DNA nedir?

DEZOKSÝRÝBONÜKLEÝK ASÝT

Tarihçe
1869’da Miescher hücre çekirdeklerinde özel bir madde buldu ve buna "nüklein” (çekirdek proteini) adýný verdi. Daha sonra iki tür nükleik asit bulunduðu anlaþýldý: birincisi, timüsten elde edilen timonükleik asit hayvanlar âlemine, Ýkincisi, mayalardan çýkarýlan zimonükleik asit bitkiler âlemine özgü sanýldý. 1924'te Feulgen ve Rossenbeck, timonükleik asidin çok duyarlý bir tepkimesini ortaya çýkardýlar; böylece iki nükleik asidin hem hayvanlarda, hem bitkilerde bulunduðu anlaþýldý.

Bununla birlikte, timonükleik asit özellikle çekirdeðe zimonükleik asit ise sitoplazmaya özgü yapý maddeleri sayýldý. 1929'da Levene ve Mori timonükleik aside dezoksiribonükleik asit (DNA), zimonükleik aside ribonükleik asit(RNA) adýný verdiler Bu iki nükleik asit uzun süre çekirdek içi tampon bir madde sayýldý; soyaçekimi saðlamada temel rolü çekirdek proteinlerinin oynadýðýna ve yalnýz onlarýn bu rolü yerine getirebilecek yapý çeþitliliðine sahip olduðuna inanýldý.

1928’de Griffith nükleik asitlerin gerçek rolünü bulmaya çok yaklaþtý. Bilindiði gibi iki pnömokok türü vardýr; birinde polisakkaritlerden oluþan bir kapsül bulunur ve bakteriye hastalýk yapýcý niteliði kazandýran etmen budur; öteki tür kapsülsüzdür ve dolayýsýyla hastalýk yapma gücünden yoksundur. Birincisine düz ya da smooth (S), Ýkincisine pütürlü ya da rough (R) adý verildi. Griffith bu ikisinin bazý kültürlerde bir arada bulunmasýndan çok etkilenerek belki de bunlarýn birbirine dönüþebildiðini düþündü. Isýyla öldürülmüþ S bakterilerinden ve canlý R bakterilerinden oluþan bir asýltý karýþýmýný farelere aþýladý.

Bu asýltýlar tek baþlarýna verildiklerinde hastalýk yapmýyorlardý, yani bunlardan birini ya da öbürünü almýþ olan farelerde hastalýk görülmüyordu; ama iki asýltýnýn karýþýmýyla aþýlanan farelerin bazýlarýnýn ölü bakterilerle, yani S tipi pnömokoklarla aðýr bir enfeksiyona uðradýklarý görülüyordu. Böylece Griffith canlý bir R bakterisinin bir S bakterisine dönüþtüðünü göstermiþ oldu. Griffith'in sezdiði, ama bulamadýðý deðiþtirici maddenin ne olduðu ancak on altý yýl sonra açýkça anlaþýldý. 1944’te Avery, MacLeod ve McCarty, New York Rockefeller enstitüsü'nde’pnömokok tiplerinde dönüþümü saðlayan maddelerin kimyasal yapýsý "ný ortaya çýkardýlar. Bu bilim adamlarý Griffith’in canlý farede (in vivo) yaptýðý deneyi cam tüpte (in vitro) gerçekleþtirdiler. S tipindeki bakterilerden çýkardýklarý DNA’yý R tipindeki bir bakteri kültürüne sokunca R bakterilerinden birtakýmýnýn kendiliðinden S bakterisi özelliði kazandýðýný ve S tipine özgü bir kapsülle kaplandýðýný kanýtladýlar.

Avery ve arkadaþlarý, deðiþime uðrayan bakterilerin çoðaldýðýný ve kendilerine benzeyen döller verdiklerini de ayrýca gösterdiler. Demek ki bir bakteri tipinden alýnýp baþka bir bakteri tipine verilen DNA, bu bakterilerde “verici" bakteri tipine özgü bir karakter oluþturmakta ve bu karakter ondan türeyenlere de geçmektedir. "Genetik dönüþüm" deneyleri denen bu deneyler, çeþitli mikroorganizmalarda, çeþitli genetik karakterler bakýmýndan defalarca yinelendi ve hep-ayný sonuç alýndý. Böylece soyaçekimi DNA’nýn saðladýðý kesin olarak ortaya çýktý.
Ýki büyük deney grubu daha DNA’nýn genetik rolünü ortaya koydu. 6u deneylerin birincisi "transdüksiyon" deneyleridir; bu deneylerde DNA’yý bir bakteriden ötekine deneyciler deðil, bir bakteri virüsü (bakteriyofaj) aktarmaktadýr. Gerçekten, bakteriyofaj virüs bir bakteriye girerek onu tahrip edebilir ve ondan aldýðý bir kromozom parçacýðýný, daha sonra içine girdiði bir baþka bakteriye götürebilir ve böylece özgül bir karakteri de birlikte götürmüþ olur.

Ýkinci deney grubu bakterilerin kavuþma yoluyla birleþtirilmesi deneyleridir. Bunun için karþýt cinsiyette iki bakteri (Esc- herichia coii) eþleþtirilir. Erkek bakteri kendi kromozomunu diþi bakteriye sokar ve böylece, sonradan ortaya çýkacak genetik karakterleri ona geçirmiþ olur.

Bir DNA molekülünün yapýsý ve þekli

1. Çekirdek asitlerinin bulunuþu

Friedrich Miescher, 1869 yýlýnda irinde ve sombalýðýnda fosforca zengin, karbon, azot ve hidrojen içeren yeni bir organik bileþen olan “Çekirdek asitlerini” buldu.Biyologlar bu yeni maddenin kalýtsal þifrenin temeli olduðunu ancak 80 yýl sonra anlayabildi. Bu asitlerin yapý taþlarý da “Nükleotid” olarak adlandýrýldý. 1953’te James Watson ve Francis Crick DNA’nýn modelini tahmin ederek, kalýtsal bilginin taþýnmasýný ve kendisini eþlemesini açýkladýlar. Biyolojik bilgilerin DNA’dan, RNA aracýlýðý ile, dönüþsüz olarak proteine bilgi aktarýmý þeklinde olmasý “Sentral Dogma” olarak adlandýrýldý.

2. DNA’nýn yapý taþlarý

Nükleotidler nükleik asitlerin monomerleridir. Yapýlarýnda þu moleküller bulunur:
a) Azotlu organik baz: Halka sayýsýna göre ikiye ayrýlýr:
Pürinler: Ýki halkalý bir yapýya sahiptir. Adenin ( A ), Guanin ( G ).
Primidinler: Tek halkalý bir yapýya sahiptir. Sitozin ( C ), Timin ( T ), Urasil ( U ).
b) Beþ karbonlu þeker: Nükleik asitlerde riboz (C5H10O5) ve deoksiriboz (C5H10O4) olmak üzere iki çeþit þeker bulunur.
c) Fosforik asit (H3PO4): Fosforik asit diðer bir moleküle baðlanýrken OH- gruplarýndan birini kaybeder ve fosfat grubu adýný alýr.

3. DNA’nýn molekül modeli:

4. DNA’nýn Replikasyonu:

Hücreler iki yeni hücre oluþturmak üzere bölünecekleri zaman, genom kendini eþler ve DNA’nýn kendini eþlemesi (replikasyon) adýný verdiðimiz bu olay hücre çekirdeðinde gerçekleþir. Öncelikle baz çiftleri arasýndaki zayýf baðlar açýlýr, iki iplik birbirinden ayrýlýr. Her iplik üzerinde eþleme yapýlýr ve yeni oluþan iplikler kalýp olarak kullandýklarý ipliðin tamamlayýcýsý olurlar ve bu þekilde oluþan iki yeni çift sarmal, orjinal sarmalýn tam kopyasýdýr.

5. Ribonükleik asit:

a) Messenger RNA (mRNA):

DNA kalýbý üzerinde sentezlenir. Bu olaya transkripsiyon denir. mRNA’ya sentezlenecek protein bilgisi aktarýlýr. mRNA’da komþu üç nükleotide kodon denir. her kodon bir amino asidi þifreler. mRNA DNA’dan aldýðý genetik þifreyi ribozomlara götürüp protein sentezinde görev yapar.

b) Transfer RNA (tRNA):

mRNA’dan aldýðý bilgi doðrultusunda sitoplazmadaki amino asitleri ribozoma taþýr ve proteinin sentezlenmesini saðlar. Her tRNA’da mRNA’daki kodonlarý okuyacak ve ona uyacak bir antikodon bulunur. Üç nükleotitten meydana gelir. tRNA’da diðerlerinden farklý olarak A ile U, G ile S eþleþir.

c) Ribozomal RNA (rRNA):

Ribozomlarýn yapýsýna katýlýr. DNA tarafýndan sentezlenen rRNA çekirdekçikte depolanýr. Ribozomlarýn alt birimleri oluþurken buradan alýnýp kullanýlýr.

DNA GÖREVÝ

Genetik rol.
Kromozomlarda bulunan DNA'lar, hücrelerin RNA ve proteinleri bireþim roluyla yapabilme yeteneklerini döllerine aktarma araçlarý ve dayanaklarýdýr. Bu kavram, kolibasil üzerinde canlý olarak yapýlan deneylerle, ayrýlmýþ DNA moleküllerinin yeniden birleþtirilmesi ve melezleþtirilmesi yoluyla baþarýyla gerçekleþtirilmiþtir. Kolibasildeki deðiþinimlerin incelenme si ve faj parçacýklarýyla yapýlan genetik çaprazlama, bir genetik haritasýnýn çýkarýlmasýný ve böylece azotlu bazlarýn oluþturduðu genetik alfabe sayesinde, sistronlart (çeþitli yapý ya da enzim proteinlerinin bireþim kodunu [þifre] taþýyan özgül molekül parçalarý) oluþturan birimlerin DNA üzerindeki yerlerinin belirlenmesini saðlamýþtýr. Farede ribozom RNA’larý için kodlama yapan sistronlarýn sayýsý 3 000 dolayýnda tahmin edilmektedir.
DNA’larýn yapýlarýndaki karmaþýklýk, bir yapý ya da düzenleme genini oluþturan moleküllerdeki bir parçanýn içinde tek bir pürik ya da pirimidik bazýn bir baþkasýyla yer deðiþtirmesine dayanan deðiþinimlerin olabileceðini gösterir Böyle bir deðiþiklik, bir üçlüyle (kodon), yani deðiþinime uðramýþ bazýn ait olduðu zincirin trinük- leotitli parçasýyla aktarýlan genetik bilginin bozulmasýna yeter Örneðin, bir kodon takýmý aracýlýðýyla insanda hemoglobin bireþimini yöneten bir sistronu ele alalým: burada glutamik asidin aktarýlmasýný saðlayan kodonda bir pürik bazýn (adenin) yerine bir pirimidik bazýn (urasil) geçmesi ancak valin aktarýmýna olanak saðlayabilir. Bunun sonucunda oluþan protein anormal bir hemoglobindir (orak hücre anemisinde ISÝckle celi anemýa] görülen S hemoglobini); bunun içinde normal solunum pigmentinin birincil zincirlerinden birinin glutamik asit kalýntýsý bir valin kalýntýsýyla yer deðiþtirmiþtir. Saçlý derimiz kemik derimiz kemik yapmaya ya da yaða dönüþmeye baþladýðý, çok can sýkýntýsý olurdu kuþkusuz. Þimdi bir de kendinin dünyaya fare getirdiði ya da filin maymun doðurduðunu düþünün. Karmaþýk sorular çýkmaz mýydý ortaya ?

Bu tür garipliklerin ortaya çýkmasý için kemik hücresinin kemik yapmasý, filin fil doðurmasý gerekir. Her hücre uzmanlaþmýþ ve iþlediði doku için gerekli malzemeyi yapar. Öldüðü zaman, yerine aldýðý hücreyi ayný görevi yürütür. Ayný þekilde üreme hücreleri, canlý yaratýklarýn kalýtýmsal varlýðýn, bir bireyin soyundan yine ayný tür bireyler gelmesi için yenilere aktarýr.

Canlý makineni düzeninden sorumlu olan bölüm hücrenin ortasýnda yani çekirdeðin kromozomlarý içinde bulunur. Gerçekte kromozomlar DNA yani deaksiribo nükleik asitten oluþmuþtur. Bunlar tam anlamýyla kolita molekülleridir. Hücreyi yapým buyruklarý verir ve kuþaktan kuþaða gerçek türün deðiþmezliðini saðlarlar.

DNA Özellikleri

1. canlý yasamýnda bozulmadan yapýsýný korur
2. hücre içi metabolizma olaylarýný gerceklestirir
3. bozulmadan türler arasý gecisi saglar
4. bazý kosullara göre degisebilir
5. morötesi (ultraviole) ýþýk altýnda bozulan bir yapýsý vardýr
6. sarmal yapýlýdýr.
7. çift iplikli sarmal yapýya sahiptir. fakat istisnai olarak tek iplikli olabilirler. (bkz: prokaryotik organizma) replikasyonyaparlar.
8. kendini eþlemesine replikasyon, rna yapmasýna transkripsiyon denir.
9. replikasyonlarý semikonservatif þekilde gerçekleþen,bir sarmalýnda 10.5 baz çifti içeren kalýtým materyali.

• Ökaryotlarda çekirdek, mitokondri ve kloroplastta, prokaryotlarda ise sitoplazmada bulunur.
• Merdiven þeklinde iki sarmal iplikten oluþur.(Watson-Crick modeli)
• Metabolizmayý, büyümeyi, bölünmeyi ve kalýtsal karakterlerin aktarýlmasýný saðlar.
• Adenin, timin, guanin ve sitozin bazlarýndan oluþur.
• Kendini eþleyebilir (replikasyon). Eþlenmeye DNA nýn iki ipliðide katýlýr. Ortanda bulunan uygun nükleotidleri kullanarak yeni karþý diziyi tamamlar.
• Replikasyon sýrasýndaki hata DNA’nýn tek ipliðinde ise sonraki eþlemelerde onarýlabilir, iki ipliðinde ve karþýlýklý bölgelerinde ise onarýlamaz.
• Nükleotidleri oluþturan þeker ve bazlar birbirine glikozit baðý ile baðlanýrlar. Nükleotidler ise fosfodiester baðý ile birbirine baðlanýrlar.

ÞÝFRELÝ BÝR MOLEKÜL

DNA hücre çekirdeðinin içinde çok boya olan ve kromozom adý verilen madde de yer alýr. Nükleotit denilen iki element zincirinden oluþmuþ çok büyük bir moleküldür. Dört tip nükleotit vardýr. adenin ( A); timin (Ý); stozin ( S); guanin ( G). Hücrelere üretmek zorunda olduklarý þeyle ilgili gerekli komutlarý veren bu dört nükleotidin sýralanýþ düzenidir.

Yapay DNA (Deoksiribonükleik Asit)
 

DNA NEDÝR, NEREDE BULUNUR?

