Nükleik Asitler Hakkında (Ayrıntılı)

Nükleik asitler, bütün canlı hücrelerde ve virüslerde bulunan, nükleotid birimlerden oluşmuş polimerlerdir. En yaygın nükleik asitler deoksiribonükleik asit (DNA) ve ribonükleik asit (RNA)'dır. İnsan kromozomlarını oluşturan DNA milyonlarca nükleotitten oluşur. Nükleik asitlerin başlıca işlevi genetik bilgi aktarımını sağlamaktır, ancak bazı RNA türleri insan olarak da işlev görürler.

RNA'yı oluşturan kimyasal gruplar. P, fosfat; Z, riboz şeker; A, C, G, U, sırasıyla adenin, sitozin, guanin ve urasil. Zincirin doğrultusu şekerlerin 5' ve 3' karbonlarının sırası tarafından belirlenir.

Nükleik asitler başlıca hücre çekirdeğinde bulunmalarından dolayı keşfedildiklerinde bu şekilde adlandırılmışlardır. Bu polimerleri oluşturan nükleotid birimlerin her biri üç bölümden oluşur: 1) Azotlu heterosiklik bir baz, 2) beş karbonlu (pentoz) bir şeker ve 3) bir fosfat grubu. RNA'da bulunan şeker riboz, DNA'da ise deoksiribozdur. DNA ve RNA içerdikleri azotlu bazlarda da farklılık gösterirler: adenin, guanin ve sitozin her ikisinde, timin yalnızca DNA'da, urasil ise yalnızca RNA'da bulunur.

RNA molekülleri ilk sentezlendiklerinde bu dört temel bazdan oluşmalarına rağmen bazı RNA türleri sonradan enzimlertarafından modifikasyona uğrarlar ve başka tür bazlar da içerebilirler. RNA moleküllerinde bulunan, değişime uğramış (modifiye) baz türlerinin sayısı yüze yakındır.

Nükleik asitlerin dizinleri onları oluşturan nükleotitler bir harflik kısaltmalarla yazılırlar. Adenin, sitozin, guanin, timin ve urasilin kısaltmaları sırasıyla, A, C, G, T ve U'dur. Dizinin yazılış yönü şekerlerin 5' ve 3' karbonlarının zincir üzerindeki sırasına göredir, bilimsel konvansiyonda dizinler şekerlerin 5'-3' karbonlarının doğrultusunda okunurlar.

Nükleik asitler tek bir zincirden oluşabildikleri gibi birbirine sarılmış iki zincirden de oluşabilirler. Spiral merdiven görünümlü bu yapıya çift sarmal denir. Çift sarmallı bir nükleik asitteki iki zincir aralarında oluşmuş hidrojen bağları ile birbirlerine bağlıdırlar. Bazı tek zincirli nükleik asitler de kendi üzerlerine katlanıp iki sarmallı bölgeler oluşturabilir. DNA genelde çift sarmallı olmakla beraber bazı virüslerin içerdikleri DNA tek zincirlidir. RNA molekülleri de genelde tek zincirden oluşmakla beraber bazı virüslerin içinde çift sarmallı RNA bulunur.

Nükleik asit zincirindeki şeker ve fosfat grupları değişimli olarak birbirine bağlıdır, oksijen atomlarının paylaşılmasıyla oluşan bu bağlara fosfodiester grubu denir. Fosfat grupları şeker molekülünün 3' ve 5' karbon atomlarına bağlıdır. Azotlu bazlar pentoz halkasının 1' karbonuna bağlıdır.

Çift sarmallı nükleik asitlerde şeker-fosfatlı zincirler silindirik yapının dışında yer alır, azotlu bazlar ise bu yapının ortasına doğru uzanarak birbirleriyle hidrojen bağları oluştururlar. Hidrojen bağı kurmuş her bir baz çiftindeki bazlardan biri pürinsınıfından, öbürü pirimidin sınıfındandır, bunların toplam uzunluğu sabittir. Genelde çift sarmalın genişliği onu oluşturan baz dizininden bağımsız ve sabittir. DNA'da adeninin her zaman timin ile, guanin de her zaman sitozin ile eşlidir. Bu baz çiftlerine tümleyici bazlar denir.

Bu eşlenmenin gerçekleşmesi için iki zincir birbirlerine göre ters yönde akarlar. Yani iki sarmalın dizini iki satır olarak yazıldıklarında bir satırdaki dizin 5'-3' yönünde, öbür satırdaki ise 3'-5' yönündedir. Bu iki dizinden biri öbürünün tümleyici dizinidir.

Baz eşlenmesinin bir diğer sonucu da iki zincirin birbirlerine sarılarak spiral merdiven gibi bir yapı oluşturmalarıdır. Bu çift sarmal genelde sağ el kuralına göre döner, bir dönmesinde 10 baz çifti vardır. James Watson ve Francis Crick DNA'nın bu üç boyutlu yapısını keşfedip 1962'de Nobel Tıp veya Fizyoloji ödülünü kazandılar.

