Nükleik Asitler

Nükleik asitler (2023 AYT’de soruldu)

Nükleik asitlerin keşfedilmesi ve özelliklerinin ortaya çıkarılmasında katkıda bulunan bilim insanları

Miescher: Nükleik asitleri ilk kez adlandırmıştır (Nüklein).

Hertwig: Nükleik asitlerin kalıtımsal özellikleri aktaran kimyasallar olduğunu öne sürmüştür.

Feulgen: DNA’nın kromozomların içerisinde olduğunu ortaya koymuştur.

Levene: Nükleik asitlerin nükleotitlerden oluştuğunu kanıtlamıştır.

Griffith: Genetik bilgiyi taşıyan maddenin DNA olduğunu kanıtlamıştır.

Avery: Yaptığı deneylerden elde ettiği sonuçlarla DNA’nın genetik materyal olduğunu ortaya koymuştur.

Hershey ve Chase: Faj proteini ve nükleik asitlerin bakterilerin üremesi üzerindeki etkilerini araştırmış ve DNA’nın genetik materyal olduğunu kanıtlamıştır.

Chargaff: Türlerin sahip olduğu DNA’ların farklı nükleotit dizilişine sahip olduklarını keşfetmiştir.

Watson ve Crick: DNA’nın sarmal yapılı olduğunu kanıtlamışlardır. Aynı zamanda DNA molekülünün yapısında adenin bazının karşısında timin bazının, guanin bazının karşısında sitozin bazının konumlandığını ortaya çıkarmışlardır.

Meselson ve Stahl: DNA’nın yarı korunumlu (Semi – konservatif) olarak eşlendiğini kanıtlamışlardır.

Nükleik asitlerin çeşitleri ve görevleri (2022 AYT’de soruldu)

• Nükleik asitler nükleotitlerden meydana gelir.
• Bir nükleotit hangi azotlu organik baza sahipse ona göre adlandırılır. Örneğin adenin nükleotit.
• Bir nükleik asit ise hangi pentoz şekerini taşıyorsa ona göre adlandırılır. Örneğin, ribonükleik asit (RNA).
• Nükleik asitler canlıların sahip olduğu kalıtsal özelliklerin aktarılmasını, yapılarındaki çeşitli moleküller sayesinde canlıların farklı özellikler kazanmasını sağlar.
• Nükleik asitler canlılarda meydana gelen metabolik olayları denetleyen moleküllerdir.
• Genel anlamda iki çeşit nükleik asit vardır. Bunlardan birisi olan DNA (Deoksiribonükleik asit) çift nükleotit zincirinden oluşur ve sarmal yapılıdır.
• RNA (Ribonükleik asit) ise tek nükleotit zincirinden oluşur ve protein sentezinde görev alır.
• Nükleik asitler glikoz, aminoasit, yağ asiti gibi moleküllere göre daha büyüktür.
• Nükleik asitler organik yapılı moleküllerdir ve yapılarında C, H, O, N, ve P elementlerini bulundurur.
• Nükleik asit zincirleri çok sayıda nükleotitin fosfodiester bağı ile birleşmesi sonucu oluşur.
• Nükleotit zincirleri polimer bir yapı gösterir (2019 TYT’de soruldu).
• Tüm canlılarda ve virüslerde nükleik asit çeşitlerinden en az birisi yer almaktadır.

DNA

• DNA iki sıra nükleotit zincirinden meydana gelir ve sarmal (Heliks) yapılıdır (Sağa dönüşlü).
• DNA, yapısında yer alan dört çeşit nükleotit sayesinde genetik bilgiyi şifreler.
• Ökaryotik hücrelerde DNA çekirdek, mitokondri ve kloroplastta yer alabilir.
• DNA çekirdek içerisinden sitoplazmaya çıkamayacak kadar büyüktür.
• Prokaryotik hücrelerde DNA halkasal yapılı olup yalnızca sitoplazmada yer alır.
• Üreme hücreleri hariç bir canlıya ait tüm hücrelerin DNA’sı birbiri ile aynı yapıdadır.
• Farklı yapı ve göreve sahip dokuların oluşması o hücreye ait DNA’nın farklı genlerinin aktif olması ile açıklanır.
• Nükleotit çeşitlerinin farklı sayı ve sırada kullanımı iki DNA molekülünün birbirinden farklı olmasına neden olur (2020 TYT’de soruldu).

• DNA kendini eşleyebilen bir moleküldür.
• DNA tüm RNA çeşitlerini üretir.
• DNA yapısında yer alan nükleotitler üç farklı molekülden meydana gelir.
• DNA sarmal yapısının dış kısmına bakan bölümünde fosfat (Fosforik asit) grubu, ortasında beş karbonlu deoksiriboz şekeri, iç bölümüne bakan kısmında ise adenin (A), guanin (G), sitozin (S veya C) ve timin (T) bazlarından herhangi birisi yer alır.
• Pürin grubu bazları olan Adenin ve Guanin çift halkalı yapıdadır.
• Primidin grubu bazları olan Sitozin ve Timin tek halkalı yapıdadır.

