Nükleik Asit ve ATP

Nükleik asitler (DNA ve RNA) tüm canlılarda bulunan dev moleküllerdir. Hücrelerde gerçekleşen her türlü metabolik olay, üreme, gelişme ve büyüme nükleik asitlerin denetiminde ve yönetiminde gerçekleşir.

5.1NÜKLEİK ASİTLERİN YAPISAL VE KİMYASAL ÖZELLİKLERİ
Her hücrede DNA ve RNA olmak üzere iki çeşit nükleik asit vardır. Her ikisinin de kimyasal yapısı büyük benzerlikler taşır. Nükleik asitler nükleotid denilen yapı birimlerinin yanyana gelmesi ile oluşmuş dev zincirlerdir. Nükleotidler de üç ayrı molekülün birleşmesi ile oluşmuştur.
Bu moleküller ;
- Şeker (5 C'lu)
- Organik baz
- Fosfat' tır.
Şekil 5.1 Nükleik asitlerin temel birimi olan nükleotidler ve bu nükleotidlerin nükleik asitleri
meydana getirmek üzere birbiriyle bağlanışı
5.1.1 Şeker
Nükleik asitlerdeki şeker 5'C ludur. RNA'daki şeker riboz DNA daki şeker bir oksijen eksiği ile deoksriboz dur.
Şekil 5.2 Nükleik asitlerin yapısına katılan beş kartonlu şekerler deoksiriboz'un ribozdan bir oksijen eksik olduğuna dikkat ediniz.
5.1.2 Organik Baz
Bazlar, azot ve karbon atomlarının halka şeklinde birleşerek meydana getirdiği moleküllerdir. Azotlu organik bazlar kimyasal yapılarına göre purin ve pirimidin olmak üzere başlıca iki gruba ayrılır.
Şekil 5.3 Nükleotidlerin yapısına katılan azotlu organik bazların genel formülleri
Purin grubu bazlar çift halkalıdır, Adenin (A) ve Guanin (G) olmak üzere iki değişik şekli vardır. Purinler hem DNA hem de RNA nükleotidlerinin yapısına katılır.
Pirimidin grubu bazlar ise tek halkalı olup, Sitozin (C), Timin (T) ve Urasil (U) adı verilen üç çeşit baz ihtiva eder. Pirimidinlerden sitozin hem DNA hem de RNA nın yapısına katılır. Timin DNA nın, Urasil ise RNA nın yapısında bulunur.
DNA Bazları RNA Bazları
Adenin (A) Adenin (A)
Guanin (G) Guanin (G)
Sitozin (C) Sitozin (C)
Timin (T) Urasil (U)
5.1.3 Fosfat (H3PO4)
Moleküllere asitlik özelliği verir. DNA ve RNA'daki yapısı aynıdır.
O
HO P OH
OH
5.2 DEOKSİRİBONÜKLEİKASİT (DNA)
Canlı organizmaların hücrelerindeki en önemli moleküldür. DNA'nın tamamı çekirdek içinde bulunur. Ancak mitokondri ve kloroplast içinde de bu organellere özgü DNA bulunabilir.
DNA'nın yapısında RNA dan farklı olarak, Deoksiriboz şekeri ve Timin bazı bulunur. DNA iki nükleotid zincirinin karşılıklı olarak bağlanmasından meydana gelmiştir. Zincirler birbirlerine bazlar arasında oluşan zayıf Hidrojen bağları ile bağlanır. Bu bağlanmada ;
Şekil 5.4 DNA'nın Yapısına Katılan Moleküllerin Temsili Olarak Gösterilişi ve Karşılıklı Dizilişi
Adenin (A) ile Timin (T) arasıda iki H bağı, Guanin (G) ile Sitozin (S) arasında üç H bağı kurulur. Buna göre şu sonuçları çıkarabiliriz.
- Adenin (A) nükleotid sayısı = Timin (T) nükleotid sayısı
- A/T = 1 , G/S = 1
- DNA'nın birinci zincirindeki nükleotid dizilişi biliniyorsa, ikinci zincirdeki nükleotid dizilişi de saptanabilir. Örneğin A - S - G - T - A zincirinin karşısında T - G - S - A - T zinciri bulunur.
