Nükleik Asitler ve Temel Yapıları

Nükleik asitler ilk kez 1869'da T. Friedrick Miescher tarafından keşfedilmiş ve hücre çekirdeğinde bulundukları için bu ismi almışlardır. Bu moleküller, hücrenin "yönetici molekülleri" olarak enerji üretimi, protein sentezi ve hücre bölünmesi gibi hayati olayları kontrol ederler.

Nükleik asitler nükleotid adı verilen yapı birimlerinden oluşur. Bir nükleotid üç temel bileşenden meydana gelir: Azotlu organik baz, beş karbonlu şeker ve fosfat grubu. Baz ve şeker glikozit bağıyla birleşerek nükleozit oluşturur. Nükleozitin fosfat grubuyla ester bağı yapmasıyla da nükleotid meydana gelir.

Nükleik asitlerin yapısındaki beş karbonlu şekerler riboz ve deoksiriboz olmak üzere ikiye ayrılır. Nükleik asitler bu şeker türlerine göre isimlendirilirler: DNA'da deoksiriboz, RNA'da riboz bulunur. Deoksiribozda, riboza göre bir oksijen atomu eksiktir.

İpucu: DNA ve RNA arasındaki en temel farklardan biri içerdikleri şeker molekülüdür. Şeker türü hem molekülün adını belirler hem de yapısal özelliklerini etkiler.

Azotlu organik bazlar ise pürinler ve pirimidinler olmak üzere ikiye ayrılır. Pürinler çift halkalı olup Adenin (A) ve Guanin (G) olmak üzere iki çeşittir. Pirimidinler ise tek halkalı olup Timin (T), Sitozin (C) ve Urasil (U) olmak üzere üç çeşittir. DNA'da A, T, G, C bazları; RNA'da ise A, U, G, C bazları bulunur. DNA'ya özgü baz Timin, RNA'ya özgü baz ise Urasildir.

DNA'nın Yapısı ve Özellikleri

DNA, prokaryot hücrelerin sitoplazmasında, ökaryot hücrelerin ise çekirdek, mitokondri ve kloroplastlarında bulunur. Bugün kabul gören DNA modeli, 1953'te James Watson ve Francis Crick tarafından ortaya konulmuş olan çift sarmal modelidir.

DNA molekülü, yangın merdivenine benzeyen çift sarmal bir yapıya sahiptir. Bu yapıda merdivenin kenarlarını şeker ve fosfat molekülleri, basamaklarını ise pürin ve pirimidin bazları oluşturur. Sarmal yapıda adenin ile timin arasında ikili, guanin ile sitozin arasında üçlü zayıf hidrojen bağları bulunur. Bu hidrojen bağları, DNA'nın çift sarmal yapısını bir arada tutar.

DNA'da bir zincirdeki nükleotidler fosfodiester bağları ile birbirine bağlanır. Çift sarmalda bir iplikteki nükleotitlerin birbirine bağlanma yönü, diğer ipliktekinin tersidir - buna antiparalel düzen denir. İpliklerin uçları 5' (beş üssü) ve 3' (üç üssü) olarak adlandırılır.

Dikkat: DNA'daki hidrojen bağlarının sayısı ve türü önemlidir. G-C arasında üç hidrojen bağı olduğu için A-T bağlarından daha güçlüdür, bu nedenle G-C oranı yüksek olan DNA'lar daha yüksek sıcaklıkta denatüre olur.

DNA, tüm canlılık için gerekli olan genetik bilgiyi taşır ve hücre bölünmesinden önce kendini eşleyebilir. Eşlenmesinde DNA polimeraz enzimi, yıkımında ise DNAaz enzimi görev yapar. DNA'daki nükleotid dizilimi, türlere hatta bireylere özgüdür - bu özellik DNA parmak izi yönteminin temelini oluşturur.

DNA için bazı önemli eşitlikler vardır:

• A = T ve G = C olduğundan A/T = G/C = 1
• A+G = T+C $pürin bazları = pirimidin bazları$
• A+G/T+C = A+C/G+T = 1

RNA ve Çeşitleri

RNA (Ribonükleik Asit) prokaryotlarda sitoplazma ve ribozomlarda, ökaryotlarda ise çekirdek, sitoplazma, ribozom, kloroplast ve mitokondri gibi yapılarda bulunur. DNA'dan farklı olarak tek zincirli bir yapıya sahiptir ve yapısında riboz şekeri ile urasil bazı bulunur.

