2.Canlılarda Bulunan Başlıca Kimyasal Bileşikler Kaynak

Canlılarda Bulunan Başlıca
Kimyasal Bileşikler
Canlılarda Bulunan Başlıca Kimyasal Bileşikler
Kimyasal bileşikler, inorganik ve organik bileşikler olmak üzere
ikiye ayrılırlar.
İnorganik bileşiklerin en önemlileri; su, asitler, bazlar ve
tuzlardır.
Organik bileşikler ise; karbonhidratlar, yağlar, proteinler ve
nukleik asitlerdir.
Su
Dünyada yaşam suya bağlıdır. Canlı vücudunun büyük bir kısmı su
moleküllerinden oluşmuştur. Canlılarda dokuların içerdikleri su oranı oldukça
değişiktir. Örneğin kemiğin %20’si, kas dokusunun % 80’i, beynin % 85’i
sudur. Bir insan ağırlığının üçte ikisi sudur. Suda yaşayanlarda su yüzdesi
daha fazladır (%90). Hatta denizanalarının vücudunun % 98’i sudur.
Canlı yaşamında suyun çok büyük önemi vardır.
Su , mineral iyonları için doğal bir eritici ve hücrede bulunan kolloid maddeler
için bir dağılma ortamıdır.
Bütün biyokimyasal reaksiyonlar sulu bir ortamda yapılır.
Metabolizma sonucu oluşan artık maddeler suda erimiş halde vücut dışına
atılırlar.
Su insanda vücut sıcaklığının ayarlanmasında da önemli bir rol oynar.
Bir organizmanın içerdiği su miktarı yaşı ve metabolik etkenlikleri
ile ilgilidir. Örneğin embriyonal hücrelerle (%90-95) genç ve aktif
hücrelerde su oranı daha yüksektir. Hücre yaşlandıkça kapsadığı
su miktarı da azalır.
Su, hücrede serbest halde bulunduğu gibi bileşik halde de
bulunabilir.
Serbest halde, gerçek çözeltide iyonların veya elektrik yükü
olmayan küçük moleküllerin, kolloidal çözeltide ise kolloidlerin
çözücü maddesidir.
Bağlı su ise, protein ve diğer organik bileşiklere hidrojen bağları
ile bağlanmış ve fiziksel özelliğini kaybetmemiş şekilde bulunur.
Metabolizma olaylarının bir sonucu olarak belirli bir miktar su
hücre içinde oluşturulur. Yani hücre solunumunda (aerobik
solunumun) son ürün olarak meydana getirilir. Buna rağmen
idrarla ve solunumla fazla miktarda su dışarı atıldığı için, suyun
dışardan doğrudan doğruya içilerek ya da besinlerle birlikte
alınması gereklidir.
Alınan suyun vücutta devrini tamamlayıp dışarıya atılması
organizmanın yaşadığı yere bağlıdır. Örneğin; insanda vücutta
bulunan suya eşit ağırlıktaki suyun tam devri dört haftadır,
devede üç ay, amipte yedi gün, kaplumbağada bir yıl sürer.
Asitler, Bazlar ve Tuzlar
Bunlar hücredeki su içinde erimiş yani iyonlaşmış halde
bulunurlar. Elektrik yüklü olan bu partiküller bir elektrik akımı
meydana getirir. Artı yüklü olanlara katyon, eksi yüklü olanlara
anyon denir. Anyon ve katyonlar, çok düşük konsantrasyonlarda
bulunurlar ve hücrenin PH dengesinin ve osmatik basıncının
ayarlanmasında önemli rol oynarlar.
Su içerisinde çözündüğünde H+ iyonu veren bütün bileşikler asit
özelliklidir. Suda çözündüğü zaman OH- iyonu veren bileşikler
bazdır.
Asitlerle bazlar karıştırıldığında asitin H+ iyonu bazın OH(hidroksil) iyonu ile birleşerek bir molekül su açığa çıkarır ve asitin
anyonu bazın katyonu ile birleşerek tuz yapar.
H+CL-+ Na+OH-=H2 O+ Na+Cl-
Sodyum, potasyum, kalsiyum ve mağnezyum en önemli
katyonlardır. Klor, bikarbonat, fosfat ve sülfatlar ise en önemli
anyonlardır.
Çeşitli tuzlar canlıda çok az bulunur, ancak canlı için
gereklidirler. Anyon ve katyonlarına ayrılan tuzlar osmatik
basınç ile hücrenin asit- baz dengesi için önemlidirler.
