Nükleik asitlerin keşif süreci (Miescher, Griffith’in transformasyon deneyi, Avery ve arkadaşları, Hershey-Chase deneyi, Chargaff kuralı, Rosalind Franklin’in X ışını kırınım çalışmaları, Watson ve Crick’in çift sarmal modeli); nükleotitlerin yapısı, pürin ve pirimidin bazları; DNA ve RNA’nın yapısı, çeşitleri (mRNA, tRNA, rRNA) ve görevleri; hücredeki genetik materyalin organizasyonu (gen, nükleozom, kromatin, kromozom, genom; prokaryotlarda halkasal DNA ve plazmit); DNA replikasyonu: yarı korunumlu eşlenme (Meselson-Stahl), helikaz, DNA polimeraz, primer, ligaz, Okazaki parçaları.
Nükleik asitlerin keşif süreci
- Friedrich Miescher (1869): Akyuvar çekirdeklerinden fosfor içeren asidik bir madde (nüklein) elde etti.
- Frederick Griffith (1928): Ölü S (kapsüllü, öldürücü) bakterilerle canlı R (kapsülsüz, zararsız) bakterileri farelere enjekte etti; fareler öldü → R bakterileri bir “dönüştürücü madde” alarak S’ye dönüşmüştü (transformasyon).
- Avery, MacLeod ve McCarty (1944): Dönüştürücü maddenin DNA olduğunu gösterdiler (DNA’yı parçalayan enzim dönüşümü engelledi).
- Hershey ve Chase (1952): Virüslerin DNA’sını ³²P, proteinini ³⁵S ile işaretlediler; bakteriye yalnızca DNA girdi → kalıtım maddesi DNA’dır.
- Erwin Chargaff: DNA’da A = T ve G = C (Chargaff kuralı)
- Rosalind Franklin ve Maurice Wilkins: X ışını kırınım fotoğrafları (Fotoğraf 51) → sarmal yapı ipuçları
- James Watson ve Francis Crick (1953): Çift sarmal DNA modelini önerdiler.
Nükleik asitlerin yapısı ve genetik materyalin organizasyonu
Nükleotit = fosfat + beş karbonlu şeker + organik baz
- Pürinler (çift halkalı): Adenin (A), Guanin (G) · Pirimidinler (tek halkalı): Sitozin (C), Timin (T – yalnızca DNA’da), Urasil (U – yalnızca RNA’da)
- DNA’da zincirler zıt yönlü (antiparalel); A=T arasında 2, G≡C arasında 3 hidrojen bağı
- RNA çeşitleri: mRNA (bilgiyi ribozoma taşır), tRNA (amino asit taşır, antikodon içerir), rRNA (ribozomun yapısına katılır)
Genetik materyalin organizasyonu (ökaryot): DNA histon proteinlerinin etrafına sarılır → nükleozom → kromatin → bölünme sırasında kısalıp kalınlaşarak kromozom
- Gen: Bir proteinin ya da RNA’nın şifresini taşıyan DNA bölümü · Genom: Bir canlının bütün genetik bilgisi
- Prokaryotlarda: Sitoplazmada halkasal DNA ve küçük halkasal plazmitler (antibiyotik direnci genleri taşıyabilir)
| DNA | RNA | |
|---|---|---|
| Şeker | Deoksiriboz | Riboz |
| Bazlar | A, G, C, T | A, G, C, U |
| Zincir | Çift zincir, sarmal | Genellikle tek zincir |
| Bulunduğu yer | Çekirdek, mitokondri, kloroplast | Çekirdek, sitoplazma, ribozom |
| Görev | Kalıtsal bilgiyi saklar ve aktarır | Protein sentezine katılır (mRNA, tRNA, rRNA) |
DNA replikasyonu
Replikasyon (eşlenme): Hücre bölünmesinden önce (interfazın S evresinde) DNA’nın kendini kopyalaması
Yarı korunumlu eşlenme: Her yeni DNA molekülü bir eski, bir yeni zincirden oluşur → Meselson ve Stahl (1958) ağır azot (¹⁵N) ve hafif azot (¹⁴N) kullanarak kanıtladı.