DNA, hücrenin ortasýndaki, kromozom adý verilen 46 tane çok uzun ve çok ince iplikçiðin içinde. Bu iplikçiler o kadar incedir ki onlarý elektron mikroskobunun yardýmý ile bile göremezsiniz. Ama bu tek hücrenin içindeki bütün DNA'yý söküp alabilseydiniz elde edeceðiniz DNA,bir buçuk metre uzunluðunda olurdu! DNA iplikçilerinin kalýnlýklarýný gözünüzde canlandýrabilmemiz de ayný ölçüde zordur; bir fikir edinebilmemiz için þunu söyleyebiliriz: Bir dikiþ iðnesinin deliðinden beþ milyon tane iplikçiði ayný anda geçirebilirsiniz! Bir hücre bölünmek üzereyken DNA kývrýlarak sýkýþýr.Kromozomlarý görebilmenizin nedeni de budur. Benzersiz bir canlý yapýlmasý için gerekli bilgilerin tümü bu kromozomlarýn içinde bulunmaktadýr.

DNA tam olarak neye benzer?

Kromozomlardan birindeki bir DNA iplikçiðini alýp inceleyelim. Baktýðýnýz þeyleri elli milyon kere büyüten sihirli bir gözlük taktýðýnýzý düþünün. (Böyle bir gözlükle bir kum tanesini bir dað kadar büyük görürdünüz.) Artýk bir DNA iplikçiðini kolayca görebilir ve onun en önemli sýrrýný öðrenebilirsiniz.Aslýnda DNA iplikçiði bir deðil iki diziden oluþur. Birbirinin etrafýnda dolanan bu diziler,DNA'nýn bükülmüþ bir merdiven gibi görünmesine neden olur. Bu þekil ikili sarmal olarak adlandýrýlýr.
Hücreler vücudumuzun yapýtaþlarýdýr. 23 kromozomlu bir sperma hücresi ile 23 kromozomlu bir yumurta hücresi birleþince,sizi oluþturan o ilk hücre ortaya çýkmýþ oldu.Bu ilk hücre,DNA'sýný kopyalayarak bölündü ve ayný plana sahip iki ayrý hücre oluþtu. Sonra bu iki hücre dört hücre oldu;dört hücre sekiz hücre oldu;bu süreç milyonlarca hücre ortaya çýkýna,yani siz oluþana dek böyle devam etti.Ýlgi çekici nokta ise her bir hücrenin bölünüþü sýrasýnda DNA planýnýn da kopyalanmýþ olmasýydý. Her bir hücremiz 46 kromozom vardýr.

Önce ikili sarmal açýlýyor,böylece iki ayrý DNA dizisi ortaya çýkýyor. Sonra her dizi baþka bir dizinin yapýlmasý için model olarak kullanýlýyor. DNA'yý oluþturan kimyasal maddeler hücrenin içinde serbest bir biçimde yüzer ve kusursuz bir düzende bir araya gelirler. Bu dört kimyasal madde þunlardýr: Adenin,Timin,Sitozin ve Guanin. Sýrasýyla A,T,C ve G harfleriyle gösterilen bu kimyasal maddeleri,çizimlerde dört farklý renkle gösterdik.Kimyasal maddelerin hangi kurala göre birleþtiklerini bulabildiniz mi?

• A her zaman T ile birleþir.
• T her zaman A ile birleþir.
• C her zaman G ile birleþir.
• G her zaman C ile birleþir.

Kopyalanma iþi sona erdiðinde 46 kromozomun her birinde týpatýp ayný iki DNA iplikçiði oluþur.DNA planýnýz gizli bir þifre gibidir.Amao kadar karmaþýktýr ki bilim adamlarý bu þifreyi ancak 1940'lý yýllardan sonra,biraz olsun çözmeyi baþarmýþlardýr.

Peki ama bu gizemli,bükülmüþ iplikçik nasýl oluyor da sizin oluþmanýzý saðlýyor?

Vücudunuz hücrelerden oluþmaktadýr. Hücreleriniz,su,proteinler,DNA,þekerl er ve yaðlardan oluþmaktadýr. DNA,proteinlerin yapýmýnda kullanýlan þifredir. Proteinler önemlidir,çünkü hücreye iþini yapmasý için gerekli olan diðer kimyasal maddeleri üretmesinde yardýmcý olur. Hücrelere þekillerini ve renklerini veren proteinlerdir.DNA planýnýzda,yaklaþýk 50 bin farklý tipte protein yapýlabilmesini saðlayan tarifler bulunur. Her bir protein tarifi,DNA iplikçilikleri içinde A,T,C,G kimyasal maddelerinden oluþan bir dizi biçiminde yer alýr. Protein tariflerine gen adý verilir.
DNA “deoksi ribo nükleik asit”isimli molekül grubunun kýsaltýlmýþýdýr. Çift zincirli yapýya sahip olup çok uzun bir zincirdir.Vücudumuzdaki her hücrede DNA molekülü vardýr. DNA uzun bir zincir olmasýna raðmen üzerindeki baz sýralarý bir düzen içindedir ve bu baz gruplarýna “gen” denir. Bir canlýnýn bütün karakterleri DNA daki genlerde saklýdýr.4 farklý bazdan oluþur.Bunlar;a=adenin,g=guanin,c=sitozin ve t=timin dir. DNA daki þifrelerin deþifre olup organizmayý oluþturmasý aþama aþama gerçekleþir.

DNA’DAN RNA SENTEZÝ (TRANSKRÝPSÝYON)

Erkekten gelen spermin ve diþiden gelen yumurtanýn taþýdýðý DNA birleþerek tam bir DNA yý verir. Bu DNA oluþacak yavrunun tüm özelliklerini taþýr. Ýlk aþama RNA sentezidir. Bu iþlem DNA nýn açýlmasýyla baþlar. RNA polimeraz proteini DNA yý okuyup RNA yý sentezlemeye baþlar. Timin yerine urasil bazý gelerek mRNA sentezlenir.

RNA’DAN PROTEÝN SENTEZÝ

MRNA çekirdekten çýkar ve ribozoma tutunur. Aminoasit taþýdýðý için tRNA adý verilen baþka bir RNA da ribozoma gelir. mRNA daki kodonlarla tRNA daki antikodonlar birbirine baðlanýr. Busýrada aminoasitlerde birbirine baðlanýr. yüzlerce baðlanma gerçekleþtikten sonra protein meydana gelir.

PROTEÝNÝ ÜRETÝLEN HÜCRENÝN FARKLILAÞMASI

Bir yumurta ile bir spermin birleþmesiyle oluþan zigot birtek hücreden ibarettir. Zigot içeriside DNA bölünmeler gerçekleþtirir. Bu,ta ki anne karnýnda bir bebeðin meydana gelmesine kadar sürer. Ýnsan vücudunun her bölgesindeki hücrelerin içindeki DNA larda insanlarýn bütün organlarýný oluþturacak bilgiler saklýdýr. Bu bilgilerden yalnýzca ilgili organ için proteinlerin üretilmesi saðlanýr. Bir organda,ilgili proteinler dýþýnda DNA da saklanan diðer proteinlerin üretilmesi için DNA nýn üzeri “histon” denilen özel bir proteinle örtülüdür. Hücrelerin farlý proteinler üretip farklý organlara dönüþmesi olayýna “FARKLILAÞMA” (morfogenez) denir.

ABD'li bir grup araþtýrmacý, her canlýnýn doðal kalýtým þifresi olan DNA'yý, yapay yeni eklerle "zenginleþtirmeye" çalýþýyor. Hedefleri, bu yolla þimdiye deðin doðada hiç görülmemiþ proteinler elde etmek. Yalnýzca RNA (ribonükleik asit) taþýyan bazý virüsler dýþýnda, tüm canlý organizmalar, genetik bilgilerini hep ayný dört bazdan oluþan, yangýn merdiveni gibi sarmal biçimde birleþmiþ DNA (deoksiribonükleik asit) dizelerinde taþýrlar. Bu bazlar, adenin, timin, sitozin ve guaninden oluþuyor.

Bunlardan adenin, yalnýzca timin; sitozin de yalnýzca guaninle birleþiyor. Bazlar, kodon adý verilen üçlü dizeler oluþturuyor. Her kodon da doðada bulunan 20 amino asitten birini seçerek protein zincirlerine ekliyor.

La Jolla'da (California) bulunan Scripps Araþtýrma Enstitüsü moleküler biyologlarýndan Floyd Romesberg baþkanlýðýndaki ekip, orijinal dört DNA bazýna sentetik yeni bazlar ekleyerek kodon modeli sayýsýný arttýrmayý denemiþ.

Araþtýrmacýlara göre bu yeni kodonlarýn yapay amino asitler üretmeleri, bunlarýn da yepyeni proteinler oluþturmalarý gerekiyor.Gerçi doðal olmayan bazlarla yapýlan deneyler, 1980'li yýllara deðin gidiyor; ama þimdiye kadar bunlarýn eklendiði DNA örnekleri hep kararsýz duruma dönüþmüþ.

Romesberg ve ekibiyse, bu engeli aþmýþ görünüyor. Araþtýrmacýlarýn oluþturduðu 20 yapay baz, týpký doðallarý gibi þekerlere baðlanýp nükleosid oluþturmuþ. Ekip daha sonra bu yapay bazlardan birini, tek bir DNA þeridine eklemiþ. DNA'nýn kendini kopyalama sürecinde polimeraz denen enzimler, tek þerit halinde dizili kalýplarý okuyup, gerekli bazlarý ekleyerek çiftler oluþtururlar. Örneðin, adenini timine, sitozini guanine baðlarlar. Doðal olmayan bir bazsa, deðiþik biçimde olduðundan gene deðiþik bir bað kurar.

Daha önceki araþtýrmalarda polimerazlarýn bu yapay bazlarý da gene yapay çiftlere baðladýðý görülmüþ. Ancak karþýlaþýlan sorun, bu yapay çiftin, DNA'nýn kopyalanma sürecini durdurmasý.Sorunu aþmak için ekip, deðiþik yapýdaki polimerazlarý, yapay bazlarla deneyerek sonunda sistemi durdurmadan iþleyen bir model elde etmiþ.

Deney sonunda kopyalama iþleminin, yapay baz çiftinde kesilmeyerek sürdüðü görülmüþ. Ancak, araþtýrmacýlar sýnama ve yanýlma yöntemiyle çalýþtýklarýndan süreç aðýr iþliyor.Ekibin en son amacý, yapay DNA'yý bakterilere aþýlayarak, hücre etkinliklerini kesintiye uðratmadan yeni kodonlarýn okunup kopyalanmasýný saðlamak. Hedef gerçekleþirse, týpta ve kimya sanayiinde kullanýlabilecek yepyeni proteinler elde edilebilecek.

Nükleik asit (DNA)

tüm organizmalar ve bazý virüslerin canlýlýk iþlevleri ve biyolojik geliþmeleri için gerekli olan genetik talimatlarý taþýyan bir nükleik asittir. DNA'nýn baþlýca rolü bilginin uzun süreli saklanmasýdýr. Protein ve RNA gibi hücrenin diðer bileþenlerinin inþasý için gerekli olan bilgileri içermesinden dolayý DNA bir kalýp, þablon veya reçeteye benzetilir. Bu genetik bilgileri içeren DNA parçalarý gen olarak adlandýrýlýr, ama baþka DNA dizilerinin yapýsal iþlevleri vardýr, diðerleri ise bu genetik bilginin kullanýlmasýnýn düzenlenmesine yararlar.
Kimyasal olarak DNA, nükleotit olarak adlandýrýlan basit birimlerden oluþan iki uzun polimerden oluþur. Bu polimerlerin omurgalarý, ester baðlarý ile birbirine baðlanmýþ þeker ve fosfat gruplarýndan oluþur. Bu iki iplik birbirlerine ters yönde giderler. Her bir þeker grubuna baz olarak adlandýrýlan dört tip molekülden biri baðlýdýr. DNA'nýn omurgasý boyunca bu bazlarýn oluþturduðu dizi, genetik bilgiyi kodlar. Protein sentezi sýrasýnda bu bilgi, genetik kod aracýlýðýyla okununca proteinlerin amino asit dizisini belirler. Bu süreç sýrasýnda DNA'daki bilgi, DNA'ya benzer yapýya sahip baþka bir nükleik asit olan RNA'ya kopyalanýr, bu iþleme transkripsiyon denir.
Hücrelerde DNA, kromozom olarak adlandýrýlan yapýlarýn içinde yer alýr. Hücre bölünmesinden evvel kromozomlar ikilenir, bu sýrada DNA ikileþmesi gerçekleþir. Ökaryotlarda (yani hayvan, bitki, mantar ve protistalar) DNA'larýný hücre çekirdeði içinde bulundururlar, buna karþýn prokaryotlarda (yani bakteri ve arkelerde) DNA hücre sitoplazmasýnda yer alýr. Kromozomlarda bulunan kromatin proteinleri (histonlar gibi) DNA'yý sýkýþtýrýp organize ederler. Bu sýkýþýk yapýlar DNA ile diðer proteinler arasýndaki etkileþimleri düzenleyerek DNA'nýn hangi kýsýmlarýnýn okunacaðýný kontrol ederler.

Özellikler

Nükleotit olarak adlandýrýlan birimlerden oluþan bir polimerdir. DNA zinciri 22 ila 26 Ångström arasý (2,2-2,6 nanometre) geniþliktedir bir nükleotit birim 3,3 Å (0.33 nm) uzunluðundadýr. Herbir birim çok küçük olmasýna raðmen, DNA polimerleri milyonlarca nükleotitten oluþan muazzam moleküllerdir. Örneðin, en büyük insan kromozomu olan 1 numaralý kromozom yaklaþýk 220 milyon baz çifti uzunluðundadýr.

Canlýlarda DNA genelde tek bir molekül deðil, birbirine sýkýca sarýlý bir çift molekülden oluþur. Bu iki uzun iplik sarmaþýk gibi birbirine sarýlarak bir çift sarmal oluþturur. Nükleotit birimler bir þeker, bir fosfat ve bir bazdan oluþurlar. Þeker ve fosfat DNA molekülünün omurgasýný oluþturur, baz ise çifte sarmaldaki öbür DNA ipliði ile etkileþir. Genel olarak bir þekere baðlý baza nükleozit, bir þeker ve bir veya daha çok fosfata baðlý baza ise nükleotit denir. Birden çok nükleotidin birbirine baðlý haline polinükleotit denir.

DNA ipliðinin omurgasý almaþýklý þeker ve fosfat artýklarýndan oluþur. DNA'da bulunan þeker 2-deoksiribozdur, bu bir pentozdur (beþ karbonlu þekerdir). Bitiþik iki þekerden birinin 3 numaralý karbonu ile öbürünün 5 numaralý karbon atomu arasýndaki fosfat grubu, bir fosfodiester baðý oluþturarak þekerleri birbirine baðlar. Fosfodiester baðýn asimetrik olmasý nedeniyle DNA ipliðinin bir yönü vardýr. Çifte sarmalda bir iplikteki nükleotitlerin birbirine baðlanma yönü, öbür ipliktekilerin yönünün tersidir. DNA ipliklerinin bu düzenine antiparalel denir. DNA ipliklerin asimetrik olan uçlarý 5' (beþ üssü) ve 3' (üç üssü) olarak adlandýrýlýr, 5' uç bir fosfat grubu, 3' uç ise bir hidroksil grubu taþýr. DNA ve RNA arasýndaki baþlýca farklardan biri, içerdikleri þekerdir, RNA'da 2-deoksiriboz yerine baþka bir pentoz þeker olan riboz bulunur.
Çift sarmalý iki ipliðe baðlý bazlar arasýndaki hidrojen baðlarý DNA'yý stabilize eder. DNA'a bulunan dört baz, adenin (A olarak kýsaltýlýr), sitozin C, guanin G ve timin T olarak adlandýrýlýr. Bu dört baz þeker-fosfata baðlanarak bir nükleotit oluþturur, örneðin "adenozin monofosfat" bir nükleotittir.
Bazlar iki tip olarak sýnýflandýrýlýrlar: adenin ve guanin, pürin türevleridir, bunlar beþ ve altý üyeli halkalarýn kaynaþmasýndan oluþmuþ heterosiklik bileþiklerdir; sitozin ve timin ise pirimidin türevleridir, bunlar altý üyeli bir halkadan oluþur. Bir diðer baz olan urasil U, sitozinin yýkýmý sonucu seyrek olarak DNA'da bulunabilir. Kimyasal olarak DNA'ya benzeyen RNA'da timin yerine urasil bulunur.

