Genetik Materyalin Tanımı ve İşlevi

3.3.1. Deoksiribo Nükleik Asit (DNA)

Deoksiribonükleik asit veya kısaca DNA, biyokimyasal olarak nükleik asit yapısında olan ve tüm organizmaların canlılık işlevleri ve biyolojik gelişmeleri için gerekli olan kalıtımsal bilgiyi taşıyan moleküllerdir. DNA içerdiği bilgiler dolayısıyla canlının özelliklerinin nesiller boyunca aktarımını sağladığı gibi, hücrenin işlevleri için şart olan protein sentezi için de gereklidir. Genler, DNA moleküllerinin birleşerek çift sarmal bir yapı oluşturmasıyla meydana gelmektedir.

Biyokimyasal olarak bir fosfat, beş karbonlu bir şeker (deoksiriboz) ve bir azotlu organik bazdan oluşan kimyasal bileşikler “nükleotid” olarak adlandırılmaktadır. DNA milyonlarca nükleotidin birleşmesiyle oluşan bir polimerdir. DNA zinciri 22 ila 26 Angström (Å) arası genişliktedir, bir nükleotid birim 3,3 Å uzunluğundadır (17). Her bir birim çok küçük olmasına rağmen DNA polimerleri milyonlarca nükleotidden oluşan moleküllerdir. Örneğin, en büyük insan kromozomu olan bir numaralı kromozom yaklaşık 220 milyon baz çifti uzunluğundadır (18).

Nükleotidde her bir şeker grubuna, baz olarak adlandırılan Adenin, Guanin, Sitozin ve Urasil moleküllerinden biri bağlanmaktadır. Şeker ve fosfat, DNA molekülünün omurgasını oluştururken, bu bazlar çift sarmal yapıdaki öbür DNA ipliğiyle etkileşmektedir. Genetik bilgi, DNA'nın omurgası boyunca bu bazların

dizilimiyle kodlanmaktadır. Çift sarmal yapıda bir iplikteki nükleotitlerin birbirine bağlanma yönü, öbür ipliktekilerin bağlanma yönünün tersidir ve DNA ipliklerinin bu düzenine “anti paralel” denmektedir. Çift sarmal yapıda karşıdan karşıya birine hidrojen bağı ile bağlı halde bulunan iki baza “bir baz çifti” adı verilir. DNA'nın bir ipliğindeki bir baz tipi, öbür iplikten tek bir baz tipiyle bağ kurar. Buna “tümleyici (komplemanter) baz eşleşmesi” adı verilmektedir. Hidrojen bağları kovalent bağlardan daha zayıf olduklarından kolayca kopup tekrar oluşabilirler. Dolayısıyla, DNA zincirinin iki ipliği mekanik güçle veya yüksek sıcaklıkta bir fermuar gibi kolayca birbirinden ayrılabilir (19). Komplementerliğin bir sonucu olarak, bir DNA sarmalındaki iki iplikli dizideki tüm bilgi, ipliklerin her birinde kopyalanmış durumdadır. Bu da, DNA kopyalanması için temel bir özelliktir. Aslında, komplementer baz çiftleri arasındaki spesifik ve tersinir etkileşimler, DNA'nın canlılardaki işlevleri için şarttır.

DNA zincirinde bazların dizilimi ile kodlanmış halde bulunan bilgi üreme hücrelerinde görülen mayoz bölünmeyle yeni kuşaklara aktarılırken, protein sentezi sırasında bir takım işlemlerle okununca proteinlerin aminoasit dizisini belirlemektedir. Söz konusu işlem sırasında DNA'daki bilgi, DNA'ya benzer yapıya sahip başka bir nükleik asit olan Ribo Nükleik Asite (RNA) kopyalanmaktadır. Bu işlem, “transkripsiyon” olarak adlandırılmaktadır. Transkripsiyon sırasında bir DNA dizisinin ona komplementer bir RNA dizisi olarak kopyalanması, DNA ile doğru RNA nükleotitler arasındaki çekim sayesinde mümkün olmaktadır. Protein çevrimi (translasyon) denen süreç sırasında bu RNA dizisine karşılık gelen bir protein sentezlenirken, RNA nükleotitleri arasında gene baz eşleşmesi olmaktadır. Bir diğer önemli biyolojik süreç, hücredeki genetik bilginin kopyalanması olan DNA çiftlenmesidir.