Nükleik Asitler, genetik bilginin saklanması; replikasyonu (çoğaltılması); rekombinasyonu (genetik çeşitliliğini); transmisyonu (aktarılması) işlevlerinin yerine gelmesini sağlarlar. Kısaca, yasayan hücrenin / canlıların ne olduğunu ve ne yapacağını yapılarında taşıyan ve belirleyen moleküllerdir. Bu nedenle, kimyasal yapılarını, biyokimyalarını / moleküler biyoloji ve metodolojilerini bilmek çok önemlidir. Nükleik asitler iki büyük gruba ayrılmaktadır:
1) DNA (Deoksiribonükleik asit)
2) RNA (Ribonükleik asit)
Her iki nükleik asit de nükleotidlerin polimerize olması ile oluşur. Nükleik asitler ilk kez, hücre çekirdeğinden izole edildikleri için bu ismi almalarına karşın: hem DNA, hem RNA hücrenin başka kısımlarında da bulunmuşlardır. Büyüklükleri geniş bir spektruma yayılır. RNA bilinen en küçük nükleik asit molekülüdür. Moleküler ağırlığı 25.000 daltondur. Bütün atom ve moleküllerde olduğu gibi DNA/RNA’in da ağırlıkları DALTON birimi ile verilir. Bir Dalton, bir Hidrojen atomunun ağırlığına eşittir. Bir Dalton, 1.67 x 10-24 g’a eşit olup buna AVOGADRO SAYISI denir. DNA’nin yapı taşları Deoksiribonükleotid’ler; RNA’nin yapi taslari ise Ribonükleotidlerdir. Her nükleotid üç alt birimden oluşur:
1) Nitrojen içeren heterosiklik ve aromatik bir halka olan bazlar ki; bu ya bir PÜRIN ya da PIRIMIDIN bazdır.
2) Beş karbon ihtiva eden bir pentoz şekeri.
3) Bir molekül fosforik asit.
DNA’nin ve RNA’nin birimleri olan Pürin ve Pirimidin bazları genetik bilgiyi taşırlar. Seker ve Fosfat grupları ise yapısal elemanlardır.
DNA’ya karakteristik olan bazlar Adenin (A), Thymin (T), Sitozin (C), Guanin (G) (C5H4N4);

RNA’ya karakteristik olan bazlar ise Adenin Sitozin, Urasil , Guanin, (U) (C4H4N2) ‘dir.

Bir bazın şeker ve fosfat grubuyla oluşturduğu birime nükleotid denir. DNA molekülü iki nükleotid zincirinin saat yönünde sarmal yapmasıyla oluşur. Her bir turda 10 nükleotid bulunur

Nükleotidler, 5′-3′ fosfodiester bağları ile polinükleotid zincirlere polimerize olmaktadır. Bu bağlar komşu deoksiriboz üniteleri ile olur. Intakt insan kromozomlarında, bu polinükleotid zincirleri (çift sarmal hali) ile milyonlarca nükleotid uzunluğuna ulasırlar . DNA’nin anatomik yapısı kimyasal bilgiyi taşıyarak ana hücreden yenisine tüm genetik bilginin geçişini sağlamaktadır. Aynı zamanda DNA’nin primer yapısı, proteinleri oluşturan amino asit dizilerini de belirleyicidir.

DNA’nin doğal durumu Watson ve Crick’in 1953’de açıkladığı gibi çift sarmaldır. Helikal yapı sağa dönüşümlü spiral bir merdivene benzemektedir. İki polinükleotid zincir karşıt yönlerde akarlar. Bu akışta Adenin Timin ile; Guanin ise Sitozin ile hidrojen bağları ile bağlanırlar. Çift sarmal DNA molekülü, sarmalın açılması ile replike olur ve yeni iki komplementer sarmal sentezi mümkün olmaktadır. Bu orijinal DNA’ya uygunluk göstermektedir. Benzer olarak, bazların komplementer özellikte olması; hasarlı DNA moleküllerinin de doğru biçimde tamirini de gerçekleştirebilir.

DNA, polimerik nükleik asit makromolekül olup, nitrojen kapsayan bazlar, beş karbonlu şeker ve fosfat grupları olarak 3 bölümden oluşmaktadır.