Büyük ve Küçük Oyuklar

Çifte sarmal sað elli bir spiraldir(sarmal). DNA ipliklerinin birbirine sarýlý halinde þeker-fosfatlý omurgalar arasýndaki aralýktan bazlarýn kenarlarý görünür (animasyona bakýnýz). Sarmal etrafýnda dolanan bu oyuklardan iki tane vardýr: bunlardan büyük oyuk (majör oyuk) olarak adlandýrýlaný 22 Å geniþliðinde, küçük (minör) oyuk ise 12 Å geniþliðindedir. Küçük oyuðun darlýðý nedeniyle bazlarýn kenarlarýna eriþmek büyük oluktan daha kolaydýr. Bu nedenle, DNA'daki belli baz dizilerine baðlanan, transkripsiyon faktörü gibi proteinler büyük oyuktan bazlarýn kenarlarýna temas ederler.

Baz Eþleþmesi

DNA'nýn bir ipliðindeki bir baz tipi, öbür iplikten tek bir baz tipi ile bað kurar. Buna tümleyici (komplemanter) baz eþleþmesi denir: pürinler pirimidinler ile hidrojen baðý kurar, A yalnýzca T'ye baðlanýr, C'de yalnýzca G'ye baðlanýr. Çift sarmalda karþýdan karþýya birine baðlý iki baza bir baz çifti denir. Çift sarmalý kararlý kýlan ayrýca hidrofobik etki ve pi istiflenmesi vardýr, bunlar DNA dizisisinden baðýmsýzdýr. Hidrojen baðlarý kovalent baðlardan daha zayýf olduklarýndan kolayca kopup tekrar oluþabilirler. Dolayýsýyla DNA zincirinin iki ipliði bir fermuar gibi kolayca birbirinden ayrýlabilir, ya mekanik güç ile veya yüksek sýcaklýkta.Komplementerliðin bir sonucu olarak bir DNA sarmalýndaki iki iplikli dizideki tüm bilgi ipliklerin her birinde kopyalanmýþ durumdadýr, bu da DNA kopyalanmasý için esas bir özelliktir. Aslýnda komplementer baz çiftleri arasýndaki spesifik ve tersinir etkileþimler DNA'nýn canlýlardaki iþlevleri için þarttýr.

Ýki tip baz çifti farklý sayýda hidrojen baðlarý oluþturur, AT'nin iki hidrojen baðý, GC'nin üç hidrojen baðý vardýr. Dolayýsýyla GC çiftleri AT baz çiftlerinden daha güçlüdür. Dolayýsyla iki DNA ipliðinin birbirine baðlanma gücünü belirleyen, hem DNA çift sarmalýnýn uzunluðu hem de onu oluþturan GC baz çiftlerinin yüzde oranýdýr. Yüksek oranda GC'li uzun DNA'larýn iplikleri birbirine daha sýký baðlýdýr, AT oraný yüksek kýsa sarmallarýn iplikleri ise birbiriyle daha zayýf etkileþirler. Biyolojide, DNA çifte sarmalýnýn kolay ayrýlmasý gereken bölgelerinde AT oraný yüksek olur, örneðin bazý promotörlerde bulunan TATAAT Pribnow kutusu. Laboratuvarda bu etkileþimin gücünü ölçmek için hidrojen baðlarýný koparmak için gerekli sýcaklýk, ergime sýcaklýðý belirlenir (bu, Tm sýcaklýðý olarak da adlandýrýlýr). DNA çifte sarmalýndaki tüm baz çiftleri eridikten sonra ipliçikler ayrýþýr ve çözeltide iki baðýmsýz molekül olarak varlýðýný sürdürür. Bu iki tek iplikli DNA molekülün tek bir biçimi yoktur, ama bazý biçimler diðerlerinden daha kararlýdýr.

Anlam ve ters anlam

Bir DNA dizisi, eðer ondan protein sentezlemeye yarayan mesajcý RNA kopyasý ile ayný diziye sahipse, "anlamlý" olduðu söylenir. Öbür iplikteki diziye "ters anlamlý" dizi denir. Ayný DNA ipliðinin farklý bölgelerinde anlamlý ve ters anlamlý diziler bulunabilir, yani her iki iplikte hem anlamlý hem anlamsýz diziler bulunur. Hem prokaryot ve ökaryotlarda ters anlamlý, yani protein üretimine yaramayan, RNA'nýn üretildiði olur, bu RNA'larýn iþlevi halen tam bilinmemektedir. Bir görüþe göre ters anlamlý RNA, RNA-RNA baz eþleþmesi yoluyla gen ifadesinin düzenlenmesine yaramaktadýr.
Bazý DNA dizilerinde anlam ve ters anlam kavramlarý birbirine karýþýr, çünkü bazen genler birbiriye örtüþebilir. Böyle durumlarda bazý DNA dizileri çifte görev yapar, bir iplik boyunca okununca bir protein kodlar, öbür iplik boyunca okununca ikinci bir protein kodlar. Bakterilerde bu tür gen örtüþmeleri gen transkripsiyonunun düzenlenmesi ile iliþkili olduðuna dair bulgular vardýr, virüslerde ise, genlerin örtüþmesi küçük bir viral genoma daha çok bilginin sýðmasýný saðlar.

Süper burulma

Süper burulma (Ýngilizce supercoiling) tabir edilen bir süreç ile DNA bir halat gibi burulabilir. "Gevþek" halinde DNA'daki bir iplik, her 10,4 baz çiftinde bir, çift sarmalýn ekseni etrafýnda bir tam dönüþ yapar. Ama, eðer DNA burulursa iplikler daha sýký veya daha gevþek sarýlý olabilirler. Eðer DNA sarmalý sarýlma yönünde burulursa buna pozitif süperburulma denir ve bazlar birbirlerine daha sýký þekilde tutunurlar. Eðer ters yönde burulursa DNA, buna negatif süperburulma denir ve bazlar birbirlerinden daha kolay ayrýþýrlar. Doðadaki çoðu DNA molekülü az derecede negatif süper burguludur, bundan topoizomeraz adlý enzimler sorumludur. Bu enzimlerin bir iþlevi transkripsiyon ve DNA ikileþmesi gibi süreçler sýrasýnda DNA ipliklerine etki eden burulmayý bertaraf etmektir.

Alternatif çifte sarmal yapýlar

DNA'nýn çeþitli biçimleri (konformasyonlarý) mevcuttur. Ancak, canlýlarda sadece A-DNA, B-DNA, ve Z-DNA gözlemlenmiþtir. DNA'nýn hangi biçimi aldýðý DNA dizisine, süperburulmanýn yönü ve miktarýna, bazlardaki kimyasal deðiþimlere, ve çözeltinin özelliklerine (metal iyonu ve poliamin konsantrasyonu gibi) baðlýdýr. Bu üç biçimden yukarýda betimlenmiþ olan "B" biçimi, hücrelerdebulunan þartlar altýnda en sýk görülenidir. DNA'nýn diðer iki alternatif biçiminin geometri ve boyutlarý farklýdýr.
A biçimi daha geniþ bir sarmaldýr, B biçimine kýyasla küçük oluk daha geniþ ve sýð, büyük oluk da daha dar ve derindir. A biçimli nükleik asitler, fizyolojik olmayan þartlarda, suyunu kaybetmiþ DNA örneklerinde görülür, hücre içinde ise DNA ve RNA ipliklerinin birbirine sarýlmasýndan oluþan karma (hibrit) eþleþmelerde, ayrýca bazý enzim-DNA komplekslerinde meydana gelebilir. Metilasyonla kimyasal deðiþime uðrayan DNA parçalarý daha büyük biçimsel deðiþiklik gösterip Z biçimini alabilirler. Bu durumda iplikler sarmal ekseni etrafýnda dönerek sol elli bir spiral oluþturur, bu daha yaygýn olan B biçimimdekinin tersi yöndedir. Bu sýra dýþý yapýlar Z-DNA baðlayýcý proteinler tarafýndan tanýnýr ve transkripsiyon kontrolü ile iliþkili olduðu sanýlmaktadýr.

Dörtlü yapýlar

Doðrusal kromozomlarýn uçlarýnda telomer olarak adlandýrýlan özelleþmiþ bölgeler bulunur. Bu bölgelerin ana fonksiyonu kromozom uçlarýnýn telomeraz adlý enzim aracýlýðýyla kopyalanmasýný saðlamaktýr. DNA'yý normalde kopyalayan enzimler kromozomlarýn en uç kýsýmlarýn kopyalayamadýðý için bu kopyalama telomeraz aracýlýðýyla yapýlýr. Bu özelleþmiþ kromozom baþlýklarý ayrýca DNA'nýn uçlarýný korurlar ve hücredeki DNA tamir sistemlerinin bunlarý tamir edilmesi gereken hasar olarak algýlanmasýný engeller. Ýnsan hücrelerinde telomerler genelde TTAGGG dizisinin birkaç bin kere tekrarýndan oluþan tek iplikli DNA uzantýlarýdýr.

Bu guanin zengini diziler normal DNA'daki baz çiftleri yerine, dört bazlý birimlerden meydana gelmiþ istiflenme kümeleri ile kromozom uçlarýný stabilize ederler. Burada dört guanin baz yassý bir tabaka oluþtururlar, bular da birbiri üzerine istiflenerek kararlý bir G-dörtlüsü (G-quadruplex) yapýsý oluþtururlar. Bu yapýlarýn stabilizasyonu, bazlarýn kenarlarý arasýndaki hidrojen baðlarý ve her dört bazlý birimin ortasýnda yer alan bir metal iyonun þelasyonu ile gerçekleþir. Bu G-dörtlüleri baþka yollardan da oluþabilir: tek bir ipliðin bir kaç kere katlanmasý ile bu dörtli birim oluþabilir, veya ikiden fazla farklý paralel ipliðin her birinin ortak yapýya bir baz temin etmesi ile de bu dört baz bir araya gelebilir.
Bu istiflenmiþ yapýlarýn ayný sýra, telomerler ayrýca telomer ilmiði (T-ilmiði; ingilizce telomere loops veya T-loops) adlý yapýlar oluþtururlar. Bunlarda tek iplikli DNA, telomer baðlanýcý proteinler tarafýndan stabilize edilmiþ bir halka olarak kývrýlýr. Bir T-ilmiðinin en ucundaki tek iplikli DNA, çift iplikli bir DNA bölgesine baðlýdýr. Bu birleþme noktasýnda tek iplikli telomer DNA'sý, çift iplikli DNA'nýn çifte sarmalýný bozup iki sarmaldan biri ile baz eþleþmesi yapar. Bu üç sarmallý yapýya yer deðiþim halkasý (Ýngilizce displacement loop veya D-loop) denir.

Kimyasal deðiþimler

Baz deðiþimler

Kromatin adý verilen bir yapý içinde DNA'nýn paketlenmesi ile kromozomlar meydana gelir. Bu paketlenme gen ifadesine etki eder. Baz deðiþimi (modifikasyonu) bu paketlenmeyle iliþkilidir, öyle ki gen ifadesinin az olduðu veya hiç olmadýðý yerlerde sitozin bazlarý yüksek derecede metilasyona uðramýþtýr. Örneðin, sitozin metilasyonu ile 5-metilsitozin meydana gelir, bu X kromozomu inaktivasyonu için önemlidir. Ortalama metilasyon düzeyi canlýdan canlýya farkeder: solucan Caenorhabditis elegans'da sitozin metilasyonu olmaz, buna karþýn omurgalý DNA'sýnýn %1'e ulaþan kadarý 5-metilsitozin içerebilir. 5-metilsitozinin önemli bir baz olmasýna raðmen, onun deamidinasyonu sonucu bir timin bazý oluþur, bu yüzden metillenmiþ sitozinler mutasyona eðilimlidirler. Diðer baz modifikasyonarý arasýnda bakterilerde görülen adenin metilasyonu ve kinetoplastitlerde urasilin glikozilasyonu sonunda meydana gelen "J-bazý" sayýlabilir.

DNA hasarý

DNA çeþitli farklý mutajenler tarafýndan hasara uðrayabilir, bunun sonucunda DNA dizisi deðiþebilir. Mutajenler arasýnda baþlýca, yükseltgen (oksitleyici) etmenler, alkilleyici etmenler ve yüksek enerjili elektomanyetik ýþýnlar (morötesi ýþýk ve X ýþýnlarý gibi) sayýlabilir. DNA'da meydana gelen hasarýn tipi mutagenin tipine baðlýdýr. Örneðin, mor ötesi ýþýk timin ikilileri (timin dimerleri) oluþturarak DNA'ya hasar verir. Buna karþýn, serbest radikaller veya hidrojen peroksit gibi yükseltgen etmenler çeþitli farklý türden hasar oluþturabilirler, baz deðiþimi (özellikle guanozin) ve iki iplikli kýrýlmalar gibi. Her bir insan hücresinde günde 500 baz yükseltgeyici zarar görür. Bu yükseltgeyici hasarlardan en zararlýsý çift zincirli kýrýlmalardýr, çünkü bunlarýn onarýmý zordur, bunlar DNA dizilerinde noktasal mutasyonlara, insersiyonlara ve delesyonlara ayrýca kromozomal translokasyonlara yol açabilirler.

Çoðu mutajen, iki baz çifti arasýndaki boþluða girer, buna enterkalasyon denir. Çoðu enterkalatörler aromatik ve düzlemsel moleküllerdir, bunlara örnek olarak etidyum bromür, daunomisin, doksorubisin ve talidomit sayýlabilir. Bir enterkalatörün iki baz çifti arasýna girebilmesi için bunlarýn arasýnýn açýlmasý, bunun olabilesi için de DNA sarmalýnýn normalin aksi yönde burularak gevþemesi gerekir. Bunlar olunca transkripsiyon ve DNA ikilenmesi engellenir, zehirlenme ve mutasyonlar meydana gelir. Bu yüzden DNA enterkalatörleri çoðunlukla kanserojendir, bunlarýn iyi bilinen örnekleri olarak benzopiren diol epoksit, akridin türevleri aflatoksin ve etidyum bromür sayýlabilir. Tüm bunlara raðmen, DNA transkripsiyonuna engel olma özelliklerinden dolayý bu toksinler ayný zamanda hýzla büyüyen kanser hücrelerini engellemek amacýyla kemoterapide kullanýlýrlar.

