Nükleik asitler; C, H, O, N ve P atomlarından oluşan, asidik özellik gösteren, karmaşık yapılı, büyük organik moleküllerdir. Nükleik asitler; hücrede metabolik faaliyetleri yönetir ve genetik özelliklerin kuşaktan kuşağa aktarılmasını sağlar.
Nükleik asitler tüm canlılarda ve virüslerde bulunur. Nükleik asitler nükleotit adı verilen moleküllerden oluşur. Nükleotitin yapısına bakıldığında üç temel gruptan oluştuğu görülür: azotlu organik baz, beş karbonlu şeker ve fosfat grubu. Nükleotitin yapısında bulunan azotlu organik bazlar; adenin (A), guanin (G), sitozin (C), timin (T) ve urasil (U)’dir. Azotlu organik bazlar çift halkalı (pürin) ve tek halkalı (pirimidin) bazlar olmak üzere iki grupta incelenir. Adenin (A) ve guanin (G) pürin bazlara, timin (T), sitozin (S veya C) ve urasil (U) pirimidin bazlara örnektir. Pirimidin bazlardan timin (T) sadece DNA’ da bulunurken, urasil (U) sadece RNA’ da bulunur.
Nükleotitin yapısında bulunan 5 karbonlu şekerler riboz ve deoksiriboz şekerleridir. Deoksiriboz DNA’nın yapısına, riboz RNA’nın yapısına katılan şeker çeşididir. Deosiriboz ve riboz şekeri karşılaştırıldığında riboz’da fazladan bir oksijen atomunun olduğu görülür.
Nükleik asitler, yapılarında bulunan beş karbonlu şekere göre isimlendirilir. Örneğin yapısında deosiriboz şekeri varsa deoksiribonükleik asit (DNA), riboz şekeri varsa ribonükleik asit (RNA) adını alır.
Nükleotitin yapısında bulunan fosfat grubu tüm nükleotit çeşitlerinde aynı yapıdadır. Fosfat grubu bir fosfor atomu ile dört oksijen atomundan oluşur.
Nükleotitlerin yapısındaki azotlu organik baz ve beş karbonlu şeker birleşerek nükleozit adı verilen molekülü oluşturur. Bu moleküle fosfat grubu eklenince nükleotit adını alır. Azotlu organik baz beş karbonlu şekere glikozit bağı ile bağlanırken, beş karbonlu şeker fosfat molekülüne fosfoester bağı ile bağlanır.
Nükleik asitler; deoksiribonükleik asit (DNA) ve ribonükleik asit (RNA) olmak üzere iki çeşittir.
İçindekiler
Deoksiribonükleik asit (DNA)
DNA molekülü, kalıtsal bilgiyi taşır ve kalıtsal bilginin ana hücreden yavru hücrelere aktarılmasını sağlar. Ayrıca protein sentezini ve hücredeki diğer metabolik olayları yönetir. DNA ökaryot hücrelerde çekirdekte, mitokondride ve kloroplastta bulunurken, prokaryot hücrelerde sitoplazma içinde serbest hâlde bulunur.
Günümüzde hâlen geçerliliğini sürdüren Watson ve Crick’in DNA modeline göre; DNA çift iplikli ve sarmal yapılı bir moleküldür. İplikler çok sayıda nükleotitin birleşmesiyle oluşur. DNA’yı oluşturan nükleotitlerdeki azotlu organik bazlar; adenin (A), guanin (G), sitozin (C) ve timin (T) dir. DNA’yı oluşturan nükleotitlerdeki şeker çeşidi deoksiribozdur. Taşıdığı deoksiriboz şekerinden dolayı deoksiribonükleik asit (DNA) adını alır. DNA’yı oluşturan nükleotitlerdeki fosfat grupları, DNA molekülünün asit özellik göstermesini sağlar.
DNA ipliğindeki nükleotitler birbirine fosfodiester bağı ile bağlanarak şeker-fosfat omurgasını oluşturur. DNA’yı oluşturan ipliklerden birinde adenin varsa ikinci iplikte karşısına timin gelir ya da ipliklerden birinde guanin varsa ikinci iplikte karşısına sitozin gelir. Böylece iplikler birbirini tamamlar. Adenin ile timin arasında iki tane zayıf hidrojen bağı kurulurken, sitozin ile guanin arasında üç tane zayıf hidrojen bağı kurulur. DNA’nın karşılıklı iplikleri bazlar arasında oluşan bu zayıf hidrojen bağlarıyla birbirine bağlanır.
DNA molekülünün ortalama 1500 nükleotitten oluşan ve bir protein sentezinden sorumlu olan bölgesine gen denir. Kalıtsal karakterler sonraki nesillere genlerle aktarılır. Canlıların arasındaki farklılığın nedeni genlerinin farklı olmasıdır. Bir başka ifadeyle canlıların biribirinden farklı olmasının nedeni genlerini oluşturan nükleotitlerin dizilimlerinin farklı olmasıdır.
DNA molekülü kendini eşleyebilir. DNA çift iplikli bir molekül olduğu için nükleotitler arasında aşağıda verilen eşitlikler ortaya çıkar.