• Nükleotitleri oluşturan üç molekül iki bağ ile bir araya gelmiştir.
• Pentoz şekeri ile azotlu organik baz arasında glikozit bağı, pentoz şekeri ile fosfat grubu arasında ise  ester bağı oluşur.

• Pentoz şekeri ile azotlu organik bazın birleşimi sonucu nükleozit molekülü oluşur.
• Nükleozit ile fosfat grubunun birleşimi sonucu ise nükleotit molekülü oluşur.

• Nükleotitler arasında fosfodiester bağları oluşur ve bu sayede nükleotit zinciri meydana gelir.

• Karşılıklı konumlanan iki nükleotit zinciri hidrojen bağları ile bir araya gelerek çift zincirli bir yapı oluşturulur.
• Zincirlerin birinde adenin nükleotiti yer alırken bu nükleotitin karşısına timin nükleotiti getirilir.
• Guanin nükleotiti olan bölümün karşısına ise sitozin nükleotiti getirilir.
• Adenin ve timin bazları arasında iki adet hidrojen bağı oluşurken, guanin ve sitozin bazları arasında üç adet hidrojen bağı oluşmaktadır.

• DNA yapısındaki zincirler birbirine antiparalel olarak uzanır. 
• DNA’nın bir zincirinin son nükleotidinde yer alan pentoz şekerinin 5. karbonuna fosfat (PO4) molekülü bağlı iken aynı zincirin diğer ucunda yer alan nükleotitin pentoz şekerinin 3. karbonuna hidroksil (OH) molekülü bağlıdır.
• Bu sayede DNA’nın antiparalel yapısı meydana gelmiş olur (2021 AYT’de soruldu).

Hücredeki genetik materyalin organizasyonu

• Kromozom, DNA ve histon proteinlerinden meydana gelir.
• Hücre bölünmediği sürece kromozomlar DNA’nın sıkıştırılmamış formu olan kromatin iplik (Kromatin ağı) şeklindedir.
• Kromatin iplikler hücre bölünmesi sırasında kısalıp kalınlaşarak kromozoma dönüşür.
• Kromozomların hacimce en büyük olduğu bölünme aşaması metafazdır.

• Prokaryotik hücrelerde DNA halkasal yapıdadır.
• Ökaryotik hücrelerde ise DNA doğrusal yapıda olup canlı türüne göre farklı sayıda kromozomda yer alır.
• Kromozomlarda belli bir nükleotit sayısından oluşan gen bölgeleri vardır.
• Genler gerektiği zaman kendilerini kopyalayarak farklı bir görev için kullanılır.
• Gen bölgelerinden protein sentezi için şifre verildiği gibi, RNA molekülleri de üretilir.
• DNA üzerindeki gen mRNA üretiyorsa protein geni, tRNA veya rRNA üretiyorsa bu gen RNA genidir.
• Genleri oluşturan nükleotit sayısı binler veya milyonlarla ifade edilir.
• DNA molekülünün kendini eşlemesi sırasında meydana gelebilecek bir hata DNA yapısında yer alan genlere de yansır. Bu duruma mutasyon denir.

Replikasyon (DNA eşlenmesi)

• Hücre bölünmesi sırasında DNA eşlenerek kendine benzer yeni bir DNA oluşturur. Bu olaya replikasyon denir.
• Üretilen DNA’lar oluşan yeni hücrelere aktarılır.
• Replikasyon sonucu oluşturulan DNA zincirlerinden her birisi önceki DNA’dan aktarılır. Bundan dolayı replikasyon yarı korunumlu (Semi – konservatif) bir olaydır.

• DNA eşlenmesi sırasında gerekli olan yapılar adenin, guanin, sitozin ve timin deoksiribonükleotitleri, kalıp DNA, helikaz, DNA ligaz, DNA polimeraz enzimleri ve Mg iyonlarıdır.
• Replikasyonun başlaması için bir replikasyon orjini (Başlangıç noktası) olmalıdır.
• DNA üzerinde yer alan replikasyon bölgelerinde başlangıç ve bitiş noktaları vardır.
• DNA çift zinciri replikasyon orjininin başlangıç noktasından itibaren açılmaya başlar.
• DNA’nın açılan bu bölümüne repikasyon çatalı denir.
• Prokaryotik canlılar halkasal DNA’ya sahip olduğundan bu tip DNA’ların eşlenmesinde tek bir başlangıç – bitiş noktası kullanılır.
• Prolaryotik hücre DNA’sında replikasyon iki yönlü olarak seyreder.

