Nükleotit Asitler

Nükleotit Nükleotit, bir fosfat, bir pentoz ve bir azotlu organik bazın bir araya gelmesiyle oluşan, nükleik asitlerin monomerleri. Azotlu organik bir baz, beş karbonlu şeker ve bir tane fosforik asit bulundurur. Azotlu organik bazlar pürinler ve pirimidinlerden oluşur. Pürinler; adenin, guanin, pirimidinler; sitozin, timin ve urasildir. Beş karbonlu şekerler (pentoz), riboz ve deaksiriboz'dur.Riboz RNA'nın _ deoksiriboz ise DNA'nın yapısına katılır.Riboz karon atomunun hidroksil atomuyla birleşmiş halidir.Deoksiriboz ise aynı karbon atomuna hidrojen bağlanmıştır.Bu yüzdende ribozda deoksiribozdan bir molekül oksijen atamu fazladır. NÜKLEİK ASİT BİLEŞENLERİ Nükleik asitlerin altbirimleri (yapıtaşları) nükleotitlerdir. Herbir altbirim;azotlu bir baz, 5 karbonlu bir (pentoz) şeker ve fosfat grubundan oluşur.Bazlar, iki halkalı purin ve tek halkalı pirimidin olmak üzere iki gruba ayrılır.Adenin (A) ve guanin(G), purin baz olarak hem DNA hem de RNA’nın yapısında yeralır.Sitozin (C) hem DNA hem de RNA’da, timin (T) ise yalnızca DNA’da bulunan pirimidin bazlardır.RNA’da timinin yerini diğer bir pirimidin-urasil(U) almıştır.Molekül olarak timin ve urasil,timinin 5.pozisyonunda (C5) metil grubu (CH3) içermesiyle farklılık gösterir . Purin (A,G) bazlarının N9’dan ve pirimidin (C,T ve U) bazlarının N1’den pentoz şekerin N1 pozisyonuna B-N glikozid bağ ile bağlanmasından nükleozidler oluşur.Nükleik asitlerin DNA (deoksiribonükleik asit) ve RNA (ribonükleik asit) olarak adlandırılması, nükleozidin yapısındaki şekerin 2’ pozisyonunda OH grubunun varlığı (bu durumda riboz) veya yokluğundan (deoksiriboz) kaynaklanır.Şekerde (C2’ pozisyonunda) OH’ın olmaması nedeniyle DNA’daki nükleozidler deoksiadenozin,deoksiguanozin,deoksisitidin ve deoksitimidin olarak,RNA’dakiler ise adenozin,guanozin,sitidin ve uridin olarak adlandırılır.Ancak bir RNA olan tRNA’nın yapısında timin bulunur.Bu farklılık ribotimidin olarak belirtilir. Nükleotitler,nükleozidlerin fosfat esterleridir.Nükleik asitlerdeki herbir nükleotit birimi, biri C5’-OH,diğeri C3’-OH gruplarıyla esterleşmiş fosfat grupları içerir.Deoksiribonükleotitler DNA’nın, ribonükleotitler RNA’nın yapıtaşlarıdır.Nükleozid yapısında yeralan şekerler birden fazla OH grubu içerdiğinden deoksiribonükleotitler 3’ ve 5’, ribonükleotitler ise 2’,3’ ve 5’ fosfat esterleri oluşturabilir.Bu kimyasal özelliğe uygun olarak adenozin 5’ fosfat, 5’-ribonükleotit (adenilik asit ya da kısaca AMP) olarak tanımlanırken, deoksisitidin 3’-fosfat ise, 3’-deoksi(ribo)nükleotit (sitidilik asit veya kısaca dCMP) olarak tanımlanabilir. Eğer nükleotidin şeker birimi üzerinde iki tane fosfat mono esteri varsa nükleozid bifosfat (örneğin, guanozin 3’-5’ bifosfat), pirofosforik asitin nükleozid mono esteri (pirofosfat bağ veya fosfoanhidrit bağ) şeklinde bulunuyorsa nükleozid difosfat (örneğin ADP) denilir.Tripolifosforik asit nükleozid esterleri