3.2. A. Bazlar: PÜRIN (C5H4N4) Bazları; Pirimidin ve imidazol halkasından oluşurlar. İki bazda aromatik, hidrofobik ve baziktir. Serbest sekilde hücrede çok az miktarda bulunurlar. Pirimidin halkasi tamamen planerdir; Pürin ise planer’e çok yakındır. Pürin bazları: Adenine ( 6 aminopurin) ve Guanine (2 amino- 6 oxopurin); PIRIMIDIN bazlari ise Cytosin (2 oxo-4 aminopyrimidine), Thymin (2,4, Dioxo-5 methyl Pyrimidine) ve Urasil (2,4, Dioxopyrimidine)’dir.
Nükleik asitlerin biyolojik işlevleri açısından bazların Hidrojen bağı yapma kapasitesi çok önemlidir. Hidrojen bağları, elektronegatif (O,N,F) bir atoma kovalent bağlı Hidrojen ile, diğer bir elektronegatif arasında oluşan bağa denir. DNA / RNA bazlarinin Hidrojen-bağı yapan fonksiyonel grupları şunlardır:
1) A,G,C’nin NH2 gruplari
2) A,G’nin Birinci Pozisyonundaki NH gruplari
3) C,T ve U’nun üçüncü pozisyonundaki NH gruplari
4) C’nin ikinci pozisyonundaki;G’nin altinci pozisyonunda ki ve T ile U’nun 4. pozisyonundaki kuvvetli elektronegatif Oksijen’dir.
A ile T/U arasında 2 bağ; G ile C arasında 3 bağ vardır. Dolayasıyla bir G?C baz çifti; bir A=T baz çiftinden daha kuvvetlidir. Serbest Pürin ve Pirimidin bazları suda iyi çözünmezler. Hafif alkali olup; pH’ya göre değişik formlar gösterirler. Fizyolojik pH’da (6.5-7.0) lactom formu predominanttir. Bu form zaten Hidrojen-bağı yapan formdur.
Heterosiklik aromatik yapıları dolayasıyla bütün pürin ve pirimidine bazları 260 nm’de UV ışığını absorbe ederler. Bu özellikleri, serbest bağların, aynı zamanda nükleosid, nükleotid ve nükleik asitlerin belirlenmesinde ve kantitatif analizinde önemlidir.
3.2.B. Şekerler: Riboz ve Deoksiriboz, RNA ve DNA’ya özgü beş karbonlu pentoz şekerlerdir.Aralarındaki fark C”2 deki OH grubunu DNA’da olmayışıdır. D ve beta sembolleri C’4 ve C’1 deki özel konfigurasyondan dolayıdır. Genel formülleri (C5H10O5) seklindedir. Bütün monosakkaritler iki sınıfa ayrılır: ALDOZ ve KETOZLAR. Aldoz, aldehyde grubu taşır; ketoz ise keton grubu taşır. Doğada genellikle ring şeklinde bulunurlar.

3.2.C. Fosfatlar: Fosfat organik bir biyomolekül’de genellikle mono veya diester bagi seklinde, mono veya dianhidrit bağı seklinde veya ester ve anhidrit bağlar şeklinde bulunur. Pentoz şekerinin C5′ atomuna bir, iki ya da maksimum üç fosfat grubu ester bağı ile bağlanmış olabilir. Bu fosfatlar alfa, beta ve gamma fosfat adı verilir. alfa – P – Ribose’a ester bağı ile; fakat diğer iki fosfata P-anhydrid bağlar ile bağlıdır. Beta ve gamma bağlar yüksek enerji içeren bağlardır. Hidrolizleri büyük miktarda enerji açığa çıkarır. Buna karşılık P-ester bağı (alfa) yüksek enerjili değildir. NTP’lerde bulunan yüksek enerjili bağlar, nükleik asit sentezi açısından önemlidirler. Fizyolojik pH’da (pH 7.0) nükleik asit bazları artı ya da eksi yüklü değildir. Fosfat grupları ise asidiktir, dolayasıyla H atomlarını vermiş; 2,3 ya da 4 negatif yük taşırlar.
DNA ve RNA birbirine kovalent bağ ile bağlanmış; ribo ve desokribonükleotidlerden oluşmuştur. Bu nükleotidler birbirlerine P-diester (C’5OH — C’3OH) esasında bağlar ile bağlanmıştır. Bu sabit bir omurga oluşturur ki bu da DNA/RNA’nin primer yapisidir.
P – Rib – P – Rib – P – Rib – P – Rib. Æ
Zincirin polaritesi vardir ve kural olarak baz dizisini ribozun 5′ karbon’dan başlayarak 3′ karbonuna doğru okumaktadir. Birinci nükleotid zincirin 5′ ucunu; sonuncu nükleotid zincirin 3′ ucunu oluşturur.
Nükleotid = Baz + Riboz + Fosfat
Nükleosit = baz + riboz
Serbest pürin ve pirimidinler ile serbest nükleositlerde hücrede eser miktarda bulunur. Bunlar yalnızca nükleotidlerin kimyasal ve enzimatik yıkımları sonucu oluşurlar. Buna karşın ribo ve dezoksiribonükleotidler, hücrede çok bol miktarlarda mevcutturlar. Nükleotidlerin fosforik asit grupları; oldukça kuvvetli asitlerdir. pH 7’de nükleotidler negatif yüklü olarak bulunurlar.

Nükleosid ve nükleotidler biri baz’in diğeri ribozun olmak üzere ise PLANER iki halka içerirler. Nükleotidlerin en stabil konformasyonunda bu baz ve şeker halkalar CO-PLANER yani aynı düzlemde değil; birbirlerine 90° açılı şekildedir.
Polinükleotidleri olusturan nükleotid üniteleri birbirlerine fosfo-diester bağları ile bağlıdırlar. Fosfat grubu, yan yana iki nükleotid’in 3′ ve 5′ karbonlarını içeren iki ester bağı kurduğundan, bağa 3′ Æ 5′ fosfo-diester bağı denilmektedir.
pH 7’de polinükleotidlerin dış yüzeyindeki asidik fosfat grupları, neredeyse tamamen iyonize durumda olduklarından, nükleik asitler polianyonik yapıdadırlar; yani negatif yüklüdürler.