İyon dengesi bozulduğu zaman canlılarda birçok işlevsel
bozukluklar görülür. Örneğin NaCL vücut sıvısının ozmatik
basıncını düzenler. Azlığında ilk olarak hücre arası sıvının,
özellikle kanın suyu çekilir, kan koyulaşır ve sonuçta, kramplarla
birlikte dolaşım sistemi bozularak canlıyı ölüme sürükler.
Sodyum ve potasyum kas liflerinin uyarılmasında ve sinirlerdeki
iletimde önemli rol oynarlar. Vücutta Na:K oranının sabit tutulması
gerekir.
Klor, azlığında sindirim ve büyüme bozuklukları ortaya çıkar.
Magnezyum, birçok enziminin tepkimesi için gereklidir.
Kalsiyum, iyon halinde, hücre zarı geçirgenliği ve kanın
pıhtılaşmasında önemlidir. Kalsiyum iskeletin ana maddelerinden
biridir. Kemik dokusunda fosfat ve karbonat iyonları ile birleşik
olarak bulunur.
Fosfor, kükürt, demir, bakır, mangan, çinko, kobalt, iyot, flor,
silisyum, molibden ve selen gibi iyonlarında canlı bünyesinde
önemli işlevler vardır.
Biyolojik Olarak Önemli Bazı Organik Bileşikler:
Organik maddelerden bazıları hücrede enerji, bazıları yapı
malzemesi, bazıları da metabolizma düzenleyici madde olarak
görev yapar.
Karbonhidratlar
Karbonhidratlar karbon, hidrojen ve oksijen oluşurlar. Bütün canlı
hücrelerde bulunurlar. Hücrede enerji sağlayan reaksiyonların başlıca
ham maddesi karbonhidratlardır. Ayrıca karbonhiratlar, bitki hücre
çeperlerinde, protein ile birlikte mantar ve bakterilerin hücre çeperinde
ve böceklerin dış iskeletinde yapı maddesi olarak da iş yaparlar.
Başlıca karbonhidratlar;
Monosakleritler: Basit şekerlerdir. Biyolojik olarak en önemli
karbonhitlardır. Karbon atomunun sayısına göre sınıflandırılırlar.
Canlılarda önemli monosalikaritler heksoz ve pentozdur.
Heksozlar altı karbon atomu içerirler. Örneğin; glikoz, galaktoz ve
früktoz gibi.
Bunlardan en önemlisi üzüm şekeri adını verdiğimiz glikoz bitki ve
hayvan hücrelerinde en çok bulunanıdır.
Bitki hücrelerinde, özellikle meyvalarda glikoz ile birlikte fruktoz da
bulunur.
Şekerler içerisinde en tatlı olanı fruktozdur.
Ayrica hayvanlar için süt şekerinin parçalanmasından meydana gelen
galaktoz da önemli monosakkaritlerdendir.
Pentozlar beş karbon atomu içerirler. Örneğin; riboz, deoksiriboz gibi.
Riboz RNA da, deoksiriboz ise DNA da bulunur.
Disakkaritler: İki molekül monosakkaritin bir molekül su
kaybetmesiyle oluşurlar. Genel formülleri C2 H22 O11
şeklindedir.
Bunlar sakkaroz, maltoz ve laktozdur.
Sakkaroz ve maltoz bitkilerde bulunurlar.
Laktoz ise hayvanlarda- memeli sütünde bulunur ve yavruların
beslenmesinde önemli rol oynar.
Fruktozdan sonra bize en tatlı gelen şeker sakkarozdur.
Polisakkaritler: Pekçok sayıda monosakkaritin birleşmesi ve
buna uygun miktarda su kaybetmesi ile oluşurlar. Genel
formülleri C6H10O5 dir. En önemli polisakkaritler nişasta,
selüloz ve glikojendir.
Nişasta ve selüloz bitki hücrelerinde bulunan en önemli
polisakkaritlerdir.
Selüloz bitki hücrelerinin çeperinde yapı maddesi olarak
kullanılır.
Nişasta ise depo edilir.
Hayvanlarda polisakkaritler Tunicata hariç yapı maddesi olarak
kullanılmazlar. Seluloz suda erimez. İnsanlarda nişastayı
hidrolize eden enzimin selüloza etkisi olmadığından selüloz
sindirilmeden dişarı atılır.
Glikojen ise hayvan hücrelerinde bulunan önemli bir
polisakkarittir.
İnsanlarda ve yüksek organizasyonlu hayvanlarda karaciğer ve
kaslarda enerji kaynağı olarak depo edilir.
Karaciğerdeki glikojen, gerektiği zaman enzimlerin etkisi ile
glukoz halinde kana geçer ve kan şekerini oluşturur.