şeklinde uzatılırsa nükleozid trifosfatlar (örneğin ATP) olarak isimlendirilir.Bir tek fosfat grubu hem C3’-OH hem de C5’-OH grubuyla esterleşerek halkasal nükleotit oluşur (3’-5’ halkasal nükleotit,kısaca cAMP ya da cGMP gibi). b. NÜKLEOTİT POLİMERİZASYONU VE DNA’NIN BİRİNCİL YAPISI Bir nükleotit 5’- pozisyonundaki fosfatı ile diğer bir nükleotidin 3’-OH grubu arasında fosfodiester bağ oluşturarak birleşirse dinükleotit oluşur.Bu ikili yapının serbest 3’-OH ucuna birkaç nükleotit eklenerek oligonükleotitler, daha fazla sayıda nükleotit eklenerek polinükleotit zincirler oluşturulur.Bir polinükleotit zincir 5’ uçta fosfat, 3’ uçta OH ile sonlanarak DNA ve RNA’nın primer (birincil) yapısını belirler.DNA ve RNA’nın omurgasını şeker ve fosfatlar, genetik bilgi içeriğini ise özgün tip ve sayıdaki bazlar oluşturur . c.WATSON-CRICK BAZ EŞLEŞMESİ VE DNA’NIN İKİNCİL YAPISI Moleküler biyoloji biliminin temeli 1953’de James Watson ve Francis Crick tarafından ilk kez DNA’nın üç boyutlu yapısının bir model olarak açıklanmasıyla atılmıştır: DNA dışta şeker-fosfat omurgası,içte bazların yeraldığı çift sarmal iki polinükleotit zincirden oluşan bir moleküldür.Polinükleotid zincirler biri 3’-5’,diğeri 5’-3’ yönde antiparaleldir ve zincirler hidrojen bağlar ile birarada tutulurlar.Bir polinükleotit zincirin özgün nükleotit dizilimi diğerinin benzeri değil,tamamlayıcısıdır.Bu nedenle herbir zincir kalıp olarak diğerinin özgün nükleotit diziliminin de belirleyicisidir.Bu özellik, nükleik asitlerin kalıtım molekülü olarak kopyasının çıkmasını ve aktarılmasını, genetik bilginin RNA’ya ve proteine dönüştürülmesini sağlar. Watson-Crick baz eşleşmesi olarak da tanımlanan bu purin-pirimidin ya da tersi baz eşleşmeleri DNA’nın ikincil yapısını oluşturur.İki polinükleotit zincir A ile T arasında iki, G ile C arasında üç hidrojen bağı oluşturarak birarada tutulur .Hidrojen bağ oluşumu az da olsa enerji salınmasına neden olur.Böylece baz eşleşmesiyle sağlanan küçük enerjiler ve ek olarak hidrofobik etkileşimler, çift sarmalın termodinamik kararlılığını sağlar.Bu nedenle polinükleotitlerin baz bileşimi veya dizilim özelliği serbest enerji değişimini bu da sarmalın kararlılığını etkiler. Fizyolojik koşullarda genellikle DNA’daki bir baz çifti diğerine yaklaşık 3.4 angström (A ) ve eksene yaklaşık 36o’lik bir açı yaparak –fosfodiester bağ ile birleşirler.Böylece DNA’da her 10 baz-çiftini içeren kısım yaklaşık 360o dönerek 34 Ao fiziksel uzunlukta bir sarmal oluşturur.Sarmal genellikle sağa dönümlüdür.DNA’da herbir baz çiftinin sarmalın dış yüzeyine yönelik kısımlarında,özgün hidrojen bağ verici veya alıcı gruplardan ve hidrofobik ceplerden oluşan büyük ve küçük oluk şeklinde yapılar bulunur.Bu yapılar ve özgün nükleotit dizilimi,tüm çift sarmal DNA’nın - baştan sona geometrik yapısını ve buradan işlevini etkileyebilir.