3.3.A. DNA Molekülü: Watson-Crick modeline göre DNA molekülleri iki uzun zincirden olusmakta; bu iki zincir uzun eksenleri etrafinda birbirine sarılarak çifte sarmali olusturmaktadir (Sekil 3.5) Iki zincir birbirine anti paralel’dir (antiparalel double- helix).
Pürin ve pirimidin bazları Heliks’in iç kısmındadır. Fosfat ve deoksiribose birimleri ise molekülün dışındadırlar. Bazların, düzlemleri heliks aksına dik açıdadır. Dolayısıyla riboz şekerlerinin halkalarına da dik açı oluştururlar.Her baz birbirinden 3.4 A° uzaklığındadır. Aralarında 36°’lik bir açı fark vardır. Heliksin bir tam dönüsü 10 bp içerir ve 34 A°’luk uzakliktadir. (1 A° = 10-8 cm yani 10-10 M’dir.) Heliks Çapi 20 A°’dur (Sekil 3.4). DNA’nın iki zinciri birbirine Hidrojen bağları ile bağlıdır. A her zaman T ile (A=T); G’de hep C ile bir çift oluşturur (G?C)
Bir DNA zinciri üzerindeki baz dizilimi hiçbir şekilde sınırlı değildir. Bu spesifik baz dizilimi genetik bilgiyi kodlamaktadır.DNA çifte sarmal’inin en önemli özelliği bazların arasındaki çiftleşmenin spesifikliğidir.
Watson-Crick, sterik ve Hidrojen bağı oluşturma sebeplerinden hep A=T ve G=C’nin bir çift oluşturması gerektiğine karar vermişlerdir. Birbirine Hidrojen bağı ile bağlı bir baz çiftine bağlı glikosidik bağlar her zaman 10.85 A° uzaklığındadırlar. Bir pürin-pirimidin baz çifti bu arayı tam olarak doldurur. Buna karşılık, heliks içinde iki purin için yeteri kadar yer yoktur. İki pirimidin ise birbirlerinden çok uzak kalacakları için Hidrojen bağını kuramayacaklardır. Bu nedenle, baz çiftleri yalnızca Hidrojen bağı faktöründen değil; ayni zamanda heliks içindeki dar mekani optimal kullanma açısından da uygundurlar. A – T ile G – C ile en uygun Hidrojen bağını oluştururlar. Bu Hidrojen bağlarının yerleşimleri ve uzaklıkları baz çiftleri arasında olması gereken optimal kuvvetteki interaksiyonlari mümkün kılar. İki zincirin birbiri etrafında dolanarak çifte sarmalı oluşturması; polar olan seker ve fosfat iskeletini strüktürün dış kısmına kaydırmakta; bu şekilde bu hidrofilik gruplar su ile temas halinde bulunmaktadırlar. Buna karşılık, hidrofobik olan bazlar, heliksin iç kisminda yer almakta; polar gruplar ise, (NH2, O, NH vb.) birbirleri ile Hidrojen baglarini oluşturmaktadırlar. Her zincirden bir baz; karşı zincirden bir baz ile bu şekilde eşleşmektedir (A-T, G-C). Baz çiftleşmesinin en önemli sonucu; bir zincirde olan baz dizisinin otomatik olarak diğer zincirdeki diziyi göstermesidir. Bu ana prensibin dışında, baz dizilimi açısından herhangi bir kısıtlama yoktur. Baz çiftleri tamamen tek bir “düzlemde” olup; çok yassı ve hidrofobik olan halkaları, birbirleri ile hidrofobik interaksiyona girerek; bir tabak yığını şeklinde üst üste dizilirler ve bu şekilde su ile kontaklarını azaltırlar. Bu da molekülün, spiral bir ip merdiven şeklinde görünmesine yol açar. Bu ip merdivenin yanlarını fosfat-riboz iskeleti; basamaklarını ise birbiri üzerine dizilmiş baz çiftleri oluşturmaktadır.
Iki zincir birbirine aksi polaritede; antiparalel’dir; yeni bir zincirin nükleotid baglari 3′ Æ 5′; digerinde ise 5′ Æ 3′ doğrultusundadır. Her iki zincirde sağ dönüşümlüdür (right-handed). Her bir tam dönüş, 34°A içinde 10 baz çifti kapsamaktadır.
Çifte sarmalın stabilitesini sağlayan faktörler şunlardır.
1) Fosfodiester bağları
2) Hidrofobik interaksionlar
a) Pürine ve Pirimidine birbirlerine aktivite gösterirler.
b) Kavitasyon enerjisi.
Nükleik asitlerin fosfo-diester bağları fleksibl’dir.Bu noktalardan sağa/sola dönüş olur.

