İçerik
DNA, genel olarak biyolojiye veya bilimlere genel olarak maruz kalması çok az olan insanlarda bile önemli derecede bir anlayışa yol açan bir bilimsel disiplinin özünde bulunan birkaç harf kombinasyonundan biridir. "Onun DNA'sında" ifadesini duyan çoğu yetişkin, belirli bir özelliğin tanımlandığı kişiden ayrılmaz olduğunu hemen anlar; karakteristiğin bir şekilde doğuştan olduğu, asla ortadan kalkmadığı ve bu çocuklara ve ötesine aktarılma yeteneğine sahip olduğu. Bu, “deoksiribonükleik asit” olan “DNA” nın ne anlama geldiğine dair bir fikri olmayanların kafasında bile geçerli görünüyor.
İnsanlar, anne-babalarından gelen özellikleri miras alma ve kendi özelliklerini kendi çocuklarına geçirme kavramıyla anlaşılır bir şekilde büyülenir. İnsanların kendi biyokimyasal miraslarını düşünmeleri sadece doğaldır, bu kadarını resmi olarak hayal edebilecek olsa bile. Her birimizin içindeki küçük görünmeyen faktörlerin insanların yüzlerce yıl boyunca nasıl göründüğünü ve hatta nasıl davrandığını yönettiğini kabul etmek. Fakat 20. yüzyılın ortalarına kadar modern bilim, yalnızca kalıtımdan sorumlu moleküllerin ne olduğunu değil aynı zamanda neye benzediklerini de görkemli bir şekilde ortaya koydu.
Deoksiribonükleik asit aslında tüm canlıların hücrelerinde tuttuğu genetik mavidir, her insanı sadece gerçek bir tekil biri (aynı amaçlar dışında olan tek yumurta ikizleri) yapan, aynı zamanda hayati önem arz eden bir mikroskopik parmaktır. Her bir kişi hakkında, başka bir özel kişiyle ilişkili olma ihtimalinden, yaşamın ilerleyen dönemlerinde verilen bir hastalığı geliştirme veya böyle bir hastalığı gelecek nesillere aktarma şansına kadar. DNA, moleküler biyoloji ve bir bütün olarak yaşam biliminin doğal merkezi noktası değil, aynı zamanda adli tıp ve biyoloji mühendisliğinin ayrılmaz bir parçası haline gelmiştir.
DNA'nın Keşfi
James Watson ve Francis Crick (ve daha az yaygın olan Rosalind Franklin ve Maurice Wilkins), 1953'te DNA'nın keşfi ile geniş çapta itibar kazanmıştır. Ancak bu algı yanlıştır. Kritik olarak, bu araştırmacılar aslında DNA'nın, iki boyutlu bir sarmal biçiminde üç boyutlu formda bulunduğunu, esasen bir spiral şekil oluşturmak için her iki ucunda farklı yönlerde bükülmüş bir merdiven olduğunu ortaya koymuştur. Ancak, bu kararlı ve ünlüleri kutlayan bilim adamları, 1860'lı yıllarınki gibi aynı genel bilgileri aramaya çalışan biyologların özenli çalışmalarına "sadece" dayanıyorlardı. İkinci Dünya Savaşı sonrası araştırma döneminde Crick ve diğerleri.
İnsanların aya seyahat etmeden 100 yıl önce 1869'da, Friedrich Miescher adlı bir İsviçreli kimyager, bileşimlerini ve fonksiyonlarını belirlemek için protein bileşenlerini lökositlerden (beyaz kan hücreleri) çıkarmaya çalıştı. Bunun yerine çıkardığı şeyi "nüklein" olarak adlandırdı ve gelecekteki biyokimyacıların ne öğrenebileceklerini öğrenmek için gerekli araçlardan yoksun olmasına rağmen, bu "çekirdek" in proteinlerle ilgili olduğunu ancak kendisinin protein olmadığını, alışılmadık miktarda fosfor ve bu maddenin proteinleri degrade eden aynı kimyasal ve fiziksel faktörler tarafından parçalanmaya karşı dirençli olması.
Mieschers'ın çalışmasının gerçek önemi ilk olarak ortaya çıkmadan önce 50 yıldan fazla bir zaman alacaktı. 1900'lerin ikinci on yılında, bir Rus biyokimyacısı olan Phoebus Levene, bugün nükleotit dediğimiz şeyin bir şeker kısmı, bir fosfat kısmı ve bir taban kısmı içerdiğini öne süren ilk kişi oldu. şekerin riboz olduğu; ve nükleotitler arasındaki farkların, bazları arasındaki farklara borçlu olduğudur. Onun "polinükleotit" modelinde bazı kusurlar vardı, ancak günün standartlarına göre dikkat çekici bir şekilde hedefti.
