Tıbbi Biyoloji - Nükleik Asitlerin Yapısı

Tıbbi Biyoloji - Nükleik Asitlerin Yapısı ve Bileşenleri

• Nükleik asitler, tüm canlılarda ve virüslerde bulunan, yönetici moleküllerdir.
• Nükleotid alt birimlerinden oluşurlar, bunlar C, H, O, N ve P atomları içerir.
• İki tip nükleik asit vardır: DNA (DeoksiriboNükleik Asit) ve RNA (RiboNükleik Asit).
• DNA, genetik özelliklerin depolanmasında rol oynar.
• RNA ise bu bilgilerin işlenmesi/ekspresyonu/ifade edilmesinde rol oynar.

DNA'nın Keşfi

• DNA, her hücre bölünmesinden önce replikasyon yoluyla kopyalanarak yavru hücrelere aktarılır.
• Bu, kalıtsal özellikleri nesilden nesile taşır.
• DNA'nın keşif sürecinin 4 dönemi vardır.

Birinci Dönemi (1869-1943): DNA'nın Varlığının Keşfi

• İsviçreli doktor Friedrich Miescher tarafından 1869'da keşfedilmiştir.
• Asidik özellikler gösterdiği için "nükleik asit" olarak adlandırılmıştır.
• O dönemde kalıtsal bilgiyi taşıyan molekülün protein olduğu düşünülüyordu.

İkinci Dönemi (1944-1952): DNA'nın Kalıtsal Bilgiyi Taşıdığının İspatı

• Oswald Avery, Colin MacLeod ve Maclyn McCarty tarafından 1944'te, Zatürreye neden olan bakteri çalışmaları sonucunda DNA'nın genetik madde olduğu ispatlanmıştır.
• Alfred Hershey ve Martha Chase'in 1952'deki çalışmaları bakteriyofajlar kullanarak, DNA'nın kalıtsal bilgiyi taşıdığını doğrulamıştır.

Üçüncü Dönemi (1953-1973): DNA Yapısının Keşfi

• James Watson ve Francis Crick, 1953'te DNA'nın çift iplikli sarmal yapısını keşfettiler. Bu keşif, 1962 yılında Nobel Ödülü'ne layık görülmüştür.
• X-ışını kristalografisi çalışmaları ile Rosalind Franklin'in katkısı büyük önem taşımaktadır.

Dördüncü Dönemi (1973-Günümüze)

• Kromozom yapısı, gen ekspresyonu gibi hücresel mekanizmalar keşfedilmiştir.
• PCR, klonlama gibi yöntemler geliştirilmiştir.
• Genetik hastalıkların moleküler tanısı ve gen tedavisi gibi tıbbi yaklaşımlar uygulanmaya başlanmıştır.
• Bu gelişmeler, Biyoteknoloji ve Genetik Mühendisliği gibi yeni bilim dallarının ortaya çıkmasına neden olmuştur.

DNA ve RNA

• Hem DNA hem de RNA, nükleotidlerden oluşan polimerik yapılar.

Nükleotidlerin Bileşenleri

• Nükleotidlerin 3 temel bileşeni vardır.
• 5 karbonlu bir şeker
• Azotlu baz
• Fosfat grubu
• Azotlu bazlar(pürin ve primidin)
• Pürin bazları 2 halkalıdır.
• Primidin bazları 1 halkalıdır.

Nükleotid Oluşturan Bağlar

• Azotlu bazlar, şekerin C-1' atomu ile bağlanır.
• Fosfat grubu, şekerin C-5' atomu ile bağlanır.

Nükleotidlerin Hücredeki Fonksiyonları

• Nükleik asitlerin alt birimidirler.
• Hücrede kimyasal enerjiyi taşırlar.
• Birçok enzim kofaktörünün bileşenleridirler.
• Hücresel haberleşme aracı rol oynarlar.

Oligonükleotid ve Polinükleotid

• Oligonükleotid (≤ 20), 20'den az nükleotid içerir.
• Polinükleotid (≥ 20), 20'den fazla nükleotid içerir.