Kas hücrelerindeki glikojen ise kas kontraksiyonu esnasında
enerji kaynağı olarak kullanılır.
Kitin ise eklembacaklıların dış iskeletinde protein ile
birlikte bulunan selüloza benzer bir polisakkarittir. Böcek
kütikülasının mekanik özelliği, kapsadığı kitinden dolayıdır.
Kitin suda, alkalin veya asitik ortamda ve mide özsuyunda
erimez. Bakterilerden ve sümüklüböceklerin midelerinden
çıkarılan kitinaz ile sindirilirler.
Yağlar
Karbonhidratlar gibi karbon, hidrojen ve oksijenden yapılmış bileşiklerdir.
Oksijen miktarı karbonhidratlara oranla azdır.
Yağlar hücrelerde enerji ve yapı maddesi olarak kullanılır; özellikle hücre
zarının yapısına büyük ölçüde katılır. Karbonhidratlardan iki defa daha fazla
enerji sağladıklarından yedek besin olarak depolanırlar; dolayısıyla hücrede
öncelikle enerji kaynağı olarak karbonhidratlar yakılır. Suda erimeyen ancak
kloroform, eter ve benzen gibi organik çözücüler içersinde eriyen heterojen
bir gruptur.
Lipidleri genel olarak şu şekilde sınıflandırabiliriz:
Basit yağlar
Bileşik yağlar
Steroitler
Karotinoitler
1. Basit yağlar:
Bunlara nötral yağlar yada depo lipidleri de denir. Herbir yağ
molekülü yağ asitinin gliserol (gliserin) ile birleşmesinden
oluşmuştur. Basit yağlara triglised de denir.
Canlı organizmalarda enerji depoları olarak önemlidirler.
Karbonhitratlara nazaran iki kat daha enerji sağlarlar.
Hücrede bulunan karbonhidratların fazlası yağa dönüşür.
Deri altında depo edilerek vücut sıcaklığını korumak için izolasyon
vazifesi görür.
Ayrıca vücudun değişik organlarının çevresinde depo edilerek onlara
yastık ve koruma görevi yapar.
Basit yağlar normal sıcaklıkta sıvı ve katı oluşuna göre ikiye ayrılır.
Hayvansal yağlar genellikle katıdır.
Balık yağı, zeytin yağı gibi yağlar sıvı yağlara örnektir.
Ayrıca basit yağlar doymuş ve doymamış olarakta ayrılabilir.
Bütün doymamış yağlar oda sıcaklığında sıvıdır; H’ le doyurulduğunda
katı hale geçerler. Yani bir yağ asidinin kapsamında bulunan karbonların
hepsi hidrojenle bağlı olursa doymuş, bağlı olmazsa doymamış yağ
asitleri olarak isimlendirilir.
Mumlar ise, yağ asitlerinin gliserolden başka daha büyük moleküllü
alkollerle verdikleri esterlerdir. Yüksek erime noktasına sahiptirler.
Mum, bazı hayvanlarda vücudun korunması ve suyun kaybını önlemek
için kullanılır. Örneğin böceklerin kütikülasında bulunan mum, arıların
petek yapımında kullandıkları bal mumu gibi.
2. Bileşik yağlar:
Alkol ve asitlerin diğer organik maddelerle birleşmesinden
oluşan karmaşık yapılı bileşiklerdir.
Önemli yapı maddeleridir. Örneğin; fosfolipid, glikoprotein,
lipoprotein gibi.
Fosfolipitler, yağlara ek olarak fosfat içerirler.
Glikoprotein yağlara ek olarak karbonhidrat ve azot içerirler.
Lipoproteinler ise, plazma proteinleri ve diğer proteinlere bağlı
olan lipidlerdir.
3. Steroidler:
Dört halka halinde karbon, hidrojen ve oksijen atomlarından oluşan
kompleks yapılı moleküllerdir.
Steroidler biyolojik olarak çok önemlidirler.
Vitamin D, erkek ve dişi eşey hormonları, böbreküstü bezi (adrenal
korteks), safra tuzları ve kolesterol steroid yapıdadır.
Steroidler canlı hücrelerde özellikle hücre zarında yapı taşı olarak
bulunur.
Genel olarak steroid hormonlar metabolizmanın düzenlenmesinde
büyük bir öneme sahiptirler.
Kolesterin (Kolesterol) normal olarak belli düzeyde bütün hayvansal
dokularda ve yumurtada bulunur. Fakat bitki dokularında yoktur.
Proteinler
Canlıların en önemli yapı maddesi olan proteinler, lipid ve
karbonhidratlara göre daha kompleks bir yapıya sahiptir.
