Gen üzerine kısa bilgi:
DNA nın canlıların genetik şifresi olduğunu sıklıkla duyarız.Belgesellerde, dergilerde gazetelerde vs. Fakat genlerle ilgili olarak her zaman kafamızda soru işaretleri kalır. DNA ne demek?, genler insanın neresinde bulunur veya genlerle nasıl oynarlar gibi sorulardır bunlar. Aslında pekte bahsedildiği kadar karmaşık bir konu değildir.
DNA nedir, nerede bulunur?
DNA "Deoksi Ribo Nükleik Asit" isimli bir tür molekül grubunun kısaltılmış isimidir.DNA'nın çift zincirli ip merdivene benzediğinden bahsetmiştik(Bkz.Önsoz,Sekil-1).Çift zincirli yapıdaki DNA zinciri oldukça uzun bir zincirdir.Bu zincir hücre içindeki özel enzimler ve proteinler aracılığı ile paketlenir.
Nasılki uzun bir ipi makaraya düzenli bir şekilde sarıyorsanız, hücrede buna benzer bir mekanizma ile DNA yı paketleyerek çekirdeğinin (Nukleus) içine yerleştirir.DNA her hücrede bulunur.Örneğin şu an ekrana bakan gözlerinizdeki her hücrenin içinde DNA zinciri paketlenmiş bir vaziyette yerleşik olarak bulunur.Veyahut klavyeyi kullanan ellerinizdeki herbir hücrenin içerisinde ayrı ayrı DNA molekülü bulunur.Böbreklerinizin hücrelerinde, karaciğerinizin hücrelerinde, kemik hücrelerinizde kısacası vücudunuzdaki her hücrede DNA molekülü mevcuttur.
DNA uzun bir zincir olmasına karşılık üzerindeki baz sıraları bir düzen içerisinde taksim edilmiştir. Taksim edilen bu baz gruplarına ise" Gen "denir.Mesela bir canlının DNA zincirinde 15.000.000 adet baz(Nukleotid) dizisi olsun ve bu baz dizileri 1000 ' er adet olmak üzere 15 gruba ayrılmış olsun.İşte bu 15 tane grubun her biri birer "gen" dir.İnsan hücresinde ise yaklaşık olarak 3 milyar adet gen bulunur.Tabii her genin içinde binlerce nükleotid dizisi vardır.
Bir canlının bütün karakterleri ise DNA daki genlerde saklıdır.Bu genlerin nasıl olupta bir canlıyı meydana getirdiğine ilerleyen bölümlerde deyineceğiz.
Yukarıdaki DNA zincirine bakacak olursanız a,t,g ve c olmak üzere 4 farklı bazın birbirleriyle karşı karşıya gelerek bağlandığını görürsünüz.Bu bağlanmalar belirli bir düzene göre yapılır. "a=adenin","t=timin","g=guanin" ve "c=sitozin" bazları arasında adenin bazı yanlızca timin ile guanin bazı ise yanlızca sitozin(c) ile bağ yapar.Bunun nedeni ise oldukça ilginçtir.
Adenin ve Guanin bazları yapısal olarak büyük boylu moleküllerdir.Timin ve Sitozin ise küçük boylu moleküllerdir.Adenin ve timin bazlarını bir futbol topu, guanin ve sitozin bazlarını ise tenis topu olarak düşünebilirsiniz.
Eger adenin bazının karşısına timin değilde guanin gelseydi heliks yapısının düzgün ilerlemesi mümkün olmayacaktı.Fakat DNA da küçük bazlara karşı büyük bazların gelmesiyle aradaki mesafenin her noktada sabit olması sağlanmıştır. DNA nın yapısı bazların bu şekilde ardı ardına sıralanmasıyla uzayıp gider.Aşağıdaki şekilde ise bazların sıralanışı biraz daha anlaşılır bir şekilde görülmektedir.