1944'te Oswald Avery ve Rockefeller Üniversitesi'ndeki meslektaşları, DNA'nın kalıtsal birimlerden veya genlerden oluştuğunu resmen öneren ilk araştırmacılardı. Avusturyalı bilim adamı Erwin Chargaff, Levene'nin yanı sıra çalışmalarının ardından iki önemli keşif yaptı: Birincisi, DNA'daki nükleotitlerin sırasının, Levene'nin önerdiğinin aksine, organizma türleri arasında değiştiği; ve iki, herhangi bir organizmada, türlerden bağımsız olarak birleştirilen azot bazları adenin (A) ve guaninin (G) toplam miktarı, hemen hemen her zaman toplam sitozin (C) ve timin (T) miktarıyla aynıydı. Bu, Chargaff'ı bütün DNA'da A ve T ile C çiftlerinin G ile eşleştirdiği sonucuna varmasına neden olmadı, ancak daha sonra başkalarının ulaştığı sonuca ulaşmada yardımcı oldu.
Son olarak, 1953 yılında, Watson ve arkadaşları, üç boyutlu kimyasal yapıların görselleştirilmesinin hızla iyileştirilmesi yöntemlerinden faydalanarak, tüm bu bulguları bir araya getirdi ve çift sarmalın DNA hakkında bilinen her şeye hiçbir şekilde uymadığını tespit etmek için karton modeller kullandı. başka yapabilirdi.
DNA ve Kalıtımsal Özellikler
DNA canlılıkta kalıtsal malzeme olarak tanımlandı ve yapısı netleştirilmeden çok önce, deneysel bilimde olduğu gibi, bu hayati keşif aslında araştırmacıların asıl amacı için önemliydi.
Antibiyotik tedavisi 1930'ların sonlarında ortaya çıkmadan önce, bulaşıcı hastalıklar bugün olduğundan çok daha fazla insanın yaşamını iddia etti ve sorumlu organizmaların gizemlerinin çözülmesi mikrobiyoloji araştırmalarında kritik bir amaçtı. 1913'te yukarıda adı geçen Oswald Avery, pnömoni hastalarından izole edilmiş olan pnömokokal bakteri türlerinin kapsüllerinde yüksek bir polisakarit (şeker) içeriği ortaya çıkaran çalışmaya başladı. Avery, bunların enfekte olmuş insanlarda antikor üretimini uyardığını teorikleştirdi. Bu arada, İngiltere’de William Griffiths, bir çeşit hastalığa neden olan pnömokokun ölü bileşenlerinin zararsız bir pnömokokun canlı bileşenleri ile karışabileceğini ve eskiden zararsız türün bir hastalığa neden olan şeklini ürettiğini gösteren çalışmalar yürütüyordu; bu, ölülerden canlı bakterilere ne taşınırsa kalıtsal kaldığını kanıtladı.
Avery, Griffith'in sonuçlarını öğrendiğinde, saflaştırma deneylerini, kalıtsal ve nükleik asitler veya daha spesifik olarak nükleotitler üzerine yerleştirilmiş olan pnömokok içindeki kesin materyali izole etmek için yapmaya karar verdi. DNA'nın daha sonra popüler olarak "dönüştürme ilkeleri" olarak adlandırılan şeye sahip olduğundan şüpheleniliyordu, bu nedenle Avery ve diğerleri bu hipotezi kalıtsal materyali çeşitli ajanlara maruz bırakarak sınadı. DNA bütünlüğünü tahrip edici olduğu bilinen ancak DNAas adı verilen proteinlere veya DNA'ya zararsız olduğu bilinenler, özelliklerin bir bakteri oluşumundan diğerine geçişini önlemek için yüksek miktarlarda yeterliydi. Bu arada, proteinleri çözen proteazlar böyle bir zarar vermedi.
Averys ve Griffiths'in çalışmasının eve götürülmesi, yine, Watson ve Crick gibi insanlar moleküler genetiğe katkılarından dolayı haklı olarak övgüde bulunurken, DNA'nın yapısını oluşturmak, aslında bu konuda öğrenme sürecine oldukça geç bir katkı oldu. muhteşem molekül.
DNA'nın Yapısı
Chargaff, DNA'nın yapısını tam olarak tanımlamamasına rağmen, (A + G) = (C + T) 'ye ek olarak, DNA'ya dahil olduğu bilinen iki iplikçinin her zaman birbiriyle aynı mesafede olduğunu gösterdi. Bu varsayım yol açtı purinler (A ve G dahil) her zaman bağlı pirimidinler (C ve T dahil) DNA'da. Bu, üç boyutlu bir anlam ifade etmiştir, çünkü pürinler pirimidinlerden oldukça büyüktür, tüm pürinler esasen aynı boyuttadır ve tüm pirimidinlerin esasen aynı boyuttadır. Bu, birbirine bağlanan iki purinin, DNA zincirleri arasında iki pirimidin'den çok daha fazla yer kaplayacağı ve ayrıca verilen herhangi bir purin-pirimidin eşleşmesinin de aynı miktarda yer alacağı anlamına gelir. Tüm bu bilgileri koymak, A'nın yalnızca T'ye bağlanması ve bu modelin başarılı olması için C ve G için aynı ilişkinin geçerli olmasını gerektiriyordu. Ve o sahip.