Drekt olarak hücre kimyasının kontrolünden sorumludurlar.
Binlerce farklı formları vardır.
Bütün proteinler karbon, hidrojen, oksijen ve azot içerirler; büyük bir
kısmında ise sülfür ve fosfatta bulunur.
Proteinler amino asit moleküllerinin birleşmesi ile oluşurlar. Yani
proteinlerin yapı birimi amino asitlerdir.
Amino asitlarde bir amino (NH2), bir de karboksil (COOH) grubu vardır.
Genel fomülleri
R harfi yerine, amino asit çeşitlerine göre atom veya atom grupları
bağlanır. Yani amino asitlerin çeşitliliğini, bu R’ nin yerine gelen değişik
yapılı atom grupları sağlar.
Canlı organizmalarda 20 çeşit amino asit sentezlenebilir. Her protein
molekülü bu amino asitlerden binlercesini bünyesinde bulundurduğu
için, sayısız kombinasyonlar ortaya çıkar.
Amino asitlerin en basiti glisin ve alanindir.
Glisinde R yerine bir atom hidrojen, Alaninde ise CH3 atom grubu
gelmiştir.
Amino asitlerin en önemli özellikleri, birbirleriyle birleşerek uzun
zincirler oluşturmalarıdır. Amino asitler birbirlerine, birinin amino
grubu ile diğerinin karboksil grubu arasında bulunan bağlarla (peptid
bağları) bağlanırlar. Örneğin; iki amino asitten birinin karboksil
grubundaki hidroksil grubu (OH), diğerinin amino grubundaki
hidrojenle birleşerek bir molekül su açığa çıkar. Geride kalan moleküle
dipeptid denir.
Çeşitli amino asitler, aynı prensibe göre birbirlerine peptid bağları
ile bağlanarak polipeptid zincirlerini meydana getirirler.
Canlılarda proteinler basit ve bileşik olmak üzere ikiye ayrılır:
Basit proteinler:
Hidrolizlerinde enzimle parçalanmaları sonucu sadece amino asitleri
oluştururlar.
Basit proteinlerin en önemlileri albüminler, globülinler ve
protaminlerdir.
Albüminler, saf suda ve seyreltilmiş tuz çözeltisinde erirler, ısıtma
sonucu pıhtılaşırlar. Süt albümini, kan albümini, yumurta albümini,
kan renk maddesinin globini, kas plazmasının miyojeni örnek olarak
verilebilir.
Globülinler, suda erimezler ancak yoğun olmayan tuz ve baz
bileşiklerinde erirler. Serum, yumurta, kas globinleri ve kan
fibrinojeni örnek olarak verilebilir.
Protaminler, sperm hücresinden elde edilen çok küçük
polipeptidlerdir.
Bileşik Proteinler:
Basit proteinlerin protein olmayan başka bir madde ile örneğin
karbonhidrat veya lipidlerle birleşmesi sonucu oluşurlar.
Bileşik proteinlerin hidrolizleri sonucu alfa amino asitler ve bir
organik element oluşur.
Nukleoproteinler, protein ve nukleik asitten meydana gelirler.
Nukleik asitler, histonlarla, proteinlerle ve globülinlerle
kromozomları yaparlar.
Glikoproteinler, proteinin karbonhidratla bağlanması ile oluşur.
Örnegin; heparin gibi.
Kromoproteinler, bir proteinle ona bağlı renk maddesinden
oluşmuşlardır. Örneğin; hemoglobin, hemosiyanin, sitokrom gibi.
Hemoglobin, demir pofirin+globinden oluşmuştur (omurgalıların
alyuvarında bulunur).
Hemosiyaninde ise hemoglobindeki demir yerine bakır içeren bir
madde geçmiştir (çeşitli omurgasızların kanında bulunur).
Sitokromlar, solunum pigmentleridir ve her hücrede bulunur.
Protein moleküllerinin yapı bakımından benzerlik derecelerine
göre türler arsındaki yakınlık derecelerini tayin etmek
mümkündür.
Evolüsyon açısından birbirine yakın olan türlerin protein yapıları,
uzak olanlarınkine oranla birbirine daha çok benzer.
Nükleik Asitler
Nükleik asit molekülleri, canlılarda bulunan bütün diğer
moleküllerin hem en büyüğü ve en kompleks yapılısı, hem de en
önemlisidir.
Bu asitler 19. Yüzyılın sonunda İsveçli biyokimyacı Friedrich
Miescher tarafından bulunmuş ve ilk olarak nukleustda
görüldükleri için bu adı almıştır. Ancak daha sonraki yıllarda
yapılan araştırmalar, nükleik asitlerin viruslardan insana kadar
bütün canlılarda bulunduğunu ve hücrenin yalnız nukleusunda
değil, diğer kısımlarındada bulunduğunu göstermiştir.