Ribonükleik asit (RNA)
RNA; ökaryot hücrelerde çekirdekte, sitoplazmada, ribozomda, mitokondride ve kloroplastta bulunurken, prokaryot hücrelerde sitoplazma ve ribozomda bulunur. DNA’ dan farklı olarak tek iplikten oluşur, yapısında riboz şekeri vardır ve RNA’ya özgü azotlu baz urasildir. RNA’ da bulunan diğer bazlar ise adenin, guanin ve sitozin’ dir. RNA’yı oluşturan nükleotitler fosfodiester bağıyla birbirine bağlanır. RNA, tek nükleotit zincirinden oluştuğu için kendini eşleyemez. Bu yüzden RNA molekülü DNA üzerinden sentezlenir.
RNA; mesajcı RNA (mRNA), taşıyıcı RNA (tRNA) ve ribozomal RNA (rRNA) olmak üzere üç çeşittir. Bütün RNA çeşitleri, protein sentezinde görev alarak hücredeki yaşamsal olayların yönetiminde DNA ile birlikte görev alır.
a) Mesajcı RNA (mRNA)
DNA ökaryot hücrelerde çekirdekte bulunur. Protein sentezlenebilmesi için DNA’ daki bilginin çekirdekten dışarı çıkarılarak ribozoma götürülmesi gerekir. mRNA, DNA’ dan aldığı bilgiyi çekirdekten dışarı çıkararak ribozoma götürür. mRNA’nın taşıdığı bilgi, sentezlenecek proteine ait aminoasitlerin çeşidini ve sırasını belirleyen bilgidir.
mRNA sentezi sırasında DNA’nın iki zincirinden sadece biri kalıp olarak kullanılır. Kalıp olarak kullanılan zincire anlamlı zincir adı verilir. Sentez sırasında DNA’ daki adeninin karşısına mRNA’da urasil, DNA’ daki guanin karşısına mRNA’ da sitozin gelir. Böylece mRNA, DNA’ dan genetik bilgiyi almış olur. Sentezlenen mRNA ribozoma bağlanarak protein sentezine kalıplık eder. DNA’ nın anlamlı zincirindeki üç nükleotitten oluşan diziye genetik kod, buna karşılık gelen mRNA’daki üç nükleotitten oluşan diziye kodon denir. Her aminoasit, mRNA’ da bir kodona karşılık gelir. Hücrede ihtiyaç duyulan protein sentezlendikten sonra görevi biten mRNA’lar yıkılır. İhtiyaç durumunda DNA’ dan ilgili mRNA’lar yeniden sentezlenir.
mRNA bilim insanları tarafından ilk keşfedilen ve hücrede miktarı en az olan RNA çeşididir. mRNA hücredeki toplam RNA’ların %5’ini oluşturur. Bir protein çok miktarda sentezlenecekse mRNA’lar birkaç kez kullanılabilir ya da aynı tip mRNA’ dan çok sayıda üretilebilir.
Proteini oluşturan aminoasitlerin çeşitleri, sayıları ve dizilişleri mRNA’ ya dolayısıyla DNA’ daki genetik bilgiye bağlıdır.
b) Taşıyıcı RNA (tRNA)
tRNA molekülü çekirdekte DNA üzerinden tek zincir hâlinde sentezlenir. Sentezlenen tRNA sitoplazmaya geçerek protein sentezinde kullanılacak olan aminoasitleri sitoplazmadan alıp ribozoma taşır. tRNA molekülü sitoplazmada kendi üzerine katlanmalar yaparak yonca yaprağına benzer bir şekil alır. Katlanmaların olduğu bölgelerde çift zincir oluştuğu için bu bölgelerde eşleşen nükleotitler arasında hidrojen bağları kurulur. mRNA’ daki kodonlara karşılık gelen, tRNA’ daki üç nükleotitten oluşan dizilere antikodon denir. tRNA’ lar protein sentezi sırasında tekrar tekrar kullanılabilir.
Canlı yapısında bulunan 20 çeşit aminoasit vardır. Her bir aminoasit için en az bir çeşit tRNA bulunur. Bu yüzden protein sentezinde en az 20 çeşit tRNA görev alır. Bir tRNA ancak bir çeşit aminoasit taşır. Aynı aminoasiti taşıyan farklı tRNA çeşitleri olabilir. tRNA’lar hücredeki toplam RNA’ların %15’ini oluşturur.
c) Ribozomal RNA (rRNA)
rRNA, ökaryot hücrelerde çekirdekçikte sentezlenir. Çekirdekçikte sitoplazmadan gelen proteinlerle birleştirilerek ribozomun yapısını oluşturur. Ribozom tüm hücrelerde bulunan protein sentezinden sorumlu organeldir. Bir ribozomun yaklaşık % 75’i rRNA’dan oluştuğu için ve hücrede çok sayıda ribozom olduğu için rRNA, hücrede en çok bulunan RNA çeşididir. rRNA molekülü, hücredeki toplam RNA’ların % 80’ ini oluşturur. rRNA ribozom organelinde, mRNA ve tRNA ile etkileşim içindedir. rRNA protein sentezi sırasında enzim gibi davranarak aminoasitler arasında peptit bağı kurulmasını sağlar. Böylece uzayan polipeptit zincirine aminoasitler eklenerek protein sentezi gerçekleşir. Protein sentezinin fazla olduğu hücrelerde rRNA, ribozom ve çekirdekçik sayısı da fazladır.
DNA ve RNA’nın karşılaştırılması Tablo 1.1.’deki gibidir.