- DNA molekülünün en önemli özelliklerinde biri her canlıda farklı dizilişte olmasıdır. Bu farklılıkla canlılar arasında çeşitlilik oluşur.
5.2.1 DNA'nın Görevleri
DNA'nın iki önemli görevi vardır. Birincisi kendisini eşleyerek miktarını iki katına çıkarması ile hücre bölünmesini başlatması, İkincisi ise hücredeki diğer olayları protein sentezleyerek yönetmesidir.
A) DNA Molekülünün Eşlenmesi
(Replikasyon = Duplikasyon)
Hücreler, bölünme öncesinde genetik maddenin (DNA) yeni bir kopyasını çıkarırlar. Bunun için hücrede sarmal halde bulunan DNA bir ucundan açılmaya başlar. Açılan zincirlerin karşısına ortamda bulunan uygun nükleotidler bağlanır. Bu şekil eşlenme DNA zincirinin sonuna kadar devam eder ve tamamlanır.
Şekil 5.5 DNA Zincirinin Kendini Eşleşmesi
Sonuçta hücredeki DNA miktarı iki katına çıkar. DNA; organik bazlarındaki azot atomlarının özelliğine
göre, hafif, ağır veya melez olabilir.
Yapısındaki iki zincirde 14N içeren DNA'lar hafif, yapısındaki iki zinciri de 15N içeren DNA'lar ağır, yapısındaki zincirlerden biri 14N, diğeri 15N olan DNA'lar ise melez DNA olarak adlandırılır. Bu
özelliklere sahip üç grup DNA bir tüpe konulup santrifüjlenirse tüpte üç ayrı katman oluşur.
En alttaki katman ağır, ortadaki melez, en üstteki ise hafif DNA katmanı olacaktır.
1958'de M. Meselson ve F.V. Stahl, E. coli bakterilerini ağır azot (15N) içeren bir ortamda yetiştirdiler.
Bu bakterilerin DNA'ları ağır azot taşıyan bazlardan oluşacaktır. Ağır azotlu ortamda uzun süre
yetiştirilen ağır DNA'lı bakterilerden bir bölümü alınıp normal (14N ) ortamda yalnız bir döl
verecek kadar tutulmuştur.
Yeni döllerin DNA'larının bir zinciri ağır azotlu, öteki zinciri de normal azotlu olacaktır. Bu bakterilerin tümünün melez DNA'lı olması eşlenmeyle oluşan DNA'ların bir zincirinin eski, diğer zincirinin de yeni olduğunu ifade eder. Bu deneyle DNA zincirinin yarı korunumlu olarak eşlendiği anlaşılmıştır.
B) DNA'nın Hücre Yönetimi
Hücredeki metabolik reaksiyonların hızlı ve düzenli olabilmesi için enzimlerin katalizörlüğüne ihtiyaç vardır. DNA enzimlerin yapılmasını kontrol ederek hücredeki olayların hızını ve düzenini sağlar.
Çekirdeğin hücredeki olayları kontrolü çeşitli deneylerle ispatlanmıştır. Bu deneylerden bir tanesi de Acetabularia adlı tek hücreli su yosunlarıyla yapılmıştır. Acetabularia tek hücreli olmasına rağmen gözle görülebilecek büyüklüktedir.
Şekil 5.6 Acetabulariada Çekirdeğin Yöneticiliği
Şekil 5.7 Acetabularia da Çekirdeğin Yöneticiliği
5.3 RİBONÜKLEİKASİT (RNA)
Hücrede bulunan ikinci çeşit nükleikasittir. Çekirdek, mitokondri, kloroplast ve sitoplazmada bulunur. Kendilerini eşleme yeteneği yoktur. DNA dan farklı olarak riboz şekeri ve urasil bazı bulundururlar. mRNA, tRNA ve rRNA olmak üzere üç çeşit RNA vardır. RNA'ların hepsi protein sentezinde görev alarak hücre yönetiminde rol oynarlar.