Nükleik Asit Polimerlerinin Yapısı

• Bir nükleik asit polimerinin büyüklüğü veya uzunluğu, moleküldeki baz veya baz çiftleri sayısı ile ifade edilir.
• Tek iplikli ise baz (b)
• Çift iplikli ise baz çifti (bp)

DNA Molekülü

• DNA, iki nükleotid zincirinden oluşan bir sarmal yapıdır.
• İki zincir birbirine anti-paraleldir.
• Hidrofilik şeker-fosfat iskeleti molekülün dış kısmında yer alır ve negatif yüklü olduğundan büyük öneme sahiptir.
• Hidrofobik bazlar heliksin iç kısmında bulunur.
• İki zincir birbirlerine bazlar arası kurulan H-bağı ile bağlanırlar.
• İki zincir birbirinin tamamlayıcısıdır (komplementer).
• A-T arasında 2 H-bağı, G-C arasında 3 H-bağı bulunur.

DNA'nın Yapısal Düzenlenişi

• DNA'nın farklı formları vardır. Çap ve sarmal şekilleri ortam koşullarına göre değişir.

DNA'da Baz Eşleşmeleri

• Primidin + Primidin: Çok geniş
• Pürin + Pürin: Çok dar
• Pürin + Primidin: X-ışını verilerine uygun genişlik

Chargaff Kuralı

• Bir canlı türünün DNA molekülündeki Adenin (A) sayısı Timin (T) sayısına, Guanin (G) sayısı Sitozin (C) sayısına eşittir. yani A=T ve G=C
• Pürin sayısı = Primidin sayısı (A+G=T+C)
• Amino gruplu baz = Keto gruplu baz (A+C=G+T)

DNA Yapısal Özellikleri

• Birçok farklı özelliğe sahiptir.

DNA'nın Fiziksel Özellikleri

• Yüksek ısı ile DNA'nın iki zincirini ayırmak (denatürasyon) ve ısıyı düşürmek ile yeniden birleştirmek (renatürasyon) mümkündür.
• DNA'nın 260 nm'deki absorbsiyonu sıcaklığa karşı grafiklenerek erime profili elde edilebilir.
• Erime sıcaklığı (Tm), DNA molekülünün çift sarmalının %50'sini tek zincir haline getirmek için gereken ısı derecesidir.
• G-C zengin DNA'lar daha yüksek erime sıcaklığına sahiptir (Tm).

Farklı DNA Formları

• DNA'nın farklı ortamlarda farklı formlar alabilir.
• Bu ortama göre değişiklik gösterebilir.

B-DNA

• Watson ve Crick modeli.
• Fizyolojik koşullarda en yaygın form.
• Sağa dönüşlü sarmal.
• Çapı 20 Å (2 nm).
• Sarmalın her tam dönüşünde 10 nükleotid bulunur.

A-DNA

• Su dışında birçok çözeltide görülen form.
• Sağa dönüşlü sarmal.
• Çapı 23 Å.
• Sarmalın her tam dönüşünde 11 nükleotid bulunur.
• DNA-RNA hibrit moleküllerinde de görülür.

Z-DNA

• Sola dönüşlü sarmal.
• Çapı 18 Å.
• Sarmalın her tam dönüşünde 12 nükleotid bulunur.
• Özel olarak G veya C nükleotid tekrarları içerir.

Ökaryotik Hücrelerde DNA Dizilimi

• Ökaryotik hücrelerde DNA, histon proteinleri ile organize olarak kromozomları oluşturur.

Ekstra Kromozomal DNA'lar

• Bazı organellerde (mitokondri ve kloroplastlar) bulunan, halkasal çift iplikli DNA.
• Hücrenin toplam DNA'sının küçük bir kısmını oluşturur.
• Histon proteinlerini içermez.

Genom Nedir?

• Bir organizmadaki tüm DNA'nın toplamıdır.
• Ökaryotlarda diploid (iki kopya), prokaryotlarda haploid (tek kopya) genom kavramı kullanılır.
• İnsan genomu 3 milyar baz çiftinden oluşur ve yaklaşık 1 metre uzunluğa sahiptir.
• Yeni doğmuş bir insanda yaklaşık 1 kg DNA bulunur.

RNA'nın Yapısı ve Çeşitleri

• RNA, tek zincirlidir.
• Boyutları DNA'ya kıyasla daha küçüktür ve az kararlıdır.

RNA'ların Görevleri

• Toplam RNA'nın %85'i rRNA, %10'u tRNA ve %5'i mRNA'dan oluşur.
• mRNA, DNA'daki genlerin kopyasını oluşturur ve protein sentezi için ribozomlarda şablon görevi görür.
• rRNA, ribozomları oluşturan yapı taşlarından biridir ve protein sentezinde rol oynar.
• tRNA, amino asitleri ribozoma taşır ve protein sentezinin gerekli bileşenlerinden biridir.