Nükleik asitler, kalıtım (gen) ünitelerini düzenleyen
materyallerdir. Aynı zamanda interfazdaki hücrenin
çekirdeğindeki genetikle ilgili kalıtsal bilgiyi ve hücre işlevleri ile
ilişkili bilgi akımını sağlamaktadırlar. Yaşam boyunca ve bölünme
sırasında bile bu iki bilgi akımı kesintisiz süregelmektedir.
Hücre bölünmesi sırasında, ana hücrenin nukleusunda orijinal
olarak bulunan tüm bilgiyi, oluşacak olan herbir yavru hücrenin
alabilmesi için ana hücre DNA’ sı kendini eşleyerek kopyalarını
çıkarır. Böylece gerekli kalıtsal bilgi yavru hücrelere aktarılır.
Hücre işlevleri ile ilgili bilgi aktarımı için, hücre DNA’ sı gerekli
bilgiyi mRNA’ ya nakleder. mRNA, aldığı bu bilgiyi protein
sentez yerleri olan ribozomlara taşır. Burada mRNA’ da bulunan
bilgi, yeni protein moleküllerine dönüşür. Herbir mRNA
molekülü, bir yada daha fazla sayıda protein yapımı için gerekli
olan yapısal şifreyi taşır. mRNA, proteinleri oluşturan polipeptid
zincirlerinin biraraya gelmesini yöneten bir kalıp olarak görev
yapar.
İki çeşit nükleik asit vardır. Yapılarında bulunan beş
karbonlu şeker (pentoz) molekülünün cinsine göre isim alırlar:
Deoksiribonükleik asit (DNA) ve Ribonükleik asit (RNA).
DNA, hücrenin nükeusundaki genetik materyalde,
kromozomlarda ve kloroplastlarda, çok azda mitokondriumlarda
bulunur. RNA ise nükleolusda ve özellikle kromozomların
nükleolus organizatör bolgesinde, ribozomlarda ve sitoplazmada
bulunur.
Nükleik asit molekülleri nükleotid denen molekül gruplarından
meydana gelmiştir. Yani nükleotidler nükleik asitleri meydana
getiren ünitelerdir.
Bir nükleotid molekülünde üç ayrı molekül grubu vardır:
1. Fosforik asit (H3PO4),
2. Beş karbonlu bir şeker olan riboz (C5H10O5) veya deoksiriboz
(C5H10O4),
3. Karbon, azot, hidrojen ve oksijen atomlarından yapılmış halka
şeklindeki organik bazlar (purin ve pirimidin).
Organik bazlar purin ve pirimidin olmak üzere iki çeşittir.
Pirimidin: Sitozin, Timin, Urasil;
Purin: Adenin, Guanin bazlarını kapsar.
Fosforik asit her iki nükleotid de de aynıdır. Riboz, yalnız RNA’
da, Deoksiriboz ise DNA’ da bulunur. Organik bazlardan her iki
nükleik asitte de purinler ortaktır. Yani adenin ve guanin hem
DNA hem de RNA’ da bulunur. Primidinlerden, sitozin hem
DNA, hem de RNA’ da bulunur. Timin DNA, Urasil ise RNA için
karekteristiktir.
Yapısında riboz bulunan nükleotidlere ribonukleotid, deoksiriboz
bulunanlara da deoksiribonükleotid denir.
Riboz RNA’ nın deoksiriboz DNA’ nın yapısında bulunur.
Ayrıca nükleotidler taşıdıkları bazlara göre isim alırlar. Adenin
nükleotid, sitozin nükleotid gibi. Yani gerek DNA gerek RNA’ da
dört çeşit nükleotid vardır.
Gerek DNA, gerekse RNA, bu dört tip nükleodin çeşitli sıra ve
sayıda birbirine fosfat bağları ile bağlanmasından meydana gelen
uzun molekül zincirleridir.
Biyologlar, özellikle DNA mölekülünün yapısı üzerinde durmuşlar
ve bu nükleik asitte nukleotidlerin birbirleriyle bağlanış şeklini
araştırarak DNA’nın yapısını çözmeyi başarmışlardır. Bunun için
1953 yılında WILKINS ve FRANKLIN’ın bulduğu x ışınlarının
kırınımlarına dayanan yöntemle yapılan araştırmalar ilk adım
olmuş ve bu yöntemle DNA molekülünün x ışını ile film üzerine
fotoğrafı alınabilmiştir. Daha sonra bundan yararlanılarak bir
model hazırlanılmıştır. 1961 yılında JAMES D.WATSON ve
FRANCIS H. CRICK DNA’nın bir modelini yapmışlardır. Bu model,
DNA’nın hücredeki fizikokimyasal ve biyolojik özelliklerini ve
özellikle çoğalmasını gayet iyi bir şekilde açıkladığından WATSON
ve CRICK’ün 1962 yılında Nobel ödülü almalarını sağlamıştır.