5.3.1 mRNA (mesajcı RNA = elçi RNA)
Sentezlenecek proteinle ilgili bilgiyi çekirdekteki DNA dan alarak sitoplazmadaki ribozomlara götürür. mRNA protein sentezi esasında tekrar tekrar kullanılır. Yeterince protein sentezlenmesinden sonra nükleotidlerine kadar parçalanır. mRNA da üç nükleotidin oluşturduğu yapıya kodon denir.
5.3.2 tRNA (taşıyıcı RNA = transferRNA)
Protein sentezi esnasında kullanılacak olan aminoasitleri tutarak ribozoma getirirler.
tRNA'ların şekli yonca yaprağına benzer. bir ucuna aminoasit bağlanırken diğer ucu ile de mRNA ya bağlanır. Bu uç üç nükleotid içerir ve antikodon adını alır. tRNA'larda tekrar tekrar kullanılabilirler.
5.4 DNA VE RNA MOLEKÜLLERİNİN KARŞILAŞTIRILMASI
DNA RNA
1. Çift zincirlidir. 1. Tek zincirlidir.
2. Çekirdek, mitokondri 2. Çekirdek, mitokondri ve kloroplastta bulunur. kloroplast ve
sitoplazmada bulunur.
3. Kendisini eşleyebilir. 3. Kendini eşleyemez.
4. Özel bazı Timindir. 4. Özel bazı Urasildir.
5. Şekeri Deoksiribozdur. 5. Şekeri Ribozdur.
6. Hücresel olayların 6. Protein sentezini
tümünü kontrol eder. kontrol eder.
5.5 GENETİK ŞİFRE
Bir hücredeki tüm olaylar çekirdekteki DNA tarafından yönetilir. DNA genlerden oluşur. Bir genin kapladığı alana lokus denir. Bir gende en fazla 1500 nükleotid vardır. Hücre yönetimi, DNA'nın kendini eşlemesi ve protein sentezi ile yapılır. DNA bu görevleri gerçekleştirirken çekirdekten ayrılmaz. DNA'nın bu özelliği bize onun genetik bilgiyi şifreleyen bir yapısı olduğunu ve ilk emirleri çekirdekte verdiğini gösterir. DNA'nın şifre sözcükleri A, G, S, T bazlarını içeren nükleotidlerdir. DNA zincirindeki üç nükleotitlik birime kodon denir. Genetik bilgiyi saklayan bu kodonlar üzerinden önce mRNA sentezlenir. Sentezlenen mRNA çekirdekten ayrılarak sitoplazmaya geçer. mRNA sitoplazmada ribozom ve tRNA ile kompleks oluşturur. Bu komplekste, DNA'nın mRNA ile şifreli olarak gönderdiği bilgi çözülür ve hücresel olaylar için gerekli olan proteinlerin sentezi tamamlanır.
5.6 PROTEİN SENTEZİ
Hücrelerin önemli özelliklerinden biri de protein sentezlemeleridir. Proteinler hücrelerde bulunan aminoasitlerin DNA'daki şifreye göre yanyana getirilmesi ile oluşturulur. Bu olay ise kademe kademe gerçekleşir.
5.6.1 mRNA'nın Sentezlenmesi (Transkripsiyon)
mRNA çekirdekteki DNA üzerinden sentezlenir. Bu sentezin gerçekleşebilmesi için DNA çift zinciri çözülür. Bu çözülen zincirlerin bir tanesi yapılacak olan mRNA'ya kalıplık eder. Bu zincire anlamlı zincir diğerine ise tamamlayıcı zincir denir.
Şekil 5.8 Çekirdekte Transkripsiyon
DNA'dan mRNA sentezlenmesi olayına transkripsiyon denir.
Transkripsiyon
DNARNA
Transkripsiyon gerçekleşirken DNA'daki Adeninin karşısına Urasil, Timin karşısına Adenin, Guanin karşısına Sitozin gelir. Transkripsiyonun tamamlanması ile birlikte mRNA anlamlı zincirden ayrılır. Bu ayrılmadan sonra anlamlı zincir ve tamamlayıcı zincir tekrar birleşerek sarmal oluşturur.