3.3.B. Diger DNA Molekül Tipleri:
B-DNA: Watson ve Crick’in tarif ettikleri yapıdır. Sağa dönüşlüdür. (Sekil 3.6).
A-DNA: DNA süspansion halinde iken suyun çıkarılması ile (dehidrasyon) veya % 70-75 etanol içinde oluşmaktadır. Böyle ortamlarda DNA’da büzülmeler meydana geldiğinden; her bir dönüşe 10.7 baz çifti isabet eder. Sağa dönüşlü bir omurgaya sahip olan bu tip DNA’da bazların birbirlerine uzaklığı 0.26 nm ve orta eksenine göre bazlar arasında 32.7°’lik bir açı bulunmakta ve tam bir dönüş 2.8 nm kadardır. Heliks çapı 2.3 nm’dir. Biyolojik önemi bilinmemektedir.
Z-DNA: Omurgasının yönü sola dönüşlü ve zikzak şeklindedir. Her bir dönüşte 12 baz çifti bulunur. Bağlar arası uzaklık 0.37 nm; heliks çapı 1.8 nm’dir. “Glikozil bağların syn-veya antikorformasyonda oluşu bu yapının karakteristiğidir. Bazlar arasında -30°’lik bir açı vardır. Sentetik DNA fragmanı d(CGCGCG) sol dönüşlü bir heliks olarak kristalize olmaktadır. Biyolojik işlevi bilinmemektedir. Bazı spesifik proteinlerin DNA’daki G-C’den zengin bölgelere bağlanması ile B’den Z’ye dönüşebileceği düşünülmektedir (Sekil 3.6).

3.3.C. Laboratuar Koşullarında DNA’nın Saklanması
DNA’nın +4°C’de saklanması önerilmektedir. Bunun nedeni, özellikle büyük DNA moleküllerinin parçalanmasının önlenmesidir.
Ancak, bu hallerde, eğer yeterli bir purifikasyon yapılamadıysa; nükleaz’lar tarafından oluşturulacak degradasyona engel olunamayabilir. Arka arkaya dondurma/çözündürme sikluslarının hem fiziksel; hem de biyolojik aktivitesi üzerine etkisi olabileceği ileri sürülmüşse de; 100 dondurma/çözündürme sikluslarinin art arda yapılmasında dahi bu özelliklerine etki görülmemiştir. Bu nedenle, uzun süreli saklanması gereken DNA örneklerinin -20°C’ de saklanması önerilmektedir.
Lineer DNA ve özellikle küçük miktarda DNA içinde, benzer şekilde -20°C’de saklanma gereklidir. Ancak düşük konsantrasyonda olan DNA örneklerinde; tüp çeperine yapışma olabileceğinden; çözünmeden sonra dikkatlice tüp dibine vurularak karıştırılır.

3.3.D. DNA Datası
a. DNA ile ilgili pratikte bilinmesi gereken bazı bilgiler şunlardır:
– Deoksinükleotid baz çiftinin ortalama ağırlığı 660 Daltondur.
– DNA’nin Spectrofotometrik Çevrim kat sayıları şöyledir:
1 A260 Unit of ds DNA = 50 mg/ml
1 A260 Unit of oligonükleotid = 33 mg/ml
1 A260 Unit of ss RNA/DNA = 40 mg/ml.
– DNA’nın Erime Isısı (TM Dublex DNA) su formülle hesaplanır.
TM = 81.5°C + 16.6 log (M of NaCl) +0.41 (%GC)-(500/ bp)-0.61
(Bu formül 50 bp üzerindekiler için geçerlidir.)
25 bp altında ise dizide ki her A veya T için 2°C; G veya C’ye ise 4°C eklenir.
(WALLACE TEMP = 2°C (A + T) + 4°C (G + C) )
Reaksiyonda annealing için 5°C altına düşmek uygundur.
– Bazı matematiksel çevrimler:
1 mikrog = 10-6 g
1 nanog = 10-9 g
1 picog = 10-12 g
1 fentog = 10-15 g
– Bir kb DNA yaklaşık 333 aminoasittir bu da yaklaşık 37000 dalton protein karşıtıdır. 10000 dalton protein yaklaşık 270 baz çiftidir. 50000 dalton protein ise 1.35 kb civarındadır.

3.3.E.DNA Kaynakları
DNA kaynaklarında çok çeşitlilik söz konusudur. Kurumuş kan, ağız çalkantı suyu, saç kökü, embriyo, arkeolojik kaynaklar, idrar, amniotik sıvı ve diğerlerinin elde edilmesi için gereken yaklaşık doku miktarları su şekildedir.
Tipik olarak kullanılan
DNA KAYNAKLARI Doku miktarı DNA miktarı

Saf genomik DNA 50-500 hg 50-500 hg
Korionik villus örneği 5 mg 1-3 mg
Guthrie kan damlası 5 mm’lik bir damlanın yarısı 0.5-1 mg
Semen 30 ml 5-10 mg
Tam kan 30 ml 0.5-1 mg
Yanak mukoza hücresi bir ağız çalkantı suyu 0.1-1 mg
Doku blokları 50 mg 0-10 mg
Hücre Süspansiyonları 5×105 hücre 2-5 mg

3.3.F. Genetik Kodlar (Şifreler)
Polinükleotid iplikçiklerinde bulunan 4 bazın (A,T,G,C) diziliş sırasında çok önemli bilgilerin şifreleri saklanır. Bu bazlardan yan yana bulunan 3 tanesi bir Amino asit’in kodunu (triplet veya kodon) oluşturur. Bu üçlü sistemde 64 kodon bulunur. Bu durumda 20 amino asit için 64 kodon vardır ve her bir aminoasit için de en az bir veya birden fazla kodon bulunacak demektir.
Genetik kodların özellikleri su şekilde özetlenebilir:
1. Kodlar tripletdirler.
2. Kodlar değişkendir.
3. Kodlar birbirleriyle çakışmazlar. Aynı harflerle oluşan kodon ancak bir amino asidin şifresidir.
4. Kodlar arasında boşluk yoktur.
5. Kodlar üniversaldir yani tüm canlılarda aynı kodlama vardır. Bu durum DNA yapısının canlılarda aynı karakterde olduğunu gösterir.

