Moleküler Kalıtım PDF

KALITIMIN MOLEKÜLER TEMELİ  Kalıtsal madde ile ilgili araştırmalar u Morgan ve arkadaşları genlerin kromozomlar üzerinde yer aldığını gösterince kromozomların iki kimyasal bileşeni (DNA ve proteinler) kalıtsal madde için aday oldular. u 1940ʼ’lara kadar kalıtsal madde için en güçlü...

KALITIMIN MOLEKÜLER TEMELİ  Kalıtsal madde ile ilgili araştırmalar u Morgan ve arkadaşları genlerin kromozomlar üzerinde yer aldığını gösterince kromozomların iki kimyasal bileşeni (DNA ve proteinler) kalıtsal madde için aday oldular. u 1940ʼ’lara kadar kalıtsal madde için en güçlü aday olarak proteinler savunuluyordu. u Bu evrede nükleik asitler hakkında çok az şey biliniyordu. Kalıtsal madde ile ilgili araştırmalar u Bu görüş mikroorganizmalarla yapılan denemeler sonucunda yavaş yavaş değişmeye başlamıştır. u DNAʼ’nın kalıtımdaki rolü ilk defa bakteri ve virüsler ile yapılan çalışmalar ile ortaya konulmuştur. u Bu bölümde, kalıtsal maddenin tespiti için gerçekleştirilen çalışmalar ayrıntılarıyla irdelenecektir. DNA’nın bakterileri değiştirebildiğine ilişkin kanıt u Bir hükümet doktoru olan İngiliz Frederick Griffith, memeli hayvanlarda zatürre etkeni olan Streptococcus pneumoniae üzerinde çalışıyordu. u Bu bakterinin patojenik (hastalık yapıcı) ve zararsız olmak üzere iki suşu vardır. u Griffith, ısıtılarak öldürülmüş patojenik bakterileri zararsız canlı bakterilerle karıştırdığında canlı bakterilerden bazılarının patojenik forma dönüştüğünü saptadı. DNA’nın bakterileri değiştirebildiğine ilişkin kanıt DNA’nın bakterileri değiştirebildiğine ilişkin kanıt u Bu maddenin kimliği bilinmiyor olmasına karşılık ölü patojenik hücrelerdeki kimyasal maddenin açıkça kalıtsal bir değişime yol açtığı görülebilir. u Griffith bu olaya transformasyon adını vermiştir. u Bu olay günümüzde, dış ortamda bulunan DNAʼ’nın hücre içine alınması ile meydana gelen fenotipik ve genotipik değişim olarak tanımlanmaktadır. Avery ve arkadaşlarının çalışmaları u Avery, ısıtılarak öldürülmüş patojenik bakterilerden değişik kimyasal maddeler saflaştırmıştır. u Daha sonra bu maddelerin her biri ile patojen olmayan canlı bakterileri değişikliğe uğratmaya çalışmıştır. u Sonuçta yalnızca DNA ile başarılı olabilmiştir. Avery ve arkadaşlarının çalışmaları u 1944’de Avery ve arkadaşları, transformasyona neden olan etkenin DNA olduğunu ilan etmişlerdir. u Ancak o dönemde DNA hakkında çok az şey bilinmekteydi. u Bu nedenle hiç kimse DNAʼ’nın kalıtsal bilgiyi taşıyabileceğini hayal edemiyordu. Viral DNA’nın, hücreleri programlayabildiğine ilişkin kanıt u DNAʼ’nın kalıtsal madde olduğuna ilişkin ek deliller, bakteriyofajlar (bakterileri enfekte eden virüsler) ile yapılan çalışmalardan gelmiştir. u Virüs, koruyucu bir protein kılıf tarafından çevrelenmiş bir DNAʼdan ibarettir. u Çoğalması için bir hücreyi enfekte etmesi ve hücrenin metabolik sistemini ele geçirmesi gerekir. T2 fajı u Alfred Hershey ve Martha Chase, 1952’de T2 fajının kalıtsal maddesinin DNA olduğunu gösteren denemeleri gerçekleştirmiştir. u Bu faj, normal olarak memelilerin bağırsağında yaşayan E. coli bakterisini enfekte eden çok sayıda