5.6.2 mRNA'nın Sitoplazmaya Geçmesi
DNA'dan ilk şifreyi alan mRNA çekirdek zarındaki porlardan sitoplazmaya geçer.
5.6.3 mRNA Ribozom İşbirliği
mRNA sitoplazmaya geçer geçmez ribozomla birleşir. Bu birleşme ile poliribozom dediğimiz yapı oluşur.
Şekil 5.9 mRNA Ribozom İşbirliği
Bu sırada sitoplazmada yonca yaprağı şeklinde bulunan tRNA'lar aminoasitlerle birleşir.
Şekil 5.10 tRNA'nın Bölümleri
5.6.4 Ribozom, mRNA ve tRNA'ların Kompleks Oluşturması
Aminoasitle birleşen tRNA'lardan ilki polizoma gelir ve tutunur. Hemen arkasından başka bir tRNA'da polizoma tutunur. Bu tutunma ile aminoasitler arasında peptid bağı oluşur ve bir molekül su çıkar.
Şekil 5.11 Protein Sentez Kompleksi
Peptid bağı oluşumundan sonra birinci tRNA polizomdan ayrılır.Ribozom ise bir kodon sağa kayar. Üçüncü bir tRNA polizoma tutunur. Bu tutunmadan hemen sonra 2. ve 3. aminoasit arasıda ikinci peptid bağı kurulur. Bu bağın kurulmasından sonra ikinci tRNA'da ribozomdan ayrılır.
Şekil 5.12 Peptid Bağının Oluşumu tRNA'nın Ayrılması Ribozomun Sağa Hareketi
5.6.5 Protein Sentezinin Tamamlanması
Bütün bu olay ve bağlanma mRNA ipliği bitene kadar devam eder. En son kodon bitiş kodonudur. Ribozom bu kodona gelince protein sentezi biter.
Şekil 5.13 Protein Sentezinin Tamamlanması
mRNA üzerindeki ilk kodona başlatma (start) kodonu denir. Bu kodon bütün mRNA'lar da AUG'dir. mRNA üzerinde protein sentezini durduran kodonlara stop kodonları
Protein sentezi esnasında açığa çıkan su molekülü sayısı peptid bağı sayısına eşittir. Proteindeki peptid bağı sayısı aminoasit sayısının bir eksiğidir. mRNA'daki üç nükleotid bir kodonu oluşturur. Bir kodon bir aminoasit şifreler.
Protein sentezi esnasında su açığa çıktığı için bu reaksiyonlara dehidrasyon reaksiyonu denir.
denir. Bunların nükleotid dizileri şöyledir. UAG, UGA ve UAA dır. Bu kodonlardan birinin mRNA üzerinde bulunması protein sentezinin durması için yeterlidir.
5.7 SANTRAL DOGMA PRENSİBİ
DNA'nın kendisini eşlemesi ve protein sentezindeki yöneticilik özelliğini açıklar.
Replikasyonda gerçekleşecek bir mutasyon kalıtsal olarak yavru hücrelere geçecektir.
Transkripsiyonda hatalı mRNA üretimi ile geçici bir hastalık oluşabilir. Bu durum DNA'nın yeni bir mRNA sentezlemesi ile ortadan kalkar. Translasyonda hatalı üretilen protein molekülü imha edilerek ortadan kaldırılır.
Şekil 5 14 Santral Doğma Prensibi
5.8 ENZİMLER VE ÇALIŞMASI
Hücrelerdeki yapım ve yıkım reaksiyonlarının başlayabilmesi için aktivasyon enerjisine ihtiyaç vardır. Aktivasyon enerjisine ulaşmadan reaksiyonlar başlayamaz. Hücrelerdeki reaksiyonların böyle bir enerjiye ulaşmaları çok zordur ve zaman gerektirir. Bir hücrede saniyede binlerce reaksiyonun gerçekleştiği düşünülürse aktivasyon enerjisini düşüren etmenlerin olduğu kabul edilir. Bu etmenlere biyolojide enzim denir. Enzimler başlamış olan bir reaksiyonun hızını artırıp aktivasyon enerjisini düşürürler.