Bu modele göre DNA, karşılıklı iki nukleotid zincirinden
oluşmuştur. Bu zincirler merkezsel bir eksen etrafında çift
helezon meydana getirirler. Bu iki helezon arasında, bunları
birbirine bağlayan basamaklar bulunur.
Minare merdivenine benzeyen böyle bir merdivenin iki kenarı
fosforik asit ve deoksiribozdan yapılmıştır. Merdivenin
basamaklarını ise purin ve pirimidin çiftleri oluşturur. İki zincir
baz çiftleri arasındaki hidrojen bağlarıyla bağlanmışlardır.
Karşılıklı iki zincir arasındaki uzaklık 11 A° kadar olup sabittir.
Purin ve pirimidinler arasındaki hidrojen bağları daima guaninin
sitozinle ve adeninin de timinle bağlanmasını sağlar. Adeninle
timin arasında iki hidrojen bağı, guaninle sitozın arasında üç
hidrojen bağı vardır
Bir DNA molekülünde, elde edildiği kaynaklara bakılmaksızın, A/T
ve G/S molar oranı daima 1/1 değerine eşit olarak
bulunmaktadır. Ayrıca DNA’da bulunan purin nukleotid toplamı,
pirimidin nukleotid toplamına eşittir (A+G) / (T+S) = 1. Buna
karşın organizmalarda (A+T) / (G+S) veya (G+S) / (A+T) oranı
farklılık göstermektedir ve 1’e eşit değildir. Bu orandan DNA’nın
elde edildiği kaynağı belirlemede yararlanılmaktadır. Söz konusu
oranlar türlere göre değişim gösterir.
DNA molekülünü oluşturan iki zincir birbirinin tamamlayıcısı ve zıt yönlü
paraleli durumundadır. Bu nedenle, bir zincirdeki baz sıralanışı, diğer
zincirdeki baz dizilişinin de belirlenmesini sağlar. Örneğin bir zincirdeki
baz sıralanışı A,G,S,T,S,A ise, bu zincirin tamamlayıcısı olan zincirdeki baz
sıralanışının ise T,S,G,A,G,T şeklinde olması gerekir. Bunlar çeşitli
canlıların DNA moleküllerini birbirinden ayıran merdivenin basamaklarını
oluştururlar.
DNA sarmalinin iki zinciri, baz çiftleri arasındaki hidrojen bağları
bozulduğu zaman, birbirinden kolaylıkla ayrılabilmektedir. Yani bir
DNA solusyonunun belirli bir dereceye kadar ısıtılması ya da
asitler veya alkalilerle muamele edilmesi, iki zincirin ayrılmasına
ve değişik fiziksel özellikler göstermesine neden olmaktadır.
Benzer değişmeler, PH’ nın düşürülmesi veya ortamdaki katyon
konsantırasyonlarının değiştirilmesi ile de meydana
gelebilmektedir. DNA sarmalinin açılması, erime olarak
adlandırılmaktadır. Bu olay belli bir sıcaklık derecesinde ve aniden
ortaya çıkmaktadır.
DNA’ ların erime noktaları içerdikleri baz bileşimine göre farklılık
göstermektedir. G+S içeriği yüksek olan DNA moleküllerinin
erime noktaları A+T içeriği yüksek olan DNA moleküllerine oranla
daha yüksektir. Çünkü G+S baz çiftleri birbirine üç adet hidrojen
bağı ile bağlıdır.
Sıcaklığın erime noktasının altına düşmesi sonucunda birbirinden
ayrılmış olan iki DNA zincirinin, çift sarmal oluşturmak üzere
yeniden birleştikleri saptanmıştır. Bu özellikten yararlanılarak
yapay ve melez DNA molekülleri meydana getirilebiliceği
saptanmıştır.
DNA bilgi taşıyan bir moleküldür. Özellikle genetik depo
diyebiliceğimiz bu bilgiler, özgül proteinlerin yapımını ve bir
canlı türünün mümkün olduğu kadar değişmeksizin devamını
sağlayan direktiflerdir.