• Ökaryotik hücrelerin DNA’ları daha uzun olduğundan replikasyon sırasında birden fazla replikasyon orjini belirlenir.
• Bu durumda replikasyon küçük parçalar halinde gerçekleşir ve eşlenme daha kısa sürede tamamlanır (2020, 2024 AYT’de soruldu).
• DNA eşlenmesinde öncelikle sarmal (Heliks) yapının açılması ve çift zincirin birbirinden ayrılması gerekmektedir.
• Bu dönüşümü helikaz enzimi sağlar (2019 AYT’de soruldu).
• Açılan her bir zincir yeni zincir için kalıplık görevi görür.

• Helikaz enziminin görevi sona erdiğinde devreye giren enzim DNA polimerazdır.
• DNA polimeraz yeni oluşacak DNA zincirlerinin ihtiyaç duyduğu deoksiribonükleotitleri zincire ekler (2019 AYT’de soruldu).
• DNA polimerazın diğer görevi replikasyon tepkimeleri sırasında meydana gelen nükleotit dizilim hatalarını önlemektir.

• Replikasyon mekanizmasında görev alan bir diğer enzim DNA ligazdır.
• DNA ligaz yeni oluşan DNA zincirinin parçalarını birbirine fosfodiester bağları ile bağlar (2019 AYT’de soruldu). Böylece kesintisiz bir DNA zinciri oluşturulmuş olur.

RNA

• RNA (Ribonükleikasit) tek nükleotit zincirinden meydana gelir.
• RNA, prokaryotik hücrelerde sitoplazma ve ribozomda yer alırken ökaryotik hücrelerde çekirdek, ribozom, sitoplazma, kloroplast ve mitokondride yer alır.
• RNA, DNA’da olduğu gibi adenin, guanin ve sitozin bazı içeren nükleotitlerden oluşmasına karşılık, timin bazı içeren nükleotite sahip değildir.
• RNA timin yerine urasil bazı içeren nükleotitlere sahiptir.

• RNA’yı oluşturan nükleotitlerin yapısında beş karbonlu riboz şekeri yer alır.
• Bazı durumlarda RNA molekülü katlanmalar yaparak çift zincirli yapıya dönüşür.
• Bu durumda guanin nükleotiti sitozin nükleotiti ile adenin nükleotiti ise urasil nükleotiti ile eşleşir.
• RNA kendini eşleyemediğinden yeni bir RNA ancak DNA tarafından üretilir.
• mRNA, tRNA ve rRNA şeklinde üç çeşidi bulunan RNA moleküllerinin tümü protein sentezinde görev alır.

1- mRNA (Mesajcı RNA)

• DNA molekülü ökaryotik bir hücrenin çekirdek zarı gözeneklerinden geçemediğinden genetik bilgileri hücre içindeki başka bir yapıya aktaramaz.
• Buna karşılık RNA molekülleri çekirdek zarı gözeneklerinden geçebilir. Bundan dolayı DNA, RNA ile işbirliğine girer.
• mRNA molekülü, DNA’dan aldığı genetik bilgiyi çekirdekten sitoplazmaya geçerek ribozoma iletir.
• mRNA sentezi için DNA’daki ilgili gen bölgesi açılır.
• Açılan bölgedeki anlamlı zincirden mRNA üretimi gerçekleşir.
• mRNA miktarca hücrede en az (%5) bulunan RNA çeşididir
• mRNA gerektiğinde tekrar kullanılır.
• Bir hücrede var olan protein çeşidi kadar mRNA çeşidi vardır.
• Aynı dokuya ait iki hücrenin farklı proteinlere ihtiyacı olabilir. Bu durumda bu iki hücrede farklı mRNA’lar üretilir.
• Farklı dokuların hücreleri ise aynı proteine ihtiyaç duyabileceğinden, bu farklı iki dokunun hücrelerinde aynı mRNA’ya rastlanılır.

2- tRNA (Taşıyıcı RNA)

• tRNA protein üretimi için gerekli olan aminoasitleri sitoplazmadan ribozoma taşır.
• tRNA molekülü görevini yerine getirirken katlanmalar yapar ve bu katlanma bölgelerinde hidrojen bağları oluşur.

• Protein sentezinde 20 çeşit aminoasit kullanılabildiğinden bir hücrede en az 20 çeşit tRNA yer alır.
• Bir tRNA ancak bir aminoasit çeşidini taşıyabilir.
• Bir hücredeki RNA’ların ortalama %15’i tRNA’dan oluşmaktadır.

3- rRNA (Ribozomal RNA)

• rRNA ribozom organelinin %60’lık bölümünü (2018 AYT’de soruldu) oluşturur.
• Tüm hücrelerde çok sayıda ribozom organeli olduğundan bir hücredeki RNA’ların çoğu (%80) rRNA’dan oluşmaktadır.
• rRNA, protein sentezinde enzim gibi çalışarak iki aminoasit arasında peptit bağı oluşmasını sağlar.