Nükleik Asitler ve ATP

Nükleik Asitler

Nükleik asitler, bütün canlı hücrelerde ve virüslerde bulunan, nükleotit birimlerden oluşmuş polimerlerdir. Nükleik asitler;

• protein sentezi sürecinin yönetilmesi,
• enerjinin üretilmesi,
• büyüme ve gelişmenin sağlanması
• canlının üremesi

gibi metabolik olayların gerçekleşmesini sağlar. Bu yönüyle incelendiğinde nükleik asitler yönetici moleküllerdir. En yaygın nükleik asitler deoksiribonükleik asit (DNA) ve ribonükleik asit (RNA)’dır. İnsan kromozomlarını oluşturan DNA milyonlarca nükleotitten oluşur. Nükleik asitler sayesinde genetik bilgi nesilden nesile geçer.

Nükleik asitlerin yapı birimlerine nükleotit adı verilir. Bir nükleotidin yapısında azotlu organik baz, beş karbonlu şeker ve fosfat bulunur. Nükleotitler yapılarındaki azotlu organik baza göre isimlendirilir. Örneğin yapısında adenin “azotlu organik bazı” bulunan nükleotite; Adenin nükleotiti denir.

Nükleik Asitlerin Keşif Süreci

• 1869: İsviçreli Biyokimyacı Friedrich Miescher (Fredrik Mişher), ilk olarak akyuvarda ve sonrasında balık spermi ve yumurtalarının çekirdeğinde nükleik asitlerin varlığını gözlemlemiştir. Bu moleküllere “nüklein” adını vermiştir. Daha sonraları nüklein, nükleik asit olarak adlandırılmıştır.
• 1884: Oscar Hertwig (Oskar Hörtvik), nükleik asitlerin kalıtımın aktarılmasından sorumlu kimyasallar olduğunu ileri sürmüştür.
• I. Dünya Savaşı yıllarında: Alman Kimyager Robert Feulgen (Rabırt Fölgen), DNA’nın kromozomların içerisinde bulunduğunu göstermiştir. Bu işlemi göstermek için DNA boyama tekniğini kullanmıştır.
• 1920’ler-1930’lar: Phoebus Aaron Theodore Levene (Pobebus Aron Tiedor Levin), nükleik asit moleküllerinin temel biriminin nükleotit olduğunu ispatladı.
• 1928: Frederick Griffith (Frederik Griffit), kalıtım materyalini aktaran molekülün varlığını tespit etmek amacıyla çeşitli deneyler yapmıştır.
• 1944: Oswald Avery (Ozvıld Avri), Maclyn McCarty (Maklin Makkarti) ve Colin MacLeod (Kolin Makleod), genetik bilgi taşıyan maddenin DNA olduğunu belirlediler.
• 1949: Erwin Chargaff (Örvin Şargaf), DNA baz dizilimlerinin türden türe değiştiğini ve aynı bireyin değişik dokularından izole edilen DNA’nın baz dizilerinin aynı olduğunu açıklamıştır.
• 1952: Alfred Hershey (Alfırıd Hörşi) ve Martha Chase (Marta Çeys), DNA’nın genetik materyal olduğunu ispatladılar.
• 1950’li yıllarda: Rosalind Franklin, DNA’nın belirli aralıklarla tekrarlayan sarmal bir yapıya sahip olduğunu göstermiştir.
• 1953: James Watson (Ceyms Vatsın) ve Francis Crick (Frensis Krik), DNA’nın çift sarmal modelini ortaya koydular. Ayrıca, adenin-timin, guanin-sitozin eşleşmesinin olması gerektiğini belirttiler.
• 1962: James Watson ve Francis Crick, DNA’nın çift sarmal yapısını keşiflerinden dolayı Nobel Ödülü aldılar.

Nükleik Asitlerin Sınıflandırılması

Nükleik asitler, azotlu organik bazlar yapılarına göre pürin ve pirimidin olmak üzere iki gruba ayrılır.

• Pürin: Pürin grubu bazlar çift halkalı olup Adenin (A) ve Guanin (G) olmak üzere iki çeşittir. Adenin ve guanin bazları hem RNA hem de DNA’nın yapısında bulunur.
• Pirimidin: Pirimidin grubu bazlar tek halkalı olup Sitozin (C), Timin (T) ve Urasil (U) baslarını içerir. Bu bazlardan sitozin, hem DNA hem de RNA’da bulunur. Buna karşılık Timin sadece DNA’da , Urasil ise sadece RNA’da yer alır.

Nükleik asidin yapısına katılan beş karbonlu şeker; riboz veya deoksiriboz şekeridir. Riboz şekeri RNA’nın yapısına katılırken Deoksiriboz şekeri DNA’nın yapısına katılır. Şeker ve bazla birlikte nükleotitin yapısına katılan diğer bir molekül de fosforik asittir. Fosforik asitler, DNA ve RNA’da ortak olarak bulunur.

Binlerce nükleotit biriminin şeker ve fosfat birimlerinin birbirine bağlanarak oluşturduğu uzun zincirler (polinükleotid) nükleik asitleri oluşturur. Doğadaki canlıların çeşitli olmasının nedeni, nükleik asitleri oluşturan sekiz çeşit nükleotitin sayı ve dizilişinin farklı olmasıdır. Canlılarda iki çeşit nükleik asit vardır.