Denatürasyon: Çift iplikli DNA’larin bazları arası kurulmuş olan hidrojen bağlarının fiziksel veya kimyasal yollarla açılması halidir. Denatürasyon, ısı değişiklikleri ile (buna melting ya da erime); pH’si değiştirilerek ve bazı proteinler ile gerçekleştirilir. Gerek DNA; gerek RNA asit hidrolizine dayanıksızdır. Fosfo-diester bagı kırılmaktadır. RNA alkali ile de hidrolize edilir.
Denatürasyonda etkili faktörler şunlardır:
1. DNA’nin tipi; homojen DNA – Ör. viral DNA, çok kısa bir isi aralığında erir. Heterojen DNA ise daha geniş bir erime spektrumu verir.
2. DNA’nin G + C miktarı: her DNA’nin Tm derecesi GC miktarı ile direkt ilgilidir; zira G=C çifti; moleküle ekstra bir stabilite verir. Renatürasyon, Tm’in yaklaşık 10°C aşağısında yapılır.
Tablo 3.1. Amino asitler, üç harflik kısaltmaları, tek harf sembolleri ve moleküller ağırlıkları
Üç harfli Tek-harf Moleküler
Aminoasit kısaltması sembolü ağırlığı
Alanine Ala A 89
Arginine Arg R 174
Asparagine Asn N 132
Aspartic acid Asp D 133
Asparagine veya Aspartic acid Asx B –
Cysteine Cys C 121
Glutamine Gln Q 146
Glutamic acid Glu E 147
Glutamine veya Glutamic acid Glx Z –
Glycine Gly G 75
Histidine His H 155
Isoleucine Ile I 131
Leucine Leu L 131
Lysine Lys K 146
Methionine Met M 149
Phenylalanine Phe F 165
Proline Pro P 115
Serine Ser S 105
Threonine Thr T 119
Tryptophan Trp W 204
Tyrosine Tyr Y 181
Valine Val Z 117

Tablo 3.2. Genetik Kodlar (Kodonlar 5′ — 3′ yönünde okunurlar.)
2. nci Pozisyon
UUU Phe UCU Ser UAU Tyr UGU Cys U
U UUC Phe UCC Ser UAC Tyr UGC Cys C
UUA Leu UCA Ser UAA Son UGA Son A
UUG Leu UCG Ser UAG Son UGG Trp G
CUU Leu CUU Pro CAU His CGU Arg U
C CUC Leu CCC Pro CAC His CGC Arg C
CUA Leu CCA Pro CAA Gln CGA Arg A
CUG Leu CCG Pro CAG Gln CGG Arg G
1. pozisyon 3. pozisyon
AUU Ile ACU Thr AAU Asn AGU Ser U
A AUC Ile ACC Thr AAC Asn AGC Ser C
AUA Ile ACA Thr AAA Lys AGA Arg A
AUG Met ACG Thr AAG Lys AGG Arg G
GUU Val GCU Ala GAU Asp GGU Gly U
G GUC Val GCC Ala GAC Asp GGC Gly C
GUA Val GCA Ala GAA Glu GGA Gly A
GUG Val GCG Ala GAG Glu GGG Gly G

DNA’nın insan genomundaki organizasyonu çok komplekstir. Genomdaki DNA’nın %10’dan az bir parçası genleri kodlamaktadır. Toplam lineer genom uzunluğunun yaklaşık dörtte üçlük bir bölümü tek kopya ya da Özgün (Unique) olup genomda bir kez temsil edilmektedirler. Geri kalan genomun hemen tamamı tekrarlayan (Repetitive) DNA’dan oluşmaktadır.Genomda 50-100000 genin tek kopya DNA olarak bulunduğu düşünülmektedir. Tekrarlayan DNA kısmının ise kromozom yapısının korunmasında rolü olduğuna inanılmaktadır (Tablo 3.3).

Tablo 3.3. İnsan genomundaki DNA sınıfları
Genomdaki
DNA Tipi Oranı Özellikleri
Özgün DNA veya a. Bir çok geni kapsamaktadır.
Tek kopya DNA % 75 b. Tüm genoma dağılmıştır.