Biyolojik iþlevleri

DNA, ökaryotlarda doðrusal kromozomlar, prokaryotlarda ise dairesel kromozomlar içinde bulunur. Bir hücredeki kromozomlar kümesine onun genomu denir; insan genomu 46 kromozom içinde yer alan yaklaþýk 3 milyar baz çiftinden oluþur. Protein ve diðer iþlevsel RNA molekülleri kodlayan bilgi, gen adý verilen DNA parçalarýnýn dizisinde yer alýr. Genlerdeki genetik bilginin aktarýlmasý baz eþleþmesi ile gerçekleþir. Örneðin, transkripsiyon sýrasýnda bir DNA dizisinin ona komplementer bir RNA dizisi olarak kopyalanmasý, DNA ile doðru RNA nükleotitler arasýndaki çekim ile mümkün olur. Protein çevrimi (translasyon) denen süreç sýrasýnda bu RNA dizisine kaþýlýk gelen bir protein sentezlenirken, RNA nükleotitleri arasýnda gene baz eþleþmesi olur. Bir diðer önemli biyolojik süreç, hücredeki genetik bilginin kopyalanmasý olan DNA ikilenmesidir. Bu iþlevlerin ayrýntýlarý baþka maddelerde iþlenmiþtir; burada DNA ile genomun fonksiyonlarýný yerine getiren diðer moleküller arasýndaki etkileþimler ele alýnmýþtýr.

Genler ve genomlar

Genomu oluþturan DNA ökaryotlarda hücre çekirdeðinde, ayrýca az miktarda mitokondrilerde bulunur. Prokaryotlardaki DNA, sitoplazma içinde yer alan, düzensiz þekilli nükleoit denen cismin içindedir. Genom tarafýndan kodlanan bilgi genlerde yer alýr, bir canlý birey tarafýndan taþýnan bu bilginin tamamýna onun genotipi denir. Gen kalýtýmsal bir birimdir ve organizmanýn belli bir özelliðini belirleyen bir DNA dizisi ile tanýmlanýr. Ayrýca, bu DNA bölgesinin transkripsiyonunu düzenleyen diziler (promotör ve hýzlandýrýcýlar gibi) de vardýr.
Çoðu biyolojik türde genomdaki dizilerin ancak ufak bir bölümü protein kodlar. Örneðin insan genomunun ancak %1'i protein eksonlarý kodlar, buna karþýn insan DNA'sýnýn %50'si protein kodlamayan, kendini tekrar eden dizilerden oluþur. Ökaryot genomlarýnda bu kadar çok protein kodlamayan DNA'nýn bulunmasý ve türlerin genom büyüklüðündeki ("C-deðeri"ndeki) büyük farklýlýklarýn nedeni henüz anlaþýlamamýþtýr ve "C deðeri muammasý" olarak bilinir. Ancak, protein kodlamayan (non-coding) DNA dizileri gene de iþlevsel kodlamayan RNA molekülleri kodlamaktadýr, bunlar da gen ifadesinin düzenlenmesinde rol oynarlar.

Bazý kodlamayan DNA dizileri kromozomlar için yapýsal rol oynarlar. Telomer ve sentromerler tipik olarak çok az sayýda gen içerir, ama kromozomlarýn iþlev ve stabilitesi için önemlidir. Ýnsanlarda bulunan kodlamayan DNA'larýn önemli bir türü psödogenlerdir, bunlar mutasyon sonucu çalýþmaz hale gelmiþ genlerin kopyalarýdýr. Bu DNA dizileri genelde birer moleküler fosilden ibarettir ama bazen yeni genlerin oluþumuna ham madde olabilirler, gen ikilenmesi ve ýraksak evrim süreçleri sonucu.

Transkripsiyon ve çevrim

Genler, iþlevsel moleküller kodlayan DNA dizileridir, bunlar canlýnýn fenotipini belirler. Protein kodlayan genler durumunda DNA dizisi bir mesajcý RNA dizisini tanýmlar, bu da bir veya birkaç proteinin dizisini belirler. Genlerdeki DNA dizisi ile proteinlerdeki amino asit dizisi arasýndaki iliþki, biyolojik çevrim (translasyon) kurallarý tarafýndan belirlenir, bunlar topluca genetik kod ile özetlenir. Genetik kod, üç nükleotitlik dizilere karþýlýk gelen, üç harfli 'kelimelerden' oluþur (örneðin, ACT, CAG, TTT), bu üçlüler kodon olarak adlandýrýlýr.
Transkripsiyonda, protein kodlayan bir genin kodonlarý önce RNA polimeraz tarafýndan bir mesajcý RNA þeklinde kopyalanýr. Bu RNA kopya, ardýndan bir ribozom tarafýndan deþifre edilir; ribozom, mesajcý RNA ile amino asit taþýyan taþýyýcý RNA'lar arasýnda baz eþlemesi yaparak onu okur. Dört bazýn 3'lü kombinasyonlarý olabildiði için 64 olasý kodon vardýr (43 kombinasyon). Bunlar yirmi standart amino asidi kodlarlar, böylece çoðu amino asite birden çok kodon düþer. Ayrýca, protein kodlayýcý bölgenin sonuna iþaret eden üç tane de 'stop' veya anlamsýz (nonsense) kodon vardýr, bunlar TAA, TGA ve TAG kodonlarýdýr.

DNA ikileþmesi. DNA çift sarmalý bir helikaz ve topoizomeraz tarafýndan açýlýr. Ardýndan, bir DNA polimeraz, öncü ipliði üretir. Bir diðer DNA polimeraz ise gecikmeli ipliðe (kesintili zincire) baðlanýr ve onu uzatarak kesintili parçalar sentezler (bunlar Okazaki parçasý olarak adlandýrýlýr), sonra bunlar DNA ligaz tarafýndan birleþtirilir.
Canlýlarýn çoðalmasý ve (çok hücreli canlýlarýn) büyümesi için hücre bölünmesi gereklidir. Ancak bir hücre bölünürken DNA'sýný da kopyalamak zorundadýr ki iki yavru hücre ana hücredeki genetik bilginin aynýsýna sahip olsunlar. DNA'nýn iki iplikli yapýsý DNA ikileþmesi için basit bir mekanizma saðlar. Ýki iplik ayrýþýrlar, sonra her bir iplikteki dizinin komplementer dizisi DNA polimeraz adlý bir enzim tarafýndan imal edilir. Bu enzim, tümleyici ipliði sentezlemek için gereken her bazýn doðru olanýný baz eþleþmesi yoluyla seçer ve onu uzamakta olan ipliðe ekler. DNA polimeraz bir DNA ipliðini ancak 5' - 3' yönünde uzatabildiði için, bir çifte sarmalýn antiparalel ipliklerininin kopyalanmasý için farklý mekanizmalar mevcuttur. Böylece, eski iplikteki baz, yeni ipliðe eklenen bazlarý belirler, sonunda hücre DNA'sýnýn mükemmel bir kopyasýný elde eder.

Proteinler ile etkileþim

DNA'nýn tüm iþlevleri onun proteinlerle olan etkileþimine baðlýdýr. Bu protein etkileþimlerinin bazýlarý özgül-dýþýdýr (non-spesifiktir), bazýlarýnda ise protein ancak belli bir DNA dizisine baðlanabilir. Enzimler de DNA'ya baðlanabilir ve bunlar arasýnda DNA baz disini transkripsiyon ve DNA ikilemesi için kopyalayan polimerazlar özellikle çok önemlidir.

DNA'ya baðlanýcý proteinler

DNA'ya baðlanan yapýsal proteinler, non-spesifik DNA-protein etkileþimlerinin iyi anlaþýlmýþ örneklerindendir. Kromozomlarda bulunan DNA, yapýsal proteinlerle beraber kompleksler oluþturur. Bu proteinler DNA'yý kromatin adlý kompakt yapý içinde organize ederler. Ökaryotlarda kromatinin oluþmasýnda DNA'nýn histon adlý küçük, bazik proteinlere baðlanmasý önemli bir rol oynar; prokaryotlarda ise çeþitli baþka protein türleri DNA'ya baðlanýr. Histonlar, nükleozom adlý disk þeklinde bir kompleks oluþtururlar, çift iplikli DNA buna sarýlarak iki kere bunun etrafýnda döner. Histonlarýn bazik kalýntýlarý ile DNA'nýn þeker-fosfat omurgasýndaki asidik fosfatlar arasýndaki iyonik baðlar, non-spesifik bir etkileþim oluþturur, baz dizisinden büyük ölçüde baðýmsýzdýrlar. Bu bazik amino asitlerin kimyasal deðiþimleri arasýnda metilasyon, fosforilasyon, ve asetilasyon sayýlabilir. Bu kimyasal deðiþimler, DNA'nýn histonlarla etkileþimini etkiler, bunun sonucunda DNA'ya transkripsyon faktörlerinin eriþimi ve transkripsiyon hýzý deðiþir. Kromatinde bulunan diðer non-spesifik DNA'ya baðlanýcý proteinler arasýnda bulunan yüksek hareketli grup proteinleri (ing. high-mobility group proteins) bükülmüþ veya distorte olmuþ DNA'ya baðlanýr. Bu proteinler, bitiþik nükleozom gruplarýný bükerek daha büyük ölçekli yapýlar oluþturarlar ve kromozomlarý meydana getirirler.
DNA'ya baðlanýcý proteinler arasýnda bulunan baþlýca bir protein grubu, tek iplikli DNA'ya baðlanýcý proteinlerdir. Ýnsanda replikasyon protein A bu protein ailesinin en iyi anlaþýlmýþ üyesi sayýlýr, bu protein, cifte sarmalýn ayrýþtýðý durumlarda, örneðin DNA ikileþmesi, rekombinasyon ve DNA tamirinde iþlev görür. Bu proteinler tek iplikli DNA'yý kararlý kýlar, onun sap-ilmik (stem-loop) oluþturmasýna veya nükleazlar tarafýnda yýkýmýna engel olurlar.

Yukarýda deðinilen proteinlerden farklý olarak baþka proteinler belli DNA dizilerine baðlanacak þekilde evrimleþmiþlerdir. Bunlarýn en iyi araþtýrýlmýþ olanlarý transkripsiyon faktörleridir, bular transkripsiyonu düzenleyen proteinlerdir. Her transkripsiyon faktörü belli bir DNA diziler kümesine baðlanýr ve bu dizilere yakýn protörleri olan genlerin transkripsiyonu etkinleþtirir veya engeller. Transkripsiyon faktörleri bunu iki farklý yoldan gerçekletirir. Birincisi, transkripsiyondan sorumlu olan RNA polimeraz baðlanýrlar, bunu ya doðrudan ya da aracý proteinlerle yaparlar, bunun sonucunda polimeraz promotöre yakýn bir konuma yerleþtitilmiþ olur ve transkripsiyona baþlamasý mümkün hale gelir. Bir diðer yolda ise, transkripsiyon faktörleri promotörde yer alan histonlarý kimyasal deðiþime uðratan enzimlere baðlanýrlar; bunun sonucunda polimerazýn DNA'ya eriþimi deðiþir.
Bu DNA baðlanma dizileri bir canlýnýn genomunun her tarafýnda bulunabileceði için, bir transkripsiyon faktörünün etkinliðinde meydan gelen degðiþiklikler binlerce gene etki edebilir. Dolayýsýyla bu proteinler çoklukla, çevresel deðiþiklikler, hücresel baþkalaþým ve geliþimi kontrol eden süreçlerle iliþkili olan sinyal iletim süreçlerinin hedefidirler. Bu transkripsiyon faktörlerinin DNA ile etkileþimindeki spesifisite, proteinin DNA bazlarýnýn kenarlarý ile yaptýðý temaslardan kaynaklanmaktadýr, bu sayede bu proteinler DNA'nýn dizisini "okurlar". Bazlarla olan bu etkileþimlerin çoðu, bu bazlara kolaylýkla eriþilebilen büyük olukta meydan gelir.

DNA deðiþtirici enzimler

Nükleaz ve ligazlar

Nükleazlar DNA iplikleri kesen enzimlerdir, fosfodiester baðlarýnýn hidrolizini katalizlerler. DNA ipliklerinin uçlarýndaki nükleotitleri hidrolizleyen nükleazlare eksonükleaz denir, ipliklerin iç kýsýmlarýndaki baðlarý hidrolizleyenlere ise endonükleaz. Moleküler biyolojide en sýk kullanýlan endonükleazlar restriksiyon endonükleazlarýdýr, bunlar DNA'yý belli dizilerde keserler. Örneðin soldaki resimde görülen EcoRV enzimi 6 bazlý 5'-GAT|ATC-3' dizisini tanýr ve dik çizgi ile gösterilen noktada onu keser. Doðada bu enzimler, restriksiyon modifikasyon sisteminin bir parçasý olarak, bakterileri fajlara karþý korumaya yararlar, hücrenin içine giren faj DNA'sýný sindirerek.Teknolojide bu enzimler moleküler klonlama ve DNA parmakizlemesi (DNA fingerprinting) için kullanýlýr.
DNA ligaz enzimleri kesilmiþ veya kýrýk DNA ipliklerini birleþtirir. Ligazlar özellikle gecikmeli iplik DNA ikileþmesinde önemli bir rol oynarlar, çünkü replikasyon çatalýnda meydana gelen kýsa DNA parçalarýný birleþtirirler. Ayrýca DNA tamiri ve genetik rekombinasyonda kullanýlýrlar.

Topoizomeraz ve helikazlar

Topoizomerazlar hem nükleaz hem de ligaz etkinliðine sahiptir. Bu proteinler DNA'daki süperburulma derecesini deðiþtirirler. Bu enzimlerin bazýlarý DNA sarmalýnýn bir ipliðini kesip bunun öbürü etrafýnda dönmesini saðlar, sonra da DNA'daki kesiði tekrar birleþtirir. Bu enzimlerin diðerleri ise DNA sarmalýnýn bir ipliðini kesip öbür ipliðin bu kesiðin içinden kesmesini saðlarlar, sonra kesiði tekrar birleþtirirler. Topoizomerazlar DNA'yla ilgili pekçok süreçte yer alýrlar, DNA ikileþmesi ve transkripsiyonu gibi.
Helikazlar moleküler motor özellikli proteinlerdir. Nükleozit trifosfatlarda, özellikle ATP'de taþýnan kimyasal enerjiyi kullanýp bazlar arasýndaki hidrojen baðlarýný kýrarlar ve DNA çifte sarmalýný ters yönde burarak onu tek iplikler halinde açarlar. Bu enzimler DNA bazlarýna eriþmeye gerek duyan enzimlerin bulunduðu süreçlerde gereklidir.

