3-Nükleik Asitler (EBUBEKİR) (1 saat) PDF

3-Nükleik Asitler Prof. Dr. Ali İrfan GÜZEL Doç. Dr. Ebubekir DİRİCAN BŞEÜ-Tıp Fakültesi Tıbbi Biyoloji Anabilim Dalı 03.01.2024 (11.30)-ÇARŞAMBA Öğrenim Hedefleri Nükleik asitleri açıklar. NÜKLEİK ASİTLER NÜKLEİK ASİT TERİMİ? Nükleik asit terimi İlk olarak hücre nükleusundan izole edilmişlerdir ve...

3-Nükleik Asitler Prof. Dr. Ali İrfan GÜZEL Doç. Dr. Ebubekir DİRİCAN BŞEÜ-Tıp Fakültesi Tıbbi Biyoloji Anabilim Dalı 03.01.2024 (11.30)-ÇARŞAMBA Öğrenim Hedefleri Nükleik asitleri açıklar. NÜKLEİK ASİTLER NÜKLEİK ASİT TERİMİ? Nükleik asit terimi İlk olarak hücre nükleusundan izole edilmişlerdir ve asidik karakterdedirler. İlk başta nükleik asitlerin adına “nüklein” yada “nüklein maddesi” denmiştir. En sonunda bu moleküllere nükleik asitler adı verilmiştir. NÜKLEİK ASİTLER HÜCREDE NERELERDE BULUNUR? Nerelerde bulunurlar? Hücrede çekirdeğin yanı sıra mitokondri (hayvan hücrelerinde) ve bitkilerde çekirdek dışında kloroplastlarda da nükleik asit bulunmaktadır. NÜKLEİK ASİTLERİN TARİHÇESİ Yirminci yüzyıl içinde yapılan yoğun çalışmalar kalıtsal bilginin kromozomlarla taşındığını ortaya çıkarmıştır.  Biyokimyasal analizlerin geliştirilmesiyle de kromozomların deoksiribo nükleik asit (DNA) ve proteinlerden oluştuğu tespit edilmiştir. DNA, ilk defa 1869 yılında İsviçreli bir biyokimyacı olan Friedrich Miescher tarafından tanımlanmıştır. Miesher, akyuvarlar ve balıkların sperm hücrelerinden elde ettiği ve o zamana kadar hücrelerde bulunduğu bilinen maddelerden çok farklı olan bu maddenin asit özelliği gösterdiğini ve bol miktarda fosfor içerdiğini tespit etmiştir. Hücrenin çekirdeğinde bulunduğu için de bu maddeye nükleik asit adı verilmiştir (o zamanlar ne işe yaradığı henüz bilinmiyor). DNA, yıllarca yalnızca yapısal bir eleman olarak düşünülmüş ancak 1940-50’lerde yapılan ve girişte özetle bahsedilmiş olan deneysel çalışmalardan elde edilen önemli birtakım bulgular bu molekülün genetik bilginin taşıyıcısı olduğunu ortaya koymuştur. Friedrich Miescher Hiç kükürt içermemesi ise nükleini proteinlerden ayırmakta bu da o yıllarda proteinin genetik materyal olduğuna dair yaygın inanışa aykırı durmaktaydı.  Aynı dönemde Robert Feulgen çekirdekteki nüklein için seçici olan bir boya geliştirmiş ve yapmış olduğu çalışmalarda; tüm vücut hücrelerindeki nükleer materyalin aynı hacime sahip olduğunu, gametlerde bunun yarıya düştüğünü ve bölünmek üzere olan hücrelerde ise iki katına çıkmış olduğunu saptamıştır. Bununla birlikte hiçbir bilim insanı bu verileri nasıl yorumlayacaklarını bilemedikleri gibi hiçbir önemli gelişmede o dönemde meydana gelmemiştir. Robert Feulgen 1919 yıllında Phobeus Levene yapmış olduğu nükleik asit çalışmalarında; nükleik asitin birbirine çok benzeyen iki farklı formu olduğunu (DNA ve RNA) keşfederek bunların her birinin, birer adet beş karbonlu şeker, fosfat grubu ve nitrojen bazından meydana geldiğini saptamıştır. Levene, elde ettiği bu bulgular sonucunda bu üç bileşenin birbirleriyle bağlanarak bir nükleik asit birimini oluşturduğunu ileri sürmüş ve bu birime de nükleotid adını vermiştir. Nitrojen bazlarının adenin (A), timin (T), guanin (G) ve sitozin (C) olduğunu tanımlayarak dört ayrı tip nükleotid varlığını da göstermiştir. Levene’e göre DNA molekülünün yapısı; dört tip nükleotidin fosfat grupları aracılığıyla birbirlerine bağlanmasıyla meydana gelen ve DNA boyunca tekrarlanan dizilerinden oluşmaktaydı. Tetranükleotid hipotezi olarak anılan bu görüşe göre her tekrarlayan dizideki dört nükleotid oranının 1:1:1:1 olduğu kabul edilmiştir. Phobeus Levene Avusturyalı biyokimyacı Erwin