Nükleik Asitler

Nükleik asitler yaşamın devamlılığı için en önemli makromoleküllerdir. Hücrenin genetik planını ve işleyişiyle ilgili talimatları taşırlar.

DNA ve RNA

İki ana nükleik asit türü, deoksiribonükleik asit (DNA) ve ribonükleik asittir (RNA). DNA, tek hücreli bakterilerden çok hücreli memelilere kadar tüm canlı organizmalardaki genetik materyaldir. Ökaryotların çekirdeğinde ve organellerde, kloroplastlarda ve mitokondride bulunur. Prokaryotlarda DNA, zarlı bir çekirdek içinde yer almaz.

Hücrenin tüm genetik içeriği onun genomudur ve genomların incelenmesine genomik denir. Ökaryot hücrelerde, DNA, ökaryotik kromozomların maddesi olan kromatini oluşturmak için histon proteinleriyle bir kompleks oluşturur, ancak prokaryot hücrelerde oluşturmaz. Bir kromozom on binlerce gen içerebilir. Birçok gen protein üretmek için gerekli bilgileri içerir. Diğer genler RNA ürünlerini kodlar. DNA, genleri “açarak” veya “kapatarak” tüm hücresel aktiviteleri kontrol eder.

Diğer nükleik asit türü olan RNA, çoğunlukla protein sentezinde yer alır. DNA molekülleri asla çekirdeği terk etmez, bunun yerine hücrenin geri kalanıyla iletişim kurmak için bir aracı kullanır. Bu aracı, haberci RNA’dır (mRNA). Diğer RNA türleri—rRNA, tRNA ve mikroRNA gibi—protein sentezinde ve düzenlenmesinde rol oynar.

DNA ve RNA, nükleotit adı verilen monomerlerden oluşur. Her nükleotidi üç bileşen oluşturur: bir azotlu baz, bir pentoz (beş karbonlu) şeker ve bir fosfat grubu. Bir nükleotitteki her azotlu baz, bir veya daha fazla fosfat grubuna bağlı olan bir şeker molekülüne bağlıdır. Nükleotitlerin önemli bileşenleri olan azotlu bazlar, organik moleküllerdir ve karbon ve azot içerdikleri için bu şekilde adlandırılırlar. Fazladan bir hidrojen bağlama potansiyeline sahip bir amino grubu içerdikleri için bazdırlar ve böylece çevresindeki hidrojen iyonu konsantrasyonunu azaltarak onu daha bazik hale getirirler. DNA’daki her nükleotid, dört olası azotlu bazdan birini içerir: adenin (A), guanin (G), sitozin (C) ve timin (T). Adenin ve guanin pürinler olarak sınıflandırılır. Pürinin birincil yapısı iki karbon-azot halkasıdır. Sitozin, timin ve urasil, birincil yapıları olarak tek bir karbon-azot halkasına sahip olan pirimidinler olarak sınıflandırılır. Bu temel karbon-azot halkalarının her biri, kendisine bağlı farklı fonksiyonel gruplara sahiptir. Moleküler biyoloji stenografisinde, azotlu bazları A, T, G, C ve U sembolleriyle biliyoruz. DNA, A, T, G ve C’yi içerir; oysa RNA, A, U, G ve C’yi içerir.

DNA’daki pentoz şekeri deoksiribozdur ve RNA’da şeker ribozdur. Şekerler arasındaki fark, ribozun ikinci karbonunda hidroksil grubunun ve deoksiribozun ikinci karbonunda hidrojenin bulunmasıdır. Fosfat rezidüsü, bir şekerin 5′ karbonunun hidroksil grubuna ve bir sonraki nükleotidin şekerinin 3′ karbonunun hidroksil grubuna bağlanır ve bu 5′–3′ fosfodiester bağı oluşturur.

DNA Çift Sarmal Yapısı

DNA çift sarmal bir yapıya sahiptir. Şeker ve fosfat sarmalın dışında yer alır ve DNA’nın omurgasını oluşturur. Azotlu bazlar, bir çift merdiven basamağı gibi iç kısımda istiflenmiştir. Hidrojen bağları çiftleri birbirine bağlar. Çift sarmaldaki her baz çifti, bir sonraki baz çiftinden 0,34 nm ile ayrılır. Sarmalın iki ipliği zıt yönlerde ilerler, yani bir ipliğin 5′ karbon ucu, eşleşen ipliğin 3′ karbon ucuna bakacaktır. Yalnızca belirli baz eşleştirme türlerine izin verilir – A, T ile eşleşebilir ve G, C ile eşleşebilir. Bu tamamlayıcı temel kuraldır. Başka bir deyişle, DNA zincirleri birbirini tamamlayıcıdır.

RNA

Ribonükleik asit veya RNA, esas olarak DNA yönetimi altında protein sentezi sürecinde yer alır. RNA genellikle tek ipliklidir ve fosfodiester bağlarıyla birbirine bağlanan ribonükleotitlerden oluşur.

Dört ana RNA türü vardır: haberci RNA (mRNA), ribozomal RNA (rRNA), transfer RNA (tRNA) ve mikroRNA (miRNA). Birincisi, mRNA, bir hücredeki tüm hücresel aktiviteleri kontrol eden DNA’dan gelen mesajı taşır. Bir hücre belirli bir proteine ihtiyaç duyarsa, onun geni “açılır” ve haberci RNA çekirdekte sentezlenir. RNA baz dizisi, kopyalandığı DNA’nın kodlama dizisini tamamlayıcıdır. Sitoplazmada, mRNA ribozomlar ve diğer hücresel mekanizmalarla etkileşime girer.

mRNA, kodonlar olarak bilinen üç bazdan oluşan setler halinde okunur. Her kodon, tek bir amino asidi kodlar. Bu şekilde mRNA okunur ve protein ürünü yapılır. Ribozomal RNA (rRNA), mRNA’nın bağlandığı ribozomların ana bileşenidir. rRNA, mRNA ve ribozomların uygun şekilde hizalanmasını sağlar. Ribozomun rRNA’sı ayrıca bir enzimatik aktiviteye (peptidil transferaz) sahiptir ve iki hizalanmış amino asit arasında peptit bağı oluşumunu katalize eder. Transfer RNA (tRNA), genellikle 70-90 nükleotid uzunluğundaki dört RNA türünün en küçüğünden biridir. Doğru amino asidi protein sentez bölgesine taşır. Doğru amino asidin kendisini polipeptit zincirine eklemesine izin veren tRNA ve mRNA arasındaki baz eşleşmesidir. mikroRNA’lar en küçük RNA molekülleridir ve rolleri, belirli mRNA mesajlarının expresyonuna müdahale ederek gen ekspresyonunun düzenlenmesini içerir.

RNA tek sarmallı olmasına rağmen, çoğu RNA türü, tamamlayıcı diziler arasında kapsamlı intramoleküler baz eşleşmesi gösterir ve işlevleri için gerekli olan öngörülebilir üç boyutlu bir yapı oluşturur.

Bu metin bu kaynaktan uyarlanmıştır: Openstax, Biology 2e, Chapter 3.5: Nucleic Acids.