DNA’ nın başlıca iki görevi vardır:
1. Hücre bölünmesi sırasında kendini eşlemesi (çoğalması) ve
böylece yavru hücrelerin ana hücredeki bilgiyi aynen
almalarına imkan sağlamasıdır. DNA ipliklerinin birbirini
tamamlayıcı özellikte olması ve birbirini tamamlayan bazlar
arasında çok özgül bağların varlığı, DNA’ nın kendine benzer
yeni bir molekül oluşturmasını sağlar.
2. Metabolik fonsiyonların düzenlenmesi ve kontrolü için sahip
olduğu şifrelenmiş bilgiyi, hücrenin yaşamı boyunca
uygulamasıdır. Adı geçen bilginin sağlanması ve naklinden,
DNA yapısındaki bazlar ve bunların sıralanışı sorumludur.
DNA’nın ökaryotik hücrelerde büyük oranda nukleusta
bulunduğu ve kromozomlarda yer aldığı sitokimyasal
çalışmalar sonucunda ortaya konmuştur. İnterfaz evresinde bir
hücrenin çekirdeğinde kromatin iplikleri yada kromonema
adını verdiğimiz ipliksi yapılar görülmektedir. Bu ipliksi yapılar
bölünme sırasında ufak silindir şeklini alarak kromozom adını
verdiğimiz yapıları oluştururlar. Yani interfaz evresinde görülen
kromatin iplikleri helezonları açılmış kromozomlardır.
Bilim insanları, insan hücrelerinde ilk kez 'dörtlü sarmal' yapıya sahip
DNA'ya rastladıklarını açıkladı.
Cambridge Üniversitesi araştırmacıları, daha önce sadece ikili sarmal
yapıya sahip olduğu düşünülen insan DNA'sında birbirine dolanmış dört
DNA ipliğine rastladı.
Hızla bölünen hücrelerde daha yaygın görülen dörtlü sarmal yapının,
kanserle ilişkili olduğu düşünülüyor.
Cambridge Üniversitesi Kimya Bölümü'nden Prof. Shankar
Balasubramanian, dörtlü sarmal yapının hücre belirli bir genotipe sahip
olduğunda ya da işlevinde bir bozukluk meydana geldiğinde ortaya
çıktığını söyledi. Dörtlü sarmal yapı, DNA'yı bir arada tutan ve genetik
kodu oluşturan dört bileşenden guaninin çok sayıda bulunduğu bölgelerde
görülüyor. Yapıya bu nedenle G-dörtlü adı verildi.
Telomer tekrarlarından oluşmuş bir DNA dörtlüsünün (quadruplex) yapısı.
DNA omurgasının biçimi tipik sarmal yapıdan büyük farklılık gösterir
DNA’ nın Sentezi
Yeni oluşacak yavru hücrelerin ana hücredeki genetik bilginin
tamamını alması için, hücre bölünmesinden önce
kromozomlardaki DNA’nın miktarının iki katına çıkması
gereklidir.
Watson ve Crick’e göre DNA’nın çoğalması sırasında bazlar
arasındaki zayıf (H) bağının kopması ile iki zincir bibirinden
ayrılmakata ve her iki zincir ortamda bulunan uygun
nukleotidlerle kendini tamamlamaktadır. Sonuçta ise, her biri
orijinal molekülünün kopyası olan iki DNA molekülü
oluşmaktadır. Oluşan bu iki molekül birbirine bütünüyle
benzeyen bir moleküler yapıya sahiptir.
DNA’nın çoğalması sırasında bazı enzimlerin rol almaktadır.
Endodezoksiribonükleaz enzimi: DNA’nın çözülmeye başlayacağı
noktayı belir ve DNA’yı çözer.
DNA çözen enzim: DNA ipliklerinin birini belirliyerek, yapının
gevşemesine neden olur.
DNA bağlayan proteinler: Çözülmüş DNA ipliklerine bağlanırlar,
DNA’nın tek iplikli durumda kalmasını sağlarlar.
DNA ligaz veya DNA bağlayan enzim: Bu enzim kesintili sentez
edilen kısa DNA parçalarını birleştirip, kesintisiz yeni bir ipliğin
oluşmasını sağlar.
RNA’ nın Yapısı ve Tipleri
Canli organizmalarda tek bir çeşit DNA molekülü bulunduğu
halde, fonksiyonları ve fiziksel özellikleri yönünden farklı birkaç
tip RNA bulunmaktadır.
1. Ribozomal RNA (r RNA)
2. Transfer RNA (+ RNA)
3. Messenger RNA (m RNA) veya elçi RNA (e RNA)
4. Viral RNA
RNA, DNA’ya benzer şekilde ribonükleotidlerin 3-5 fosfo-diester
bağları ile birleşmesinden oluşmuş olan uzun, dallanmamış
makromoleküllerdir.
