DNA Molekülü (Deoksiribo Nükleik Asit)
Genetik olayların hücrede moleküler düzeydeki temeli genetik materyal
görevini üstlenen nükleik asitlerin yapı ve özelliklerine dayanır.
Nükleik asitlerin iki türü olan deoksiribonükleik asit DNA ve
ribonükleik asit RNA temelde aynı yapısal özelliklere sahiptir.
Genler, DNA‘daki bazı kimyasal dizilimler olan nükleotidlerden meydana
gelmiştir. Çoğunluk kromozomların içersinde bulunurlar. Ayrıca DNA
molekülü prokaryotlarda (Bakteriler) kromozom dışı genetik sistem, olan
plazmidlerde, Ökaryotik hücrelerde genetik materyalin kromozomlar
(Nukleus) dışında temel olarak (hayvan ve bitkilerde) mitokondri ve
(sadece bitkilerde ve alglerde) kloroplastlarda bulunduğu bilinmektedir.
1953 yılında Watson ve Crick DNA molekülünün kendine has özelliklere
sahip bir çift sarmal yapı halinde bulunduğunu ileri sürdüler. Bu
araştırıcıların önerdikleri DNA yapısı o tarihlerde başka araştırıcılar
tarafından ortaya konulan DNA ya ilişkin önemli bulgulara dayanmaktadır.
Bunlardan biri, Wilkins ve Franklin tarafından, izole edilmiş DNA
fibrillerinin X-ray ışınlarını kırma özelliklerinin açıklanmasıdır. Elde
edilen X ışını fotoğrafları, DNA nın zincirlerindeki bazların diziliş
sırasına bağlı olmaksızın, çok düzenli biçimde dönümler yapan bir
molekül olduğunu göstermektedir. Ayrıca TMV (tütün Mozaik Virusu)
üzerinde yapılan çalışmalar da DNA ile ilgili çalışmalarda ışık
tutmuştur.
Bir başka önemli bulguda Chargaff tarafından saptanmıştır. Herhangi bir
türe ait DNA nın nükleotidlerine parçalandığında serbest kalan
nukleotidlerde adenin miktarının timine, guanin miktarının da sitozine
daima eşit olduğunun saptanmasıdır.. Yani Chargaff kuralı‘na göre doğal
DNA moleküllerinde adeninin timine veya guaninin sitozine oranı daima
1’e eşittir. (A/T=1 ve G/C=1).
İşte Watson ve Crick bu bulguları değerlendirerek böyle özelliklere
sahip DNA makro molekülünün sekonder yapısına ait bir model
geliştirdiler. Bu modele göre, bir çok sorunun açıklanması
yapılabildiğinden dolayı 1962 yılında bu iki bilim adamına Nobel Ödülü
verildi.
Bu modele göre;
DNA molekülü, heliks (=sarmal) şeklinde kıvrılmış, iki kollu merdiven
şeklindedir. Kollarını, yani merdivenin kenarlarını, şeker (deoksiriboz)
ve fosfat molekülleri meydana getirir. Deoksiriboz ile fosfat grupları
ester bağlarıyla birbirlerine bağlanmıştır. İki kolun arasındaki
merdiven basamaklarında gelişigüzel bir sıralanma yoktur; her zaman
Guanin (G), Sitozin’in (C ya da S); Adenin (A), Timin’in (T) karşısına
gelir. Hem pürin (yani adenin ve guanin) ile pirimidin (yani sitozin ile
timin) arasındaki hidrojen bağları, hemde diğer bağlar, meydana gelen
heliksin düzgün olmasını sağlar. Pürin ve pirimidin bazları, yandaki
şekerlere (Riboz), glikozidik bağlarla bağlanmıştır. Baz, şeker ve
fosfat kombinasyonu, çekirdek asitlerinin temel birimleri olan
nükleotidleri meydana getirmiştir. Dört çeşit nükleotid vardır. Bunlar
taşıdıkları bazlara göre isimlendirilirler (Adenin, Guanin,
Sitozin,Timin).
DNA molekülü kendini oluşturan nukleotidlerin sayısına bağlı olarak,
büyüklüğü türden türe değişen, uzun zincir şeklinde bir yapı gösterir.
İnsanda bu zincirin uzunluğu açıldığında 2 metreye kadar varabilir.
Bütün halinde eldesi zincirin hassas ve kırılgan yapısından ötürü çok
güçtür.
İki polinükleotid zincirin şeker fosfat omurgaları, ortak bir eksen
çevresinde eşit çaplı ve sağ yöne doğru dönümler meydana getirir.
Nükleotidlerin bazları molekülün omurgasının iç kısmında bulunur.
