DNA, RNA, RNA Çeşitleri ve Protein Sentezi

DNA, RNA, RNA Çeşitleri ve Protein Sentezi
Nükleik asitler ilk defa 1869 yılında F. Miescher tarafından hücrenin çekirdeğinde bulunmuştur. Asit
özelliği gösteren bu maddelere çekirdek asitleri anlamına gelen nükleik asitler adı verilmiştir.
Hücredeki metabolik faaliyetlerin yürütülmesinde DNA ve RNA olmak üzere iki çeşit nükleik asit görev
yapar. DNA, canlının genetik maddesini oluşturur. Ökaryot hücrenin çekirdek, mitokondri ve
kloroplastlarında, prokaryotların ise sitoplazmasında bulunur.
Kalıtım maddesinin DNA molekülü olduğu, 1928 yılında F. Griffith ve 1944 yılında O. Avery’nin
yaptıkları deneylerle ortaya konmuştur. Bu deneylerde zatürre hastalığına neden olan bakteriler
kullanılmıştır. Yapılan çalışmalar DNA’nın yönetici özelliğini ve moleküler biyoloji ile ilgili
araştırmalarda bakterilerin kullanılabileceğini ortaya koymuştur. Sonraki Yıllarda yapılan çalışmalar,
kalıtım bilgisi taşıyan molekülün DNA olduğu şeklindeki fikri sürekli desteklenmiştir.
DNA’nın Yapısı
DNA, nükleotit adı verilen yapı birimlerinin tekrarından oluşur. DNA’yı oluşturan her bir nükleotitte
azotlu organik baz, beş karbonlu deoksiriboz şekeri ve fosfat grubu bulunur. Baz ile şeker arasında
glikozit bağı, şekerle fosfat arasında ester bağı bulunur.
DNA’nın nükleotitlerinde bulunan azotlu organik bazlar pürün ve pirimidin olmak üzere ikiye ayrılır.
DNA’nın yapısına çift halkalı olan pürün grubu bazlardan adenin (A) ve guanin (G) ile tek halkalı olan
pirimidin grubu bazlar dan sitozin (C) ve timin (T) katılır. Pirimidin bazlarından olan urasil (U) sadece
RNA’nın, timin ise sadece DNA’nın yapısında bulunur.
DNA nükleotitlerinin yapısında beş karbonlu şeker olarak deoksiriboz yer alır. Diğer bel karbonlu
şeker olan riboz ise RNA’nın nükleotitlerinde bulunur.
Fosfat, DNA VE RNA’nın nükleotitlerinde ortak olarak bulunan bir moleküldür. DNA ve RNA
molekülleri çok sayıda nükleotitin birine bağlanarak uzun bir zincir oluşturmasıyla meydana gelir.
Nükleotitler birbirine şeker ve fosfat birimleri arasındaki fosfodiester bağlarıyla bağlanır.
1953 yılında Amerikalı J. Watson ve İngiliz F. Crick DNA’nın çift sarmal modelini oluşturmuşlardır. Bu
modele göre DNA, sarmal oluşturan iki nükleotit zincirinden meydana gelmiştir. Molekülün iki
kenarında şeker – fosfat, iç kısımlarında ise azotlu bazlar bulunur. Azotlu bazlardan adenin bazı timin
bazıyla iki zayıf hidrojen kurarken, guanin bazı sitozin bazıyla üç zayıf hidrojen bağı kurar. Tüm DNA
moleküllerinde adenin sayısı timine, guanin sayısı sitozine eşittir. Buradan pürin miktarının piramidin
miktarına eşit olduğu anlaşılır (A + G = C + T).
DNA’nın Kendini Eşlemesi
DNA eşlenmesi, hücre bölünmesi başlamadan önce (interfaz evresinde) çift sarmalı DNA’nın kendini
kopyalaması işlemidir.
Eşleşme sırasında DNA’nın iki zinciri bir arada tutan zayıf hidrojen bağları koparılır ve iki zincir
eşlemenin olacağı bölgelerde bir fermuar gibi açılmaya başlar. Bunun sonucu uçları açıkta kalan
adeninin karşısına timin, guaninin karşısına sitozin nükleotitleri yerleşir. DNA polimeraz enzimi bu
nükleotitleri birbirine bağlar ve bütün nükleotitler eşlendiğinde, hücre içindeki bir DNA’dan iki DNA
oluşur. Oluşan iki DNA molekülünün her birinde bir eski iplik ve bir de yeni sentezlenmiş iplik yer alır.
DNA’nın bu şekilde eşlenmesine yarı konumlu eşlenme denir.
1958 yılında M. Meseslson ve F. Stahl azotun N14 ve N15 izotoplarını kullanarak. E. Coli bakterileriyle
yaptıkları deneyde DNA’nın yarı korunumlu olarak eşlendiğini göstermişlerdir.
