Nükleik asitler, ilk defa 1869 yılında Friedrich Miescher (Firidrik Mişer) tarafından irinde ve somon balığı hücrelerinin çekirdeğinde görülmüştür.
Nükleik asitler tüm canlı organizmaların hücreleri içinde bulunan bütün genetik bilgiyi depolayarak bu bilgiyi nesilden nesile taşıyan önemli en büyük organik moleküllerdir. Hücrenin çekirdeğinde bulunduğu için çekirdek asiti anlamına gelen nükleik asit ismi verilmiştir. Daha sonra yapılan araştırmalarda nükleik asitlerin, sadece çekirdekte değil hücrenin diğer bölümlerinde de varlığı tespit edilmiştir. Bu nedenle nükleik asitlere yönetici moleküller de denmektedir.
Nükleik asitler, yapısal ve işlevsel özelliklerine göre DNA (Deoksiribonükleik Asit) ve RNA (Ribonükleik Asit) olmak üzere iki çeşittir.
Nükleik asitlerin yapı birimine nükleotit denir. Nükleotit ise azotlu organik baz, pentoz (5 karbonlu şeker) ve fosfat grubundan (PO4 ) oluşur.
Azotlu organik bazlar, kimyasal yapılarına göre çift halkalılar (pürin) ve tek halkalılar (pirimidin) olmak üzere ikiye ayrılır. Adenin (A) ve guanin (G) çift halkalıdır. Timin (T), urasil (U) ve sitozin (C) tek halkalıdır. Adenin, guanin, sitozin hem DNA hem de RNA’nın yapısına katılırken timin sadece DNA, urasil ise sadece RNA’nın yapısına katılan azotlu organik bazlardır.
Nükleik asitlerin yapısına katılan beş karbonlu şekerler (pentozlar) iki çeşittir. Bunlardan riboz şekeri RNA’nın, deoksiriboz şekeri ise DNA’nın yapısına katılır. DNA ve RNA’ya ait nükleotitler pentozlarına bakılarak ayırt edilir. Fosfat grubu ise tüm nükleotitlerin yapısında vardır. İki komşu nükleotit birbirlerine fosfodiester bağıyla bağlanır. Fosfodiester bağı iki nükleotidin şekerini fosfat grubu ile birbirine bağlar. Bu şekilde oluşan nükleotit zinciri (polinükleotit), nükleik asitleri meydana getirir.
Nükleotitler taşıdıkları azotlu organik baz ve şekere göre isimlendirilir:
DNA prokaryot hücrelerin sitoplazmasında, ökaryot hücrelerin çekirdeğinde yer alır. Ayrıca ökaryot hücrelerinin mitokondri ve plastitlerinin kendilerine özgü DNA’ları vardır. James Watson ve Francis Crick adlı bilim insanları, 1953-1962 yıllarında yaptıkları araştırmalarla DNA’nın günümüzde kabul gören yapısını bulmuşlardır. Buna göre DNA’nın yapısı; karşılıklı iki nükleotit zincirinin yan yana, tıpkı iki örgü ipliğinde olduğu gibi birbirinin üzerine bükülmüş bir sarmal şeklindedir. DNA bu yapısıyla bir yangın veya minare merdivenine benzetilebilir. Bu benzetmede bazlar merdiven basamaklarını, şeker ve fosfatlar da duvarları oluşturmaktadır.
DNA’nın karşılıklı sarmal yapan nükleotit zincirinden birincisi, diğerinin tamamlayıcısı durumundadır. Birinci nükleotidin baz dizilişi biliniyorsa ikincisi yazılabilir.
DNA’yı oluşturan nükleotit zincirinin karşılıklı bölgelerinde pürin ve pirimidin bazları bulunur. Karşı karşıya gelen bu bazlardan adenin ile timin arasında ikili, guanin ile sitozin arasında üçlü hidrojen bağı kurulur. Bu durumda DNA’daki adenin sayısı timin sayısına, guanin sayısı da sitozin sayısına eşittir. Bütün canlılarda DNA molekülü bu dört çeşit nükleotitten oluşur.
DNA molekülünde yapıyı oluşturan nükleotit sayıları ve diziliş sıraları farklıdır. Bu farklılık canlılarda çeşitliliğe sebep olur. Alfabemizdeki 29 harf nasıl farklı kelimeleri oluşturuyorsa bu dört nükleotit de canlı çeşidine göre özgün bir dizilimle düzenlenir. Yani nükleotitler kalıtımın alfabesi olarak düşünülebilir. Bu durumda canlıların DNA’ları belli oranda birbirinden farklılık gösterir.
DNA, hücrenin tüm yaşamsal olaylarını yöneten moleküldür. Bilgiler genler hâlinde DNA’da bulunur. Genler göz rengi, kan grubu, saç rengi ve parmak izi gibi genetik özellikleri belirler. Hücre bölüneceği zaman DNA kendini kopyalar. DNA’nın kopyalanmasına replikasyon denir.
Replikasyon sonunda birbirinin aynısı olan iki DNA molekülü oluşur. Canlılar replikasyon sayesinde kalıtsal bilgileri yeni hücrelere ve nesillere aktarır.
RNA molekülü; prokaryot hücrelerin sitoplazmasında ve ribozomun yapısında, ökaryot hücrelerin çekirdeğinde, sitoplazmasında, ribozomun yapısında, mitokondri ve kloroplastta bulunur. RNA tek zincirlidir, sarmal yapı göstermez ve kendini kopyalayamaz. Tüm RNA çeşitleri DNA üzerinden üretilir ve protein sentezinde görev alır. Mesajcı RNA (mRNA), taşıyıcı RNA (tRNA) ve ribozomal RNA (rRNA) olmak üzere üç çeşit RNA vardır.