Örneğin :
Glukoz, cansız ortamda 200 - 300°C de yanarak CO2 ve H2O'ya dönüşür. Hücrede ise 40°C de yakılarak ürünlerine ayrışır. Aradaki bu farkı sağlayan faktör enzimlerdir.
Şekil 5.15 Aktivasyon Enerjisine Enzim Etkisi
5.8.1 Enzimlerin Yapısı
Enzimlerin temel yapısını proteinler oluşturur. Bazı enzimlerde sadece protein bulunur. Bazı enzimlerde ise protein (Apoenzim) ve koenzim kısımları vardır. Sadece proteinden oluşan enzimlere basit enzim proteinle birlikte koenzim içeren enzimlere de bileşik enzim denir. Bileşik enzimlerde koenzim olmadan apoenzim çalışamaz. Koenzim olarak, NAD, FAD ve B grubu vitaminleri kullanılır. Enzimler etki ettikleri maddeye göre adlandırılırlar. Proteinleri parçalayanlar proteaz ya da peptidaz, karbonhidratları parçalayanlar ise karbohidraz adını alır.
5.8.2 Enzimlerin Reaksiyonu Etkileme Biçimi
Enzimin etkileyerek reaksiyona sokacağı maddeye substrat denir. Geçici olarak enzim substrat kompleksi meydana gelir. Yapım ya da yıkım gerçekleştikten sonra enzim substrattan ayrılır. Bu reaksiyon esnasında enzimler değişmeden reaksiyondan çıkar, substratlar ise ya parçalanır ya da birleşerek daha büyük molekülleri oluşturur.
5.8.3 Enzimlerin Özellikleri
- Her enzim özel bir yapıya sahiptir ve bir çeşit substrata etki eder.
- Enzimlerin yapısı reaksiyonlar esnasında değişmez ve tekrar tekrar kullanılır.
- Bazı enzimler reaksiyonu çift yönlü etkiler
- Enzimler etkilerini substratın dış yüzeyinde başlatır.
- Enzimler vücut dışında da etkilidir.
- Bazı maddeler enzim çalışmasını olumsuz yönde etiler. Bu maddelere inhibitör denir. Hg ve Co önemli inhibitörlerdendir. İnhibitörler reaksiyonu yavaşlatıp tamamen durdurabilir.
- Bazı maddeler enzim çalışmasını olumlu yönde etkiler. Bu maddelere de aktivatör denir. Su, sıcaklık ve pH önemli aktivatörlerdendir.
Şekil 5.10 Enzim-İnhibitör, Enzim-Aktivatör İlişkisi
5.8.4 Enzimlerin Çalışmasını Etkileyen Faktörler
Isı : Enzimler en iyi 20 - 39 °C arasında faaliyet gösterirler. 60°C nin üzerinde yapıları bozulur, 0°C nin altında ise pasifleşirler.
pH : Ortamdaki H ve OH iyonlarının konsantrasyonu enzimlerin çalışması üzerine etkilidir. Bazı enzimler asidik; bazı enzimler nötr, bazı enzimlerde bazik ortamda çalışır.
Enzim ve Substrat Konsantrasyonu : Ortamdaki enzim ve substrat miktarı birlikte artırılırsa reaksiyon hızı artar. Enzim veya substrattan herhangi birinin miktarı sabit bırakılırsa reaksiyon hızı belirli bir değere ulaşır ve o değerde sabit kalır.
Su : Enzimlerin substratlarla kompleks oluşturabilmesi için ortamda belli oranda su bulunması gerekir.
5.9 GEN - ENZİM HİPOTEZİ
Enzimler protein yapıdadırlar. DNA'da her proteinin sentezinden sorumlu bir bölge bulunmaktadır. Bu bölgelere gen denir. Buna göre bir enzimin sentezlenebilmesi için o enzimle ilgili genin DNA üzerinde bulunması gerekir. Eğer gen mutasyona uğramışsa enzim hatalı sentezlenecektir. Hatalı enzimlerde sorumlu oldukları reaksiyonları gerçekleştiremezler.