Örneğin, DNA’nın içinde bulunduğu fizyolojik koşullar değiştiğinde DNA’ya bağlanan düzenleyici proteinlerin bağlanma özelliği de değişerek bu bölgelerde gen etkinliğinin değişmesine neden olurlar d.RİBONÜKLEİK ASİTLER (RNA) Birincil yapıları DNA’ya benzer.5’-3’ şeker fosfat bağlantılı doğrusal dizilmiş nükleotitlerden (A,G,C ve U) oluşur.Ancak DNA’dan, şeker-fosfat omurgasında deoksiriboz yerine riboz,nükleotitlerde timin yerine urasilin yeralmasıyla farklılaşır.Tüm RNA’lar RNA polimeraz enzimiyle DNA’nın kalıp sarmalının belirli bir bölgesinden kopya çıkartılarak sentezlenirler.Birincil yapıları –ribozdaki OH nedeniyle daha az dayanıklıdır.Ancak Watson-Crick baz eşleşimiyle kendi üzerine katlanarak çift sarmal ve saç tokası görünümlü, eşleşmemiş kısımlarda ise tek sarmallı ilmik şeklinde ikincil yapılara dönüşebilirler.Örneğin,tRNA’nın ikincil yapısı bu şekilde oluşur. İkincil yapılar da kendi üzerinde katlanarak ya da diğer moleküllerle üç boyutlu yapılara dönüşmek üzere katlanırlar. RNA moleküllerinin işlevleri DNA’ya göre daha çok yönlü ve daha karmaşıktır. Örneğin,bazı RNA molekülleri; a-proteinlerin amino asit birimlerinin şifrelerini taşıyarak genetik bilgi akışına aracılık ederler (mRNA) b- Protein sentezi için platform organeli olan ribozomların yapısına katılırlar (rRNA) c-mRNA’daki şifreyi (kodonları) okuyarak taşıdığı amino asitleri buna uygun şekilde dizilmesini sağlayan adaptör moleküllerdir (tRNA). d- Ribonükleoprotein kompleksleri ya da küçük RNA molekülleri şeklinde düzenleyici molekül olarak iş görürler. Bunlara ek olarak,kodlayıcı özelliği olmayan ve bir başka RNA’ya komplementer (tamamlayıcı ya da antisens RNA olarak da adlandırılan) kısa RNA molekülleri de vardır.Bunlar RNA:RNA eşleşmeleri yaparak hedef RNA’nın normal işlevini baskılayan bir repressör olarak da iş görürler.Ayrıca sarmallardan biri RNA diğeri DNA olan RNAhttp://www.paylasimdayim.com/images/smilies/biggrin.gifNA dubleksleri şeklinde çift sarmallar da oluşabilmektedir.Bunlar; 1.RNA polimerazın DNA’dan kopya çıkartması (transkripsiyon) sırasında, 2.DNA sentezi öncesi Okazaki parçacıkları şeklinde kısa RNA primer (başlangıç) dizilerinin oluşumu sırasında, 3.Revers transkriptaz enziminin viral RNA’dan DNA sentezlemesi sırasında ortaya çıkmaktadır.Bu tip melez sarmallar in vitro koşullarda da oluşturulmuş ve ısıya bağlı denatürasyonlara karşı (DNAhttp://www.paylasimdayim.com/images/smilies/biggrin.gifNA eşleşleşmelerine göre) daha dayanaklı oldukları gösterilmiştir. mRNA mRNA’lar DNA’daki genetik bilgiyi protein sentez organeli olan ribozomlara aktaran aracı moleküllerdir. Uzunlukları taşıdığı genetik bilgiye göre ve kodlayıcı olmayan (intron) bölgelerine göre değişken olabilir.Prokaryotlarda daha kısa ömürlüdürler ve toplam hücre ağırlığının çok az bir kısmını oluştururlar.Ökaryotik mRNA’lar daha dayanıklıdır.Saatlere varan ömürleri vardır ve toplam hücre ağırlığının %3 kadarını oluştururlar.Prokaryotik hücrelerde DNA, sitoplazmada serbest olarak bulunduğundan (çekirdek zarı bulunmadığından) mRNA sentezi devam ederken mRNA 5’ uçtan ribozoma bağlanır ve aynı anda protein sentezi yapılabilir.