Mesajcı RNA (mRNA): Protein sentezi için DNA’dan aldığı şifreyi ya da mesajı ribozom organeline taşır. Bu mesaj sentezlenecek proteindeki amino asitlerin çeşitlerini, dizilişlerini ve miktarlarını belirler. Canlıların DNA’larındaki farklılık, üretilen mRNA’ların da farklı olmasını sağlar. Bunun sonucunda üretilen proteinler canlılar arasında da farklılık gösterir. Canlılar arasındaki protein farklılığı, organ nakillerinde doku uyuşmazlığına neden olur. Yakın akrabaların DNA’ları daha benzer olduğu için doku ve organ nakillerinin başarılı olma olasılığı daha yüksektir. Hücrede bulunan toplam RNA’ nın %5’ini oluşturur.
Taşıyıcı RNA (tRNA): Protein sentezi sırasında serbest amino asitlere bağlanıp bu amino asitleri uygun sırayla ribozom organeline taşır.
RNA tek zincirli bir yapı gösterdiği için hidrojen bağı içermez. Fakat tRNA bir nükleotit zincirinin kıvrımlar yapmasıyla oluştuğu için kıvrımlar, hidrojen bağlarıyla bir arada tutulur. Bu durumda da tRNA diğer RNA çeşitlerinden farklı olarak hidrojen bağı içerir.
mRNA hücrede bulunan toplam RNA’nın %15’ini oluşturur.
Ribozomal RNA (rRNA): Proteinlerle birlikte ribozom organelinin yapısını oluşturur. rRNA hücrede çekirdekçikte üretilir. Hücrede bulunan toplam RNA’nın %80’ini oluşturur.
ATP (Adenozin trifosfat)
Canlıların en önemli enerji kaynağı güneştir. Tüm canlılar doğrudan veya dolaylı yoldan güneş enerjisini kullanır. Güneş enerjisi, fotosentez yapan canlılar tarafından organik besinlerin yapısındaki kimyasal bağ enerjisine dönüştürülür. Canlılar kendi yapısına ve ihtiyacına göre organik moleküllerden hücre içinde enerji üretir. Açığa çıkan serbest enerjiyi depolayan molekül ATP (Adenozin trifosfat) olarak adlandırılır.
Hücrede enerji veren ve enerji gerektiren neredeyse bütün olaylar ATP sayesinde gerçekleştirilir. ATP nükleotit yapıda bir organik moleküldür. Yapısı adenin azotlu organik bazı, riboz şekeri ve üç fosfat grubundan oluşur. Adenin azotlu organik bazı ile riboz şekeri arasında glikozit bağı, riboz şekeri ile fosfat grubu arasında ester bağı, fosfatlar arasında ise yüksek enerjili fosfat bağları bulunur. Aşağıda ATP molekülünün yapısı gösterilmiştir.
ATP molekülünün üretimi ve tüketimi hücre içinde gerçekleşir. ATP hücre dışına çıkamadığı için ATP enerjisi gerektiren reaksiyonlar hücre içinde gerçekleşir. ATP depolanamayan bir moleküldür. Bu nedenle üretimi ve tüketimi birbirini takip eden döngü şeklinde süreklilik gösterir. Yukarıdaki şekilde görüldüğü gibi ADP’nin yapısına fosfat molekülünün katılmasıyla ATP molekülünün üretilmesine fosforilasyon, ATP’nin yapısından bir fosfat molekülünün ayrılmasına yani tüketilmesine ise defosforilasyon denir.
Hücrede ATP’nin üretimi ve tüketimi ile gerçekleşen enerji dönüşümü ve ATP’nin kullanıldığı bazı olaylar aşağıdaki şekilde gösterilmiştir.
Hormonlar
Hormonlar, çok hücreli organizmalarda vücudun belirli bir bölgesinden salgılanıp ilgili doku ve organları uyararak büyüme, farklılaşma, metabolizma gibi fizyolojik olayların düzenlenmesinde görev alan organik moleküllerdir.
Hayvansal organizmalar, metabolik işlevlerini düzenlemek amacıyla hem hormonal sistemlerini hem de sinir sistemlerini kullanır. Bitki doku ve organlarında da tohumun çimlenmesi, kök ve gövdenin büyümesi, yaprağın oluşumu, çiçeklenme, meyvenin oluşumu ve olgunlaşması gibi olayları düzenleyen hormonlar vardır. Bitkiler metabolik işlevlerini düzenlerken hormonlar görev alır. Bazı hormonlar üretildikleri doku ya da organlarda etki gösterirken bazıları da farklı doku ve organlarda etki gösterir.
Hormonların bir diğer önemli özelliği de canlı dokularında çok az miktarda bulunmasına rağmen kendilerine özgü etkilerini gösterebilmesidir. Ayrıca dokulardaki hormon miktarında meydana gelen çok küçük bir değişim bile metabolizmayı olumsuz yönde etkiler. Hormonların normalden daha az ya da daha çok sentezlenmesi ve salgılanması bazı hastalıklara neden olabilir. Örneğin büyüme çağındaki bir çocukta büyüme hormonu az salgılanırsa cücelik, fazla salgılanırsa devlik denilen hastalığa neden olabilir.
