Ünite 7: Genetik Materyalin Yapısı ve Organizasyonu

DNA’nın keşfi

DNA’nın biyokimyasal özelliklerinin ortaya konulması Fried Miescher’in ‹sviçre de lökositlerin hücre çekirdeği üzerinde yaptığı çalışmalarla gerçekleşmiştir. Miescher, lökosit hücre çekirdeğinden elde ettiği fosfor içeren maddeye nüklein adını vermiştir.

1950’li yıllarda Rosalind Franklin ve Maurice Wilkins’in X-ışınları kullanarak yaptığı araştırmalarda DNA’nın azotlu bazlara sahip bir çesit sarmal yapıda olduğu ortaya çıkmıştır.

1953 yılında DNA’nın yapı modelini ve özelliklerini ortaya koyan James D. Watson ve Francis Crick’in çalışmaları bugün halen kabul edilmekte olup; DNA süper sarmalının aydınlatılmasına temel oluşturmuştur.

Transformasyon : Bir karakteri belirleyen kalıtsal bilginin aktarımıyla yeni generasyonlarda bu karakter özelliklerinin görülmesi.

Gen kavramı

Gen : anlamlı bir RNA transkripti ya da bir proteinden oluşan işlevsel bir biyolojik ürünün sentezi için gerekli olan bilgiyi içeren DNA parçasıdır. Hücrelerdeki ve dolayısıyla canlılardaki kalıtsal olayların ve metabolizma faaliyetlerinin düzenlenmesinde temel olan genler, kromozomlar üzerinde yer alır. Genin kromozom üzerinde bulunduğu bölgeye lokus denir. Canlılardaki genetik ve biyokimyasal olayların denetiminde görev alan genler yapısal ve düzenleyici olarak ikiye ayrılır. Yapısal genler yani strüktürel genler protein kodlanmasında görev alırken, düzenleyici yani regülatör genler ise yapısal genleri kontrol eder.

DNA’nın fiziksel ve kimyasal yapısı

Nükleik asitler (DNA ve RNA), nükleotit adı verilen temel yapılardan oluşmaktadır. Nükleotitlerin birleşmeleriyle DNA meydana gelir. Azotlu bazlar, pürinler ve pirimidinler olarak ikiye ayrılır. Pirimidinler sadece tek bir altıgen halkaya sahipken, pürinlerin yapısında bu halkaya bağlanmış olan beşli bir imidazol halkası göze çarpmaktadır. Adenin ve guanin, pürin grubunu oluştururken sitozin, timin ve urasil ise pirimidin grubunu oluşturmaktadır

Organik bazların, şekerle birleşmesi ile nükleozit yapısı meydana gelir.

Fosfat gruplarının da bu yapıya katılmaları sonucu nükleotit yapısı oluşur.

Fosfat grubu ile şekerler arasında fosfodiester bağları bulunur

Adenin ile timin arasında iki hidrojen bağı, guanin ile sitozin arasında ise üç hidrojen bağı mevcuttur. Bu zincirde adenin karşısına her zaman timin, guanin karşısına ise her zaman sitozin gelir. DNA sarmalını açıklayan Watson-Crick yasaları şu şekildedir:

• DNA sarmalının temelini merkezde bulunan pürin ve pirimidin bazları oluşturur.
• Bazlar sarmalın eksenine 90° açı ile yerleşmişlerdir.
• Her 10 baz çiftinde bir tam dönüş vardır, bu nedenle birinci ve on birinci baz aynı yönde olur ve bu dönüş mesafesi 34 A°’dur.
• Adeninle timin arasında iki, guanin ile sitozin arasında üç hidrojen bağı bulunmaktadır. •
• DNA sarmalının çapı 20 A°’dur.
• DNA, eksen etrafında sağa doğru dönüş yapan iki polinükleotit zincirden oluşur ve bu zincirler birbirlerine zıt yönde uzanırlar.

