İlkokuldaki fen bilgisi derslerinde bile artık DNA’dan bahsediliyor. Herkes bu üç harfe aşina ama aslında ne olduğunu biliyor muyuz?
DNA’nın açılımı deoksiribonükleik asittir. Birbiri etrafında dolanarak sarmal oluşturan bir asit molekülüdür. İçinde bilgi depolayabiliyor hem de çok değerli bilgiler. Bakteriler, hayvanlar, bitkiler yaşayan bütün canlılar (bazı virüsler hariç) bu genetik bilgi sayesinde hayatta kalıyor. Nasıl vücudumuzun emir komuta merkezi beynimiz ise hücrelerimizin merkezi de DNA’dır.
DNA’nın iki zinciri nükleotid adlı monomerlerden oluştuğu için polinükleotid olarak bilinir. Her nükleotid deoksiriboz şekeri, fosfat grubu ve azot içeren nükleobazlardan oluşur: adenin (A), guanin (G), sitozin (C) ve timin (T). Nükleotidler yapılarındaki şeker ve fosfatla birbirlerine kovalent bağlarla bağlanırlar. Böylece zincirin uzamasını sağlar. İki zincir ise bazlarla birbirlerine bağlanırlar. Adenin timin ile guanin ise sitozin ile hidrojen bağı kurar. Adenin ile timin arasında 2 hidrojen bağı, guanin ile sitozin arasındaki ise 3 hidrojen bağı bulunur. A-T ve G-C bağlarının farklı sayılarda olması hücrenin işlevine muazzam bir katkı yapar. Örneğin hiç mutasyona uğramaması gereken bölgelerde G-C oranı oldukça fazlayken, mutasyona açık bölgelerde A-T miktarı daha fazladır. Mutasyona açık bölgelerden bahsederken mutasyonu her zaman kötü bir şey olarak algılamayın. Mutasyonun çok yararlı olduğu yerler vardır. Örneğin bağışıklık sistemimiz vücudumuza giren yabancı patojenlere karşı rastgele antikor üretir. Bu antikor üretme işlemi DNA üzerinde inanılmaz sayıda ve hızda mutasyon olmasıyla meydana gelir.
DNA’nın Yapısı
Tamamlayıcı azot bazlar iki gruba ayrılır: pürinler ve pirimidinler. Pirimidinler timin ve sitozinler pürinler adenin ve guaninden oluşuyor. Bu polimer yapı bilgi saklama özelliğine sahiptir. Bütün organizmaların biyolojik bilgisi genetik materyalinde saklıdır. Bu kadar önemli bir yapı da haliyle iyi korunur. Dışarıdan hasar verebilecek maddelere karşı dirençlidir. Doğada birçok polimer madde bilgi depolayabilir. Örneğin kullandığımız usb bellek ve CD’ler de aynı vazifeyi görür ama DNA’nın farkı kendi kendine çoğalabilmesinde yatar. İki zincir belirli enzimler vasıtasıyla açılır ve her zincir bir taslak vazifesi görerek karşı zincirini oluşturur. Bu şekilde kendini kendini kopyalayabilir.
DNA’nın iki zinciri birbirine zıt yönlerde ilerler, diğer bir deyişle antiparaleldir. Şeker moleküllerine tutunan bazlar protein kodlayan dizileri oluşturur. Her hücrenin genetik materyali çok sayıda farklı protein ve RNA kodlanabilir. DNA’dan RNA kodlanması transkripsiyon adı verilen bir işlemle gerçekleştirilir. RNA oluştuktan sonra translasyon adı verilen işlemle proteinlere dönüştürülür.
Hücre Bölünmesi
Ökaryotik hücrelerdeki genetik materyal, kromozomlar şeklinde bir araya getirilirler. Bölünme esnasında DNA kendini eşledikten sonra histon proteinleri üzerinde katlanır. Böylece hücrede her kromozomdan iki tane olur. Bu şekilde daha az yer kaplar ve protein kodlanması durur. Hücre bölünürken her bir kromozom yeni hücreye gider. Ökaryotlar genetik materyalinin çoğunu çekirdek adı verilen yapılarında saklar. Buna çekirdek DNA’sı adı verilir. Ayrıca mitokondri ve kloroplastın da kendi DNA’sı mevcuttur. Prokaryotlar ise ökaryotlardan farklı olarak genetik materyalini sitoplazmanın içinde tutar. Özel bir organeli yoktur.
Gregor Mendel (1822 – 1884) bezelyelerde fenotip ve genotip çalışmaları yaparak genetiğin babası kabul edilir. Bezelyelerde renk ve biçimin nasıl aktarıldığını tespit ederek temel kalıtım mekanizmalarını keşfetmiştir. DNA’nın ilk izole edilişi 19. Yüzyılın ortalarına kadar uzanır.1869’da Friedrich Miescher hücrenin genetik materyalini çıkarmayı başarmış olsa da onun yapısını ve işlevini tam olarak çözememiştir. İlk defa 1953’te İngiltere’de Cambridge Üniversitesi’nde James Watson ve Francis Crick Rosalind Franklin’in elde ettiği X-ray görüntüleri sayesinde bu genetik materyalin yapısını çözmüştür. 1953’te modern moleküler biyoloji ve genetikte devrim yaşanmıştır. Hücrenin içinde bir genetik materyal olduğunu ve bunun kalıtımda nesilden nesile aktarıldığını 1953’te keşfetmedik. Bu onlarca yıldan beri biliniyordu ancak onun yapısını çözmek, üzerinde oynamalar yapmak için bize olanak sağladı.
DNA’nın Yapısı
Canlılarda DNA tek bir zincir olarak değil, birbirini etrafında sarmal oluşturmuş iki zincir şeklinde bulunur. Bu iki zincirin birbirine bağlanarak oluşturduğu spiral yapıya çift sarmal diyoruz. Bir nükleotit zinciri birarada tutan şeker, fosfat molekülleri ve bazdan oluşur. Nükleotitlerin ard arda sıralanmasıyla polinükleotit zinciri ortaya çıkar.
DNA’daki şeker 5 karbonlu 2-deoksiriboz molekülüdür. Deoksiriboz molekülleri fosfatlar sayesinde 3. ve 5. karbonları üzerinden birbirlerine bağlanırlar. Bu yüzden akış yönü sürekli bu 3′ ve 5’ üzerinden anlatılır. Örneğin transkripsiyon gibi bir işlem yapılacağı zaman RNA polimeraz 3′dan 5′a doğru yürür. Ortaya çıkan RNA da 5′dan 3′a doğru oluşmuş olur.
DNA’nın çift sarmal yapısı iki önemli etken sayesinde kararlı yapıda kalır. Bunlar nükleotitler arasındaki hidrojen bağları ve aromatik bazlar arasındaki etkileşimlerdir. Daha önceden nükleotitlerde dört farklı baz (adenin, timin, guanin ve sitozin) bulunabileceğini söylemiştik. Bu dört baz hem birbirine hem de şeker fosfat zincirine bağlanarak çift sarmalın daha kararlı hale gelmesine yardımcı oluyor.