fajdan birisidir. u Fajın enfeksiyonunun ardından E. coli hücresi hızlı bir şekilde T2 üreten bir fabrikaya dönüşür ve hücre patlayarak fajlar salınır. T2 fajı u Anlaşılacağı üzere T2 fajı, konukçu hücreyi virüs üretecek şekilde programlamaktadır. u Fakat hangi öğe bu olaydan sorumludur? u Viral protein mi yoksa viral DNA mı? Hershey ve Chase deneyi u Bu araştırmacılar, T2ʼnin E. coli hücresini enfeksiyonu sırasında içeri girdiği düşünülen maddeyi (DNA ya da protein) göstermek için bir deney tasarladılar. u Araştırmacılar denemelerinde, faj DNAʼ’sını ve proteinini işaretlemek için farklı radyoaktif izotoplar kullandılar. Kalıtsal maddenin DNA olduğuna ilişkin ek kanıt 1940ʼ’lı yıllarda DNAʼ’nın bir nükleotit polimeri olduğu ve her birinin üç birimden meydana geldiği biliniyordu: u Azotlu bir baz u Deoksiriboz adlı bir pentoz şeker u Fosfat grubu Baz; adenin (A), timin (T), guanin(G) ya da sitozin (C) olabilir. Erwin Chargaff-1947 u Chargaff, farklı organizmalardan elde ettiği DNA’ların baz bileşimlerini analiz etmiştir. u DNA bileşiminin türden türe değiştiğini kaydetmiştir. u Herhangi bir türün DNA’sındaki azotlu bazların miktarı eşit olmamasına karşılık, sabit bir oranda bulunduklarını ifade etmiştir. u Bu kanıt, kalıtsal maddenin DNA olduğu hipotezini daha da güçlendirmiştir.  Chargaff kuralı u Chargaff, incelediği her bir türün DNAʼ’sında adenin sayısının timine, guanin sayısının da sitozine yaklaşık olarak eşit olduğunu tespit etmiştir. u İnsan DNAʼ’sında A= %30.9 ve T= %29.04 oranlarında bulunurken G= %19.9 ve C= %19.8 oranlarında tespit edilmiştir. u Daha sonra Chargaff kuralı olarak adlandırılan A=T ve C=G eşitlikleri, ikili sarmalın keşfine kadar açıklanamamıştır. DNA’nın yapısı üzerine çalışmalar u DNAʼ’nın kalıtsal madde olduğundan emin olunduktan sonra, yapısının aydınlatılmasına ilişkin bir yarış başlamıştır. u O zamanlar bu konu üzerinde çalışanlar Kaliforniya’dan Linus Pauling ve Londraʼ’dan Maurice Wilkins ve Rosalin Franklin’dir. u Ancak daha az tanınmalarına karşılık bu yarışta ipi göğüsleyenler Amerikalı James Watson ve İngiliz Francis Crick olmuştur. DNA’nın yapısı üzerine çalışmalar u Francis Crick, Cambridge Üniversitesiʼ’nde X ışını kristalografisi tekniği ile protein yapısını çalışmaktaydı. u Rosalind Franklin ise DNAʼ’nın X ışını kristalografisi ile görüntüsünü elde etmiş idi. DNA’nın yapısı üzerine çalışmalar u Yandaki şekilden de görülebileceği gibi, X ışını kristalografisi ile elde edilen görüntüler moleküllerin tam anlamıyla gerçek şeklini göstermez. u Ancak Watson, sarmal yapıdaki moleküllerin oluşturduğu leke desenleri konusunda deneyimliydi. DNA’nın yapısı üzerine çalışmalar u İlk bakışta bu resmin DNA’nın sarmal yapıda olduğunu anlamıştı. u Resim aynı zamanda sarmalın genişliği ve azotlu bazların heliks boyunca yerleşimi hakkında da bilgi vermekteydi. DNA’nın yapısı üzerine çalışmalar u Watson ve Crick telden yaptıkları modelde X ışını ölçümü ve DNAʼnın kimyasal yapısı verilerini kullanarak ikili sarmal modeli yapmaya başladılar. DNA’nın yapısı üzerine çalışmalar u İlk önce şeker-fosfat zincirlerini molekülün iç kısmına yerleştirdiler. u