Eminizki bazların DNA üzerinde bu şekilde sıralanmasının, canlılığın "şifresi" ile ne ilgisi olduğunu merak ediyorsunuzdur.Az öncede belirttiğimiz gibi bu şifrelerin bir canlı organizmayi nasıl meydana getirdiğini şimdi açıklayacağız.
DNA daki şifrelerden canlı bir organizmanın meydana gelmesi, aslında hücre içinde oldukça karmaşık bir dizi işlem neticesinde meyadana gelir.Fakat yazımızda bu işlemleri en kaba haliyle ele aldık.
DNA daki şifrelerin deşifre olup organizmayı meydana getirmesi aşama aşama meydana gelmektedir.Bu aşamalar ise sırasıyla
- DNA dan RNA sentezi (Transkripsiyon)
- RNA dan protein sentezi (Translasyon)
- Proteini üretilen hücrenin farklılaşması (Morfogenez)
DNA dan RNA sentezi (Transkripsiyon) :
Erkek bir canlıdan gelen spermin taşıdığı bir miktar DNA ile dişi bir canlıdan gelen yumurtanın taşıdığı DNA birleşerek tam bir DNA yı verir.Bu DNA meydana gelecek yavrunun tüm özelliklerini içinde barındırır.Mesela bu canlının DNA sında 1 milyar gen var ise bu genlerin 500 milyontanesi anneden 500 milyon taneside babadan gelir.Yumurta ile spermin birleşmesinin ardından DNA daki o eşsiz şifreler çözülerek, küçücük bir yumurta (zigot) dan kocaman bir canlıyı meydana getirmeye başlar.
İlk aşama RNA sentezidir.Bu işlem DNA nın açılmasıyla başlar.Biliyoruzki DNA daki bazlar karşı karşıya gelip el ele tutuşarak her iki omurgayı birleştirmişlerdi.Fakat bu bazlar ellerini bırakarak yani aralarındaki bağları kopararak DNA nın çift zincirli yapısını tıpkı bir "fermuar" gibi açmaya başlar. DNA çözülmeye başladıkça "RNA polimeraz" adı verilen özel bir protein DNA nın üzerinde gezerek onu okumaya ve RNA yı sentezlemeye başlar.Bu işlemi daha iyi anlamak icin aşagıdaki şekle bakalım.
Şekilde DNA çözülmüş bir vaziyette görülmektedir.Büyük mavi bölge RNA polimerazı temsil etmektedir.Yeşil şerit ise sentezlenen RNA dır.
Anlaşılacağı gibi DNA zinciri açılmış ve RNA polimeraz enzimi vasıtasıyla DNA daki bazlara karşılık gelen diğer bazlar birbirlerine eklenerek RNA üretilmektedir.
Üretilen RNA nın DNA dan tek farkı Adenin bazının karşısına Timin yerin " U " harfiyle gösterilen " Urasil " bazının gelmiş olmasıdır.Üretimi tamamlanan RNA daha sonra DNA üzerinden ayrılarak bir dizi işleme tabii tutulur.
Bu işlemler sırasında RNA kaba olarak DNA dan üretildikten sonra üzerinde düzeltmeler yapılır.Nasılki bir marangoz kestiği tahtaları düzeltmek için yontuyorsa, hücrede aynı şekilde üretilen kaba RNA yı düzeltmek için bir dizi enzimi görevlendirir.
Not:Üretilen bu RNA, mRNA (mesajcı RNA) dır.