DNA (Deoksiribonükleik Asit)

DNA iki nükleik asit zincirinin karşılıklı gelerek bazlar ile birbirine bağlanmış haldedir. Karşılıklı olarak A ile T, G ile C bazları hidrojen bağları ile bağlanmasıyla DNA’nın spiral sekil almasını sağlar. Guanin ile Sitozin arasında 3’lü zayıf hidrojen bağı, Adenin ile Timin arasında 2’li zayıf hidrojen bağı kurulur.

DNA ökaryot canlıların hücrelerinde çekirdekte, kromozomlarda, mitokondrilerde, kloroplastlarda ve çok az miktarda sitoplazmada bulunur. Prokaryot hücrelerde ise DNA sitoplazmada bulunur. DNA’nın en önemli özelliği kendisini eşleyebilmesidir. Bu özellik sayesinde canlı türleri her nesil sabit bir kromozom sayısında kalır. DNA’nın kendisini eşlemesini sağlayan enzimin adı “DNA polimeraz”dır.

DNA molekülü ile ilgili olarak aşağıdaki eşitlikler kurulabilir.

• A=T ve G=C
• Pürin miktarı=Pirimidin miktarı(A+G = C+T)
• A+G/C+T=1 veya A+C/G+T=1
• A+G+C+T=Toplam nükleotit sayısı
• Nükleotit sayısı = Baz sayısı = Şeker sayısı = Fosfat sayısı

RNA (Ribonükleik Asit)

RNA tek sıra nükleotitten oluşur. Bu nedenle RNA’da, G=C ve A=U olma zorunluluğu yoktur. RNA’nın işlevi, DNA’dan aldığı genetik şifreye göre protein sentezini gerçekleştirmektir. RNA molekülü ribozomlarda, sitoplazmada, çekirdekte, mitokondri ve kloroplastlarda bulunur.

RNA molekülü kendisini eşleyemez; DNA molekülü üzerindeki bilgiye göre gerekli RNA molekülleri sentezlenir. Bu yüzden her hücredeki RNA molekülü miktarı farklıdır. Kas hücreleri gibi protein sentezinin yoğun olduğu hücrelerde fazla miktarda bulunur.

Görevlerine göre hücrede üç çeşit RNA bulunur.

1. Mesajcı RNA (mRNA): DNA’dan aldığı genetik bilgiyi, belirli şifreler halinde sitoplazmadaki ribozomla taşır. Bu bilgi sentezlenecek proteinin amino asit diziliş sırasını belirler.
2. Taşıyıcı RNA (tRNA): Sitoplazmadaki amino asitleri tanır ve ribozomla taşır.
3. Ribozomal RNA (rRNA): Proteinlerle birlikte ribozomların yapısını meydana getirir.

✍ Karşılaştıma: DNA ile RNA’nın Karşılaştırması

ATP

ATP (Adenozin Trifosfat), hücre içinde bulunan çok işlevli bir nükleotittir. En önemli işlevi hücre içi biyokimyasal reaksiyonlar için gereken kimyasal enerjiyi taşımaktır. Fotosentez, kemosentez ve hücresel solunum sırasında oluşur. ATP molekülü; adenin bazı, beş karbonlu bir şeker olan riboz ve üç fosfat grubundan meydana gelir.

ATP, yapısındaki fosfatlar arasında yüksek enerjili bağlar oluşturur ve hücrenin ihtiyaç duyması halinde bu bağlardaki yüksek enerjiyi açığa çıkarır. ATP’lerde genelde 2 yüksek enerjili bağın koparılması yerine; 1 yüksek enerjili bağ koparılır ve ATP’ler ADP şeklinde hücre içinde tekrar ATP’ye dönüşmek için beklerler.

ATP + SU ⇄ ADP + Pi + Enerji

ADP’den ATP sentezine fosforilasyon denir. Fosforilasyon 4’e ayırılır.

• Substrat düzeyinde fosforilasyon: Bütün oksijensiz solunum çeşitlerinde ve oksijenli solunumun bir kısmında ATP üretilmesine substrat düzeyinde fosforilasyon denir. Substrat düzeyinde fosforilasyon sitoplazmada gerçekleşir. ATP çok verimi düşüktür. Bütün canlılar substrat düzeyinde fosforilasyon yapabilir.
• Oksidatif fosforilasyon:  Oksijenli solunumun ETS evresinde gerçekleşir. Çok sayıda ATP üretilir. Verimi diğer fosforilasyon çeşitlerine göre çok yüksektir. Oksijenli solunum yapan canlılar oksidatif fosforilasyon yapabilir.
• Fotofosforilasyon:  Fotosentez sırasında açığa çıkan enerjiyi kullanılarak gerçekleşen fosforilasyon çeşididir. Sadece fotosentez yapan canlılar fotofosforilasyon yapabilir.
• Kemofosforilasyon: Kemosentez sırasında açığa çıkan kimyasal enerjiden yararlanılarak gerçekleştirilen fosforilasyon çeşididir. Sadece kemosentez yapan canlılar kemofosforilasyon yapabilir.

Fosforilasyon konusuna daha sonra solunum tepkimelerinin işlendiği kısımda detaylı anlatılacaktır.