Ökaryotik hücrelerde ise tüm RNA’lar çekirdekte sentezlenir Protein sentez öncesi bazı değişiklikler geçirerek olgunlaşır ve daha sonra sitoplazmaya aktarılırlar. Aktif bir genden binlerce RNA kopyası oluşturulabilir.Herbir mRNA molekülü de binlerce polipeptide dönüştürüldüğünden küçük bir DNA bölgesinde bulunan genetik bilgi,böylece özgün bir proteinin milyonlarca kopyasının sentezini sağlayabilir.Örneğin,ipek böceğinin herbir ipek salgı hücresi tarafından ipeğin yapısında bulunan fibroin protein geninden 10 000 kadar mRNA kopyası çıkartılır.Herbir fibroin mRNA’sından 100 000 fibroin protein molekülü sentezlendiğinden 4 günlük sürede yaklaşık bir milyar fibroin proteini oluşturulur. Genetik kod kurallarına ökaryotik mRNA’sı,proteinin amino asit dizilimine uygun bir nükleotit dizilimi ya da ekson (kodlayıcı bölge) içermesine karşın gen, daha uzun nükleotit bileşimi içermektedir.Kodlayıcı olmayan nükleotit dizileri (intronlar) ilk oluşturulan mRNA’da yer alırken, daha sonraki işleme sırasında kesilerek çıkartıldıklarından olgun mRNA’da bulunmazlar. tRNA (transfer RNA) Proteinlerin yapısında bulunan amino asitleri ribozomlara taşıyan ve mRNA’daki üçlü şifreyi (kodonları) tanıyan adaptör moleküllerdir.Ökaryotik hücrelerin çoğunda 60-70 farklı tRNA bulunurken,prokaryotik hücrelerde, örneğin E.coli’de 20 farklı amino için ~40 kadar farklı tRNA iş görmektedir.Tüm tRNA’ların 3’OH (akseptör) ucunda CCA evrensel ortak nükleotit dizisi bulunur.Ancak CCA nükleotidleri tRNA genleri tarafından kodlanmaz.Transkripsiyon sonrası tRNA nükleotidil transferaz enzimiyle tRNA’ya eklenir.Amino asitler,herbir amino asite özgün olan amino açil tRNA sentetaz enzimiyle CCA’nın adenozin biriminin riboz şekerine ester bağıyla kovalent olarak bağlanır.tRNA’nın diğer önemli bir bölgesi antikodon ucudur.Bu bölge,mRNA (üçlü) kodonlarıyla baz eşleşmesi yaparak şifrenin tanınmasını sağlar. Birincil yapıdaki tRNA, nonkovalent etkileşimlerle yonca yaprağını andıran ikincil yapıya dönüştürülür.tRNA’nın işlevi için kendi üzerine katlanarak hidrojen bağlarla oluşturduğu “L” harfi şeklindeki karakteristik üçüncül yapıya geçmesi gereklidir.tRNA molekülleri arasındaki büyüklük farklılıkları,”D”(dihidroksi uridin) kolu ve ”değişken “ kollardaki nükleotid farklılıklarından kaynaklanır.tRNA’lar normal bazlara ek olarak değişime uğramış bazlar da içerir.Örneğin ribotimidin (T,5-metiluridin) ve pseudouridin (U,uridinin C5’ –C2’glikozid bağla bağlanmış bir izomeridir),tüm tRNA’larda “TUC” kolunda yer lan değişik bazlardandır.TRNA antikodonu ile mRNA kodonlarının eşleşmesi A-U,G-C standart baz eşleşmesidir.Ancak “Wobble”baz eşleşmesi olarak da tanımlanan G ile U’nun ve inozin (I) bazı ile kodonun 3.pozisyonundaki C,U ya da A ile eşleşmesi de oluşabilmektedir.Metionin ve triptofan dışında diğer