Polimerazlar

Nükleik asit polimerazlarý, nükleozit trifosfatlardan polinükleotit zincirler sentezleyen enzimlerdir. Ürettikleri ürünler var olan polinükleotit zincirlerinin (bunlara kalýp denir) kopyalarýdýr. Bu enzimler, bir DNA zincirindeki en son nükleotitin 3' hidroksil grubuna yeni bir nükleotit ekleyerek çalýþýr. Dolayýsýyla tüm polimerazlar 5' - 3' doðrultusunda ilerler. Bu enzimlerin aktif bölgesinde, gelen nükleozit trifosfat kalýp ile baz eþleþmesi yapar; bu sayede polimeraz, kalýba komplementer bir ipliði doðru bir þekilde sentezleyebilir. Polimerazlar kullandýklarý kalýbýn tipine göre sýnýflandýrýlýr.
DNA ikileþmesinde, DNA-baðýmlýsý DNA polimeraz, bir DNA dizisinin kopyasýný yapar. Bu süreçte hata olmamasý hayatî önem taþýdýðý için bu tip polimerazlarýnýn çoðunda prova okuma aktivitesi bulunur. Bunlarda, sentez reaksiyonunda meydana gelen ender hatalar, baz eþleþmesinin doðru olmamasýyla anlaþýlýr. Eðer bir uyumsuzluk algýlanýrsa, 3'-5' yönünde çalýþan bir eksonükleaz aktivitesi etkinleþtirilir ve hatalý baz çýkartýlýr. Çoðu canlýda DNA polimerazlar replizom olarak adlandýrýlan ve yardýmcý altbirimler (DNA kýskacý ve helikazlar gibi) içeren büyük bir kompleks içinde yer alýr.
RNA-baðýmlýsý DNA polimerazlar RNA ipliðinde bulunan diziyi DNA olarak kopyalayan özel bir polimeraz sýnýfýdýr. Ters transkiptazlar bu sýnýfa dahildir, bunlar viral enzimler olup hücrelerin retrovirüsler tarafýndan enfeksiyonunda yer alýrlar. Telomerazlar da bu sýnýfa dahildir, bunlar da telomerlerin ikilenmesi için gereklidir. Telomerazý diðer bu tip enzimlerden farklý kýlan bir özelliði, kullandýðý RNA kalbýn kendi yapýsýnýn bir parçasý olmasýdýr.

Transkripsiyon, DNA-baðýmlýsý RNA polimeraz tarafýndan gerçekleþtirilir, bu enzim DNA ipliðindeki diziyi RNA olarak kopyalar. Bir genin transkripsiyonu için RNA polimeraz, DNA üzerinde promotör adlý bir bölgeye baðlanýr ve DNA ipliklerini ayrýþtýrýr. Sonra genin dizisini bir RNA zinciri olarak kopyalar, ta ki terminatör (sonlayýcý, Ýng. 'terminator') adlý bir DNA bölgesine gelip orada durup DNA'dan kopana kadar. DNA baðýmlý DNA polimeraz da olduðu gibi, RNA polimeraz II (ökaryotlardaki çoðu genin transkripsiyonun yapan enzim) de çeþitli düzenleyici ve yardýmcý proteinlerden oluþmuþ büyük bir protein kompleksinin parçasý olarak çalýþýr.

Genetik Rekombinasyon

Genetik rekombinasyonda Holliday baðlantýsý ara ürününün yapýsý. Dört farklý DNA ipliði kýrmýzý, mavi, yeþil ve sarý olarak renklendirilmiþtir.
Rekombinasyon iki kromozomun (M ve F) kesilip birleþtirilmesi ile iki yeni kromozomun (C1 ve C2) meydana gelmesidir.
Bir DNA sarmalý genelde baþka DNA parçalarý ile etkileþmez, ve hatta insan hücrelerinde farklý kromozomlar çekirdekte farklý bölgelerde yer alýrlar. Farklý kromozomlarýn fiziksel olarak bu þekilde ayrý tutulmasý DNA'nýn kararlý bir bilgi deposu olarak iþlev görmesinde önemli bir rol oynar. Kromozomlarýn birbiriyle etkileþtiði zamanlar sadece rekombinasyona girdikleri krosover sýrasýndadýr. Krosover sýrasýnda iki DNA sarmalý kesilir, bir bölüm yer deðiþtirir ve kesik uçlar birleþir.
Rekombinasyon sayesinde kromozomlar arasýnda genetik bilgi takasý olur ve yeni gen kombinasyonlarý meydan gelir, bunun doðal seleksiyonun verimini artýrdýðý ve yeni proteinlerin hýzlý evrimleþmesinde önemli olduðu düþünülmektedir. Genetik rekombinasyon DNA tamiriyle de iliþkilidir, özellikle çift iplikli kýrýlmalara hücrenin tepkisinde.
Kromozom sarýlmasýnýn en yaygýn þekli homolog rekombinasyondur, bunda iki kromozom birbirine çok benzer dizilere sahiptir. Non-homolog rekombinasyon hücreye zarar verici olabilir çünkü kromozomal translokasyon ve genetik anormalliklere yol açabilir. Rekombinasyon tepkimesi rekombinaz olarak adlandýrýlan enzimler (örneðin RAD51) tarafýndan katalizlenir. Rekombinasyonun ilk adýmý çift iplikli bir kesik oluþturulmasýdýr, bu ya bir endonükleaz ya da DNA hasarý sonucunda meydana gelir. Rekombinaz tarafýndan kýsmen katalizlenen bir dizi adým sonucunda iki sarmal en az bir Holliday baðlantýsý tarafýndan birleþtirilir: her sarmalýn bir ipliði, öbür sarmalda ona komplementer olan öbür iplik ile kaynaþýr. Holliday kavþaðý, tetrahedral bir yapýdýr, bu þekilde birleþmiþ iki kromozomda bir ipliðin bir diðeriyle yer deðiþtirmesiyle bu yapý kromozomlar boyunca ilerler. Rekombinasyon tepkimesi junction2ýn kesilmesi ve serbest kalan DNA uçlarýnýn tekrar birleþmesi ile son bulur.

DNA metabolizmasýnýn evrimi

DNA'da bulunan genetik bilgi tüm modern canlýlarýn iþlev görmesine, yani büyümesi ve çoðalmasýna olanak saðlar. Ancak, 4 milyar yýldýr sürmekte olan yaþamýn tarihçesi boyunca DNA'nýn bu iþlevi yerine getirdiði belli deðildir, yaþamýn en eski biçimlerinin kullanmýþ olduðu kalýtsal malzemenin RNA olduðu öne sürülmüþtür. RNA, hem genetik bilgi aktarma hem de ribozimlerin parçasý olarak katalizör özelliðine sahip olmasýndan dolayý ilk hücrelerin metabolizmasýnda merkezî bir rol oynamýþ olabilir. Nükleik asitlerin hem kalýtýmda hem de katalizde rol oynadýðý bu eski RNA dünyasý, günümüz genetik kodunun dört nükleotit bazýndan oluþmuþ þekilde evrimleþmesine etki etmiþ olabilir. Bunun nedeni, bir canlýdaki bazlarýn sayýsýnýn azlýðýnýn replikasyon verimini artýracaðý ama bazlarýn çokluðunun ise ribozimlerin katalitik verimini artýracaðý, bu iki zýt etki ile kalýtsal bilgiyi kodlayan baz sayýsýnýn dört olarak dengelenmiþ olabileceði öne sürülmüþtür.
Ne var ki, eski genetik sistemler hakkýnda doðrudan delil mevcut deðildir, çünkü çoðu fosillerden DNA elde edilmesi mümkün deðildir. Bunun nedeni, çevre etkilerine maruz kalan DNA'nýn bir milyon yýldan az süre dayanmasý ve çözelti içinde zamanla küçük parçalara yýkýmýdýr. Eski DNA'nýn izole edilmiþ olduðuna dair iddialar vardýr, özellikle 250 milyon evvelden kalma bir tuz kristalý içinde canlý kalmýþ bir bakterinin izole edildiði iddia edilmiþtir ama bu iddialar tartýþmalýdýr.

Teknolojide kullaným

Gen mühendisliði

Modern biyoloji ve biyokimyada rekombinant DNA teknolojisi yoðun bir þekilde kullanýlýr. Rekombinant DNA baþka DNA parçalarýndan bir araya getirilmiþ yapay bir DNA'dýr. DNA parçalarý, plazmit veya viral vektörler aracýlýðýyla canlýlarýn içine transformasyon yoluyla sokulabilir. Bu yolla ortaya çýkan, genetik deðiþime uðramýþ canlýlar kullanýlarak rekombinant proteinler üretilebilir, bunlar tibbi araþtýrmalarda veya tarýmda kullanýlabilir.

Adli bilim

Adli bilimciler, bir suç mahalinde bulunmuþ kan, meni, deri, tükürük veya saçta bulunan DNA'yý kullanarak bir failin kimliðini belirleyebilirler. Bu iþleme genetik parmak izi çýkarma veya genetik profilleme denir. DNA profillemesinde, tekrarlý diziler (kýsa tandem tekrar ve miniuydu) içeren DNA'nýn deðiþken kýsýmlarýnýn uzunluklarý belirlenir, bunlar farklý insanlarda karþýlaþtýrýlýr. Bu yöntem bir suçlunun tanýnmasý için son derece güvenilir bir yöntemdir. Ancak, eðer suç mahaline birde fazla kiþinin DNA'sý bulaþmýþsa bu kimlik belirleme karmaþýklaþabilir. DNA profillemesi 1984'te Britanyalý genetikçi Sir Alec Jeffreys, tarafýndan geliþtirilmiþ ve adli bilimde ilk defa 1988'de Enderby cinayetleri için Colin Pitchfork'un suçlu bulnmasýnda kullanýlmasýnda kullanýlmýþtýr. Bazý tür suçlarý iþlemiþ kiþiler bir veritabanýnda depolanmak amacýyla kendi DNA'larýndan bir örnek vermeye mecbur tutlabilirler. Bu sayede suç mahalinde bulunmuþ DNA örneðinden baþka elde hiçbir delil bulunmayan bazý eski vakalar çözülebilmiþtir. DNA profillemesi katliam kurbanlarýnýn kimliklerinin belirlenmesinde de kullanýlmýþtýr.

Biyoenformatik

DNA dizilerinin bilgisayar aracýlýðýyla iþlenmesi, aranmasý ve analizi, biyoenformatik bilminin konularý arasýndadýr. DNA dizilerinin depolanmasý ve aranmasý için yöntemlerin geliþtirilmesi sayesinde bilgisayar bilimlerinde önemli ilerlemeler katedilmiþtir, özelikle dizi arama algoritmalarý, makine öðrenimi ve veritabaný teorisi konularýnda. Dizi arama ve eþlendirme algoritmalarý harflerden oluþan uzun diziler içinde daha kýsa harf dizilerinin bulunmasýyla ilgilidir, bunlar belli nükleotit dizilerinin bulunmasý için geliþtirilmiþtir. Yazý editörü programlarýnýn kullandýðý algoritmalar DNA dizileri durumunda son derece verimsiz çalýþýrlar, DNA dizilerini oluþturan farklý karakterlerin küçük sayýsýndan dolayý. Bununla iliþkili olan dizi hizalama problemi ise benzer dizileri bulmayý ve bunlarý birbirinden faklý kýlan mutasyonlarý tanýmlamayý amaçlar. Bu teknikler, özellikle çoklu dizi hizalamasý, filogenetik iliþki ve protein iþlevi araþtýrmalarýnda kullanýlýr. Bir genomun tamamýna karþýlýk gelen DNA dizilerinin kullanýlmasý için bu dizilerin üzerinde genlerin ve onlarýn düzenleyici elemanlarýnýn yerlerinin kaydedilmesi (Ýng. annotation) gerekmektedir. DNA dizilerinde protein veya RNA kodlayýcý genlerin özelliklerine sahip bölgelerin tanýnmasý, gen bulma algoritmalarý sayesinde mümkündür, bunlar sayesinde bilim adamlarý bir genin ürününü önceden tahmin edebilirler, bu ürün laboratuvarda daha saflaþtýrýlmadan.

DNA nanoteknolojisi

Solda þematik gösterilen DNA yapýsý, atom güç mikroskobu ile saðda görüntülenen yapýyý kendi kendine oluþturacaktýr. DNA naonteknolojisi, DNA'nýn moleküler tanýma özelliklerini kullanarak nanometre boyutlarýnda yapýlar tasarlamayý amaçlayan bilim dalýdýr.
DNA nanoteknolojisi DNA'ya has moleküler tanýma özelliklerini kullanarak faydalý özelliklere sahip, kendi kendini oluþturan, dallý DNA komplksleri imal eder. DNA böylede biyolojik bilgi taþýmak için deðil, yapýsal bir malzeme olarak kullanýlýr. Bu yolla iki boyutlu periyodik dizilimler ve polihedral þekilli üç boyutlu yapýlar yaratýlmýþtýr. Nanomekanik araçlar ve algoritmik olarak oluþan yapýlar da gösterilmiþ, bu DNA yapýlarý ile baþka moleküllerin (altýn nano tanecikleri ve streptavidin proteinlerinin) düzenlenmesi saðlanabilmiþtir.

Tarih ve antropoloji

Zaman içinde DNA'da biriken mutasyonlar sonra kalýtsal olarak aktarýldýðý için, taþýdýðý bilgi bir anlamda tarihseldir. Genetikçiler DNA dizlerini karþýlaþtýrarak bir canlýnýn evrimsel tarihi yani onun filogenetiði hakýnda çýkarýmlar yapabilirler. Filogenetik sahasý evimsel biyolojide güçlü bir araçtýr. Bir türün bireylerine ait DNA dizileri karþýlaþtýrýldýðýnda topluluk genetikçileri o topluluðun tarihine dair bilgiler edinebilirler. Ekoloji genetiðinden antropolojiye kadar uzanan çeþitli sahalarda bu bilgilerden yararlanýlabilir. Örneðin, tevratta söz konusu olan Ýsrail'in on kayýp kavmi, DNA bulgularý ile tanýmlanmaktadýr.
DNA ayrýca aile iliþkilerini belirlemek için kullanýlmýþtýr, örneðin Amerikan baþkanlarýndan Thomas Jefferson'un kölesi Sally Hemings'in soyundan kiþiler ile Jefferson arasýnda akrabalýk olduðunun kanýtlanmasýnda. Bu amaçlý kullaným, yukarda deðinilen suç tahkikatlarýnda DNA'nýn kullanýlmasýna benzerdir. Nitekim, bazý tahkikatlarýn çözümlenmesi, suç mahalinde bulunan DNA'nýn suçlunun akrabalarýnýn DNA'sýyla uyuþmasý sayesinde olmuþtur.

DNA araþtýrmasýnýn tarihçesi

DNA ilk Ýsviçreli hekim Friedrich Miescher tarafýndan saflaþtýrýlmýþtýr, kendisi 1869'da atýk cerrahi pansumanlardaki irin içinde mikroskopik bir madde keþfetmiþtir. Hücre çekirdeklerinde (nükleus) bulunduðu için ona "nüklein" adýný vermiþtir. 1919'da Phoebus Levene, nükleotit birimleri oluþturan baz, þeker ve fosfatý tanýmlanmýþtýr. Levene DNA'nýn, birbirine fosfat gruplarý ile baðlý olan nükleotit birimlerden oluþan bir zincir olduðunu öne sürmüþtür. Ancak, Levene, bu zincirin kýsa olduðunu ve bazlarý kendini tekrar eden bir sýralamaya sahip olduðunu düþünmüþtür. 1937'de William Astbury DNA'nýn düzenli bir yapýya sahip olduðunu gösteren ilk X ýþýný difraksiyon görüntülerini elde etti.
1928'de Frederick Griffith, Pnömokok bakterisinin "düz" þeklini belirleyen özelliðin "buruþuk" þekilli Pnömokok bakterilere aktarýlmasýnýn mümkün olduðunu, bunun için ölü "düz" bakterilerin canlý "buruþuk" bakterilerle karýþtýrýlmasýnýn yettiðini gösterdi. Bu deneysel sistem kullanarak Oswald Avery ve arkadaþlarý Colin MacLeod ve Maclyn McCarty 1943'de deðiþtirici etmenin DNA olduðunu gösterdiler. 1952'de Alfred Hershey ve Martha Chase tarafýndan Hershey-Chase deneyinde T2 fajýnýn genetik malzemesinin DNA olduðunu göstererek DNA kalýtýmdaki rolü teyid ettiler.

