DNA - Gen - Kromozom üçlüsünün yapısal ve fonksiyonel ilişkisi Sabahat KÜPELİKILIÇ (Emekli Biyoloji Öğretmeni) 27 Nisan 2015

Transkript

1 DNA - Gen - Kromozom üçlüsünün yapısal ve fonksiyonel ilişkisi Sabahat KÜPELİKILIÇ (Emekli Biyoloji Öğretmeni) 27 Nisan

2 HÜCRELER ARASI İLETİŞİM-CANLILARIN ÇEŞİTLİLİĞİNİN SIRRI İnsanlar nasıl iletişim sağlar? Konuşarak, mimik ve vücut dili ile; olmadı telefonla iletişim kurup haberleşiyoruz. İletişim çağında yaşıyoruz, hayli bir büyüğünüz olarak sizlerin yaşında iken hayal bile edemediğim bir araçla cep telefonu ile iletişim kuruyoruz Bu günkü sohbetimiz iletişimin başka boyutu olacak. Hücreler nasıl haberleşir?

3

4 Aslında fizik, kimya, biyoloji gibi temel bilimlerle uğraşan bilim adamlarının yaptığı araştırmalarla insanoğlu erişmek istediği bir çok gerçeğe ulaşmış ve merak edip araştırdığı yaşama dair bir çok şey sır olmaktan çıkmıştır. Yine de var olan şeylerin ne kadarını bilebiliyoruz. Sır olan şey bu bence

5 Hepimizin bildiği gibi canlıların yapı taşları; 1-Karbonhidratlar, 2-Yağlar, 3-Proteinler, 4-Nükleik Asitler: Nükleik asitler N.A. ler, Yönetici molekküller olarak tanımlanmaktadır. Öyle ki yukarıda saydığımız organik maddelerin; sentezi ve her türlü işlevi dahil canlının tüm faaliyetinden N.A. ler sorumludur.

6 Yakın bir tarihte ülkemizi beş yıl boyunca yönetecek yöneticilerimizi seçecek bir seçim yaşayacağız. N.A. ler de hücre içinde bu yönetici konumuna nasıl geliyor, hücre içinde yer alan diğer yapısal elemanlar tarafından mı seçiliyor acaba? İşte bunu bilemiyoruz ama, N.A. adı verilen bu molekülün hücre içinde nasıl üretildiğini ve nasıl iş gördüğünü bilim adamı sıfatını kazanmış meraklı ve çalışkan insanların araştırmaları sonunda, yapmış oldukları keşiflerle biliyoruz.

7 19. Y.Y. ortalarında İsviçreli bir bilim adamı olan FRIEDRICH MIESCHER hücrenin çekirdeğinde yer alan ve Nükleik asit adını verdiği bir molekülün varlığını keşfetmiş, yaklaşık 50 yıl kadar sonra da İngiliz bakteriyoloğu GRIFFITH in, zatürre bakterisi ile yaptığı deneyler sonrasında N.A. lerin genetik materyel olduğu anlaşılmıştır. GRIFFITH DENEYİ GRIFFITH

8 -İletişim nedir? --- Sorusunun kısaca cevabı haberleşmektir. Hücrelerde iletişim var mıdır? Bu biyolojik olay neden ve nasıl gerçekleşiyor acaba?

9 FRIEDRICH MEISHER in N.A. keşfinden sonra yapılan derin araştırmalarda, Canlı yapısında 4. Yapısal eleman olarak bahsettiğimiz N.A. ler aracılığı ile hücrelerin haberleştiği, hücrenin kendine ait tüm bilgileri N.A. vasıtası ile kurduğu bir kimyasal iletişim yolu ile diğer hücrelere aktarıldığı anlaşılmıştır. Hücrelerin haberleşme nedeni ise; sahip olduğu bilgilerle kendisinin aynısını üretmek, yani çoğalmak.

10 N.A. ler, istisnasız tüm hücrelerde bulunan, varlığı ancak özel cihazlarla görülebilecek kadar küçük, işlev anlamında ise oldukça büyüktür. Özellikle yönetici molekül olduğu anlaşılınca; nasıl bir yapısal özellikte olduğu merak edilmiştir.

11 Her varlığın bir yapı elemanı olduğu gibi N.A. lerin de yapısal elemanları vardır. NUKLEOTİT adı verilen bu küçük birimler, 1- BAZ 2-ŞEKER 3-FOSFORİK ASİT olmak üzere üç çeşit organik maddenin uç uca eklenmesi ile oluşur. Yapısal elemanlardan fosforik asit tek çeşit olup; asidik özelliğinden dolayı nükleotit zincirlerine Nükleik Asit denilmesine neden olmuştur.

12 Nukleotitleri oluşturan bazlarda; yapısal özelliklerine göre ADENİN, GUANİN, SİTOZİN, TİMİN (veya URASİL RNA da) olmak üzere dört çeşittir.