Nükleotidlerden oluşan zincirlerin, sarmaşığa benzer bir biçimde çift sarmal yapıda sıralanmalarıyla DNA zincirleri oluşmaktadır. Bu DNA zincirleri kromatin proteinleri adı verilen bazı proteinlerin de yardımıyla birleşerek organize olmakta ve böylelikle kromozomları oluşturmaktadır. DNA, insan hücrelerinde kromozomlar içinde bulunmaktadır.

3.3.2. Gen

Bir kromozomun belirli bir kısmını oluşturan nükleotid dizisine gen adı verilmektedir. Genom dizisinde yeri tanımlanabilen, transkripsiyonu yapılan, düzenleyici ve/veya fonksiyonel bölgeleri olan bir bölgedir. Bir başka tanıma göre gen; aynı sınıftan (protein veya RNA) işlevsel ürünler şifreleyen, potansiyel olarak birbiriyle örtüşen genom dizilerinin birleşimidir (20). Özetle, gen kalıtımsal özellik taşıyan en küçük birimdir ve canlının temel yapı taşı olan hücrelerin kro-mozomlarında bulunarak, bireyin kalıtımsal özelliklerinin ortaya çıkmasını ve alt kuşaklara aktarılmasını sağlamaktadır.

Her bir gen, organizmanın belli bir özelliğini belirleyen bir DNA dizisiyle tanımlanmaktadır. Canlıya ait belirli bir karakteristik özelliği kopyalamaktadır ve hücre bölünmesi sırasında genetik materyal kendini eşleyerek diğer hücreye de aktarılmaktadır.

Her karakter, en az iki genle belirlenmektedir. Gen çiftleri homolog kromozomların karşılıklı yerlerinde bulunur. Alel genler aynı özellik üzerinde etkilidir. Homolog kromozomların aynı bölgesinde yer alan, iki veya bazen daha fazla sayıda alternatif karakterlerin genlerine “alel genler” denir. Pratikte ise, gerek aynı yönde gerekse zıt yönde etki eden gen çiftlerine alel denilmektedir. Gen çiftinde (alelde), her iki gen aynı ise, organizmanın genotipi “homozigot”, farklı ise

“heterozigot” olmaktadır. Alel gendeki her iki genin özellikleri aynı anda organizmada ortaya çıkmaz, daha çok birinin özelliği canlıda kendini gösterir.

Kendini gösteren gene “baskın (dominant) gen” denir. Bir başka deyişle, görünüşte kendini gösteren gene dominant gen; etkisi gizli kalan, fakat diğer döllere özellikleri aktarılmaya devam eden gene çekinik (resesif) gen denir (21). Her gen bir harfle temsil edilirken, baskın genler büyük harfle, çekinik genler aynı harflerin küçükleriyle ifade edilir.

Canlının her bir hücresinde sahip olduğu genlerin toplamı “genotip” olarak adlandırılırken, kalıtsal özelliklerinin dışarıdan algılanabilir şekline de “fenotip”

denmektedir. Canlının fenotipi, genotipi yanı sıra çevresel faktörlerin de etkisi altında oluşmaktadır. Farklı çevre şartlarında bir canlının fenotipinde meydana gelen değişikliklere “modifikasyon” denir. Modifikasyonlar sonradan kazanılan özellikler olduğu için alt nesillere geçemezler. Bir değişikliğin kalıtsal olabilmesi için üreme

hücrelerinin genetik bilgisinde ortaya çıkması gerekir. Çevre şartlarının değişmesiyle fenotipte meydana gelen değişiklikler, genlerin değişmesiyle değil, genlerin işleyişindeki değişmeyle ortaya çıkmaktadır. Modifikasyonlar ısı, ışık, nem ve besin gibi çeşitli faktörlerin etkisiyle meydana gelebilmektedir.