1953'te Rosalind Franklin tarafýndan elde edilmiþ X-ýþýný kýrýným görüntülerine dayanarak ve bazlarýn eþlendiði bilgisini kullanarak, James D. Watson ve Francis Crick DNA'nýn bugün kabul görmüþ yapýsýný ilk defa öne sürdüler. Watson ve Crick'in modelini destekleyen deneysel veriler Nature dergisinin ayný sayýsýnda 5 ek makale olarak yayýmlandý. Bunlardan Franklin ve Raymond Gosling'in makalesi, Watson ve Crick'in modelini destekleyen ilk X ýþýný kýrýným verisi yayýnýydý, derginin bu sayýsýnda ayrýca Maurice Wilkins ve çalýþma arkadaþlarý tarafýndan DNA yapýsý hakkýnda bir makale de vardý. 1962'de Franklin'in ölümünün ardýndan, Watson, Crick ve Wilkins beraberce Nobel Fizyoloji veya Týp Ödülünü aldýlar. Ancak, bu keþfin kime ait olduðuna dair tartýþma sürmektedir.
Crick, 1957'de yaptýðý etkili bir sunumda, moleküler biyolojinin "Temel Dogmasý"ný ortaya koyarak DNA, RNA ve proteinler arasýndaki iliþkiyi, bu konuda kanýtlar henüz tamamen toplanmadan, özetledi, ayrýca "adaptör hipotezi"ni dile getirdi. Çift sarmallý yapýnýn ima ettiði kopyalama mekanizmasýnýn teyidi, 1958'de yayýmlanan Meselson-Stahl deneyi ile edildi.Crick ve arkadaþlarý tarafýndan yapýlan diðer çalýþmalar genetik kodun, kodon olarak adlandýrýlan, örtüþmeyen baz üçlülerinden oluþtuðunu gösterdi, bu sayede Har Gobind Khorana, Robert W. Holley ve Marshall Warren Nirenberg genetik kodu çözdüler. Bu keþifler moleküler biyolojinin doðumuna karþýlýk gelir.

DNA Sarmalýnýn Kimyasal Yapýsý

DNA (Deoksiribo Nükleik Asit); karbon, hidrojen, oksijen, azot, fosfat atomlarýndan oluþan ve hücrenin bütün hayati fonksiyonlarýnda rol alan dev bir moleküldür. Ýnsana ait bir DNA molekülünde bu atomlardan milyarlarca bulunur (Walter L. Starkey, The Cambrian Explosion, WLS Publishing, Ohio, 1999, s. 155. ) ve her insanda kiþinin kendisine özel bir biçimde düzenlenmiþtir. DNA, bu molekülün kimyasal yapýsýný ifade eden deoksiribo ( D ), nükleik ( N ), asit ( A ) kelimelerinin kýsa yazýlýmýdýr.

Her insan hücresinin çekirdeðindeki DNA molekülü, 5 mikron (mikron: milimetrenin binde biri) çapýnda, minik bir top halinde sarýlý duran "nükleik asit"ten oluþur. ( Michael J. Denton, Nature's Destiny, Free Press, New York, 1998, s. 149. ) Nükleik asitler, vücudumuzun sadece %2'sini oluþturan ancak son derece önemli bileþiklerdir. Nükleik asitlerin temel yapý birimi ise "nükleotid"lerdir. Nükleotidlerden 6.000.000.000 (milyar) kadarý kimyasal olarak çifte sarmal þeklinde birleþerek DNA'yý meydana getirirler. (Walter L. Starkey, The Cambrian Explosion, WLS Publishing, Ohio, 1999, s. 41.)

Sarmal þeklinde bir merdiven yapýsýna sahip olan DNA molekülü, bilim adamlarýný þaþýrtan bir mimari düzene sahiptir. Merdivenin yan taraflarý, farklý türdeki "þeker" ve "fosfat"tan oluþan DNA molekülünün omurgasýdýr. Basamaklar ise "baz" adý verilen ve birbirine baðlanan dört kimyasal madde çiftinden meydana gelmektedir: Adenin, timin, sitozin ve guanin. Bazlar karbon, oksijen, hidrojen ve nitrojen içeren 12 ila 16 atomdan meydana gelen moleküllerdir. (Lee M. Spetner, Not By Chance, Shattering The Modern Theory of Evolution, The Judaica Press Inc., 1997, s. 213. ) Bu kimyasallar da DNA sarmalý üzerinde özel bir dizilime sahiptir. Bunlarýn dizilimi sadece iki türde eþleþme ile mümkündür: Adenin ( A ) daima timinle ( T ) ve sitozin ( C ) daima guaninle ( G ) baðlanmaktadýr. (The Incredible Machine, National Geographic Society, Washington DC., 1986, s. 43.)

Bilim adamlarý DNA'yý oluþturan atomlarýn, nükleotidleri meydana getirmek üzere nasýl özel bir dizilimle birleþtiklerini tespit etmiþlerdir. Ancak canlýlýðýn yapýtaþlarýnýn yapýsýný bilmekle, bunlarý meydana getirmek bir deðildir. Nitekim bilim adamlarý ellerinde doðru malzemeler -atomlar ve bunlarý biraraya getirecek teknoloji- olmasýna karþýn, hiçbir þekilde canlýlýðýn DNA molekülünü oluþturamamaktadýrlar.

Yukarýda da ifade ettiðimiz gibi atomlarýn diziliminde özel bir yaratýlýþ görülür. Her bir nükleotid içerisinde yaklaþýk 34 atom bulunmaktadýr. DNA'da toplam 6 milyar nükleotid olduðuna göre, (34 x 6.000.000.000) 204 milyar atomun DNA molekülünü oluþturmak için kimyasal olarak birleþmesi gereklidir. ( Walter L. Starkey, The Cambrian Explosion, WLS Publishing, Ohio, 1999, s. 41.)

Eðer bir saniyede bir atom üzerinde iþlem yapabilseydiniz ve günde 8 saat, yýlda 350 gün çalýþabilseydiniz, sadece tek bir DNA molekülünü üretmeniz 20.000 yýldan daha fazla sürecekti. (Walter L. Starkey, The Cambrian Explosion, WLS Publishing, Ohio, 1999, s. 41. ) Akýl sahibi bir insan bile bunu yapamazken, DNA molekülünün, tesadüfler sonucu kendi kendine oluþtuðu nasýl düþünülebilir? Elbette ki bu imkansýz bir durumdur. Ayrýca kitap boyunca hatýrda tutulmasý gereken bir nokta da, DNA molekülleri olmaksýzýn canlýlarýn yaþamasýnýn mümkün olmadýðýdýr. Hatta DNA'nýn yapýsýnda meydana gelen en ufak bir yanlýþ dahi ciddi sonuçlar doðurmaktadýr. Tanýnmýþ bilim yazarý Richard Milton durumu þöyle anlatmaktadýr:

... her bir nükleozitin [nükleotidin fosfat baðlanmamýþ hali] doðru sýrada "yazýlmasý" ve DNA molekülü içinde tam olarak doðru yerde bulunmasý gerekir ve daha önce tanýmlandýðý gibi, insanlar, hayvanlar ve bitkilerdeki baþlýca iþlev bozukluklarýna tek bir DNA molekülü, ya da o molekül içindeki tek bir nükleozitin yokluðu ya da yanlýþ yerleþtirilmesi neden olmaktadýr. (Richard Milton, Son Tartýþmalar Iþýðýnda Darwinizm'in Mitleri, Gelenek Yayýncýlýk, Eylül 2003, çev: Ýbrahim Kapaklýkaya, s. 208.)

DNA þeridinde bulunan her baz dizilimi -adenin, timin, sitozin ve guanin nükleotidlerinin dizilimi- hücre çekirdeðindeki genetik metni oluþturur ve hayati öneme sahip proteinleri inþa etmek için ihtiyaç duyulan bilgiyi içerir. Bu bakýmdan DNA'nýn bir yandan düzenli yapýsýný korurken, bir yandan da bilgi çeþitliliðine izin verecek bir dizilime sahip olmasý, son derece dikkat çekici bir durumdur.

DNA Þeridi Bobinler Üzerine Sarýlýdýr

Ýnsan hücrelerinde bulunan tek bir DNA þeridi yaklaþýk 3 milyar baz çiftinden oluþmuþtur ve yaklaþýk iki metre uzunluðundadýr. Bu büyüklükte iki zincirin küçültülüp, gözle görülemeyecek boyutlara indirilmesi gerekmektedir. Uzun bir ipin makara üzerine sarýlmasýna benzer þekilde, DNA da hücre içinde benzer bir mekanizma ile paketlenerek çekirdeðin içine yerleþmiþtir. DNA þeridi, "nükleozom"lar halinde bobinlere sarýlarak paketlenir ve kromozomlarý oluþturur. Burada bobin görevini ise "histon" denilen proteinler üstlenirler.

Spor Yapmak DNA’yý Etkiliyor / Egzersiz Yapmak Metabolik Genlerdeki Metil Gruplarýnda Deðiþikliðe Yol Açýyor

Cell Metabolism dergisinde yayýnlanan çalýþmada DNA`daki metil gruplarýnýn deðiþiminin sadece egzersiz yapmakla deðil gün içerisinde çeþitli aktivitelerle de deðiþtiði vurgulanýyor. Örneðin, yüksek dozdaki kafein`in egzersiz yaparken metabolik genlerde oluþan deðiþikliðe benzer deðiþikliklere yol açtýðý gözlemlenmiþ.

DNA`daki metil grubu deðiþiklikleri, protein sentezini önemli ölçüde etkilemekte. Stockhlom Karaloniska Enstitusunde Juleen Zierath ve çalýþma arkadaþlarý egzersiz sonrasý kaslardan alýnan biyopsi örneklerini incelediklerinde, enerji metabolizmasýndan sorumlu olan genlerin( PGC-1α, PPAR-δ ve PDK4 )demetilasyona uðradýklarýný, metabolizma ile alakalý olmayan genlerin ise metile halde kaldýklarýný gözlemlediler. Ayrýca, gen demetilasyonlarýnýn yapýlan egzersizin yoðunluðuna göre arttýðýný da Juleen ve ekibi çalýþmalarýnda rapor etmiþler.

Salk Institute for Biological Studies in La Jolla, California`da Moleküler biyolog olan Ronald Evans; Juleen ve ekibinin yapmýþ olduðu bu çalýþmanýn, kas hücreleri veya yað hücreleri gibi yetiþkin hücrelerle farklýlaþmýþ hücrelerde genellikle metilasyonun sabit kaldýðý kanýsýný da deðiþtirdiðini düþünüyor.

Zierath, DNA`nýn özellikle promotor bölgesindeki yoðun metilasyonlarýn gen ekspresyonlarýnda kontrol düðmesi gibi rol aldýðýný ve doðal olarak protein sentezini etkilediklerini ifade ediyor. Bu yaptýklarý çalýþmada da enerji metabolizmasýndan sorumlu genlerin ekspresyonlarýnýn artýðýný ama halen bunlarýn nasýl oluyor da demetilasyona uðradýklarýný tam olarak aydýnlatamadýklarýný belirtiyor.Buna benzer þekilde gün içerisinde fazla alýnan kafeinin de kas hücrelerinde bulunan sakroplazmik retikulumdan kalsiyum salýnmasýna neden olduðu ve muhtemelen bu kalsiyumunda hücredeki demetilasyon yollarýný etkilediði düþünülüyor.

DNA Ýlk Kez Doðrudan Fotoðraflandý

DNA’nýn iki zincirden oluþan modeli 1953 yýlýnda kabul edilmiþti. Bilim insanlarý James Watson ve Francis Crick’in sunduðu bu modelin kabul edilmesinnde 59 yýl sonra, 'yaþamýn kendisi'ni oluþturan zincirlere ait ilk doðrudan fotoðraf çekildi. Bilinen tüm canlý organizmalarýn geliþim ve yaþamsal fonksiyonlarýnýn temelinde yatan bilgileri içeren DNA zincirleri, ilk kez doðrudan fotoðraflandý. Ýtalya’nýn Magna Graecia Üniversitesi’nde fizik profesörü olan Enzo Di Fabrizio, elektron mikroskobu kullanarak DNA’yý fotoðrafladý.

Bilim insanlarý, Di Fabrizio’nun elde ettiði baþarýnýn öncesinde, DNA’nýn yapýsýný dolaylý olarak gözlemlemiþti. Çift sarmal þeklindeki DNA yapýsý, ilk olarak X-ray kristallografisi adý verilen yöntemle tespit edilmiþti. Bu yöntemde, X-ray ýþýnlarýnýn çarpmasýnýn ardýndan nasýl yansýdýðýna bakýlarak materyalin þekli çýkarýlýyor.

Doðal Yapýsý da Görüntülenecek

NanoLetters dergisinde yayýmlanan çalýþmada, Di Fabrizio ve meslektaþlarý, DNA’nýn saklý görüntüsünü ortaya çýkaracak yeni bir yönten geliþtirerek, nano ölçekte su geçirmeyen silikon sütunlar inþa etti. Ardýndan silikona DNA zincirleri içeren bir solusyon döküldü. Su, hýzla buharlaþtý ve geride gerilmiþ ip gibi duran DNA zincirleri kaldý.

Ýtalyan bilim insaný, daha sonra silikon yataðýndaki deliklerden elektron ýþýnlarý gönderdi ve moleküllerin yüksek çözünürlüklü görüntülerini elde etti. Görüntüleri elde edilen DNA zincirleri, bir çift sarmalýn aksine, birbirine düðümlenmiþ çok sayýda kordon gibi belirdi. Bunun nedeni olarak, elektron ýþýnlarýnýn bir çift sarmalý veya tek bir sarmalý yok edebilecek güçte olmasý gösterildi.

New Scientist’e konuþan Di Fabrizio, daha hassas bir donaným kullanarak, düþük enerjili elektonlarlar aydýnlatma saðlayabileceklerini, böylece DNA’nýn doðal yapýsýný bozmadan görebileceklerini ifade etti.Elde edilen baþarý, bir gün DNA’nýn (Deoksiribo Nükleik Asit) RNA’lar gibi diðer önemli yaþam bloklarýyla olan etkileþimini çok daha iyi gözlemlemeyi saðlayabilir.

DNA HESAPLAMASI

Örnek: Bir DNA molekülünde 3000 nükleotid vardýr. DNA’ daki Adenin = 400 ise;
a) Sitozin sayýsý kaçtýr?
b) Toplam Hidrojen bað sayýsý kaçtýr?
Çözümü: DNA molekülü çizilir ve verilen deðerler yerlerine yazýlýr.
a)
A = T = 400
Her zincirde 1500 nükleotid olduðundan; 1500 nükleotidten, Timin sayýsýný çýkardýðýmýzda;
sitozin sayýsý bulunur.
1500 – 400 = 1100 Sitozin


b) Adenin ile Timin arasýnda: 2, guanin ile Sitozin arasýnda: 3 Hidrojen baðý bulunduðundan;
400 x 2 + 1100 x 3 = 4100 Hidrojen baðý vardýr.