RNA dan protein sentezi (Translasyon):
Düzeltme işlemleri tamamlanmış olan mRNA daha sonra çekirdek (nukleus) den çıkarak "Ribozom" adı verilen bir organele doğru yol almaya başlar.Ribozoma ulaşan mRNA ribozoma bağlanır. mRNA nın bir özelliği ise DNA daki gibi sıralanan bazların 3 lü gruplar halinde ayrılmış olmasıdır.Bir örnek verelim ;
DNA üzerindeki kodonlar " AATGCCGATGTA " şeklinde ise, sentezlenen mRNA nın görünümü " UUA-CGG-CUA-CAU " şeklinde olacaktır.Dikkat ederseniz baz sıralamasında bir değişme yoktur, yanlızca bazlar 3 lü gruplar halinde taksim edilmişlerdir.Taksim edilen bu 3 lü gruplara ise "Kodon" adı verilir.Tabii RNA da adenin bazına karşılık urasil bazının, guanin bazına karşilik ise sitozin bazının geldiğini unutmamak gerekir.
Bu şekilde üretilen mRNA ribozoma bağlandıktan sonra 3 lü grupların okunmasına başlanır.tRNA adı verilen bir başka RNA çeşidi ise bildiğimiz mRNA veya DNA kadar uzun değildir.tRNA (Taşıyıcı RNA) üzerinde yanlızca 15-20 baz sırası bulundurur.tRNA nın diğer bir özelliği ise birbiri ardına sıralanan bazların bir daire oluşturacak şekilde bağlanmasıdır.Bunu halay çeken bir grup insana benzetebilirsiniz.
tRNA halkasının üzerinde iki önemli bölge vardır.Bu bölgelerden ilki, taşıyacağı aminoasidin tanınmasını sağlayan bölgedir.Diğer bölge ise tRNA nın mRNA ya bağlanacağı, 3 adet baz sırasından oluşan bölgedir.Bu bölgeye ise " Anti-kodon " adı verilir. mRNA üzerinde bazların 3 lü gruplar halinde dizildiğinden bahsetmiştik.İşte tRNA üzerinde bulunan, " anti-kodon " adı verilen ve yanlızca 3 adet baz sırasından oluşan bu bölge, ribozoma tutunmuş mRNA üzerindeki " kodon " adı verilen 3 lü gruplara bağlanır.Tabii tRNA ların anti - kodonları, mRNA üzerindeki kodonlara sırasıyla bağlanırken beraberlerinde taşıdıkları aminoasitleride getirmişlerdir.Bu yüzden tRNA ya bu isim verilmiştir." Aminoasiti taşıyan RNA "
tRNA lar aminoasitleri taşıyıp sırasıyla kodonlara bağlandıkça, tRNA ların sırtlarındaki aminoasitlerde birbirleriyle bağlanmaya başlarlar.
Yandaki şekilde mRNA (messenger RNA) daki kodonlardan birisine bağlanmakta olan bir tRNA görülüyor.Görüldüğü gibi mRNA daki kodonun baz dizilimi GCC, bu kodona bağlanan tRNA nın ise anti - kodonu CGG şeklindedir.
tRNA üzerinde bulunan pembe halka ise " aminoasit " i temsil etmektedir.
Yüzlerce binlerce tRNA yanyana dizildiklerinde, üzerlerindeki aminoasitlerde yanyana gelmiş olur.İşte yanyana gelmiş olan bu aminoasitler birbirleriyle bağ yaparak proteini sentez etmeye başlar.Hatırlarsanız protein molekülünün aminoasit zincirlerinden meydana geldiğini soylemiştik.
Yukarıda anlatmak istediğimiz olayları yandaki şekil gayet iyi açıklıyor.Sağ tarafta yaklaşmakta olan mavi renkli tRNA lar görülüyor.tRNA ların üzerlerinde ise yeşil ve sarı renklerle gösterilmiş " aminoasit " ler görülüyor.Yeşil renkli şerit mRNA yı, boynuzlu gri yapı ise ribozomu temsil etmektedir.
tRNA lar sırasıyla mRNA üzerine yerleştikten sonra, sırtlarındaki amino asitler bağ yapar.Tam bu sırada işi biten tRNA yükünü boşaltmış olarak mRNA dan bağını kopararır ve ribozomdan ayrılır.Fakat taşıdığı amino asit, kendinden önceki tRNA nın getirdiği aminoasitle bağ yapmış olarak protein zinciri oluşumuna katılır.
Bu gerçektende insanı hayranlık içerisinde bırakan bir sistemdir.Bugün dünya üzerinde yapay olarak üretilen proteinler bile canlı bir hücre tarafından üretilen proteinin adi bir taklidi olmaktadır.
Proteini üretilen hücrenin farklılaşması
Buraya kadar olan aşamalar hücrede protein sentezi için gerekli işlemleri kapsıyordu.Bundan sonra ise üretilen proteinin çeşidine göre hücrenin kazandığı fonksiyondur.
Bir yumurta ile bir spermin birleşmesiyle meydana gelen yapı zigot adını alır ve tek bir hücreden ibarettir.Zigot içerisinde DNA kendisinin bir kopyasını çıkarır.Dolayısıyla hücrede DNA miktarı iki katına çıkmış olur.Fakat hücre derhal bölünmeye başlar bu DNA lardan birisi bir hücreye giderken diğer DNA ise ikinci yavru hücreye aktarılır.Böylelikle hücre ikiye bölünmüş olur.Bölünmeler ta ki anne karnında bir bebeğin meydana gelmesine dek sürer.
Yani tek bir hücre, o kadar çok bölünme geçirirki sayıları trilyonları bulur ve bir canlı embriyoyu (anne karnındaki bebek) meydana getirir.DNA şifrelemesi ise bu noktada devreye girer.
Bir önceki basamağımız protein sentezi ile ilgiliydi.Fakat proteinler çesitli hücreler için farklı tiplerde üretilir.Bir yavru anne karnında gelişirken, yavrunun gözlerini oluşturacak hücrelerdeki DNA lar yanlızca göz organı ile ilgili proteinleri üretirler.Aynı şekilde yavrunun beynini oluşturacak hücrelerin DNA ları ise yanlızca beyin organı ile ilgili proteinleri üretirler.
Burada önemli olan nokta şudur.İnsanın kemik hücresi olsun, karaciğer hücresi olsun, böbrek hucresi olsun kısacası vücudunun her bolgesindeki hücrelerin içindeki DNA larda insanın bütün organlarını oluşturacak bilgiler saklıdır.Fakat saklanan bu bilgilerden yanlızca ilgili organ için üretilecek protinlerin meydana getirilmesi sağlanır.Yani her hücrede insan vücudunun her organının protein bilgileri saklanır fakat bu proteinlerin hepsi üretilmez.Yanlızca meydana getirilecek organla ilgili proteinler üretilir.Bir organda, organla ilgili proteinler dışında DNA da saklanan diğer proteinlerin üretilmemesi için DNA nın üzeri " Histon " adı verilen özel bir proteinle örtülür.
Hücrelerin programlanmış bir şekilde farklı farklı proteinler üretip farklı organlara dönüşmesi olayına Tıp dilinde farklılaşma (morfogenez) denir.Bugün bilim adamlarının kafasını kurcalayan en büyük problem ise hücrelerdeki " Histon " ların hangi genlerin üzerini örtüp hangilerinin üzerini açık bırakacağını nereden bildiğidir.Çünkü proteinlerde birer moleküldür ve moleküllerde atomlardan oluşur.Dolayısıyla şuursuz atomların bu derece zekice düşünülmüş bir mekanizmayı meydana getirmesi beklenemez.
KLONLAMA (KOPYALAMA)
Kopyalama konusunu açıklamadan önce bazı terimlerin en anlama geldiğini belirtelim.
Kromozom : Kromozomlar, genetik materyalin (DNA) ' nın yardımcı proteinlerle birlikte dönümler yapıp katlanmasıyla ve kısalmasıyla oluşan yoğunlaşmış yapılardır.