amino asitlerin herbiri birden fazla tRNA tarafından (isoaccepting tRNA) protein sentezine sokulabilmektedir rRNA (ribozomal RNA) Hücrelerde en fazla bulunan RNA’dır.rRNA’lar özgün tip ve sayıda ribozomal proteinlerle (r-protein) birleşerek ribozomları oluştururlar.Ribozomlar,hem prokaryotik hem de ökaryotik hücrelerin protein sentez organelleridir.E.coli’de 20000 kadar ribozom,hücre kuru ağırlığının %25 kadarını oluşturur.Hızla büyüyen bir memeli hücresi ise ~10 milyon ribozom içerebilir.Tüm hücrelerdeki ribozom sayısı,hücrenin protein sentez aktivitesine göre değişebilir. Ribozomlar biri diğerinin yaklaşık iki katı olan iki alt birimden oluşur.Alt birimler ve içerdiği rRNA tipleri,ultrasantrifüj çökme sabit sayıları (S) ile tanımlanır.Bir bütün prokaryotik ribozomu 70S,ökaryotik ribozomu ise 80S büyüklüğe sahiptir.Prokaryotik ribozomun küçük altbirimi 30S büyüklükte ve 16S rRNA ve 21 proteinden oluşur.Büyük altbirim ise 50S büyüklüktedir;23S ve 5S rRNA’dan ve 34 ribozomal proteinden oluşur.Ribozomlar herbir rRNAdan ve proteinden birer kopya içerir (Sadece 50S altbirimde bir proteinin 4 kopyası bulunur).Ökaryotik ribozomların küçük alt birimi 40S büyüklüktedir ve 18S rRNA’dan ve yaklaşık 30 ribozomal proteinden oluşurken,büyük altbirim 60S büyüklükte ve 5S,5.8S ve 28S rRNA ve yaklaşık 45 ribozomal proteinden oluşmaktadır. Ribozomların önemli bir özelliği, birbirlerinden ayrılmış da olsa ribozomal proteinlerin ve rRNA’ların uygun (in vitro) koşullarda yeniden işlevsel yapıya sahip olabilmeleridir.Ribozomlar protein sentezi için yalnızca esnek bir platform değil, protein-protein ya da protein-rRNA etkileşimleriyle kataliz olaylarına da karışan aktif yapılardır.Örneğin büyük ribozomal altbirim,peptidil transferaz reaksiyonuyla peptid bağ oluşumunu katalizlerken, RNAaz uygulanmasıyla peptid bağın oluşmamış olması bu reaksiyonun RNA katalizli bir reaksiyon olduğu hipotezini desteklemektedir.Ayrıca bakteri 23S rRNA’sının tRNA molekülünün 3’CCA ucuyla etkileşerek peptidil transferaz aktivitesinde doğrudan rol oynadığı da gösterilmiştir.RNA’ların kendilerini replike eden,parçalayan makromoleküller (ribozimler) olduğu da göz önüne alınırsa bu moleküllerin protein sentez reaksiyonlarını katalizlediğinin gösterilmesi hücrelerin evrimsel gelişmesinin anlaşılmasını kolaylaştırmıştır. Küçük RNA molekülleri ve spliceosome: Ökaryotik hücrelerde transkripsiyonla ilk oluşturulan pre-mRNA’lar,hem ökaryotik hem prokaryotik pre-tRNA ve pre-rRNA molekülleri başlangıçta daha büyük ve işlevsizdirler.Bu RNA’lar kendileri tarafından (otokatalitik) ya da enzimatik olarak değişikliğe uğratılırlar ve işlev kazanırlar.Spliceosome’lar, RNA kopyalarının özgün bölgelerden tanınıp kesilmesinde rolü olan küçük RNAmoleküllerinden ve proteinden oluşan (ribonükleoprotein) yapılardır. Bu yapıların RNA bileşenleri 50-200 nükleotid uzunlukta olup bazılarının (U1,U2 ,U4 ,U5 ve U6) işlevleri bilinmektedir.