Burada Gen - 2 nin mutasyona uğradığını ya da yok olduğunu düşünürsek, sitrülin arginine çevrilemez. Bu noktada reaksiyon kesileceği için ortamda sitrülin miktarı artacak, arginin ve üre miktarı azalacaktır reaksiyonun devam edebilmesi için ortama enzim 2 verilmelidir.
5.10 ATP'NİN YAPISI VE ÖNEMİ
Canlılardaki reaksiyonların gerçekleşebilmesi enerjiye bağlıdır. Canlılar için en önemli enerji kaynağı ATP'dir. ATP ( = Adenozintrifosfat) Adenin bazı, 5 C'lu Riboz şekeri ve üç tane fosfatın oluşturduğu moleküldür.
Enerji ikinci ve üçüncü fosfatı birbirine bağlayan bağda bulunur.
Şekil 5.17 ATP'nin Yapısı
- Adenin ve ribozun birleşmesi ile oluşan yapıya Adenozin
- Adenozine bir fosfat grubunun bağlanması ile oluşan yapıya Adenozin mono fosfat (AMP)
- Adenozin monofosfata ikinci fosfat grubunun bağlanması ile oluşan yapıya da Adenozin di fosfat (ADP)
- Adenozin difosfata üçüncü fosfat grubunun bağlanması ile oluşan yapıya da Adenozin tri fosfat (ATP) denir.
ATP den bir molekül P koparıldığında 7300 kal enerji açığa çıkar.
ATP ® ADP + P + 7300 kal
Açığa çıkan bu enerji sentez (yapımı) reaksiyonlarında, hücre solunumunda, böbrek ve karaciğer faaliyetlerinde, kas kasılmasında, zihinsel faaliyetlerde, sinir iletiminde, duyu organlarının faaliyetlerinde, aktif taşımada ve vücudun diğer bütün işlevlerinde kullanılır.
ATP'ye bağlı olan enerjinin esas kaynağı güneştir. Güneş enerjisi fotosentezle organik moleküllerin bağlarındaki enerjiye çevrilir. Bu enerji daha sonra ADP'ye bir tane fosfat bağlanmasında da kullanılır.
ADP + P + enerji ® ATP
Gerçekleşen bu reaksiyona fosforilasyon (fosfatlama) denir.
ATP; fotosentez, oksijenli solunum, fermentasyon ve kemosentez reaksiyonları ile üretilir.
5.11 METABOLİZMA
Hücrede gerçekleşen yapım ve yıkım reaksiyonlarının tümüne metabolizma denir.
Yapım Reaksiyonları (Anabolizma = sentez = asimilasyon) : Hücrelerdeki küçük moleküllerin birleştirilmesidir. bütün sentez reaksiyonları anabolizmaya örnek verilebilir.
Yıkım Reaksiyonları (Katabolizma = analiz = disimilasyon) : Büyük moleküllerin parçalanmasına denir. katabolizmaya hidroliz reaksiyonları örnek verilebilir.
Anabolizma hızı = kabatolizma hızı ise; dengeli bir metabolizma vardır. Orta yaş bireylerinde böyledir.
Anabolizma hızı > Katabolizma hızı ise; pozitif bir gelişme vardır. Genç bireylerde böyledir.
Anabolizma hızı < Katabolizma hızı ise; Negatif bir gelişme vardır. Yaşlı bireylerde böyledir.
5.11.1 Bazal Metabolizma Hızı :
Herhangi bir besin almadan ve kas hareketi yapmadan sadece canlılığını korumak için tüketilen enerji miktarına bazal metabolizma hızı denir.
A) Bazal Metabolizma Ölçülürken :
- Vücut yüzeyi hesaplanır.
- Ölçme sırasında kişinin tam dinlenme halinde tutulmasına dikkat edilir.
- En son besinin ölçme işleminden 12 saat önce alınmasına dikkat edilir.
- Ölçme sırasında ortam sıcaklığı hesaplanır.

Posted in: