DNA Moleküllerinin Önemi

DNA, bilimsel bir disiplinin merkezinde yer alan birkaç harf kombinasyonundan biridir. yaşam boyu biyolojiye veya bilimlere çok az maruz kalan insanlarda bile önemli düzeyde anlayış genel. "DNA'sında var" ifadesini duyan çoğu yetişkin, belirli bir özelliğin tarif edilen kişiden ayrılamaz olduğunu hemen anlar; özelliğin bir şekilde doğuştan olduğunu, asla kaybolmadığını ve o kişinin çocuklarına ve ötesine aktarılabilir. Bu, "DNA"nın ne anlama geldiği, yani "deoksiribonükleik asit" hakkında hiçbir fikri olmayanların zihninde bile geçerli görünüyor.

İnsanlar, ebeveynlerinden özellikleri miras alma ve kendi özelliklerini yavrularına aktarma kavramından anlaşılır bir şekilde etkilenirler. İnsanların kendi biyokimyasal mirasları üzerinde düşünmeleri, çok az kişi bunu bu kadar resmi terimlerle hayal edebilse bile, sadece doğaldır. Her birimizin içindeki küçük, görünmeyen faktörlerin, insanların çocuklarının nasıl göründüğünü ve hatta nasıl davrandığını yönettiğinin kabulü, kesinlikle yüzlerce yıldır var olmuştur. Ancak 20. yüzyılın ortalarına kadar modern bilim, yalnızca kalıtımdan sorumlu moleküllerin ne olduğunu değil, aynı zamanda neye benzediklerini de muhteşem ayrıntılarla ortaya çıkarmadı.

Deoksiribonükleik asit gerçekten de tüm canlıların hücrelerinde muhafaza ettikleri genetik plandır, her insanı sadece insan yapan değil, benzersiz bir mikroskobik parmak izidir. kelimenin tam anlamıyla türünün tek örneği bir bireydir (mevcut amaçlar dışında tek yumurta ikizleri hariç), ancak her insan hakkında çok sayıda hayati bilgiyi ortaya çıkarır. Belirli bir kişiyle ilişkili olma olasılığı, belirli bir hastalığı yaşamın ilerleyen dönemlerinde geliştirme veya böyle bir hastalığı geleceğe aktarma şansına nesiller. DNA, yalnızca moleküler biyolojinin ve bir bütün olarak yaşam biliminin doğal merkezi noktası değil, aynı zamanda adli bilim ve biyolojik mühendisliğin de ayrılmaz bir bileşeni haline gelmiştir.

James Watson ve Francis Crick (ve daha az yaygın olarak, Rosalind Franklin ve Maurice Wilkins), 1953'te DNA'nın keşfiyle geniş çapta kredilendirilir. Ancak bu algı hatalıdır. Eleştirel olarak, bu araştırmacılar aslında DNA'nın üç-boyutlu bir biçimde var olduğunu kanıtladılar. esasen bir spiral oluşturmak için her iki uçta farklı yönlerde bükülmüş bir merdiven olan çift sarmal şekil. Ancak bu kararlı ve sık sık ünlü bilim adamları, aynı genel bilgiyi aramak için can atan biyologların özenli çalışmalarını "sadece" inşa ediyorlardı. 1860'lara kadar, II. Dünya Savaşı sonrası araştırmalarda Watson, Crick ve diğerlerininki kadar kendi başlarına çığır açan deneyler dönem.

1869'da, insanların aya seyahat etmesinden 100 yıl önce, Friedrich Miescher adında bir İsviçreli kimyager, Kompozisyonlarını belirlemek için protein bileşenlerini lökositlerden (beyaz kan hücreleri) çıkarın ve işlev. Çıkardığı şeye "nüklein" adını verdi ve gelecekteki biyokimyacıların ne olacağını öğrenmek için gereken araçlardan yoksun olmasına rağmen. Öğrenebildiğinde, bu "nükleinin" proteinlerle ilgili olduğunu, ancak kendisinin protein olmadığını, alışılmadık bir şey içerdiğini çabucak fark etti. fosfor miktarı ve bu maddenin bozunan aynı kimyasal ve fiziksel faktörler tarafından bozunmaya karşı dirençli olduğu proteinler.

Miescher'in çalışmalarının gerçek öneminin ilk kez ortaya çıkması için 50 yıldan fazla zaman geçmiş olacaktı. 1900'lerin ikinci on yılında, bir Rus biyokimyacı Phoebus Levene, ilk öneren kişi oldu. bugün nükleotid dediğimiz şey, bir şeker kısmı, bir fosfat kısmı ve bir bazdan oluşuyordu. kısım; şekerin riboz olduğunu; ve nükleotitler arasındaki farklılıkların, bazları arasındaki farklılıklara borçlu olduğunu. "Polinükleotid" modelinde bazı kusurlar vardı, ancak günün standartlarına göre dikkat çekici bir şekilde hedefteydi.