Tekrarlayan DNA a. Genler ve diğer tek kopya DNA

I. Dağınık arasına dağılmıstır.
% 15 b. İki ana aileden oluşur. (Alu ve LI)
c. Tüm genoma dağılmıştır.

II. Satellite a. Yüksek tekrarlı diziler.
b. Bir çok aileden oluşurlar.
% 10 c. Lokalizasyonlari sentromer ve
telomer gibi özel yerlerde

Hücre çekirdeği içindeki kromozomlardaki DNA genetik bilgiyi taşırken; protein sentezi sitoplazmada oluşur. DNA ile protein arasındaki ilişkiyi kuran RNA (Ribonükleik asittir). RNA’nın kimyasal yapısı DNA’ya benzerdir. Aralarındaki fark RNA’nın şekerinin Riboz olması ile pirimidine bazlarından Timin yerine Urasil (U) gelmesidir (Sekil 3.7). Aradaki farklardan biriside DNA çift sarmal iken; RNA tek iplikçikli bir molekül seklindedir.
DNA, RNA ve PROTEIN arasındaki bilgisel ilişki dairesel niteliktedir. DNA, RNA sentezi ve dizisini idare ederken; RNA polipeptidlerin sentezini ve dizisini idare eder. Spesifik proteinlerde DNA ve RNA’nin sentezi ve metabolizmasi içinde rol alır.
Genetik bilgi DNA’da “kodlanarak” saklanır. Bu ise sonunda polipeptidi oluşturacak aminoasitlerin dizisini belirler. Önce, TRANCRIPTION olarak bilinen bir oluşum sürecinde DNA parçasından RNA sentezlenir. Kodlanmış bilgiyi taşıyan RNA (Messenger RNA-Haberci RNA-mRNA) ile çekirdekten, sitoplazmaya taşınır. RNA dizisinin deşifre edilmesi ribozomlarda gerçeklesir. TRANSLATION. Ribozomlar, sitoplazmik organeller olup; bir çok molekül için, bu arada mRNA içinde bağlanma noktaları taşımaktadır. Ribozomlar, bir çok yapısal protein kapsadıkları gibi; özel bir tip RNA olan ribozomal RNA (rRNA)’da vardır. Translation, üçüncü tip RNA’ya transfer RNA (tasiyici RNA- tRNA)’ya ihtiyaç gösterir. tRNA, mRNA’nin şifreli baz dizisi ile proteinin amino asit dizisi arasında moleküler bir bağ oluşturur.

3.6.A. Mutasyonlar: Mutasyon; DNA’da kalıcı değişiklik olarak tanımlanmaktadır.Mutasyonlar genel olarak 3 kategoride toplanırlar.
1. Genom mutasyonları. (Sıklığı her hücre bölünmesinde 10-2’dir.)
2. Kromozom mutasyonları. (Sıklığı her hücre bölünmesinde 6×10-4 ‘dir.)
3. Gen mutasyonları. (Sıklığı her hücre bölünmesinde 10-10 baz çiftidir.)
Mutasyonlar, hem somatik hem de germline hücrelerde ortaya çıkar. Germline mutasyonlar bir kuşaktan diğerine devam ederek geçer ve bunlar kalıtsal hastalıklardan sorumludur. Gen mutasyonları, baz çifti yer değiştirmesi, kaybı, eklenmesi gibi durumlar içerir (Sekil 3.8) İki tip mekanizma ile oluşurlar.
DNA replikasyonu, normal koşullarda kesin bir işlemdir. Mutasyonlar, her milyon baz çiftinde oluşsa bile; DNA polimeraz aracılığı ile bu degişimler tamir edilerek; her 10 milyon baz çiftinde bir mutasyon olması sağlanır. Bu degisimler, DNA tamir enzimleri ile gerçeklestirilir. İnsan genomunda her hücre bölünmesinde bir’den daha az yeni bir mutasyon oluşur.
DNA hasari spontan kimyasal işlemlerle de oluşabilir. Çevresel kimyasallarla; ultraviole ışığı; ionizan radrasyon bunlara birer örnektir. Bunlarin sonucu ortaya çikan mutasyon kalicidir. DNA tamirinde veya replikasyonunda defektler sonucu olusan hastaliklar xeroderma pigmentosum, ataksi telenjiektazi, Fanconi anemisi ve Bloom Sendromudur.
Mutasyon oranları bazı hastalıklarda yaklaşık olarak hesaplanmıştır. Örneğin F8 eksikliği için bu oran 3-6×10-5;Faktör 9 eksikliği için 2-3×10-6; Retinoblastoma için 5-12×10-6 şeklindedir.

3.6.B. Mutasyonlarin Moleküler İncelenmesi
Insan Kalitsal Hastaliklarinda Mutasyon Tipleri su sekildedir:

1. Nükleotid Yer Değişimleri (Nokta Mutasyonları)
DNA dizisindeki tek nükleotid değişimi, üçlü bazdaki kodları değiştirerek, gen ürünündeki aminoasidi değiştirir. Bu değişimlere “missense mutasyon” da denir (Sekil 3.9). Nonsense mutasyonlarda ise translation olayının stop kodonla durmasıyla sonuçlanır (Sekil 3.10). Nükleotid değişikleri sonucunda bir pürin bazından, diğer bir pürin bazına veya pirimidin bazına (T Æ C) olursa

TRANSITION: Bir pürin bazı pirimidin bazına veya tersi olursa TRANSVERSION ismi verilir.

RNA KAYMA (SPLICING) MUTASYONLARI (intron/ekson splice noktalarinda). RNA’dan intronlar kırpılarak; olgun mRNA oluşturulur. Bu işlem intron/ekson (acceptor site) ve ekson/intron (donor site) sınırlarındaki özel nükleotid dizilerine bağlıdır. Ya ekson/intron sınırlarındaki gerekli bazlardaki değişiklikler oluşması şeklinde ortaya çıkar; ya da ekson/intron sınırlarındaki baz değişiklikleri oluşmadan, intron içindeki herhangi bir bölgede alternatif bir donor veya akseptör nokta oluşması ile ortaya çıkar. Bu da olgun mRNA’da uygun olmayan intron dizilerinin de yer almasına neden olur (Sekil 3.11, 3.12, 3.13).

