çift iplikçikli RNA birbirini tümleyici iki iplikçikten oluşmuş RNA'dır, bu
bakımdan şekli DNA'ya benzer. Çift iplikçikli RNA, bazı virüslerin (çift
iplikçikli virüslerin) genetik malzemesini oluşturur. Ökaryotlarda, virüs
RNA'sına benzeyen uzun çift iplikçikli RNA'lar RNA enterferansını harekete
geçirir. RNA enterferansında, siRNA (İng. small interfering RNA, kısa
enterfreanscı RNA) olarak adlandırılan kısa çift iplikçikli RNA'lar gen ifadesini
susturur

RNA kesen ribozom yapısı




Translasyonda
Mesajcı RNA (mRNA) bir proteinin amino asit dizisi hakkında bilgiyi protein
sentez yeri olan ribozomlara taşır. Bu bilgi, her üç nükleotit (bir kodon) bir
amino asite karşılık gelecek şekilde şifrelenmiştir. Ökaryotlarda bir öncül
(prekürsör) mRNA (pre-mRNA) DNA'dan yazıldıktan sonra ergin mRNA'ya
dönüştürülür. Bu işlem sırasında pre-mRNA'nın protein kodlamayan kısımları
(intronlar) çıkartılır, ayrıca mRNA'nın iki ucuna, onu nükleazlardan koruyucu
eklemeler yapılır. Bunun ardından mRNA çekirdekten sitoplazmaya taşınır,
orada ribozomlara bağlanır ve tRNA'nın yardımıyla çevirisi (translasyonu)
yapılır. Prokaryotlarda, çekirdek olmadığından, RNA'nın transkripsiyonu
sürerken ribozomlar tarafından çevirisi başlar. Bir süre sonra mesajcı RNA
ribonükleazlar tarafından parçalanır.
Taşıyıcı RNA (tRNA) yaklaşık 80 nükleotit uzunluğunda bir RNA zinciri olup,
ribozomun protein sentez konumunda büyümekte olan polipeptide spesifik
aminoasitler taşır. Yapısında, mRNA'daki kodonları tanımak için onlarla
hidrojen bağı kuran bir antikodon bölgesi ve amino asidin ona bağlanması
için gerekli bölgeler vardır.
Ribozomal RNA (rRNA) ribozomların katalitik kısmıdır. Ökaryotik ribozomlar
dört RNA içerirler: 18S, 5.8S, 28S and 5S rRNA. Bu rRNA'lardan üçü
çekirdekçikte sentezlenir. Sitoplazmada ribozomal RNA ve proteinler bir araya
gelip ribozomu oluştururlar. Ribozom mRNA'ya bağlanır ve protein sentezini
gerçekleştirir. Bir mRNA'ya aynı andan birkaç yüz ribozom bağlanabilir. Tipik
bir ökaryotik hücre sitoplazmasındaki RNA konsantrasyonu 10 mg/ml'dir,
bunun %80 rRNA'dan oluşur.
Download