1944'te Oswald Avery ve Rockefeller Üniversitesi'ndeki meslektaşları, DNA'nın kalıtsal birimlerden veya genlerden oluştuğunu resmen öne süren bilinen ilk araştırmacılardı. Avusturyalı bilim adamı Erwin Chargaff, Levene'nin yanı sıra onların çalışmalarını da takip ederek iki önemli keşifte bulundu: Birincisi, DNA'daki nükleotit dizisinin, Levene'in sahip olduğunun aksine, organizma türleri arasında değişiklik gösterdiği. önerilen; ve iki, herhangi bir organizmada, adenin (A) ve guanin (G) azotlu bazların toplam miktarı türlerden bağımsız olarak kombine, hemen hemen her zaman toplam sitozin (C) miktarı ile aynıydı ve timin (T). Bu, Chargaff'ın A'nın T ve C'nin tüm DNA'da G ile eşleştiği sonucuna varmasına pek yol açmadı, ancak daha sonra başkaları tarafından varılan sonucun desteklenmesine yardımcı oldu.

Son olarak, 1953'te Watson ve meslektaşları, üç boyutlu kimyasal yapıları görselleştirmenin hızla gelişen yollarından yararlanarak, tüm bu bulguları bir araya getirdi ve bir çift sarmalın DNA hakkında bilinen her şeye başka hiçbir şekilde uymadığını belirlemek için karton modelleri kullandı. abilir.

DNA, yapısı netleştirilmeden çok önce canlılardaki kalıtsal materyal olarak tanımlandı ve Deneysel bilimde sıklıkla görülen bir durum olsa da, bu hayati keşif aslında araştırmacıların temel sorunlarına tesadüfiydi. amaç.
1930'ların sonlarında antibiyotik tedavisi ortaya çıkmadan önce, bulaşıcı hastalıklar, olduğundan çok daha fazla insan hayatına mal oldu. Bugün yapmak ve sorumlu organizmaların gizemlerini çözmek mikrobiyoloji araştırmalarında kritik bir amaçtı. 1913 yılında, yukarıda bahsedilen Oswald Avery, sonuçta yüksek bir polisakkarit ortaya çıkaran çalışmaya başladı. pnömoniden izole edilmiş pnömokok bakteri türlerinin kapsüllerindeki (şeker) içeriği hastalar. Avery, bunların enfekte kişilerde antikor üretimini uyardığını teorileştirdi. Bu arada, İngiltere'de William Griffiths, bir tür hastalığa neden olan ölü bileşenlerin ölü bileşenlerini gösteren çalışmalar yapıyordu. pnömokok, zararsız bir pnömokok'un canlı bileşenleriyle karıştırılabilir ve eski pnömokokların hastalığa neden olan bir formunu üretebilir. zararsız tür; bu, ölüden canlı bakteriye geçen her şeyin kalıtsal olduğunu kanıtladı.

Avery, Griffith'in sonuçlarını öğrendiğinde, onu izole etmek için saflaştırma deneyleri yapmaya başladı. pnömokoklarda kalıtsal olan ve nükleik asitlerde bulunan veya daha spesifik olarak kesin materyal, nükleotidler. DNA'nın o zamanlar popüler olarak "dönüştürücü" olarak adlandırılan şeye sahip olduğundan şüpheleniliyordu. Bu nedenle Avery ve diğerleri, kalıtsal materyali bir çeşitli ajanlar. DNA bütünlüğünü bozduğu bilinen, ancak proteinlere veya DNA'ya zararsız olduğu bilinen DNAazlar, özelliklerin bir bakteri neslinden diğerine geçişini önlemek için yüksek miktarlarda yeterli Sonraki. Bu arada, proteinleri çözen proteazlar böyle bir hasar vermedi.

Avery's ve Griffith'in çalışmalarının eve götürülen mesajı, yine Watson ve Crick gibi insanlar katkılarından dolayı haklı olarak övülürken, moleküler genetiğe, DNA'nın yapısını kurmak, aslında bu muhteşem molekülü öğrenme sürecine oldukça geç bir katkıydı.

Chargaff, açıkça DNA'nın yapısını tam olarak tanımlamasa da, (A + G) = (C + T) ek olarak, DNA'ya dahil olduğu bilinen iki iplik her zaman aynı mesafedeydi ayrı. Bu, şu varsayıma yol açtı: pürinler (A ve G dahil) her zaman bağlı pirimidinler (C ve T dahil) DNA'da. Bu, üç boyutlu bir anlam ifade ediyordu, çünkü pürinler, pirimidinlerden önemli ölçüde daha büyükken, tüm pürinler esasen aynı boyutta ve tüm pirimidinler esasen aynı boyuttadır. Bu, birbirine bağlanan iki pürinin DNA zincirleri arasında çok daha fazla yer kaplayacağı anlamına gelir. iki pirimidin ve ayrıca herhangi bir pürin-pirimidin eşleşmesinin aynı miktarda tüketeceği Uzay. Tüm bu bilgileri koymak, A'nın sadece T'ye bağlanmasını ve bu modelin başarılı olması için aynı ilişkinin C ve G için geçerli olmasını gerektiriyordu. Ve o sahip.