13 Nukleotitin yapısına giren bu bazlar sadece baş harfleri olan A,G,S,T,U harfleri ile sembolize edilirler. Özellikle A,G,S,T harfleri bu gün için karakterlerimizi belirleyen genetik yapımızın, alfabesi olarak tanımlanmaktadır. N. A. lerin yapı birimi olan nükleotidlerin yapısal maddesi olan şeker ise 1- Riboz, 2- Deoksiriboz olmak üzere iki çeşittir. yapısında bulundurduğu şekere göre isimlendirilir ve iki çeşittir. Yapısında RİBOZ şekeri bulunan RİBONÜKLEİK ASİT yani RNA, yapısında DEOKSİRİBOZ şekeri bulunan ise DEOKSİRİBONÜKLEİK ASİT yani DNA olarak adlandırılır.

14 Biyokimyacılar ve biyologlar yapısının oluşturan elemanları anladıktan sonra, bunların uzayda nasıl bir model oluşturdukları sorusuna cevap aramaya başlamışlardır. Araştırmacılardan 25 yaşında, Amerikalı genetikçi JAMES WATSON ve 37 yaşında İngiliz biyofizikçi FRANCİS CRICK in bir araya gelerek kendi bulguları ve daha önceden ulaşılmış bilgileri bir araya getirip DNA molekül modelini açıklamışlardır. Bu araştırma WATSON CRICK ikilisine 9 yıl sonra NOBEL ÖDÜLÜ kazandırırken, DNA molekül modelininde kendi isimleri ile, WATSON-CRICK modeli olarak anılmasına neden olmuştur.

15 WATSON CRICK in araştırmaları sonucunda geliştirdiği modele göre DNA nın yapısını şöyle açıklayabiliriz; Şeklini gördüğünüz nükleotitler, fosforik asitlerle uç uca eklenerek nukleotit zinciri oluştururlar. Birin zincirdeki Nukleotitlerin bazları; ortamdan kendine uygun bazları taşıyan nukleotitleri karşısına alır ve hidrojen bağları ile bağlayarak ikinci bir iplik üretir. Bu şekilde boydan boya gerçekleşen bağlanma işlemi sonucunda, çift iplik oluşmuştur ama henüz işlem tamamlanmamıştır. Merdiven şeklinde olan bu yapının tam ortada bir eksen etrafında dönmesi ile WATSON CRICK modeli olarak adlandırılan helezonik yapıya kavuşur. Bu yapıyı bir birine bağlayan kimyasal bağın kolay çözülebilen HİDROJEN bağıdır.

16

17 DNA, hücrenin çekirdeğinde konuşlanmıştır. Hücrenin, kendinden sonra gelecek hücrelere bilgi aktarımı dahil her türlü canlılık faaliyetleri ile ilgili tüm sorumluluklarını, yani yönetim işini buradan görür. Tek iplikli olan RNA ise hem çekirdek hem de sitoplazmada bulunan ve canlılık için en önemli yapısal ve fonksiyonel organik bileşik olan protein sentezinden sorumludur.

18 DNA kendini eşleyeceği zaman bir fermuar gibi açılan iki ipliğin her birisinin nükleotitlerinin bazları, ortamda hazır bulunan uygun bazlı nükleotit molekülünu kendine bağladığını söylemiştik, İşte Bu eşleşme ADENİN- TİMİN VE SİTOZİN GUANİN bazları arasında gerçekleşir. Bir ipliği eski diğeri yeni iki DNA molekülü oluşur. Her bir iplik diğeri için kalıp görevi görmüş olur. Protein sentezleneceği zaman ise bu ipliklerden bir tanesi iş görür ve anlamlı iplik olarak adlandırılan iplik aynı yöntemle RNA molekülünü sentezler. Yalnız RNA sentezlenirken timin bazı yerine URASİL bazı kullanılır.

19 Nukleotitlerin farklı sıra ve sayıda dizilmeleri ile sonsuz çeşitte N.A. oluşur. DNA ve RNA nın yapısını oluşturan nukleotitlerin sıralanması her canlı için kendine özeldir. Aynı anne babaya sahip kardeşlerde bile bu sıralama aynı değildir. Doğadaki çeşitliliği ve canlılar arasında benzerlik ve farklılığı oluşturan şey A,G,S,T harfleri ile sembolize edilmiş bazların farklı sıra ve sayıda dizilimidir.

20 Çift iplikli olan DNA, canlı ile ilgili tüm bilgileri üzerinde taşıyan ve canlılar arasında kimyasal yolla bilgi aktarımını sağlayan bir molekül olarak; canlı karakterinin hard diski diyebiliriz. İşte haberleşmenin temelini sağlayan gerçek, DNA nın çift sarmallı yapısıdır. DNA molekülleri proteinlerle bağlanarak ipliksi yapılar halinde organize olurlar, canlıya ait her türlü bilgiyi taşıyan bu ipliksi yapılara Kromozom adı verilir. Yani kromozomun yapı maddesi DNA dır.