3.3.3. Kromozom

Birçok canlı gibi insan da trilyonlarca hücreden meydana gelir. Hücre, bitkisel ya da hayvansal her türlü yaşam biçiminin en küçük birimidir. Her hücre bir sitoplazma ve çekirdekten meydana gelir. Çekirdeğin içinde ise, kromozom adı verilen ipliksi parçalar bulunur. Kromozom sözcüğü "renkli parçacık" anlamındadır ve ilk kez 19. yüzyılda kullanılmıştır. Hücrenin içinde yer alan parçacıkların araştırılması sırasında, hücre boyanırken en iyi kromozomların renklendirilebildiği fark edilmiştir. 20. yüzyılda ise, kromozomların kalıtımsal parçacıkları içerdiği saptanmıştır.

DNA, insan hücrelerinde kromozomlar içinde bulunur. Kromozomlar uzun DNA şeritlerinden oluşmaktadır ve bu şeritlerin hücrenin içine sığması için

“kromatin proteinleri” adı verilen özel bir protein ailesi tarafından paketlenmesi gerekmektedir (21). DNA zincirleri kromatin proteinlerinin yardımıyla birleşerek organize olurlar ve böylelikle kromozomları oluştururlar. Bir hücredeki kromozomlar kümesine o hücrenin genomu denir; insan genomu 46 kromozom içinde yer alan yaklaşık üç milyar baz çiftinden oluşmaktadır (22).

Kromozomlar kalıtımsal öğenin maddesel temelidir, çünkü bu yapıda hücre bölünmesi kalıtım kurallarına göre gerçekleşir. Kromozomlar büyüklüklerine göre 1’den 22'ye kadar sıralanmıştır. Cinsiyeti belirlemede etkisi olan kromozom ise X ve Y harfleriyle kodlanmış ve diğerlerinden ayrılmıştır. Kromozomların şekli, büyüklüğü ve sayısı her canlı türü için farklı ve sabittir. İnsanlarda genleri taşıyan 23 çift kromozom bulunmaktadır. Döllenme sırasında bebek, anneden ve babadan 23’er kromozom alır. Döllenme XX olarak gerçekleştiğinde bebeğin cinsiyeti kız, XY olduğunda ise erkek olur.

3.3.4. Protein Sentezi

Genler, işlevsel moleküller kodlayan DNA dizileridir ve canlının dışsal özelliklerini tanımlayan fenotipini belirler. Genler protein kodlarken DNA dizisinden bir mesajcı RNA dizisi oluşur ve böylelikle bir veya birkaç protein dizisi belirlenmiş olur. Genlerdeki DNA dizisi ile proteinlerdeki amino asit dizisi arasındaki ilişki

“genetik kod” olarak adlandırılan bir mekanizmayla belirlenir. Üç nükleotitlik diziler

“kodon” olarak adlandırılır ve bunların toplamına “genetik kod” adı verilir. Genetik kodda yer alan kodonlar, proteinlerin yapıtaşı olan amino asitleri kodlarlar. Dört bazın üçlü kombinasyonları olabildiği için her genetik kodda 64 olası kodon bulunmaktadır.

Transkripsiyonda, protein kodlayan bir genin kodonları önce RNA polimeraz enzimi tarafından bir mesajcı RNA şeklinde kopyalanır. Bu RNA kopya, ardından bir ribozom tarafından deşifre edilir. Ribozom, mesajcı RNA ile amino asit taşıyan taşıyıcı RNA’lar arasında baz eşlemesi yaparak onu okur. Böylece DNA’nın şifrelediği bilgiye uygun olarak protein sentezi gerçekleştirilmiş olur.