Gen (Nokta) mutasyonu
DNA molekülü kendini eşlerken nadiren de olsa bazı hatalar ortaya çıkabilir. Gen mutasyonları,
kromozomların yapısı ya da sayısında değil gende meydana gelen değişmeyi ifade eder. Gen
mutasyonları; yanlış baz eşlenmesi, karşılıklı bulunan bir nükleotit çiftinin yer değiştirmesi, zincire bir
ya da daha çok nükleotitin eklenmesi veya zincirdeki nükleotitlerin eksilmesi şeklinde olabilir.
Gen mutasyonları, üreme hücrelerinde meydana gelirse gelecek kuşaklara aktarılır. Orak hücreli
anemi, fenilketonüri, albinizm gibi kalıtsal hastalıklar gen mutasyonu sonucu ortaya çıkar.
RNA’nın yapısı ve çeşitleri
RNA’nın nükleotitlerinde DNA’dan farklı olarak deoksiriboz yerine riboz şekeri, timin yerine de urasil
bazı bulunur. Ayrıca RNA, tek nükleotit zincirinden meydana gelir ve kendini eşleyemez.
RNA, prokaryot hücrelerin sitoplazmasında bulunur. Ökaryot hücrelerde ise çekirdek, sitoplazma ve
organellerinin bazılarında yer alır. RNA’nın işlevi, DNA’dan aldığı genetik şifreye göre protein sentezini
gerçekleştirmektir.
Hücrede, baz dizilişleri DNA tarafından belirlenen üç çeşit RNA vardır.
1. Mesajcı RNA = Elçi RNA (mRNA): Çekirdekte, DNA’nın anlamlı zinciri üzerinden RNA polimeraz
enzimi ile sentezlenir. mRNA sentezlenirken DNA’daki adeninin karşısına urasil gelir. mRNA’nın
görevi, DNA’da bulunan genetik bilgiyi çekirdekten sitoplazmadaki ribozomlara götürmektir.
mRNA’da amino asitlerin şifrelenmesini sağlayan üçlü nükleotit dizilerine kodon denir.
2. Taşıyıcı RNA (tRNA): Görevi, hücre içindeki amino asitleri tanımak ve bunları ribozomlara
taşımaktır. Bütün tRNA’lar, yonca yaprağı biçimini alan tek bir zincirden oluşur. Ancak uygun
nükleotitler arasında yer yer hidrojen bağı kurulduğu için, çift zincirden oluşmuş gibi görünür.
tRNA’nın bir tarafında amino asidin bağlandığı özel bir bölüm, karşı tarafında ise üçlü nükleotit
dizisinden oluşan antikodon bulunur. Protein yapısına giren 20 çeşit amino asidi tanıyıp ribozomlara
taşıyacak en az 20 çeşit RNA görev alır.
3. Ribozomal RNA (rRNA): Proteinlerle birlikte ribozomun yapısını meydana getirir. Hücrede en fazla
bulunan RNA çeşididir.
Protein sentezi
Ökaryot bir hücrenin DNA molekülleri, kendine özgü proteinleri yapmak üzere şifrelenmiştir. Her
türün genetik bilgisi diğerinden farklıdır. Dolayısıyla bu genetik bilgiye uygun olarak sentezlenen
proteinler de türden türe farklılık gösterir. Aynı türe ait farklı bireylerde de değişik proteinler
bulunmaktadır.
DNA molekülü, yeni sentezlenecek bir proteinin amino asit dizilişini belirleyen bilgiyi taşır. DNA’nın
yapısındaki 4 çeşit nükleotitin 20 çeşit amino asidi şifrelemesi gerekir. DNA’daki nükleotitlerden üçlü
kombinasyonlarla 43=64 farklı şifre elde edilir. DNA’da bir amino asidi şifreleyen üçlü nükleotit
dizilerinin her birine genetik şifre ya da genetik kod denir. DNA’daki genetik şifreler, adeninin
karşısına urasil gelecek şekilde mRNA’ya aktarılır. mRNA’daki üçlü nükleotit dizilerinin her birine
kodon adı verilir. 64 kodondan üç tanesi (UAG, UAA, UGA) amino asit şifrelemez. Bunlar protein
sentezinin bittiğini haber veren durdurucu (stop) kodonlardır. O halde amino asit şifreleyen kodon
sayısı 61’dir. İki amino asit dışındaki bütün amino asitlerin birden fazla kodonu bulunur. Böylece 20
çeşit amino asit için neden 20 çeşit şifre değil de 61 çeşit şifre kullanıldığı ortaya çıkmış olur.
Protein sentezinde DNA, mRNA, tRNA, amino asit, enzim, ATP ve ribozom görev yapar. DNA’daki
şifrelerin mRNA’ya aktarılmasına transkripsiyon(genetik şifrenin yazılması) denir. mRNA üzerindeki
bilgiye göre ribozomlarda protein sentezinin gerçekleşmesi translasyon (şifrenin okunması) olarak
adlandırılır. Sentezlenen proteinler ya hücre yapısına katılır ya da enzim olarak görev yapar.