Chargaff, 1950 yılında Nature dergisinde yayınladığı makalesinde tetranükleotid hipotezinin doğru olmadığını iddia ederek yapmış olduğu araştırmalar sonucunda daha sonraları Chargaff kuralları olarak anılacak iki ana kuralı açıklamıştır. Erwin Chargaff Birinci kural, DNA yapısındaki dört nitrojen bazının eşit miktarlarda olmadığı ve normal bir DNA dizisinde guanin nukleotidlerinin sayısının sitozin nukleotidlerinin sayısı ile adenin nukleotidlerinin sayısının ise timin nukleotidlerinin sayısı ile eşit olduğudur. İkinci kural ise DNA’nın nükleotid içeriğinin türden türe farklılık gösterdiğidir. Bu da DNA’nın genetik bir materyal olabileceğine dair bir önemli bir diğer bulgu olmuştur. NÜKLEİK ASİTLERİN TEMEL YAPISAL ÖZELLİKLERİ NELERDİR? Nükleik Asitler Deoksiribonükleik asit (DNA) ve Ribonükleik asit (RNA) olarak iki grupta toplanan nükleik asitler hücrenin temel bilgi molekülleridir. DNA molekülü ökaryotik hücrelerde çekirdek içinde, prokaryotlarda ise stoplazmada bulunur ve hücrenin genetik materyali olarak çok önemli bir yere sahiptir. RNA’lar ise DNA’daki şifreye göre sentezlenen ve bir çok hücresel aktivitelere katılan ve çok çeşitleri olan moleküllerdir (Ör. mRNA, bilgiyi DNA’dan ribozomlara taşır ve protein sentezi için kalıp görevi yapar. rRNA, ribozomların yapısına katılır vs).  DNA ve RNA nükleotit polimerleridir, yani DNA ve RNA’nın temel yapısal birimleri (monomerleri) nükleotitlerdir. Her bir nükleotit üç bileşene sahiptir: 1.Fosfat grubu 2.Beş karbonlu şeker (Pentoz) 3.Azotlu bazlardan biri; - Adenin (A) - Guanin (G) - Sitosin (Cytosine) (C) - Timin (T), Yalnızca DNA’da - Urasil (U), Yalnızca RNA’da NÜKLEİK ASİTLERİN PRİMER, SEKONDER ve TERSİYER YAPISI Nükleik asitlerin primer (birincil), sekonder (ikincil) ve tersiyer (üçüncül) yapısı 1. Primer yapı nükleosit monofosfatların ardarda dizilişinden oluşan sıradır. (Genellikle sadece bazlar yazılarak gösterilir). Belirli tür ve sayıdaki mononükleotidin belirli bir diziliş sırasına göre fosfodiester bağları ile bağlanmasıyla nükleik asitlerin primer yapısı oluşur. 2. Sekonder yapı, söz konusu primer yapı nedeniyle molekülün aldığı şekildir. Polinükleotid zincirleri arasında karşılıklı baz çiftleri arasındaki hidrojen bağları sekonder yapıyı oluşturur. B-DNA, A-DNA ve Z-DNA sekonder yapı çeşitleridir. 3. Tersiyer yapı, doğrusal bir polimerde sekonder yapıdan daha ileri ve geniş ölçekte bir katlanma düzenini ifade eder. Bu terim, tüm zincirin katlandığı özgün üç boyutlu yapıyı tanımlar. Sarmal yapı kendi üzerine helezonik olarak bükülerek süper sarmal yapıyı oluşturur. PRİMER YAPI SEKONDER YAPI: DNA çift sarmal yapıdadır. DNA’nın (üç boyutlu) uzaysal dolgulu modeli (DNA iplikçiği ile yapılan çalışmaların sonucu) (B-DNA) Dickerson ve ark. (1983) çift zincirli bir DNA kristallendirmeyi başardılar. Bu kristal üzerinde yapılan çalışmalar sonucu önerilen yapı. tRNA’nın tersiyer yapısı NÜKLEOTİDLERİN YAPISAL ÖZELLİKLERİ NELERDİR? Nükleotidlerin yapısında bulunan bileşenler 1 2 3 1. Nükleotidlerin yapısında fosfat grubu vardır. Beş karbonlu şekerin üçüncü karbonu ile (C3) ester bağı (kovalent bağ) yapar. Fosfat grubu Beş karbonlu şekerin beşinci karbonu (C5) ile ester bağı yapar. 2. Nükleotidlerin yapısında beş karbonlu bir pentoz şekeri vardır. DNA’nın yapısındaki pentoz şekeri, 2’-deoksiriboz, RNA’nın yapısındaki pentoz şekeri ise, riboz’dur. İki şeker arasındaki fark; deoksiribozda şeker halkasının ikinci karbon atomunda hidrojen (H), riboz da ise hidroksil (OH) grubunun bulunmasıdır. DNA RNA DNA’daki RİBOZ niçin 2-deoksi? RNA’daki –OH grubu RNA’yı hidrolize daha duyarlı hale getirir. 