Aşamalar ve enzimler:
- Helikaz enzimi hidrojen bağlarını kırarak çift zinciri fermuar gibi açar.
- Primer (kısa RNA parçası) başlangıç noktası oluşturur.
- DNA polimeraz, kalıp zincire tamamlayıcı nükleotitleri ekler (yalnızca 5′ → 3′ yönünde).
- Bir zincir sürekli, diğeri parça parça (Okazaki parçaları) sentezlenir.
- DNA ligaz parçaları birleştirir.
- Enerji ve serbest nükleotitler gerekir; DNA polimeraz hataları düzeltir (yanılma çok azdır).
Chargaff hesabı: DNA’daki bazların %30’u A ise T de %30’dur; kalan %40’ın yarısı G (%20), yarısı C (%20) olur.
Kavramlar
- nükleotit
- nükleik asitlerin yapı birimi
- transformasyon
- bakterinin dışarıdan DNA alarak özellik kazanması
- replikasyon
- DNA’nın kendini eşlemesi
- nükleozom
- histon etrafına sarılmış DNA birimi
- yarı korunumlu
- her yeni DNA’da bir eski zincir bulunması
- Griffith transformasyon; Avery DNA; Hershey-Chase kalıtım maddesi DNA
- Chargaff: A = T, G = C; Watson-Crick 1953 çift sarmal
- Nükleotit: fosfat + şeker + baz; pürin A, G; pirimidin C, T, U
- DNA çift zincir deoksiriboz T; RNA tek zincir riboz U
- DNA → nükleozom → kromatin → kromozom; gen ve genom
- Replikasyon yarı korunumlu: helikaz, DNA polimeraz, ligaz
Örnek soru ve çözümü
Zaman şeridindeki Hershey-Chase deneyinde radyoaktif fosfor (³²P) neden bakterinin içinde, radyoaktif kükürt (³⁵S) neden dışarıda kaldı? Bu sonuç neyi kanıtlar?
Fosfor DNA’da bulunur, proteinde bulunmaz; kükürt ise proteinde bulunur, DNA’da bulunmaz. Virüs bakteriye yalnızca DNA’sını enjekte ettiği için ³²P içeride, protein kılıfla birlikte ³⁵S dışarıda kaldı. Yeni virüslerin oluşmasını DNA yönettiğine göre kalıtım maddesi DNA’dır.
Çözümlü örnekler
1. DNA’da bulunup RNA’da bulunmayan baz hangisidir? Kolay
ÇözümTimin (T).
2. Bir DNA molekülünde 400 guanin ve toplam 2000 nükleotit varsa kaç adenin bulunur? Orta
ÇözümG = C = 400 → 800; kalan 1200 nükleotidin yarısı A: 600.
3. ¹⁵N içeren DNA’ya sahip bakteriler ¹⁴N ortamında iki kez bölünürse oluşan DNA’ların türleri ve oranı ne olur? Zor
ÇözümYarı korunumlu eşlenmeye göre 1. bölünmede hepsi melez (¹⁵N-¹⁴N); 2. bölünmede DNA’ların yarısı melez, yarısı hafif (¹⁴N-¹⁴N) olur.
Sık yapılan hatalar
- Watson ve Crick’in DNA’yı ilk bulan kişiler olduğunu sanmak (yapısını modellediler).
- Replikasyonda iki yeni zincirin bir araya geldiğini düşünmek (yarı korunumlu).
- RNA’da timin bulunduğunu sanmak.
Biliyor muydun?
Bir insan hücresindeki DNA’nın uçları birleştirilse yaklaşık 2 metre uzunluğa ulaşır; vücuttaki bütün DNA ise Güneş’e gidip gelecek kadar uzundur!