21 O halde başa dönersek eğer; fosforik asit, şeker ve baz birleşerek, nükleotidi, nükleotitler uç uca eklenerek nükleotit zincirini, iki nükleotit zinciri karşılıklı bir araya gelip bir eksen etrafında kıvrılıp helezonik bir yapıda DNA yı meydana getirmiştir.farklı boyutlarda DNA molekülleri proteinlerle eklenerek kromozomları oluşturur. Kromozomun yapısında yer alan ve canlı karakterlerinin kalıtımında rol oynayan belli uzunluktaki DNA parçalarında GEN adı verilir.

22

23 Genlerin taşıdığı bilgi A,G,S,T harfleri ile belirlenmiş kalıtım bilgilerine de GENETİK ŞİFRE adı verilir. kromozomları oluşturan DNA daki A,G,ST dizilişi yani GENETİK ŞİFRE her canlıda kendine özeldir. Bir aile içinde kardeşlerin birbirinden farklı karakterde olmalarının nedeni de genetik şifre farklılığıdır.

24 DNA üzerinde sıralanmış olan A,G,S,T harfleri ile sembolize edilmiş bazların farklı sıra ve sayıda dizilmesi ile sonsuz çoklukta karakter belirlenebilir. Aynen rakamlarla sonsuz sayıda ve çeşitte sayı dizisi elde edilebildiği gibi. Aynı sayıda ve çeşitte bazlardan oluşmuş DNA iplikçiğinden bir baz eksiltir veya fazlalaştırırsak bile DNA molekülleri bir birinden tamamen farklı olur sayı dizisinden bir adet 5 veya 1 rakamını çıkarırsak nasıl anlamı değirse DNA dan da bir baz eksik ve ya fazla olursa anlamı değişmektedir. Yani GEN dediğimiz fiziksel birimin taşıdığı bilgi yani GENETİK ŞİFRE farklılaşır, dolayısı ile şifre değişince şifreye karşılık gelen bilgi de değişecektir.

25 Kromozomlar, gerçek bir iletişim olan bu bilgilerin nakledilmesini hücreden hücreye nasıl gerçekleştirir? Sorusu ise, mitoz bölünme ile cevaplandırılmıştır. Hücrelerin Mitoz bölünme ile çoğaldığını biliyoruz. Bölünme sonucunda oluşan hücreler incelendiğinde hücrelerin bir birinin tıpa tıp aynı olduğu gözlenir. Bu durumda bir hücre kendine ait bilgileri kendinden sonraki hücreye nasıl aktarıyor acaba? sorusuna cevap aramış bilim adamları. Kimyasal haberleşmeyi sağlayan N.A. ler hangi miktarda diğer hücreye geçerek haberleşmeyi sağlıyorlar? Mitoz bölünmede bir madde paylaşımı söz konusudur. Aktarılan madde elbette hücrenin sahip olduğu yapısında yer alan organeller ve organik bileşiklerdir. Bu maddeler iki hücre arasında ne oranda paylaşılıyor acaba?

26 Mevcut materyal yarı yarıya kardeş payı olarak paylaşılırsa iki hücrede küçüldüğü gibi, sonraki bölünmede madde miktarı 1/4 oranına düşecek. Bu durumda gittikçe madde azalması sonucunda hücreler yok olacak. İşte nasıl oluyor da hücre hiçbir değişime uğramadan kendinin aynısını üretebiliyor? Bölünme demek, madde azalması demek, madde azalması olmadan hücre kendisinin aynısını üretebiliyor? DNA yapısı ve işleyişi anlaşıldıktan sonra bu soruların cevabını vermek kolaylıkla mümkün olmuştur.

27 DNA nın kendi kendini eşleme özelliği sayesinde kalıtım materyali kromozomların ve diğer materyaller iki misline çıkar. Mevcut maddelerin eşit olarak iki hücre arasında paylaşılması sonunda da meydan gelen hücreler birbirini aynı özelliklerini taşımaktadır. Burada özetlemeye çalıştığım gibi kalıtım doğadaki farklılık ve benzerliğin temelini oluşturur. MİTOZ bölünme boyutunda gerçekleşen haberleşme tıpa tıp benzerliği sağlarken, MAYOZ bölünme boyutunda gerçekleşen haberleşme aynı türler arasında farklılığa neden olan bir haberleşme sağlar. Aynı anne babanın çocuklarının farklı özellikte olmaları, mayoz bölünmede gerçekleşen iletişim sayesinde olur.

28 Genetik materyalin yapısı ve işleyişi entelektüel boyutta da olsa bana tanınan 20dk lık süreye sığmayacak kadar geniş, Dilimin döndüğünce sizlere özetlemeye çalıştığım bilgiler şu anda GENETİK MÜHENDİSLİĞİ adı verilen bilim dalının doğmasına neden olmuştur. Bilim adamlarının çalışmaları ile gelecekte daha fazla sırlara vakıf olunacağını biliyorum. Benim dileğim o bilim adamlarının sizlerin içinizden çıkması.

29 Beni dinlediğiniz için Teşekkür eder, saygılarımı sunarım.