Bazların konumları sarmalın eksenine 90 derece açı yapacak şekilde
konumlanmıştır. Birbirine komşu baz çiftlerinin dönümleri arasındaki
uzaklık 3,4A dür. Ayrıca her baz çifti komşusuna 36 derecelik açı
yapacak şekilde yerleşmiştir. Buna göre, yaklaşık 10 baz çifti 360
derecelik tam bir dönümü tamamlayacağından, her dönümün boyu 34A dür.
İki polinükleotid zincirdeki nukleotidler karşılıklı olarak birbirlerine
hidrojen bagları ile bağlanmıştır. Bu bağ fosfor bağları kadar kuvvetli
olmadığı için pH değişikliği, sıcaklık basınç gibi faktörlerde
kolaylıkla birbirlerinden ayrılabilmektedir. DNA nın kendi kopyasını
yapması ve gen anlatımı, nukleotidler arasındaki hidrojen bağlarının
ayrılması ile gerçekleşmektedir.
Nükleotidler birbirlerine fosfat bağlarıyla bağlanarak, şeker ve fosfat
kısımlarının birbirlerini izlediği serilerden oluşan bir omurgaya sahip
uzun ve dallanmış polinükleotid zincirlerini meydana getirmiştir.
Kovalent ester bağları veya fosfodiester bağları olarak da bilinen bu
bağlar son derece kuvvetlidir. Fosfodiester bağlarının varlığı DNA
molekülünün tek zincirli yapı halinde iken bile dayanıklı ve stabil
yapıda olmasını sağlar. Genetik mühendisliğinin hedeflerinden biri olan
klonlama çalışmaları, doğal yolla gerçekleşmesi mümkün olmayan kovalent
bağ kırılmalarını gerçekleştirerek yeni türler oluşturma çabalarını
içerir.
Nukleotidlerin yapısı bazik olmasına karşın oımurgadaki PO4(fosforik
asit) grubunun varlığı polinükleotid zincirlerin asit özellikte
olmalarına yol açar ve nükleik asit terimi de bu özellikten kaynaklanır.
Hidrojen bağları daima bir pürin(A,G) ile bir pirimidin (T,C) bazı
arasından meydana gelir. A-T baz çiftinde 2 hidrojen bağı, G-C baz
çiftleri arasında ise 3 hidrojen bağı bulunmaktadır. Hidrojen bağlarının
özelleşmesi; anahtar kilit modelinini andıran, uygun nukleotid
moleküllerinin karşılıklı gelerek birbirlerine yine uygun sayıda
hidrojen bağları ile bağlanmasını sağlar. Böylece zincirin bir kolunda
bulunan nukleotidlerin dizilişi,karşı kolda bulunan nukleotidlerin
dizilişini bir çeşit dikte ve kontrol eder. Tesadüfe bırakmayan bir
titizlikle molekül yapısı oluşturulur ve kontrol edilir.
DNA molekülünün en önemli özellik iki polinükleotid zincirin birbirinin
tamamlayıcısı olmasıdır. Pozitif (+) ve negatif (–
.gif" border="0" alt=""/> iki
polinukleotid zincirlerinin tamamlayıcılık özelliği,genetik materyalin
işlevlerini doğru biçimde nasıl yapabildiğinin açıklanması açısından
DNA’nın en önemli temel özelliklerinin başında gelir.
DNA çift sarmalının dikkate değer ve önemli bir özelliği, molekülü
oluşturan zincirlerin birbirlerinden kolaylıkla ayrılabilmesi ve yeniden
birleşebilmesidir. Protein sentezi ve Dna replikasyonu (kendi kopyasını
oluşturması) bu özellik sayesinde meydana gelebilir. DNA’nın iki
zinciri, birbirine sadece H bağları ve hidrofobik etkileşimlerle bağlı
olmaları nedeni ile, nükleotidleri arasındaki kovalent bağlardaki
herhangi bir kopma olmaksızın çözülebilir (denatürasyon). Aynı şekilde
çözülmüş molekülün zincirleri tamamlayıcı bazları arasında H bağlarının
oluşumu ile birleşip sarmal yapıyı yeniden oluşturabilir (renatürasyon).
Nükleotidler arasındaki fosfor bağlarının kopması nedeniyle
nükleotidlerin yerine başka nukleotid veya nukleotid dizisinin geçmesi
mutasyonlara yol açar.Bu mutasyonların tek zincirli RNA molekülünde
oluşma olasılığı çift zincirli DNA molekülüne göre daha
fazladır.Mutasyonların neticeleri ölümcül olabilir. Evrimsel gelişim
içinde mutasyonların menfi yada müspet etkileri gözardı edilemeyecek
noktadadır. Günümüzde viral hastalıkların başında gelen AIDS’in önüne
geçilememesinin en geçerli nedeni genomu tek zincirli RNA olan virusun
sürekli mutasyonlar geçirerek kendini sürekli yenilemesi gösterilebilir.