Yüksek organizmalarda RNA’nın kromozomların yakınında,
nükleolusta, nükleus sıvısında, mitokondrilerde kloroplastlarda ve
ribozomlarda bulunduğu bildirilmektedir.
RNA bazı virüsler haricinde, tek zincir (iplik) den meydana
gelmiştir ve DNA’daki gibi sarmal bir yapıya sahip değildir.
Ancak bu molekül A-U ve G-S çiftleri ilmik yapıları meydana
getirerek sekonder bir yapı oluşturabilir.
RNA tiplerinin molekül ağırlıkları farklıdır.
RNA’daki azotlu baz bileşimi DNA’da belirtilen A/U = 1, G/S =1
kuralına genel olarak uymamaktadır. Bununla birlikte, molekül
içinde ilmek şeklinde bir baz çiftleşmesinin olduğu durumlarda G
ve S nin yüzde miktarlarında bazı düzenlilikler görülebilir.
RNA molekülünde, DNA’ da mevcut olan deoksiriboz şekerinin
yerinde riboz, pirimidin bazlarından timin yerinde ise urasil
bulunur.
Hücrede bulunan değişik RNA tiplerinin hepsi, DNA’ daki kalıtsal
bilginin protein yapısına dönüşmesinde rol oynarlar.
RNA ‘nın Sentezi (Transkripsiyon):
RNA’ nın da DNA gibi dört değişik nükleotidden oluşmuş uzun ve
dallanma göstermeyen bir molekül oluşu, RNA’ nın DNA ile
tamamlayıcılık gösterebiliceğini akla getirmiştir.
Buna göre: DNA ile RNA arasındaki yakın benzerliği dikkate alan
WEIS, HURVİTZ ve STEVENS adlı araştırıcılar, RNA'’nın da DNA
çoğalmasına benzer bir yol ile nukleosid trifosfat birimlerinden
DNA moleküllerindeki bir ipliğin kopyasını çıkaran bir mekanizma
ile sentez edildiğini belirtmişlerdir.
RNA sentezinde, DNA çoğalmasında olduğu gibi önce DNA sarmalindeki
iplikler birbirinden çözülerek ayrılmaktadır.
RNA sentezinde DNA’ nın ayrılan bu iki ipliğinden yalnızca biri kalıp olarak
kullanılmaktadır. Yani DNA’ nın iki ipliğinden yalnız birinin kopyası
çıkarılmaktadır. RNA’nın tek iplikli bir molekül olması da bu duruma uygun
olmaktadır.
RNA sentezinde, RNA polimeraz adlı enzim görev yapmaktadır. Bu enzim,
RNA iskeletini meydana getiren nükleotidler arasındaki 3-5 fosfo diester
bağlarının yapılmasını katalize ederek ribonükleotidleri birbirine
bağlamaktadır. Ancak, bu enzim ribonükleotidleri bağlama sırasındaki
düzen için, bu sırayı belirleyen DNA moleküllerine bağımlıdır.
RNA polimeraz enzimi DNA molekülüne bağlanır. DNA
molekülündeki purin ve pirimidin bazlarının özel sırası, bu
enzimin çift sarmali çözmesine izin vermektedir. Çift sarmal
açılınca, polimeraz enzimi iki tamamlayıcı iplikten birisine
tutunmaktadır. Bu iplik RNA sentezi için kalıp görevi yapacak olan
iplik olarak tanımlanmaktadır. DNA ipliği ve RNA polimeraz
enziminin oluşturduğu bileşene, DNA nükleotidlerinin bazları
dikkate alınarak, ortamdaki 4 nükleosid trifosfat uygun sıra ile
eklemeye başlamaktadır. Enzim DNA ipliği boyunca hareket
ederek RNA sentezi tamamlayıncaya kadar, uygun nükleosid
trifosfatı bağlar.
Enzimin hareket yönü ve RNA ipliğinin büyüme doğrultusu 5-3
şeklindedir. Bu durum, kalıp rolünü üstlenen DNA ipliğinin buna
zıt yönlü olması gerektiğini ortaya koyar. Böylece RNA
sentezinde, DNA ipliklerinden hangisinin kalıp göreveni yapacağı
açık olarak belirlenmiştir. RNA polimeraz enzimi, sonlandırma
sinyali olarak tanımlanan özel bir baz sırası gelinceye dek, RNA
nükleotidlerini ekler. Bu özel sırada sentez durur. Sentez bitince
oluşan RNA, DNA ipliğinden ayrılır ve sonuçta iki DNA ipliği tekrar
birleşir