2′-OH yerine 2′-H içeren DNA daha kararlıdır. Genetik materyal olarak DNA daha kararlı olmalıdır. RNA ise kullanıldıktan sonra yıkılmalıdır. 3. Her bir nükleotidin yapısında beş farklı azotlu bazdan biri bulunur Azotlu bazlar, pirimidin ve pürin olmak üzere iki gruba ayrılır. Pirimidinler (tek halkalı): Sitozin (C), Timin (T) ve Urasil (U) Pürinler (çift halkalı): Adenin (A) ve Guanin (G) Nükleotidlerin yapısında bulunan bazlar Pürinler  Pirimidinler Bazların boyutları ve H bağı kurma kabiliyetleri nükleik asitlerin biyolojik fonksiyonları açısından büyük önem taşır. -Pürinlerden Adenin ve Guanin, DNA ve RNA’nın yapısına girer. -Diğer pürinler içerisinde yer alan Hipoksantin ve Ksantin DNA ve RNA’nın yapısına bu şekilleriyle girmezler, ancak pürin nükleotitlerinin sentezinde ve yıkımında önemli ara ürünlerdir. Ara ürünler -Pirimidinlerden Sitozin hem DNA, hem de RNA’nın yapısında yer alır. -Urasil sadece RNA’da bulunur. -Timin normalde DNA’da bulunur. Bazen tRNA Timin de içerebilir. -Orotik asit pirimidin nükleotitlerinin sentezinde önemli bir ara üründür. Ara ürün Nükleik asitlerin yapısında yer alan majör bazların yanısıra minör bazlar da vardır. Bunların çoğu esas bazların METİL türevidir veya glikolize olmuştur ve özellikle tRNA’da bulunurlar: Her bazın kimyasal formülasyonu aynı fakat hidrojen atomlarının ve çift bağlarının yerleşimleri farklı olan yapısal izomerlerine tautomer adı verilir.  Her bazın birbirlerine dönüşebilen alternatif tautometrik formu olup tautomerlerin birbirlerine dönüşmesine tautomerizasyon denir. Bazların tautomerizasyonu En kararlı dolayısıyla en çok rastlanan şekiller solda amino ve keto formu gösterilmiştir. Sağda gösterilen ve daha az rastlanan imino ve enol şekilleri bazı özel baz etkileşimlerinde önemlidir. NÜKLEOZİD OLUŞUMUNDA YER ALAN BAĞ HANGİSİDİR? ? ?  Bir bazın şekere bağlanması ile nükleozidler oluşur Pentoz şekerinin C1 pozisyonunda bulunan karbon ile Pirimidinlerin N1 ve pürinlerin N9 pozisyonundan bulunan azotlar arasında kovalent bir bağ olan glikozidik bağı kurulur. Glikozidik bağ (DNA’da) (RNA’da) NÜKLEOTİD YAPILARININ OLUŞUMUNDA HANGİ BAĞ ROL OYNAR? ?  Nükleozidlere fosfat grubu bağlanmasıyla nükleotidler oluşur. 1. Nükleotidler, pentoz şekerinin 5’ karbonuna fosfat grubu bağlanması ile oluşur. 2. Nükleik asitlerin yapısına girecek serbest nükleotidlerde üç fosfat grubu bulunur. 3. Nükleotidlerin birinci fosfat grubu (α), ikinci fosfat grubu (β), üçüncü fosfat grubu (γ) olarak adlandırılır. 4. α-β ve β-γ fosfat grupları arasındaki bağlar yüksek enerjiye sahiptirler. γ β α γ β α Nükleotidlerin fosfat gruplarını kaybetmesi Polimerizasyon sırasında, her bir nükleotid, yapıya eklenmeden önce ikişer adet fosfat grubunu kaybeder.  İki nükleotid fosfodiester bağı ile birbirine bağlanır; Bir pentoz halkası 5’ pozisyonundan (C5), diğer bir pentoz halkasının 3’ pozisyonuna (C3) bir fosfat grubu aracılığı ile bağlanır. Oluşan bağ fosfodiester bağıdır. Bir asitle (fosfat grubu) bir alkol (pentoz şekeri) arasındaki bağ ester bağıdır. İki nükleotid arasında kurulan bağ ise iki ester bağı (diester) taşımaktadır ve fosfodiester olarak adlandırılır. Ester bağı kovalent bir bağdır. Nükleik asit zincirinin bir ucunda bulunan nükleotid 5’ serbest uca, diğer uçta bulunan son nükleotid ise 3’ serbest uca sahiptir.  Nükleotitlerdeki bazlar birbiri ile eşleşebilir: POLİNÜKLEOTİT ve OLİGONÜKLEOTİD NE ANLAMA GELİYOR?  Nükleik asitler nükleotitlerin polimerleri olduğu için POLİNÜKLEOTİTLER (=>50 nt) olarak da adlandırılırlar.  Sadece birkaç nükleotit kalıntısından oluşan kısa polimerlere ise OLİGONÜKLEOTİT (