DNA’nın kimyasal yapısı:

Heliks yapıdaki DNA zincirinin ayrılması işlemine denatürasyon denir. Çift sarmal yapısı bozulmuş ve tek zincir halde bulunan DNA molekülünün belirli şartlarda tekrar çift sarmal hale geri dönmesine ise renatürasyon denir

RNA ve yapısı

Protein sentezi başlangı cında DNA doğrudan kalıp görevi görmek yerine öncelikle mRNA üzerine kodlanan bilgiyi sağlayan temel molekül işlevi görmektedir. RNA, protein ve DNA arasında görev alan ve hücrenin gereksinimine göre miktarı değişen yardımcı bir molekül olarak tanımlanabilir.

RNA, bazı virüs tipleri hariç genel olarak tek polinükleotit zincire sahiptir ve DNA’dan farklı olarak timin yerine urasil organik bazını içermektedir.

DNA ve RNA arasındaki farklar:

• RNA, genel olarak tek polinükleotit zincirden oluşmuş yapıya sahiptir (bazı virüsler hariç).
• Organik baz olarak, DNA’daki timin yerine RNA’da urasil bulunmaktadır.
• DNA’da pentoz yapıda şeker olarak bulunan deoksiriboz yerini RNA’da ribozalmıştır.

DNA ve RNA sentezi birbirlerine benzemekle beraber, RNA sentezi sırasında kullanılan enzimlerden olan RNA polimerazın nükleaz etkisinin olmaması ve başlatıcı RNA segmentine ihtiyaç duymaması bakımından farklıdır.

Transfer RNA (t-RNA): Protein sentezinin translasyon basamağı nda, DNA’dan RNA’ya aktarı lan şifreye göre tanımlanacak olan aminoasitlerin taşınması ve polipeptid zincirine eklenmesinde görev alır.

Mesajcı RNA (m-RNA): Nükleus ve sitoplazmada bulunan m-RNA’lar DNA’dan aldığı genetik bilgiye göre protein sentezlenmesi işleminde kalıp görevi görür.

Ribozomal RNA (r-RNA): Nükleolus ve nükleusta bulunan r-RNA’lar, ribozomların oluşturulmasında temel görev alan yapılardır.

Gen yapısı ve organizasyonu

Genler işlevsel bir RNA transkripti veya polipeptit sentezinden sorumludur. Hücrede bulunan genetik materyalin tamamına ise genom adı verilmektedir.

Genler, yapı olarak incelendiğinde iki temel kısımdan meydana gelmektedir.

Protein ya da RNA sentezlenmesini sağlayan genetik materyali içeren yapısal bölüm ve kontrol bölgelerinden meydana gelmiş olan ve regülatör, promotor, operatör ve terminasyon bölgelerini içeren bölümdür. Genlerdeki kodlayan bölgeler ekzon , kodlama özelliği olamayan diziler ise intron adını almaktadır.

Kromozom yapısı

Kromozomlar, kromatin ve kromonemadan meydana gelmektedir. Hücre bölünmesinin gerçekleşmediği dönemde kromozomda bulunan genetik materyal kromatin olarak isimlendirilir. Kromatinler, çekirdek içine dağılmıştır. Hücre bölünmesinin başlamasıyla kromatinler, yoğunlaşarak kromozomları meydana getirir.

Kromozomlar, nükleozom adı verilen yapıların üzerinde dizilmiş olan DNA ipliği, histon proteinler ve histon olmayan proteinlerin birlikte organize olan karmaşık bir yapı oluşturmaktadır.Bu selenoid model olarak adlandırılır

Sentromer kromozom düzleminin tam olarak merkezinde yer almışsa bu tip kromozomlara metasentrik kromozomlar adı verilmektedir

Sentromer eğer merkez noktası ile herhangi bir kola daha yakın bölümde yerleşmisse submetasentrik, bir kola çok fazla yakınlaşmış şekilde bulunursa ise akrosentrik adını alır.

Bazı kromozomların yapısında ince bir bağla kardeş kromatitlerin uç kısımları- na bağlanmış olan satellit adı verilen oluşumlar yer almaktadır.

Kromozomlar, morfolojik yapılarına göre sınışandırılabilir. Kromozom sayısı, şekli ve büyüklüğü göz önüne alınarak yapılan bu gruplandırmaya karyotiplendirme ya da karyogram adı verilmektedir.

Hücrelerde kromozomlar çiftler halinde bulunur ve birbirine eş olan kromozomlara homolog kromozomlar adı verilir.