Bazlar (daha sonraları daha sonra), DNA molekülünün iç tarafındaki, bir basamaktaki basamaklar gibi birbirine bağlanır. Peki ya iplikçikler ya da "taraflar" kendileri? Watson ve Crick'le çalışan Rosalind Franklin, bu "omurga" nın şekerden (özellikle bir pentoz şeker veya beş atomlu halka yapılı bir) ve şekerleri birleştiren bir fosfat grubundan oluştuğunu varsaymıştır. Yeni netleştirilen baz eşleştirme fikrinden dolayı, Franklin ve diğerleri, tek bir moleküldeki iki DNA zincirinin "tamamlayıcı" olduğunu ya da nükleotidleri düzeyinde birbirlerinin ayna görüntüleri olduğunu fark ettiler. Bu, bükülmüş DNA formunun yaklaşık yarıçapını sağlam bir doğruluk derecesi içerisinde tahmin etmelerini sağladı ve X-ışını difraksiyon analizi, sarmal yapıyı doğruladı. Sarmalın çift sarmal olduğu fikri, 1953'te DNA yapısının yerine oturması için son ana detaydı.
Nükleotidler ve Azotlu Bazlar
Nükleotitler, DNA'nın bir nükleotitlerin polimeri olduğunu söylemenin karşılığı olan tekrar eden alt birimleridir. Her bir nükleotit, bir oksijen ve dört karbon molekülüne sahip bir beşgen halka yapısı içeren deoksiriboz adlı bir şekerden oluşur. Bu şeker bir fosfat grubuna bağlanır ve halka boyunca bu noktadan iki nokta, ayrıca azotlu bir baza bağlanır. Fosfat grupları, iki iplikçik, çift sarmalın ortasındaki bağlı azot-ağır bazlar etrafında bükülen DNA omurgasını oluşturmak için şekerleri birbirine bağlar. Helis, her 10 baz çiftinde bir kez 360 derecelik tam bir bükülme yapar.
Sadece azotlu bir tabana bağlı bir şekere nükleosid.
RNA (ribonükleik asit), DNA'dan üç anahtar yolla farklıdır: Birincisi, pirimidin uracil, timin ile ikame edilir. İkincisi, pentoz şekeri deoksiribozdan ziyade ribozdur. Ve üçüncüsü, RNA neredeyse her zaman tek tellidir ve tartışması bu makalenin kapsamı dışında olan çok sayıda biçimde gelir.
DNA kopyalama
DNA, kopyalanacak zaman geldiğinde, iki tamamlayıcı teline "çözülür". Bu olurken, tek telleri boyunca kız telleri oluşturulur. Bu tür bir kızı iplik, enzimin etkisi altında, tek nükleotitlerin eklenmesiyle sürekli olarak oluşturulur DNA polimeraz. Bu sentez basit bir şekilde ana DNA iplikçiklerinin ayrılma yönü boyunca devam eder. Diğer kız teli, adı verilen küçük polinükleotitlerden oluşur. Okazaki parçaları Bu aslında, ana iplikçiklerin açılmasının tersi yönde meydana gelir ve daha sonra enzim ile birleştirilir. DNA ligazı.
İki kız teli aynı zamanda birbirlerini tamamlayıcı olduklarından, bazları en sonunda bir tanesine benzer çift sarmallı bir DNA molekülü oluşturmak için birbirine bağlanır.
Tek hücreli ve prokaryot denilen bakterilerde, bakteri DNA'sının tek bir kopyası (genom olarak da adlandırılır) sitoplazmada bulunur; çekirdek yoktur. Çok hücreli ökaryotik organizmalarda, DNA çekirdeğinde, yüksek derecede sarılmış, biriktirilmiş ve uzamsal olarak yoğunlaştırılmış DNA molekülleri olan kromozomlar biçiminde bulunur ve bir metre uzunluğunda sadece milyonlarca histonlar. Mikroskopik incelemede, alternatif histon "biriktirme" ve basit DNA iplikçikleri (bu organizasyon seviyesindeki kromatin olarak adlandırılır) gösteren kromozom kısımları genellikle bir ipteki boncuklara benzetilir. Bazı ökaryotik DNA da denilen hücre organellerinde bulunur. mitokondri.