biyokimya: nükleik asitler

Biyokimya: Nükleik asitler 26 Eylül 2007

1

301 BİYOKİMYA I

Hikmet Geçkil, Profesörİnönü ÜniversitesiBiyoloji Bölümü

Bölüm 10: Nükleik asitler

Hikmet Geçkil

Hikmet Geçkil Biyokimya: Nükleik asitler 26 Eylül 2007

2

NÜKLEİK ASİTLER

•1868 yılında İsviçreli bilim adamı Friedrich MIESHER, balık spermlerinin çekirdeklerini ve akyuvar çekirdeklerini izole ederek yaptığı çalışmalarda, bu hücrelerin çekirdeklerinin asit özelliği gösterdiğini gözlemiştir.

•Bilim adamı, bu moleküllere çekirdekte bulunan asit anlamına gelen “nükleik asit” adını vermiştir.

• Bugünkü bilgilerimize göre, nükleik asitler bütün canlılarda bulunan organik moleküllerdir.

• Çünkü, organik moleküller canlı tarafından sentezlenebilen ve canlının yapısını oluşturan moleküllerdir.

• Her canlı organizmada veya hücrede iki çeşit nükleik asit vardır: ribonükleik asit (RNA) ve deoksiribonükleik asit (DNA).


3


4

• Sadece virüsler ya DNA ya da RNA içerirler.

• DNA ve RNA fosforca zengin organik moleküller olup, organizmanın genetik bilgi deposudur.

• Nükleik asitlerin kimyasal yapısında C (karbon), H (hidrojen), O (oksijen), N (azot) ve P (fosfor) elementleri bulunur.

• Nükleik asitlerin biyolojik fonksiyonu genetik informasyonun saklanması, çoğaltılması, çeşitlendirilmesi ve nesilden nesile aktarılması şeklinde sıralanabilir.

• Nükleik asitler polimerik yapılar olup bir çok farklı büyüklüklerde bulunabilirler (1 milyondan 1 milyara kadar değişik moleküler büyüklükte). Transfer RNA’lar (tRNA) en küçük moleküllerdir (25,000 dalton kadar).


5


6

• Nükleik asitlerin biyokimyası konusunda her yıl çok önemli bulgular elde edilmektedir.

• Bugün rekombinant DNA teknikleri kullanılarak genler izole edilebilmekte, kopyalanabilmekte ve bir canlının yeni hayatsal formları elde edilebilmektedir (Doly’i hatırlayınız!!!!).

• İkinci dönem sonu biraz daha detaylı olarak rekombinant DNA ve uygulamaları üzerinde duracağız.


7

• 20. y.y.’ın başında nesilden nesile genetik bilginin kromozomlar üzerinde yer alan “genler” vasıtası ile taşındığı belirlendi.

• Fred Griffith 1928 yılında bir bakterinin (Streptococcus pneumoniae) iki suşu ile yaptığı çalışmalarda hem in vitro (yani, hücresel ortamı simüle eden tüp içinde) ve hem de in vivo (yani, hücre ortamında) olarak genetik bilginin proteinlerele değil, fakat DNA ile taşındığını kanıtladı.


8

• Griffith ve daha sonra (1944) Oswald T. Avery yaptığı çalışmalarda ısı ile öldürülmüş virülent suşun ekstraktını, virülent olmayan canlı bir suşla karıştırıp farelere verilmesi halinde farelerin öldüğünü görmüşlerdir.

• Tek başlarına verilmeleri durumunda ise ne ölü virulent suşun extraktı ne de canlı fakat virülent olmayan suş farede böyle bir etki yaratmamışlardır.


9

• Farelerde ölümün virülent suşun genetik maddesinin, yani DNA’sının canlı fakat virülent olmayan suşa geçerek meydana geldiği daha sonra in vitro olarak da gösterildi. buna transformasyon denir.

• Burada, yarı katı bir besi ortamı üzerine ekilen canlı iki suş kendilerine has koloni morfolojileri gösterirken, ölü virülent ve canlı virülent olmayan suşun karışımının ekimin yapıldığı besi ortamı üzerinde iki çeşit koloni (hem virülent ve hem de virülent olmayan koloni morfolojisi) gözlendi.

• Öldürülmüş virülent suşun ekiminin yapıldığı besi ortamı üzerinde ise herhangi bir koloninin büyümemesi bu durumun şöyle açıklanmasına neden oldu;

• Cansız yani ölü virülent suş ile canlı fakat virülent olmayan suş birbirine karıştırıldığında, ölü virülent suştan gelen DNA bazı canli fakat virülent olmayan suşlar içine geçmiş (transformasyon) ve onu virülent forma sokmuştur.


10


11


12

• Dolayısı ile besi ortamı üzerinde transform olan virülent suşların yanında transform olmayan virülent olmayan suşta bulunacak ve iki koloni morfolojisi gözlenecektir.

• Daha sonra aynı deney virülent suşun saflaştırılmiş DNA’sı ile de yapılmıştır.

• Daha sonraki yıllarda (1952) AD Hersey ve Martha Chase tarafından yapılan çalışmalarda ki onlar konakçı olarak fare yerine baterileri ve enfektif ajan olarak da bakteri virslerini kullandılar, virülent virüslerden gelen proteinlerinin kullanımının böyle bir transformasyonu sağlamadığı ancak virüs DNA’sının bunda etkili olduğu kanıtlandı.


13


14

• Her iki nükleik asit çeşidi de (DNA ve RNA) nükleotid denen yapı taslarından (monomerlerden) meydana gelmişlerdir. Bu nedenledir ki nükleik asitlere polinükleotid adi da verilir.


