Bir Fotoğraf ve Bir Sayı Kuralı
1952'de Londra'da Rosalind Franklin, DNA liflerine X ışını göndererek "Fotoğraf 51" diye anılan görüntüyü çekti. Görüntüdeki çarpı biçimli desen, molekülün sarmal olduğunu gösteriyordu. Birkaç yıl önce de Erwin Chargaff farklı canlıların DNA'sını ölçmüş ve tuhaf bir düzen bulmuştu: her örnekte adenin miktarı timine, guanin miktarı sitozine eşitti.
1953'te Watson ve Crick bu iki kanıtı birleştirerek çift sarmal modelini yayımladı. Model ne diyordu? İki zincir merdiven gibi karşılıklı durur, basamakları bazlar oluşturur ve A yalnız T ile, G yalnız C ile eşleşir. Chargaff'ın eşitliği bu eşleşmenin doğal sonucudur.
Nükleotit: Üç Parçalı Yapı Taşı
DNA'nın ve RNA'nın yapı birimi nükleotittir. Her nükleotit üç parçadan oluşur: bir fosfat grubu, beş karbonlu bir şeker ve bir organik baz.
| Özellik | DNA | RNA |
|---|---|---|
| Şeker | Deoksiriboz | Riboz |
| Bazlar | A, T, G, C | A, U, G, C |
| Zincir | Çift, sarmal | Tek |
| Görev | Kalıtsal bilgiyi saklar | Bilgiyi taşır ve kullanır |
Bazlar iki gruptur: A ve G çift halkalı pürin, C, T ve U tek halkalı pirimidin. Her basamakta bir pürin bir pirimidinle eşleştiği için merdivenin eni her yerde aynıdır: yaklaşık 2 nanometre. A ile T arasında 2, G ile C arasında 3 hidrojen bağı kurulur. G-C oranı yüksek DNA'yı ayırmak bu yüzden daha çok ısı ister.
DNA hücrede nerede durur? Ökaryotlarda büyük bölümü çekirdektedir, histon proteinlerine sarılı hâlde kromozomları oluşturur. Mitokondri ve kloroplastın da kendi küçük, halkasal DNA'sı vardır; bu organellerin bir zamanlar bağımsız bakteriler olduğu görüşünün kanıtlarından biri budur. Bakterilerde çekirdek zarı yoktur; tek, halkasal DNA sitoplazmada bulunur, yanında plazmit denen küçük halkalar olabilir. İnsan hücresindeki DNA uç uca eklense yaklaşık 2 metre tutar; bunun 6 mikrometrelik bir çekirdeğe sığması ancak bu sıkı paketlemeyle mümkündür.
Hesap Masası
Örnek 1. Çift zincirli bir DNA 200 nükleotitlidir ve 40 adenin içerir. Kaç sitozin ve kaç hidrojen bağı vardır?
- A = T olduğundan T = 40. A + T = 80.
- Kalan $200 - 80 = 120$ nükleotit G ve C'dir; G = C = 60.
- Hidrojen bağı: $2 \times 40 + 3 \times 60 = 80 + 180 = 260$.
Örnek 2 (mini soru). Bir DNA zincirinde 30 A, 20 T, 25 G, 25 C var. Karşı zincirde kaç T bulunur? Biraz düşün. Karşı zincirde her A'nın karşısına T geldiğinden 30 T vardır. Çift zincirli molekülün tamamında ise A sayısı $30 + 20 = 50$ olur.
Bir kural daha: çift zincirde pürinler pirimidinlere eşittir, yani $A + G = T + C$. Bu eşitlik her DNA için doğrudur, oran ise canlıdan canlıya değişir.