Örnek: Bir DNA molekülünde 6800 Hidrojen baðý vardýr. Sitozin = 1200 ise
a) Adenin sayýsý kaçtýr?
b) Toplam Deoksiriboz sayýsý kaçtýr?
Çözümü: DNA molekülü çizilir ve verilen deðerlerden, sitozin nükleotidi sayýsý yerine yazýlýr.
a)
Guanin ile sitozin arasýnda: 3 Hidrojen baðý bulunduðundan; Guanin ile Sitozin arasýnda toplam:
1200 x 3 = 3600 Hidrojen baðý vardýr.

Toplam Hidrojen baðýndan, 3600’ ü çýkardýðýmýzda;
Adenin ve Timin arasýndaki toplam Hidrojen bað sayýsýný: 3200 buluruz.
3200' ü, 2' ye böldüðümüzde; Adenin sayýsýný: 1600 buluruz.

b) Nükleotid sayýlarý, DNA molekülü üzerinde yazýldýðýnda; toplam nükleotid sayýsý: 5600 bulunur.

Nükleotit sayýsý = Deoksiriboz sayýsý = 5600

Örnek: Bir DNA molekülünde 4300 Hidrojen baðý vardýr. Timin = 800 ise;
a) Sitozin sayýsý kaçtýr?
b) Toplam fosfat sayýsý kaçtýr?
Çözümü: DNA molekülü çizilir ve verilen deðerlerden Timin nükleotidi sayýsý yerine yazýlýr.
a)
Adenin ile Timin arasýnda: 2 hidrojen baðý bulunduðundan; Adenin ile Timin arasýnda toplam,
800 x 2 = 1600 Hidrojen baðý vardýr.

Toplam hidrojen baðýndan, 1600’ ü çýkardýðýmýzda;
Guanin ile Sitozin arasýndaki toplam hidrojen bað sayýsýný: 2700 buluruz.
2700' ü, 3' e böldüðümüzde; Sitozin sayýsýný: 900 buluruz.

b) Nükleotid sayýlarý DNA molekülü üzerinde yazýldýðýmýzda; toplam nükleotid sayýsý: 3400 bulunur.

Nükleotit sayýsý = Fosfat sayýsý = 3400

Örnek: Bir DNA molekülün birinci zincirinde; Adenin = 400, Guanin = 600’ dür. DNA molekülünün ikinci zincirinde ise Adenin = 500, Guanin = 100’ dür.
a) Toplam Sitozin kaçtýr?
b) Toplam Hidrojen bað sayýsý kaçtýr?
Çözümü: DNA molekülün birinci ve ikinci zincirindeki nükleotidler ayrý ayrý verildiðinden; her zincirdeki nükleotikler ayrý ayrý gösterilir ve verilen deðerler yerine yazýlýr.
a)
Daha sonra, karþýlýklý nükleotidler arasýndaki eþitlikler yerlerine yazýlýr.

Birinci ve ikinci DNA zincirlerindeki sitozin toplamý: 100 + 600 = 700’ dür.

b) Toplam hidrojen bað sayýsýný bulmak için, DNA molekülündeki toplam nükleotidler, yerlerine yazýlarak
daha kolay hesaplanabilir.

Toplam nükleotidler, yerine yazýldýktan sonra; Adenin ile Timin arasýnda: 2 , Guanin ile Sitozin arasýnda;
3 Hidrojen baðý olduðundan;

900 x 2 + 700 x 3 = 3900 Hidrojen baðý vardýr.


Örnek: Bir DNA molekülünde toplam 8000 nükleotid vardýr. DNA’ daki
ise Sitozin sayýsý kaçtýr?

Çözümü: DNA molekülü çizilir ve nükleotidler yerlerine yazýlýr.


olduðundan; Adenin nükleotidine: X deðerini verirsek; Guanin deðeri: 4X olur.
Bu deðerleri, DNA molekülü üzerine yazdýðýmýzda; DNA’ nýn bir zincirinde toplam: 5X nükleotid olduðunu görürüz.

Eþitlikleri yerine yazdýðýmýzda X = 1000 buluruz. Sitozin sayýsý: 4X olduðundan;
4 x 1000 = 4000 Sitozin nükleotidi vardýr.

Örnek: Bir DNA molekülünde toplam 1000 Nükleotid vardýr. DNA kendini 3 kez eþleyebilmesi için, ortamdan kaç nükleotid almasý gerekir?

Çözümü:
formülü kullandýðýmýzda;
eþleme sonunda ortamda bulunur.
Baþlangýçta elimizde; 1 DNA molekülü vardý. 7 yeni DNA molekülü ürettik.
7 DNA x 1000 = 7000 Nükleotidin ortamdan alýnmasý gerekir.

DNA, DEZOKSÝRÝBONÜKLEÝK ASÝTin kýsaltmasý.

DNA’yý oluþturan her bir nükleotitte azotlu organik baz, beþ karbonlu deoksiriboz þekeri ve fosfat grubu bulunur. Baz ile þeker arasýnda glikozit baðý, þekerle fosfat arasýnda ester baðý bulunur.

DNA'nýn yapýsý.

DNA’nýn yapýsý 1953’te F. Crick ve J. D. VVatson tarafýndan kesinlikle ortaya kondu. DNA, kuramsal olarak sonsuz uzunlukta ve sarmal olarak birbirine dolanmýþ yan yana iki molekül zinciridir. Bu zincir, hayali bir eksene sarýlý bir ip merdivene benzetilebilir. Merdivenin kollarý düzgün ardýþýk sýrayla dizili bir þeker molekülü (dezoksiriboz) ile bir fosforlu molekülden oluþur. Merdivenin basamaklarý kollardaki þeker moleküllerine baðlýdýr. Basamaklar tam ortada gevþek bir hidrojen baðýyla birbirine baðlanmýþ biri pürik, öteki pirimidik olan iki bazdanluðuna nükleotit denir. DNA molekülündeki sarmallýk saða doðrudur; her on çift nükleotitte tam bir t„ur tamamlanýr; hepsinde tur aralýðý 34 A , nükleotitler araosý uzaklýk 3,4 Â , molekül geniþliði 25 A 'dur.

DNA hücreyi yöneten moleküllerdir. Türe ve canlýya özgü olan bütün kalýtsal bilgiler DNA da gizlidir.
DNA’nýn yapýsýnda kalýtsal özellikleri taþýyan genler bulunur.
DNA’nýn en küçük yapý birimine nükleotit denir.
Nükleotitler DNA`nýn temel yapý birimleridir. Bir nükleotidin yapýsýnda aþaðýdaki gibi fosfat, seker ve organik baz bulunur.

Organik bazlar adenin (A), timin (T), sitozin (C) ve guanin (G)`dir. Nükleotidler hangi organik bazý içeriyorlarsa o bazýn ismiyle adlandýrýlýrlar.

• Nükleotitin yapýsýnda bulunan þeker 5 karbonlu olup Deoksiriboz þekeridir.
• Fosfatlar DNA ya asitsi özelliði kazandýrýrlar.
• Nükleik asitler iki çeþittir. DNA ve RNA dýr.
• Her bir Nükleik asidin (DNA) yapýsýndaki 4 çeþit nükleotidin farklý sýra , miktar ve farklý kullanýmý sonucu farklý kalýtsal þifrelere sahip nükleik asitler (DNA) oluþur.

Nükleotit, gen, DNA, kromozom, çekirdek, hücre, doku, organ, sistem, canlý..... basitten karmaþýða doðru sýralanýþý bu þekilde olmaktadýr.
Nükleotitler (fosforik asit, deoksiriboz pürik ya da pirimidik bazlar) DNA'nýn temel yapý taþlarýdýr. Nükleotitlerin özelliklerini pentozlarýnýn (d-2-deoksiriboz) ve azotlu pürik bazlarý (adenin ve guanin) ile azotlu pirimidik bazlarýnýn (sitozin ve timin) cinsi belirler; bununla birlikte sitozin, faj'larda ve üstün yapýlý bitkilerde 5 konumda metillenmiþ olabilir. DNA’larda, komþu nükleotitlerin pentoz molekülleri, dezoksiribonükleaz denen özgül fosfodi- esterazlarla hidrolizlenmiþ fosforlu diester baðlarýyla birleþtirilmiþtir; bu nedenle DNA’lar hidrojen köprüleriyle ikiþer ikiþer birleþmiþ nükleotitlerden oluþan ve ayný eksen çevresinde helis biçiminde kývrýlan uzun polinükleotit zincirleri oluþturur. Birleþik iki zinciri heliste bir arada tutan hidrojen köprüleri, bir nükleotitteki oksijenli bazýn, öbür nükleotitteki azotlu bazla eþleþmesinden ya da ona baðlanmasýndan doðar (adenin-timin ya da guanin-sitozin gibi). Hidrojen baðlarýyla birbirine baðlanan iki polinükleotit zinciri, týpký basit organik cisimlerde olduðu gibi, belli bir çözülme sýcaklýðýnda birbirinden ayrýlabilir; erime sýcaklýðý denen bu sýcaklýk her DNA’da baþkadýr. Çok iyi belirlenmiþ koþullarda, çözülerek ayrýlmýþ iki DNA zinciri (ya da parçasý) ya da bir DNA parçasýyla bir ribonükleik asit parçasý ya da RNA yeniden birleþtirilebilir; böylece örneðin, RNA-polimeraz enzimi aracýlýðýyla bireþimi saðlanan bir RNA ve DNA parça melezi elde edilir. Sarmal zincirlerin iki ucu genellikle açýktýr ve bunlar bazen o kadar uzun bir iplik meydana getirirler ki, açýldýklarrnda uzunluklarý iki santimetreyi bulur (insan kromozomu DNA’sý); ama DNA’lar özellikle fajlarda ve bakterilerde halka biçiminde kapalý da olabilirler.
DNA zincirleri, art arda yinelenen 4 nükleotitlik bölütler içerir; bunlardaki azotlu bazlar bir çeþit genetik alfabe oluþturur. Moleküllerinin boyu çok büyük olduðundan DNA’larýn ince yapýsý ancak kýsmen bilinmektedir. DNA’larýn çeþitliliði, özellikle içerdikleri tetranükleotit birimlerinin zincirler üzerindeki daðýlýmýna dayanýr ve kimi durumlarda (kanser) birimlere normal azotlu bazlardan deðiþik bazlar katýlýr (pürik ya da pirimidik halkanýn H’si yerine -CH3 gibi organik bir kökün girmesi). Zincirlerin uzunluðu göz önüne alýndýðýnda bu düzendeki farklýlýklar nedeniyle pek çok DNA çeþidi bulunabileceði kolayca anlaþýlýr Çoðunlukla DNA moleküllerinin boyu bugün bilinen biyolojik yüksek polimerlerin tümünün boyunu geçer. DNA'larýn molekül aðýrlýðý bakterilerde genellikle 20 000 000’a yakýndýr; fazlarda 1 000 000 ile 350 000 000 arasýnda, memelilerin kromozomlarýnda 20 000 000 ile 2 000 000 000 arasýndadýr.
DNA'nýn yeri. DNA'lar virüslerle fajlarýn etkin bölümünü oluþturur; bunlarýn en iyi bilinenlerinde bu cisimlerden bir tek molekül bulunur. Çekirdekli hücrelerde DNA' lar kromozomlarda ve mitokondrilerde yer alýr. Kromozomlarda bunlarýn birçoðu bir arada bulunur ve her biri baðýmsýz bir genom birimi oluþturur (her birim biyolojik açýdan bir gen anlamýna gelir) Fajlarýn ve virüslerin DNA'larý bunlara eþlik eden proteinlerden baðýmsýzdýr; proteinler onlarýn sadece kýlýfýný oluþturur; ayrýca bu prote inler bakterilere girmez ve fajlarýn girdiði hücrelerin içinde de çoðalmaz. Kromozomlarýn ve mitokondrilerin DNA’larý bazlý proteinlerle, genel olarak histonlarla birlikte bulunur, onlarla birlikte nükleoproteitleri oluþturur.

DNA’nýn Özellikleri

• Çift zincirlidir.
• Spiral þeklindedir.
• Çekirdek, mitekondri ve kloroplastta bulunur.
• Adenin, guanin, sitozin ve timin bazlarýný içerir.
• Deoksiriboz þekeri bulunur.
• Yöneticidir ve hücre bölünmesinden sorumludur.
• Kendini eþleyebilir.
• Üzerinde genetik kodlarýn nesilden nesile geçmesini saðlar
• Hücrenin yönetim merkezi çekirdektir.
• Çekirdekte kromotin iplikler hücre bölünmesi sýrasýnda kýsalýp kalýnlaþarak kromozomlarý oluþturur.
• Kromozomlar DNA moleküllerinin özel proteinlerle birleþmesiyle oluþur. (Kromozom : DNA +Özel proteinler)
• Hücrenin her türlü faaliyetleri DNA tarafýndan yapýlýr. Büyüme ,geliþme protein sentezi ve bölünmeyi yönetir.
• DNA üzerinde kalýtsal bilgileri taþýr ve nesillere aktarýlýr.
• Gen, herhangi bir karakterin oluþumunda rol oynayan DNA parçasýdýr. DNA'da kalýtsal bilgiler genler tarafýndan taþýnýr.
• DNA'nýn yapý birimine nükleotit ; görev birimine ise gen denir.

DNA’nýn Þekli

DNA çift zincirli spiral þeklindedir.

DNA`da, nükleotidler bir iplik oluþturacak þekilde bir araya gelirler. Bu iplikte her zaman adeninin karþýsýna timin, sitozinin karsýsýna guanin nükleotiti gelir.
DNA, iki iplikten veya zincirdenoluþur. Üstteki þekilde görüldüðü gibi birbirinin etrafýnda dolanan bu iplikler, DNA`nýn bükülmüþ bir merdiven gibi görünmesine sebep olur.

• DNA da Guanin nükleotit ile Sitozin nükleotit arasýnda 3 adet hidrojen baðý vardýr.
• DNA da Adenin nükleotit ile Timin nükleotit arasýnda 2 adet hidrojen baðý vardýr.

Bu Hidrojen baðlarý ile baðlanmýþ yapýya ikili sarmal olarak adlandýrýlýr. Bu iki zincirin birleþmesi ile DNA oluþur.
Çevremize baktýðýmýzda canlýlarýn birbirlerinden ve diðer canlý türlerinden farklý olduðunu görüyoruz. Bir insanin, týrtýlýn, domatesin, hidranýn; kýsacasý bütün canlýlarýn her birinin hücrelerindeki yönetici molekül DNA`dýr.

DNA’nýn Kendini Eþlemesi

Hücrenin çoðalmasýný çekirdekte bulunan DNA lar kontrol eder. Hücrenin bölünmesi öncesinde hücredeki DNA molekülü miktarý iki katýna çýkar. Bu olaya DNA’nýn kendini eþlemesi denir.

DNA`nin kendisini nasýl eslediði üstteki þekilde görülmektedir.