RNA molekülleri DNA tarafından sentezlenir ve protein sentezinde görev alırlar. Tek zincirli olduklarından kendilerini eşleyemezler. Sentezlenmesini RNA polimeraz enzimi, parçalanmasını ise ribonükleaz (RNAaz) enzimi sağlar.

Üç temel RNA çeşidi vardır:

1. Mesajcı RNA (mRNA): Sentezlenecek proteinin amino asit dizilimini belirleyen bilgiyi DNA'dan alarak ribozomlara taşır. Hücredeki toplam RNA'nın yaklaşık %5'ini oluşturur.

2. Ribozomal RNA (rRNA): Proteinlerle birleşerek ribozom organelinin yapısını oluşturur ve protein sentezi sırasında peptid bağlarının kurulmasında görev alır. En fazla bulunan RNA türüdür ve hücredeki toplam RNA'nın yaklaşık %80'ini oluşturur.

3. Taşıyıcı RNA (tRNA): Protein sentezi sırasında amino asitleri ribozomlara taşır. Yonca yaprağı şeklinde katlanmış bir yapıya sahiptir ve antikodon adı verilen üçlü nükleotit dizileri içerir. Toplam RNA'nın yaklaşık %15'ini oluşturur.

Bilgi: tRNA ve rRNA kendi üzerinde katlanabildiği için hidrojen bağları içerir, ancak mRNA düz bir zincir olduğundan hidrojen bağı içermez. Bu yapısal farklılık, farklı RNA türlerinin işlevleriyle doğrudan ilişkilidir.

RNA miktarı, hücrelerin protein sentezi aktivitesine göre değişiklik gösterir. Örneğin kas hücreleri gibi protein sentezinin yoğun olduğu hücrelerde RNA miktarı daha fazladır.

DNA ve RNA Karşılaştırması

DNA ve RNA molekülleri arasında hem benzerlikler hem de önemli farklılıklar bulunur. Her iki molekül de polinükleotit yapıdadır ve C, H, O, N, P elementlerini içerir. İkisi de genetik bilginin ifade edilmesinde rol oynar ve canlılığın devamı için hayati önem taşır.

DNA ve RNA arasındaki temel farklılıklar:

• DNA çift zincirli iken, RNA tek zincirlidir
• DNA'da deoksiriboz şekeri, RNA'da riboz şekeri bulunur
• DNA'da timin bazı bulunurken, RNA'da urasil bazı bulunur
• DNA molekülü kendini eşleyebilir ve onarabilir, RNA ise eşlenemez
• DNA daha kararlı bir molekül iken, RNA daha kolay parçalanabilir
• DNA'da bazlar arasında A=T ve G=C eşitliği varken, RNA'da böyle bir eşitlik yoktur

Önemli: Bir hücrede DNA miktarı sabittir ve türe özgüdür, ancak RNA miktarı hücrenin tipine ve metabolik aktivitesine göre değişkenlik gösterir. Protein sentezinin yoğun olduğu hücrelerde RNA miktarı da fazladır.

Nükleik asitlerin hücre içindeki dağılımı da farklıdır. Ökaryot hücrelerde DNA çekirdek, mitokondri ve kloroplastlarda bulunurken; RNA çekirdek, sitoplazma, ribozom, mitokondri ve kloroplastlarda bulunur. DNA yönetici molekül olarak görev yaparken, RNA türleri DNA'daki bilgilerin uygulanmasında rol alır.

Nükleik asitlerin yapı ve işlevlerini anlamak, moleküler biyoloji ve genetik alanındaki çalışmaların temelini oluşturur. DNA parmak izi analizi, adli tıpta suçluların belirlenmesinde ve babalık testlerinde; genetik hastalıkların teşhisinde ve tedavi yöntemlerinin geliştirilmesinde bu bilgilerden yararlanılır.