Eşlenme: 1958 Deneyi
Çift sarmal, eşlenmenin nasıl olacağını da ima ediyordu: zincirler ayrılır, her biri kalıp olur. Ama bu tahmini kim kanıtladı? 1958'de Meselson ve Stahl bakterileri önce yalnız ağır azot ($^{15}\mathrm{N}$) içeren ortamda üretti, sonra normal azotlu ($^{14}\mathrm{N}$) ortama aldı ve DNA'yı yoğunluğuna göre ayırdı:
| Kuşak | Ağır | Melez (ara yoğunluk) | Hafif |
|---|---|---|---|
| 0 | %100 | — | — |
| 1 | — | %100 | — |
| 2 | — | %50 | %50 |
1. kuşakta hiç ağır DNA kalmaması "eski molekül bütünüyle korunur" fikrini çürüttü; 2. kuşakta melezin kaybolmaması da "eski zincir parçalanıp dağılır" fikrini. Geriye tek açıklama kaldı: yarı korunumlu eşlenme. Her yeni DNA'da bir eski, bir yeni zincir vardır.
İşleyiş sırası: helikaz enzimi hidrojen bağlarını açar, DNA polimeraz her kalıbın karşısına tamamlayıcı nükleotitleri dizer, ligaz kopuk parçaları birleştirir. Kalıp $\mathrm{A\,T\,G\,C}$ ise yeni zincir $\mathrm{T\,A\,C\,G}$ olur.
Genden Proteine İki Basamak
Gen, DNA'nın bir protein (ya da işlevsel bir RNA) bilgisini taşıyan bölümüdür. DNA çekirdekten çıkmaz; bilgiyi üç RNA çeşidi taşır ve kullanır: mRNA bilgiyi ribozoma götürür, tRNA uygun amino asidi getirir, rRNA ribozomun yapısına katılır.
- Transkripsiyon: DNA kalıp alınarak mRNA sentezlenir.
- Translasyon: Ribozomda mRNA üçlü üçlü okunur, amino asitler birleştirilir. 300 nükleotitlik bir mRNA en çok 100 amino asit dizer.
Uygulamaya iki örnek. DNA parmak izi: Genomda kısa dizilerin art arda tekrarlandığı bölgeler vardır ve tekrar sayısı kişiden kişiye değişir; olay yerindeki örnek bu bölgelerde şüphelininkiyle karşılaştırılır. Gen tedavisi: Kalıtsal bir hastalıkta bozuk genin yerine işlevsel bir kopya aktarılarak eksik proteinin üretilmesi hedeflenir.
Sık Yapılan Hata: A + T = G + C Değildir
Chargaff kuralını "bütün bazlar eşit" diye okuyan öğrenci $A + T = G + C$ yazıyor. Yanlış: 200 nükleotitlik örneğimizde $A + T = 80$, $G + C = 120$. Eşit olan, karşılıklı eşleşen bazlardır ($A = T$, $G = C$) ve dolayısıyla pürin toplamı ile pirimidin toplamıdır.
İkinci yanılgı: "Eşlenmede yeni DNA tümüyle yeni zincirlerden oluşur." Meselson-Stahl tablosunun 1. kuşak satırı bunun tersini gösterir. Üçüncüsü: RNA'da timin aramak. RNA'da timin yoktur, yerini urasil alır.
AYT ipucu: Soruda "çift zincirli" ifadesi varsa $A = T$ kullanılır; "tek zincir" ya da "bir zincirinde" deniyorsa eşitlik yalnız karşı zincirle kurulur.
Sık sorulanlar
Yarı korunumlu eşlenme ne demek?
Eşlenme sonunda oluşan iki DNA’nın her birinde bir eski (kalıp) ve bir yeni zincir bulunur. Meselson ve Stahl 1958’de ağır azotla bunu kanıtladı.
G-C oranı yüksek DNA neden daha zor ayrılır?
G ile C arasında 3, A ile T arasında 2 hidrojen bağı vardır. G-C çifti arttıkça zincirleri ayırmak için gereken enerji de artar.
mRNA ile tRNA arasındaki fark nedir?
mRNA gendeki bilgiyi ribozoma taşır ve kodonları içerir. tRNA ise antikodonuyla kodonu tanır ve uygun amino asidi ribozoma getirir.