• Ýlk önce DNA’nýn iki zinciri bir uçtan itibaren fermuar gibi açýlýp birbirinden ayrýlmaya baþlar.
• Sitoplazmadaki serbest olan nükleotitler açýkta olan bazlarýn uçlarýna uygun olarak baðlanýr.
• Eþleme sýrasýnda Adeninin(A) karþýsýna her zaman Timin(T), guaninin(G) karþýsýna her zaman Sitozin(C) gelir.
• Nükleotit eþlemeleri bittiðinde birbirinin týpatýp aynýsý olan iki yeni DNA oluþmuþ olur.
• DNA molekülünde her zaman Adenin sayýsý Timin sayýsýna, Guanin sayýsý Sitozin sayýsýna eþittir.
• A=T, G=S DNA= A+T+G+S
• DNA kendini eþlerken her zaman A karþýsýna T, G’nin karþýsýna C gelir. Bir DNA molekülündeki Nükleotit sayýsý kadar þeker bulunur.
• Bir DNA molekülündeki nükleotit sayýsý kadar fosfat bulunur.

DNA kendini eþlerken önce

• DNA`nýn iki ipliði bir enzim yardýmý ile birbirinden ayrýlýr. Aralardaki hidrojen baðlarý kopar.
• Daha sonra sitoplazmada serbest halde bulunan nükleotidler çekirdeðin içerisine girer ve DNA`nýn açýlan kýsmýndaki nükleotidlerle eþleþir.
• Bu esleþme sýrasýnda, adenin nükleotitin karsýsýna timin nükleotit, sitozin nükleotitin karsýsýna da guanin nükleotit gelir.
• Sonuçta baþlangýçtaki DNA molekülünün aynisi olan bir DNA molekülü daha oluþur.

DNA, hücre bölünmesi sýrasýnda kendini eþleyerek yapýsýnda bulunan bilgilerin yeni oluþacak yavru hücrelere geçmesini saðlar. Bütün canlýlarda DNA molekülü adenin, timin, sitozin ve guanin bazlarýndan oluþmasýna raðmen nükleotitlerin sayýsýnda ve dizilisindeki farklýlýklar canlýlarýn birbirinden farklý olmasýný saðlar.

Kromozomlar DNA`larý, DNAlar da genetik özellikleri belirleyen genleri taþýr. Genler ise nükleotidlerden oluþur.
Tahtaya yazýlan bilgileri defterimize geçirirken bazý hatalar yapabiliriz. Benzer þekilde DNA molekülü de kendisini eslerken hatalar oluþabilir.

DNA hesaplanmasý

• DNA molekülünde her zaman Adenin sayýsý Timin sayýsýna, Guanin sayýsý Sitozin sayýsýna eþittir.

A=T, G=S DNA = A+T+G+C
Soru: 1200 nükleotitli bir DNA molekülünde 400 tane Timin var ise kaç tane guanin vardýr?
Çözüm:
DNA molekülü 1200 nükleotitli
T = 400 ise A = 400 dür (A = T)
DNA = A + T + G + C
1200 = 400 + 400 + G + C
G + C = 1200-800
G + C = 400
G = C olduðundan 400/2 = 200 Guanin nükleotidi vardýr

• A ile T arasýnda 2’li zayýf hidrojen baðý (A=T), G ile C arasýnda ise 3’lü zayýf hidrojen baðý (G≡C) vardýr.

Soru: Bir DNA molekülünde 200 A, 300 G vardýr. Bu DNA molekülünde kaç tane zayýf hidrojen baðý vardýr?
Çözüm:
A = T -----200x2 = 400 ( A ile T arasýndaki Hidrojen baðý)
G = C------300x3 = 900 (G ile C arasýndaki Hidrojen baðý)
400 + 900 = 1300 tane zayýf hidrojen baðý vardýr.

Mutasyon

DNA dizilimindeki bu deðiþiklik, farklý genetik özelliklerin ortaya çýkmasýna sebep olabilir. Bazen, hücre bölünmesi sýrasýnda kromozomlarýn sayýsýnda artma ya da azalma þeklinde deðiþiklikler de olabilir. DNA dizilimindeki ve kromozomlardaki deðiþiklikler mutasyon olarak adlandýrýlýr.
Radyasyon , bazý kimyasal maddeler , ilaçlar ve güneþ ýþýðý mutasyona sebep olabilir: Örneðin, gebelik döneminin ilk aylarýnda röntgen filmi çektirmek bebekte mutasyona, dolayýsýyla geliþim bozukluklarýna sebep olabilir.
Mutasyonlar,

• Hem vücut hem de üreme hücrelerinde oluþabilir.
• Üreme hücrelerinde görülen mutasyonlar dölden döle geçme özelliðine sahiptir.
• Vücut hücrelerinde görülen mutasyonlar ise ancak eþeysiz üreme gösteren canlýlarda dölden döle geçebilir.
• Mutasyonlarýn etkileri olumlu veya olumsuz olabilir. Örneðin bitki üreme hücrelerinde görülen mutasyon sonucu bitkilerin büyüklüðü ya da tohumlarýnýn sayýsýnda deðiþiklik oluþabilir.
• Diðer taraftan zararlý mutasyonlar da vardýr. insanlarýn genlerinde meydana gelen bazý mutasyonlar farklý hastalýklarýn ve genetik bozukluklarýn ortaya çýkmasýna sebep olmuþtur. Örneðin; hemofili, orak hücreli anemi, albinoluk, alti parmaklýlýk, Down sendromu gibi rahatsýzlýklar, mutasyon sonucu ortaya çýkmýþtýr.
• Ayni þekilde, bazý mutasyonlarýn kansere sebep olduðu da bilinmektedir.

Kromozom, gen, DNA gibi kalýtým molekülleri üzerinde meydana gelen deðiþikliklere mutasyon denir.
Bir DNA zinciri eþleme anýnda sorun olmasý( yanlýþ nükleotit gelmesi, nükleotit gelmemesi...vb) mutasyondur.
Þeklinde olmasý gerekirken,

Veya

Þeklinde olmasý mutasyona neden olur.

Mutasyona, kimyasal maddeler, ilaçlar, radyasyon, ani sýcaklýk deðiþimleri neden olabilmektedir. Mutasyona neden olan maddeye mutajen, mutasyona uðrayarak eski özelliðini kaybeden gene mutant gen denir.
Eþeyli üreyen canlýlarda mutasyon üreme hücrelerindemeydana gelirse yeni kazanýlan özellik nesilden nesile aktarýlýr. Eþeysiz üreyen canlýlarda mutasyon vücut
hücrelerinde olsa da nesilden nesile aktarýlabilir.

Mutasyona Örnekler;

• Renk pigmentlerinin olmamasý(albinizim), çok parmaklýlýk down sendromu, hemofili, orak hücre anemisi ve kanser insanlarda görülen mutasyonlara örnektir.
• Tavuk ve kuzularda görülen kýsa bacaklýlýk, keçilerde dört boynuzlulukve albinizim hayvanlarda görülen mutasyonlara örnektir.
• Tohumu bol, daha iri ve lezzetli veya þekli deðiþmiþ, meyve ve sebzeler bitkilerde mutasyona örnektir.
• Mutasyonlar nesilden nesile aktarýlarak çok uzun sürenin sonunda yeni türlerin oluþmasýna sebep olabilir.(Van kedisi)

Modifikasyon

Çevrenin etkisi ile canlýlarda ortaya çýkan ve kalýtsal olmayan deðiþikliklere modifikasyon denir. Modifikasyon vücut hücrelerinde meydana gelir ve nesilden nesile aktarýlmaz, sadece o canlýda görülür. Modifikasyona ýþýk, nem, sýcaklýk veya beslenme neden olabilmektedir.

Modifikasyona Örnekler;

• Çuha çiçeði ortam sýcaklýðý 15-25 oC arasýndaki bir ortamda yetiþtirilirse çiçeklerin rengi kýrmýzý, 25-35 oC arasýndaki bir ortamda yetiþtirilirse çiçeklerinin rengi beyaz olur. Kýrmýzý çiçekli çuha çiçeði 25-30 oC de tutulursa beyaz çiçek açar, 15-20 oC de tutulursa kýrmýzý çiçek açar.
• Ari ve karýncalarda larvalarýn beslenme koþullarý deðiþtiðinde vücut þekilleri ve davranýþlarý deðiþir. Ari larvalarý çiçek tozuyla beslendiðinde isçi arýlar, ari sütüyle beslendiðinde ise kraliçe ari oluþur.
• Spor yapan kiþilerde kaslarýn geliþmesi, yazýn güneþli günlerde teninizin bronzlaþmasý da modifikasyona örnektir.
• Tek yumurta ikizlerinde genetik yapý aynidir. Bu ikizler farklý çevre þartlarýnda yetiþtiklerinde farklý özellikler gösterirler.Bu modifikasyona örnektir.
• Sirke sineði yüksek sýcaklarda kývrýk kanatlý, düþük sýcaklýklarda düz kanatlý olur.
• Döllenmiþ yumurtadan çýkan arý larvalarý, arý sütü ile beslenirse iri kýsýr olmayan arýlar, çiçek tozlarý ile beslenirse küçük kýsýr arýlar oluþur.
• Yazýn bronzlaþmýþ kiþiler kýþýn güneþ almayýnca tekrar eski deri renklerine geri gelirler.

Genetik Mühendisliði ve Biyoteknoloji

Dýþ etkiler ile canlýnýn kalýtsal özelliklerinin deðiþtirilerek, onlara yeni iþlevler kazandýrýlmasýyla ilgili araþtýrmalar yapan bilim dalýna genetik mühendisliði denir.
Genetik mühendisliði genlerin ayýklanmasý, çoðaltýlmasý, deðiþtirilmesi baþka bir canlýnýnkiyle birleþtirilmesi ya da baþka bir canlýya aktarýlmasý gibi çalýþmalarla uðraþýr. Bilim insanlarý bu çalýþmalarýyla hastalýk ve böceklere dayanýklý yeni bitkiler ve hayvanlar oluþturulabiliyor.
Endüstriyel atýklarý yiyebilen bakteriler üretilebiliyor. Canlýlarý klonlayabiliyor.

Genetik Mühendisliðinin Uygulamalarý

Gen Haritasýnýn Çýkarýlmasý:
DNA’daki organik bazlarýn diziliþlerinin çýkartýlmasý anlamýna gelir. Ýnsan DNA’sýnda 3.2 milyar baz olduðu tespit edilmiþtir. Bu çalýþmalarda hangi genin ne anlama geldiði bulunacak. Hastalýklara neden olan genlerin bulunup müdahale etme þansý doðacaktýr.

DNA Testi:
Parmak izi gibi her canlýnýn DNA sýndaki baz diziliþi farklýdýr. Bundan yola çýkarak suçlularýn tespit edilmesi kolaylaþmaktadýr. Ayrýca genetik hastalýklarýn tespitinde de kullanýlmaktadýr.

Gen Tedavisi:
Baþka bir canlýdan alýnan DNA parçalarýnýn canlýya aktarýlmasýyla veya zararlý genlerin etkisiz hale getirilmesiyle gerçekleþiyor. Bu yöntemle bitki ve hayvanlara yeni özellikler kazandýrýlabiliyor.

Klonlama:
Bir canlýnýn genetik kopyasýnýn üretilmesidir. Ýlk hayvan klonlanmasý 1996 yýlýnda Dolly adýnda koyunda olmuþtur. Herhangi bir beden hücresine dönüþebilecek hücrelere kök hücre denir.Kök hücre klonlayýp organ geliþtirmek artýk mümkün fakat bu çalýþmalarla ilgili tartýþmalar devam etmektedir.

Týptaki Yararlarý:
hastalýklara neden olan genlerin deðiþtirilmesi veya hastalýðý engelleyecek genlerin insanlara verilmesi týptaki kullaným alanlarýndan yalnýzca
bir tanesidir. Ýlaç yapýmýnda çeþitli bakteriler kullanýlmaktadýr.

Tarýmda ve hayvanlarda uygulamalar:
Genetiði deðiþtirilmiþ bir çok bitki ve hayvan ortam koþullarýna dayanýklý hale getiriliyor. Besin deðeri ve içeriði deðiþtirilen canlýlar oluþturuluyor. Ýstenilen karakterielde etmek için istenilen özellikte canlýlar çaprazlanýr. Buna türlerin ýslahý denir.

Genetik Mühendisliðinin Tartýþýlan Yönleri
Çalýþmalar doðal dengeyi bozup daha büyük sorunlara neden olabilir. Ekonomik açýdan bazý küçük kuruluþlara zarar verebilir. Sonsuz
yaþam insanlarýn klonlanmasý nüfus artýþý, kýtlýk ve devamýnda savaþlar meydana getirebilir.

Biyoteknoloji:
Canlý doku ve organlarý kullanarak, uygun yöntem ve tekniklerle endüstri ve týp alanýnda kullanýlmak üzere istenilen ürünün eldesidir.
Biyoteknoloji;

• Protein üretilmesi
• Hormon, vitamin, antibiyotik elde edilmesi
• Yeni sebze ve meyve üretimi
• Hasar görmüþ organlarýn onarýmý gibi alanlarda çalýþmaktadýr.

DNA 1953’te James Watson ve Francis Crick tarafýndan ileri sürülen üç boyutlu DNA yapýsý modeline göre, DNA, saða dönen çift helýks (ikili sarmal) oluþturmak
üzere ayný eksen etrafýnda ýký helezon seklinde DNA zincirden (poliýýükleotid zinciri) oluþmuþtur.
https://www.msxlabs.org/forum/attachments/50901d1465944854-nukleik-asit-genetik-malzeme-nk1.jpg

DEVAMI Nükleik Asit (Genetik Malzeme)

DNA Bazlarý Hakkýnda Genel Bilgi
Nükleik asitler 5 majör heterosiklik bazdan meydana gelirler. Buradaki majör ve minör kavramlarý bazlarýn fizyolojik önemlerine göre deðil hücre içerisindeki kullanýþlarýna baðlýdýr. RNA ve DNA polinükleotidleri için kullanýlan majör heterosiklik bazlar pürinlerinden adenin ve guanin, pirimidinlerden ise sitozin, timin, urasil’dir.
Prokaryot ve ökaryotlarda bir de minör bazlar bulunur. 5-metilsitozin hem bakteriyel hem de insan DNA’sýnda bulunur. Bakteriyofaj DNA’sýnda yer alan hidroksimetilsitozin ayný zamanda bazý bakteri ve virüslerde bulunmaktadýr.
https://www.msxlabs.org/forum/attachments/50713d1465777251-nukleobazlar-nukleotit-bazlari-baz2.jpg

DEVAMI Nükleobazlar (Nükleotit Bazlarý)

Nükleotidler, bir azotlu baz, bir þeker ve þekerin 5-hidroksil grubuna kovalent bað ile baðlanmýþ bir veya daha çok sayýda fosfat grubu içerirler. Nükleotidler deki fosfat gruplarý, þekerden baþlamak üzere sýrasýyla a, ( ve y olarak adlandýrýlmaktadýr. Nükleotidlerin biyosentez ve enerji dönüþümlerinde kullanýlan aktif þekilleri, difosfat ve trifosfat þekilleridir:
https://www.msxlabs.org/forum/attachments/50888d1465936328-nukleotid-ve-nukleozit-n13.jpg
DNA, dAMP, dGMP, dCMP ve dTMP’ýn polimeridir; RNA ise AMP, GMP, CMP ve UMP’ýn polimeridir. Nükleotidlerin yazýlmasýnda kullanýlan d ön takýsý, 2'-deoksi-D-ribozu tanýmlamaktadýr.

DEVAMI Nükleotid ve Nükleozit