Nonsense Mutasyon Örnegi (Neurofibromatosis Tip I özelinde)
Ile Ile Phe Gly Val
NORMAL ALLEL … T ATC ATC TTT GGT GTT …

Normal HEXA alleli. normal splice site
ekson Ø intron
CCAGGCTCTG g taagggt
=
Tay-Sacs. CCAGGCTCTG c taagggt
=
splicing olmuyor

2. Delesyonlar ve insertionlar
Bir veya birden fazla nükleotid sayısı üçün katları şeklinde değilse; amino asit dizisinde okumada kayma olur ki ortaya çıkan protein farklı yapıda oluşur. Bu mutasyonlara FRAMESHIFT MUTASYONLAR (ÇERÇEVE KAYMASI MUTASYONLAR) denir.
– Frameshift mutasyonlar: olaya katılan baz sayısı 3’ün katları şeklinde değildir. Örneğin beta thalassemiada CD 5 -CT bir çerçeve kayması (çerçeve kayması) mutasyondur.
– Kodon delesyonları ve insersiyonlarında olaya katılan baz sayısı 3’ün katları şeklinde olabilir.
– Gen delesyonları ve duplikasyonları: Birbirine çok benzeyen ya da idantik DNA dizileri arasında rekombinasyon sonucu delesyon veya duplikasyonlar sık ortaya çıkan mutasyon tipleridir. Bir çok gen, bir gen ailesinin bireyi olarak vardir. Bu genler arasinda esit olmayan çaprazlama sonucu değişimler ortaya çıkmaktadır. Bunun en güzel örneği Hb Lepore’dur.
– Tekrarlayan elemanlarin araya girmesi.(BK. Frajil X).

Insan gen mutasyonlarının isimlendirilmesi için standardizasyon çalışmaları bulunmaktadır.

Gen, bir fonksiyonel ürünün üretimi için gerekli olan kromozomal DNA dizisi olarak tanımlanabilir. Genlerin büyük bir bölümü, bir ya da bir kaç kodlamayan bölgelerle bölünürler. Bu aradaki, genleri bölen dizilere intron adi verilir. Intronlar baslangıçta çekirdekte RNA’ya transcribe olurken, sitoplazmada olgun mRNA’da ve sonuçta oluşan proteinde yer almazlar. Kodlayan diziler ve eksonlar, proteinin amino asit dizisini oluştururlar. Genomda, çok az gende intron bulunmamaktadır. Genlerin uzunlukları da çok değişkendir.
3.8. İNSAN GENİNİN YAPISAL ÖZELLİKLERİ

Sadece kodlayan diziler değil ama genin uygun ekspresyonunu düzenleyen nükleotid dizilerini taşomaktadır. Bu diziler, mRNA sentezi için gerekli olan “başlama” ve “durdurma” komutlarını taşımaktadır. Genin 5’ucunda (bazan “upstream flanking region” olarak da tanimlanabilir.) “PROMOTER” bölgesi yer alır. 3’ucu (downstream flanking region) olarak da tanımlanabilir) bölgesinde polyadenosine dizisi (Poly A kuyrugu) yer alır ki, bu da olgun mRNA’nin sonuna işaret eder.

Aktif genlerin replike olmus halleridir, fakat bunlar saptanabilir bir protein ürünü yapmazlar. Bunlar muhtemelen aktif genlerin duplikasyonu ile olusmuslar ve evrim sirasinda ard arda olusan mutasyonlar bunlari inaktif hale getirmistir. Bunlar DNA dizi datasi ile taninabilirler. Farkli kromozomda olsalar dahi; aktif genle dizi benzerligi saptanabilir
3.10. MITOKONDRIAL DNA

Genlerin küçük ama önemli bir bölümü mitokondri sitoplazmasinda yer almaktadir.Tüm insan hücreleri, yüzlerce mitokondriden olusmaktadir. Mitokondrial DNA molekülü, kapali-sirküler, çift sarmalli olup, 16569 baz uzunluktadir. Bitkilerde daha uzundur. 13 yapisal gen ile bazi yapisal RNA genleri kodlamaktadir. Sirküler sekli ile bu yapinin açik düzlem sekli Sekil 3.17. ve Sekil 3.18.’de gösterilmektedir.
Kodlama yapan tüm genler ve son ürün olan peptidler solunum zincirine katkida bulunurlar. Mt DNA’da ki mutasyonlar veya degisimler oksidatif fosforilasyonda biokimyasal bozukluklara yol açarlar. Bunun sonucu mtDNA’ya bagli olarak gelisen hastaliklar bir çok sistemi tutarlar. Bir çok hastalikta mtDNA degisimleri tanimlanmistir. Bu hastaliklari Mitokondrial DNA hastaliklari ve non-mitokondrial DNA hastaliklari olarak iki ana grupta toplamak mümkündür.

Nükleik Asitler Hakkında Ayrıntılı Bilgi