Somatik hücre : İnsanın veya başka bir canlının eşey hücreleri (üreme) dışındaki tüm hücrelere somatik hücre denir.Örneğin deri hücresi, karaciğer hücresi, kas hücresi gibi.Bu hücrelerin taşıdıkları kromozom sayısı 2n ile gösterilir.
Eşey hücresi : Eşey hücreleri, bir canlının dişi ve erkek bireyleri tarafından üretilen ve " n " sayıda kromozom taşıyan üreme hücreleridir.Erkek canlı tarafından üretilen eşey hücresi " Sperm ", dişi canlının tarafından üretilen eşey hücresine ise " Yumurta " adı verilir.
Örnek olarak insanın somatik hücrelerinde daima 46 tane kromozom bulunur.Ve bu 46 kromozom 2n harfiyle gösterilir.Tabii kromozom sayıları canlıdan canlıya değişmektedir.Mesela sığır somatik hücrelerindeki kromozom sayısı 60, farede 40, kurbağada 26 dır.Sayısı ne olursa olsun eğer kromozomlar somatik bir hücreye ait ise 2n harfiyle gösterilir.
Canlının eşey hücrelerinde ise kromozom sayısı somatik hücrelerindekinin yarısı kadardır ve n harfiyle gösterilir.İnsanın somatik hücrelerinde 46 kromozom, eşey hücrelerinde ise yarısı sayıda yani 23 tane kromozom bulunur.Dişi ve erkek eşey hücreleri birleştiği zaman (buna döllenme denir) meydana gelecek yavrunun kromozom sayıları yine 46 olacaktır.
Bir yavru anne ve babasına genetik materyal düzeyinde hiçbir zaman benzemez.Çünki anne birey, eşey hücrelerini (yumurta) meydana getirirken bu eşey hücrelerine kendi DNA sının yarısını nakleder.Aynı şekilde erkek bireyde eşey hücrelerini meydana getirirken (sperm) somatik hücrelerindeki DNA nın yarı miktarını eşey hücrelerine nakleder.Dolayısıyla dünyaya gelecek yavrunun DNA sı ne annenin nede babanın DNA sının aynısıdır.Yavrunun DNA sı anne ve babasının DNA larının karışımı olduğu için bazı karakterleri annesine bazı karakterleride babasına benzer.
Soldaki şekilde, n sayıda kromozom taşıyan dişi ve erkek eşey hücreleri rakam ve harflerle gösterilmiştir.
Dişi ve erkek eşey hücrelerinden her hangi ikisi birbiriyle birleştiği takdirde meydana gelecek yavru anneye de babaya da benzemez.
Dişinin somatik hücrelerinde " 1 - 2 " genlerini taşıdığını varsayarsak, dişinin " 1 " genetik yapılı eşey hücresiyle erkeğin herhangi bir eşey hücresinin birleşmesi halinde meydana gelecek yavrunun DNA sı ya " 1 - A " olacak yada " 1 - B " olacaktır.
Aynı şekilde dişinin " 2 " genetik yapılı diğer eşey hücresinin erkeğin herhangi bir eşey hücresi ile birleşmesi halinde, meydana gelecek yavru erkeğe de dişiye de benzemeyecektir.
Doğadaki çeşitliliğin diğer bir nedeni ise " Krossing - over " olayıdır.Krossin - over ' da, kromozomlar arasında parça değiş tokuşu yapılarak genetik materyalin çok daha değişik bir yapıya sahip olması sağlanır.Eşey hücreleri, mayoz bölünme ile meydana getirilirken kromozomlar eşey hücrelerine dağıtılmadan önce krossing - over meydana gelir.Krossing - over ' da parça değiş tokuşu ise, birbirinin eşi olan iki kormozomun kromatidleri arasında meydana gelir (Bkz.Hücre sayfası - Bölüm : Hücre bölünmesi).