Bazlar (daha sonra bahsedeceğiz), bir merdivendeki basamaklar gibi, DNA molekülünün iç kısmında birbirine bağlanır. Peki ya teller ya da "taraflar" kendileri? Watson ve Crick ile birlikte çalışan Rosalind Franklin, bu "omurganın" şekerden yapıldığını varsaydı. (özellikle bir pentoz şekeri veya beş atomlu halka yapısına sahip bir şeker) ve bunları birbirine bağlayan bir fosfat grubu. şekerler. Baz eşleşmesinin yeni açıklığa kavuşturulması fikrinden dolayı, Franklin ve diğerleri iki DNA zincirinin farkına vardılar. tek bir molekülde "tamamlayıcı" ya da gerçekte birbirlerinin kendi düzeylerinde ayna-görüntüleri vardı. nükleotidler. Bu, DNA'nın bükülmüş formunun yaklaşık yarıçapını katı bir doğruluk derecesi içinde tahmin etmelerine izin verdi ve X-ışını kırınım analizi sarmal yapıyı doğruladı. Sarmalın bir çift sarmal olduğu fikri, 1953'te DNA'nın yapısının yerine oturmasıyla ilgili son büyük ayrıntıydı.

Nükleotitler, DNA'nın bir nükleotit polimeri olduğunu söylemenin tersi olan DNA'nın tekrar eden alt birimleridir. Her nükleotit, bir oksijen ve dört karbon molekülü ile beşgen bir halka yapısı içeren deoksiriboz adı verilen bir şekerden oluşur. Bu şeker bir fosfat grubuna bağlıdır ve bu konumdan halka boyunca iki nokta da azotlu bir baza bağlıdır. Fosfat grupları, iki ipliği çift sarmalın ortasında bağlı nitrojen-ağır bazlar etrafında bükülen DNA omurgasını oluşturmak için şekerleri birbirine bağlar. Sarmal, yaklaşık her 10 baz çiftinde bir 360 derecelik tam bir dönüş yapar.

Sadece azotlu bir baza bağlı şekere denir. nükleosit.

RNA (ribonükleik asit), DNA'dan üç temel yolla farklıdır: Birincisi, pirimidin urasil, timin yerine ikame edilir. İkincisi, pentoz şekeri deoksiribozdan ziyade ribozdur. Ve üç, RNA neredeyse her zaman tek sarmallıdır ve tartışması bu makalenin kapsamı dışında kalan çoklu formlarda gelir.

Kopyaların yapılma zamanı geldiğinde, DNA iki tamamlayıcı zincirine "açılır". Bu olurken, tek ebeveyn iplikleri boyunca yavru iplikler oluşur. Bu tür bir kız iplik, enzimin etkisi altında tek nükleotidlerin eklenmesiyle sürekli olarak oluşturulur. DNA polimeraz. Bu sentez basitçe ana DNA ipliklerinin ayrılma yönünü takip eder. Diğer kızı iplik, adı verilen küçük polinükleotitlerden oluşur. Okazaki parçaları aslında ana iplikçiklerin açılmasının tersi yönünde oluşur ve daha sonra enzim tarafından birleştirilir. DNA ligazı.

İki kız iplik de birbirini tamamlayıcı olduğundan, bazları sonunda ana iplikle özdeş bir çift iplikli DNA molekülü yapmak için birbirine bağlanır.

Tek hücreli ve prokaryot olarak adlandırılan bakterilerde, bakterinin DNA'sının (aynı zamanda genomu olarak da adlandırılır) tek bir kopyası sitoplazmada bulunur; çekirdek bulunmaz. Çok hücreli ökaryotik organizmalarda, DNA çekirdekte kromozomlar şeklinde bulunur. bir metrenin yalnızca milyonda biri kadar uzunlukta, yüksek oranda sarmal, sarmal ve uzamsal olarak yoğunlaştırılmış DNA molekülleri ve proteinler aranan histonlar. Mikroskobik incelemede, değişen histon "spools" ve basit gösteren kromozom parçaları DNA iplikçikleri (bu organizasyon düzeyinde kromatin olarak adlandırılır) genellikle bir dize. Bazı ökaryotik DNA, hücre adı verilen hücre organellerinde de bulunur. mitokondri.