Ancak bu model tatmin edici olmadı. u Daha sonra şeker-fosfat zincirini çift sarmalın dış kısmına, azotlu bazları da iç kısma yerleştirdiler. DNA’nın yapısı üzerine çalışmalar DNA’nın yapısı üzerine çalışmalar u Böylelikle ikili sarmal, spiral bir merdiven şeklinde dönen basamaklara sahip gibi görünmekteydi. u Yan iplikler şeker-fosfat iskeletlerine, basamaklar ise azotlu bazlara denk geliyordu. DNA’nın yapısı üzerine çalışmalar u X ışını verilerine göre sarmal, 3.4 nm uzunlukta bir tam dönüş yapmaktaydı. u Bazlar birbirlerine 0.34 nm mesafe ile dizildiklerinden her dönüşte 10 adet baz bulunmaktaydı. u Bu model uygun görünüyordu, çünkü modelde, hidrofobik bazlar iç kısımda yer alarak molekülü çevreleyen sulu ortamdan korunmuş oluyordu. Baz eşleşmelerinin keşfi u Watson ilk olarak her bazın kendi eşdeğeri ile eşleştiğini düşündü (A ile A, C ile C v.b.). u Ancak bu model, X ışını verilerine uymuyordu. u Çünkü X ışını görüntüleri, sarmalın çapının her noktada eşit olduğunu gösteriyordu. u Peki kendi kendine baz eşleşmesindeki uyumsuzluk nedir? Baz eşleşmelerinin keşfi u Adenin ve guanin pürin bazlarıdır ve iki adet organik halka içerirler. u Timin ve sitozin ise pirimidinlerdir ve bir adet halkaya sahiptirler. u Bu yüzden pürinler (A ve G), pirimidinlerin (C ve T) iki katı genişliğindedirler.  Baz eşleşmelerinin keşfi u İkili sarmalın 2 nm çapa sahip olduğu düşünülürse pürin- pürin eşleşmesi çok geniş, pirimidin-pirimidin eşleşmesi ise çok dar olacaktır. u Bunun çözümü bir pürin ile bir pirimidinin eşleşmesidir. Baz eşleşmelerinin keşfi u Her bir baz, kimyasal yan gruplara sahip olup bu gruplar uygun eş baz ile hidrojen bağları oluşturur. u Adenin sadece timin ile iki hidrojen bağı oluştururken, guanin sadece sitozin ile üç hidrojen bağı oluşturur. Baz eşleşmelerinin keşfi u Watson-Crick modeli, Chargaff kuralını açıklamıştır (A=T ve C=G). u Bu nedenle herhangi bir canlıdaki DNAʼnın adenin miktarı timine, guanin miktarı da sitozine eşittir. Baz eşleşmelerinin keşfi u Nisan-1953ʼ’de Watson ve Crick, İngiliz dergisi Natureʼde bir sayfalık kısa bir makale yayınlayarak bilim dünyasını şaşırttılar. u Makale, o tarihten bu yana moleküler biyolojinin sembolü haline gelen DNA’nın ikili sarmalını içeriyordu. DNA replikasyonunun keşfi u İkili sarmalı açıklamalarının ardından yayınladıkları ikinci makalede Watson ve Crick DNA replikasyonunun nasıl olduğuna ilişkin hipotezlerini açıklamışlardır. u Aşağıdaki şekil, Watson ve Crick’in DNA eşlenmesine ilişkin temel fikrini göstermektedir. DNA replikasyonunun keşfi u Watson ve Crick modeline göre, yeni üretilen her DNA yapısında bir eski zincir ve bir yeni zincir bir arada bulunuyordu. u Bu modele, yarı-korunumlu (semi-konservatif) replikasyon modeli adı verilir. u Bu modele alternatif olan iki ayrı model daha ileri sürülmüştür (konservatif ve dispersif modeller). DNA replikasyonunun keşfi Meselson-Stahl deneyi u Matthew Meselson ve Franklin Stahl, 1950’lerin sonlarına doğru bu üç hipotezi test eden deneyler düzenlediler. u Bu deneyler Watson ve Crickʼin öngördükleri gibi yarı-korunumlu modeli desteklemiştir. Meselson-Stahl deneyi