Klonlama yöntemiyle, eşey hücrelerinden meydana gelecek olan canlının anne veya babasının aynısı olması sağlanabilmektedir.Klonlama yönteminde temel olarak izlenen yol ise dişinin yumurta hücresine, yine dişinin somatik hücrelerinden alınan 2n sayıdaki kromozomun yerleştirilmesidir.Bu şekilde yumurtaya, DNA sı üzerinde hiçbir değişiklik yapılmamış somatik hücre kromozomları enjekte edilerek yapay bir döllenme sağlanmaktadır.
Klonlamayı şekil üzerinde görelim.
Şeklin sol tarafında, doğal döllenme görülmektedir.Doğal döllenmede dişi ve erkek eşey hücreleri birleşerek genetik düzeyde kendilerinden farklı bir yavru meydana getirirler.
Sol tarafta ise klonlama yöntemi görülmektedir.Klonlama yönteminde ilk olarak dişi bireyin somatik hücrelerinde bulunan 2n sayıdaki kromozom, özel yöntemlerle hücre dışarısına çıkarılır ve izole edilir.Daha sonra yine dişi bir bireyin yumurta hücresinin n kromzom sayıdaki genetik materyali çıkarılır.
Yumurtadan çıkarılan n sayıdaki kromozomların yerine, dişinin somatik hücrelerden izole edilen 2n sayıdaki orijinal kromozomları yerleştirilir.Bu kromozomlar annenin tüm genetik bilgilerini taşımaktadır.Somatik hücre kromozomları yumurta hücresine yerleştirildikten sonra, yumurta hücresine elektrik sinyalleri gönderilir.Bünyesinde 2n kromozom bulunan yumurta hücresi bu elektrik sinyallerini aldığında sperm tarafından döllendiğini zanneder.Çünki sperm hücresi n sayıdaki kromozomunu yumurtaya aktarırken yumurta zarı üzerinde bir elektrik gradiyent meydana getirir.
Yapay olarak elektrik sinyalleriyle aktif hale geçirilen yumurta hücresi, sahip olduğu enzimlerle içerisine yerleştirilen DNA yı replike edip çoğalmaya başlar. Hücrenin bölünerek çoğalmasıyla nihayetinde embriyo (anne karınında gelişmekte olan yavru) oluşmaya başlar.
Klonlanmış embriyo ile doğal yolla meydana gelen embriyo arasındaki fark DNA sında yatmaktadır.Doğal yolla meydana gelen embriyonun genetik özellikleri, anne ve babasının genlerinin karışımı olduğu için her iki bireydende farklı bir genoma sahiptir.Fakat klonlanmış embriyonun DNA sı annesinin DNA sının aynısıdır.Yani aralarında en ufak bir baz sırasında bile fark yoktur.Dolayısıyla dünyaya gelecek olan yavru, annenin genetik ve morfolojik tüm özelliklerini taşır.
Mesela annesinin DNA sından bir insan embriyosu kopyalandığını var sayalım.Dünyaya gelecek yavrunun göz rengi, saç rengi, yüz şekli, deri rengi, kafa yapısı, genlerinde taşıdığı hastalıkları, vücudunun üzerindeki benleri, kaşlarının uzunluğu kısacası vücudunun tamamı annesinin aynısı olacaktır.Tıpkı tek yumurta ikizlerinde olduğu gibi.
Klonlama işlemi burada anlatıldığı kadar basit olmayıp oldukça karmaşık işlemler vasıtasıyla gerçekleştirilir.Öyle ki yumurtanın yapay olarak döllenmesi için ortam şartlarının olabildiğince ana rahmine benzetilmesi gerekmektedir.Mesela ortamın pH ' ı, iyon konsantrasyonu, sıcaklığı vb. gibi.Klonlamanın zor olması nedeniyle yanlızca tek bir yumurta hücresi üzerinde değil yüzlerce hatta binlerce yumurtası üzerinde deneyler yapılmakta, bu klonlama deneylerinden yanlızca bir kaç tanesinden netice alınabilmektedir.
Gen Nedir? Gen Hakkında Genel Bilgiler