Transkripsiyon ve translasyon olayları şu şekilde gerçekleşir.
Sentezlenecek proteini şifreleyen DNA zincirine anlamlı zincir, karşısındaki zincire ise tamamlayıcı
zincir denir. Anlamlı zincirin belirli bir bölümü mRNA sentezi sırasında kalıp olarak kullanılır.
Transkripsiyon sonucu sentezlenen mRNA’daki kodonlar, sentezlenecek proteinin amino asit dizisini
belirler.
Sentezlenen mRNA, çekirdeğin porlarından sitoplazmaya geçerek ribozomlara gider. mRNA
üzerindeki AUG, başlatıcı kodondur ve bu kodon metiyonin amino asidini şifreler. Bu aşamada
metiyonin amino asidini taşıyan tRNA molekülü, antikodon kısmıyla AUG kodonuna bağlanır. Bunun
arkasından ribozomun büyük alt birimi küçük alt birimine bağlanır ve böylece protein sentezi
başlamış olur.
tRNA’lar antikodonlarına uygun amino asitleri ribozoma getirir. Amino asitlerin tRNA ile taşınabilmesi
için ATP ile aktifleştirilmeleri gerekir. Bu olayı özel enzimler gerçekleştirir.
Ribozomun büyük alt birimine taşınan amino asitler arasında peptit bağları kurulur. Bu şekilde mRNA
üzerindeki tüm kodonlar, tRNA’lardaki kendilerine uygun antikodonlarla birleşir ve taşınan amino
asitlerin zincire eklenmesi sağlanır. Bu arada işi biten tRNA’lar, yeniden kullanılmak üzere ribozomu
terk eder.
Zincirin uzama aşaması mRNA üzerindeki durdurucu kodonlardan (UAG, UAA veya UGA) biri gelinceye
kadar devam eder. Yeni sentezlenmiş polipeptit zinciri ve en son tRNA serbest kalır, ribozomun alt
birimleri de birbirinden ayrılır.
Bir Gen- Bir polipeptit hipotezi
1930’larda Beadle ve Tatum, Neuspora adlı küf mantarında arjinin amino asidinin bir dizi kimyasal
reaksiyon sonucunda oluştuğunu saptamışlardır. Dizideki her reaksiyonun ayrı bir enzim tarafından
yürütüldüğünü ve bu enzimlerin her birinin de farklı bir genin kontrolü altında bulunduğunu tespit
etmişlerdir. Araştırma sonunda ayrıca, mutasyona uğramış her bir genin bir enzimi etkilediği
anlaşılmıştır. Beadle ve Tatum olaya “bir gen – bir enzim ” hipotezi adını vermişlerdir.
Daha sonraki yıllarda gen ürünü olan bütün proteinlerin enzim olmadığı saptanmıştır. Yine birçok
proteinin iki veya daha fazla polipeptit zincirinden oluştuğu ve her polipeptitin ayrı bir gen tarafından
kodlandığı anlaşılmıştır. Bu nedenle günümüzde “bir gen- bir polipeptit hipotezi” şeklinde bir
tanımlama daha doğru olarak kabul edilmektedir.
Not: Gen, DNA’daki belirli bir nükleotit dizisinden oluşmuş kalıtsal bilgi taşıyan birimdir.
Santral Doğma
Bir hücrede gerçekleşen replikasyon, transkripsiyon ve translasyon olaylarının tümünü açıklayan bir
bütündür.
Not: Replikasyon hücre bölünmesinden önce gerçekleşir. Protein sentezi için replikasyona gerek
yoktur.
Gen-Çevre ilişkisi
Canlılarda bazı özellikler sadece kalıtıma bağlı olarak ortaya çıkar. Ancak bir organizmanın son şeklini
alması kalıtım ve çevreye bağlıdır. Organizmaların fenotipleri, yaşadıkları ortamdaki ışık, sıcaklık,
besin gibi çevre faktörlerinin etkisiyle farklılık gösterebilir. İnsanlarda güneş banyosu deri rengini,
spor ise vücut gelişimini değiştirici etki yapabilir. Tek yumurta ikizleri, aynı kalıtsal materyale sahip
olmalarına rağmen fenotipik farklılıkları gösterebilirler. Çevresel etkenlere bağlı olarak canlıların
fenotipinde meydana gelen değişikliklere modifikasyon denir. Çevre koşulları, genlerin işleyişini
değiştirerek fenotipin değişmesine neden olmaktadır. Modifikasyonlar kalıtsal değildir; çünkü
meydana gelen değişiklikler sadece vücut hücrelerinden olur.
http://www.biyolojidersnotlari.com