15

Nükleotidler DNA ve RNA’nın yapısına girme özelliklerinin yanında, enerji metabolizmasında, fizyolojik aktivite düzenleyici moleküller olarak, koenzim komponentleri, allosterik effektörler olarak görev yaparlar.


16

Bir nükleotid 3 kimyasal kısımdan oluşmuştur: • inorganik fosfat • beş karbonlu bir şeker (riboz veya deoksiriboz) • azot içeren bir baz (pürin veya pirimidin).

NÜKLEİK ASİTLERİN YAPI TAŞLARI: NÜKLEOTİDLER


17

• Hem DNA ve hem de RNA’da 4 adet farklı bazbulunur. • Stearik özelliklerinden dolayı DNA heliksinde (sarmal) veya bazı tRNA ve rRNA’larda olduğu gibi bir pürin ancak bir pirimidinle bag (H-bağı) yapabilir. • Milyonlarca hidrojen bağının bir eksende dizilimi ile oldukça kararlı bir yapı olan DNA sarmalları meydana gelir.



18

• Bunlardan adenin (A) ve guanin (G) pürin bazı iken sitozin (C), timin (T) ve urasil (U) pirimidinbazlarıdırlar. • DNA’da timin, RNA’da ise bunun yerine urasil bulunur.

Pürinler halkadaki N9 (yani 9. pozisyonda bulunan azotla) ile 5 karbonlu şekerin (riboz veya deoksiriboz) C1 atomuna bağlı iken, pirimidinlerde bu bağlanma N1’le olur.



19

• Nükleotid içeren hücresel komponentler nükleotidlerin UV ışığını maksimum absorbe etme özellikleri sayesinde kolaylıkla belirlenir.

• Nükleotid ve nükleik asitler 260 nm dalga boyunda ışığı maksimum olarak absorbe ederler (organik baz halkasından dolayı).

• Bu dalga boyunda nükleotid veya nükleik asitlerin solüsyondaki konsantrasyonları bulunabilir.

NÜKLEİK ASİT VE NÜKLEOTİDLERİN SPEKTRAL KARAKTERİSTİKLERİ


20

• Bir polinükleotid molekülünde ester bağları (fosfodiester) şeker ve fosfat kısımlarını diğer monomere bağlar.

• Şeker fosfat bağları polimerin omurgasını oluştururken, bazlar içeriye doğru bulunurlar ve DNA’da bir pürin bir pirimidine karşılık gelerek (A-T, G-C) aralarında hidrojen bagları kurulur ve DNA’nın ünlü heliks yapısı ortaya çıkar:

NÜKLEİK ASİTLERİN SARMAL YAPISI


21

NÜKLEİK ASİTLERİN SARMAL YAPISI


22


23

• Baz cifti (bc) averaj ağırlığı (A-T veya G-C)= 650 dalton

DNA’NIN TOPOGRAFİSİ


24

• DNA’nın en yaygın formu Watson-Crick modelidir (B-DNA).

• Heliks sağa dönümlü olup her ikisi de 5’ 3’ yönünde uzamış antiparellel zincirden oluşur. İki baz çifti arasındaki mesafe 3.4Å olup her heliks tam döngüsü 10 baz çiftine denk gelir.

• Zincirde fosfat köprüleri arasındaki mesafe homojen olmayıp, büyük ve küçük girinti vardır. Bu girintier su ve diger iyonlar (Na+, K+) ile doludur.

• Heliksin iç kısmı biri birine H-bagları ile bağlanmış bazlardan oluşur. Bazlar deoksiriboz şekerinin 1. karbonuna üzerlerinde olan bir azot ile bağlıdırlar (N-glikozidik bağ).

DNA’NIN ÇİFT SARMAL YAPISI


25



26

• Ancak, bütün DNA moleküllerinde aynı baz çiftleri bulunduğu halde, bütün DNA molekülleri B-formunda bulunmaz.

• Bunun nedeni, şekerin furanoz halkasının ve bazı tek bağların serbestçe rotasyonundan kaynaklanır.

• Bu nedenle, DNA helksi bulunduğu ortamın yapısına göre (örneğin, iyonik içerik) değişik formalar kazanabilir. Bu formlardan en yaygın karşılaşılanlar A ve Z formlarıdır ve bazı özellikleri ile yaygın doğal form olan B formundan ayrılırlar. Bu formları özetle karşılaştırırsak:



27

A DNA B DNA Z DNA• Heliksin dönümü sağa sağa sola• Dönüş başına düşen baz çifti 11 10 12• İki baz çifti arasındaki mesafe 2.55 Å 3.4 Å 3.7 Å• Tam bir dönümün uzunluğu 28 Å 34 Å 45 Å• İki baz çifti arasındaki açı 33o 36o -60o

DNA’NIN FARKLI FORMLARI


28

DNA’NIN FARKLI FORMLARI


29

• Isının arttırılması (> 80 oC) veya tuz konsantrasyonunun düşürülmesi ile bu çift zincirli DNA heliksi bozulabilir ki buna denaturasyon denir.

• Uygun ısı ve iyonik şartlar sağlandığında ayrılan iki zincir tekrar komplementer baz çifti oluşturma özellikleri sayesinde bu heliksler yeniden oluşur, nükleotidler arasında H-bagları tekrar kurulur. Bu olaya renaturasyon denir.

NÜKLEİK ASİTLERİN DENATÜRASYONU


30


31


32


33

• Yukarıda RNA’nın yapısına giren ATP gösterilmiştir. DNA’nın yapısına ise dATP (deoksi ATP) girer:


34


35


36


37


38


39


40


41


42

biyokimya: nükleik asitler

Science