DNA YAPISI

DNA’NIN FİZİKSEL YAPISI

DNA’nın monomerik bileşenleri A, T, C, G bazlarını içeren dört tane deoksiribonükleotiddir. Bu 4 ana bazın dışında bazı DNA’larda değişikliğe uğramış birkaç farklı baz da bulunabilir. Bunlar; metillenmiş bazlar, sülfür içeren bazlar ve anormal bir baz – şeker bağı oluşturan bazlardır. Bunlar DNA’da kimyasal değişikliğe neden olabilir. DNA’da metil grubunun eklenmesi en yoğun şekilde sitozinlerde meydana gelir. Sitozinin 5´ numaralı karbonuna bir metil grubunun bağlanmasıyla 5 – metilsitozin meydana gelir. 5 – metilsitozin özellikle buğday tohumu DNA’sında bol miktarda bulunur (tablo – 1). Bununla birlikte T2, T4 ve T6 fajlarında 5 – hidroksi – metilsitozin tamamen sitozinin yerini almış durumdadır. Ayrıca ilginç bir örnekte PBS 1 bakteriyofajında görülür. Bilindiği gibi urasil bazı sadece RNA molekülünde bulunur. Fakat bu bakteriyofajda timin bazlarının yerini urasil bazları almıştır.
Adenin ve guanin bazları çift halkalı yapıdadır. Bu iki baza pürin bazları denir. Sitozin ve timin bazları ise tek halkalı yapıdadır. Bunlara ise pirimidin bazları denir. Dolayısıyla adenin ve guanin bazlarının moleküler ağırlıkları (A=135.13 dalton, G=151.13 dalton), sitozin ve timin bazlarının moleküler ağırlıklarından (C=111.10 dalton, T=126.12) daha fazladır. Eğer bir DNA molekülünde iki iplikçikten hangisi A ve G ce zengin ise bu zincire ağır zincir diğerine ise hafif zincir denir.
Gerek pürin gerekse pirimidin bazları birkaç tane çift bağ içerirler. Çift bağlar her zaman tek bağlara göre daha kararsız olduklarından, çifte bağ taşıyan moleküller, H atomlarının belli bir serbestliğe sahip olabilmesi için, farklı kimyasal biçimlerde bulunabilme özelliğine yeteneğine sahiptir. Bir H atomu bir N halkasından veya O atomundan bir diğerine hareket edebilir. Örneğin bir amino (NH2) grubundan ayrılarak bir imino (NH) grubu oluşumuna yol açabilir. Böyle kimyasal dalgalanmalara tautomerik değişim ve bu şekilde meydana gelen farklı moleküler yapılara da tautomer adı verilir. Fizyolojik koşullarda, pürin ve pirimidin halkalarına N atomları genellikle amino (NH2) biçiminde, guanin ve timinin C atomlarına bağlı O atomlarda genellikle keto (CO) biçimindedir. Bazların genelde belli taumerik biçimlerde bulunması genetik materyalin kararlılığı açısından önemlidir.

Bazların Molar Oranları:
Bazların molar oranları hidroliziz ve kromatografi yöntemleri ile belirlenebilir. Farklı türler arasında baz oranları büyük değişiklikler göstermesine rağmen, aynı türün farklı organ ve dokuları arasında benzer oranlara rastlanmaktadır (tablo – 1).

DNA kaynağı A G C T 5-metil - C
Boğa timusu 28.2 21.5 21.2 27.8 1.3
Boğa dalağı 27.9 22.7 20.8 27.3 1.3
Boğa spermi 28.7 22.2 20.7 27.2 1.3
Sıçan kemik iliği 28.6 21.4 20.4 28.4 1.1
Buğday tohumu 27.3 22.7 16.8 27.1 6.0
Maya 31.3 18.7 17.1 32.9 -
E. coli 26.0 24.9 25.2 23.9 -
M. tuberculosis 15.1 34.9 35.4 14.6 -
ØX 174 24.3 24.5 18.2 32.3 -

Tablo 1 : Çeşitli kaynaklardan elde edilen DNA’lardaki baz oranları.

Bir DNA molekülünde pürinlerin toplamı pirimidinlerin toplamına eşit olduğu gibi amino bazların toplamı da (A ve C) keto (okso) bazların (G ve T) toplamına eşittir. A ve T eşit molar miktarda bulunur. Dolayısıyla G ve C de eşit molar miktarda bulunur. Bu eşitlikler DNA heliksinin formasyonu hakkında en önemli verilerdendir ve bu Chargaff’ın kuralı olarak ifade edilir. Bu kanunu A + G / T +C = 1 şeklinde de ifade edilir. Bununla birlikte G + C / A + T 1’e eşit değildir. Bu oran çeşitli türlerde ölçülmüş ve değerlerin 0.45 ile 2.80 arasında değiştiği gösterilmiştir. Örneğin birçok bakteriyofajda bu oran 0.5 dir. Yüksek bitkilerde ve hayvanlarda bu oranın değişim sınırları daha dardır ve genel olarak 0.55 – 0.93 arasında bulunur.
Chargaff kuralının iki önemli istisnası vardır. Birincisi buğday tohumu DNA’sında G ve C eşit miktarda değildir. Çünkü buğday tohumunda bol miktarda bulunan 5 – metilsitozin birçok sitozinin yerini alır. İkinci istisna ØX 174 DNA’sındadır. Burada ne A T’ye ne de G C’ye eşittir. Çünkü ØX 174 DNA’sı tek iplikçiklidir.
DNA baz miktarları açısından iki gruba ayrılır. Bunlardan biri AT’ce zengin olanlar ve diğeri ise – ki bu daha az rastlanan tipidir – GC’ce zengin olanlardır.

DNA’nın Primer Yapısı:
Bir baz ile deoksiribozun bağlanması ile oluşan kısma nükleozid denir. Baz ve pentoz molekülü glikozidik bağ ile birbirine bağlanır. Glikozidik bağ şekerin 1´ karbon atomuyla pürinin 9. pozisyonundaki (N9), pirimidinin ise 1. pozisyonundaki (N1) azot atomu arasında meydana gelir. Bu yapıya fosfat (PO4) grubunun katılmasıyla oluşan molekül nükleotid adını alır. Başka bir ifade ile bu nükleozid monofosfattır. Fosfat grubunun bağlanması pentozun 5´ karbonunun esterleşmesiyle meydana gelir. DNA’nın yapıtaşları için kullanılan terminoloji aşağıdaki tabloda gösterilmiştir.

Baz Nükleozid Nükleotid Nükleik asit
Adenin (A) Deoksiadenozin Deoksiadenilat (dAMP) DNA
Guanin (G) Deoksiguanozin Deoksiguanilat (dGMP) DNA
Sitozin (C) Deoksisitidin Deoksisitidilat (dCMP) DNA
Timin (T) Timidin Timidilat (dTMP) DNA

Tablo 2 : Nükleik asit terminolojisi.

Bir DNA molekülünün tek iplikçiğinin oluşması deoksiribonükleotidlerin polimerizasyonu ile meydana gelir. RNA’da olduğu gibi DNA’da da nükleotidler arası bağlar fosfodiester bağlarıdır.
Bilindiği gibi deoksiribozda 5 karbon atomu vardır. Bu karbon atomlarının birincisine baz bağlanır. Üçüncü ve beşinci karbon atomları hidroksil grupları taşır. Bu hidroksil grupları sayesinde fosfat grubu bu karbon atomlarına bağlanır. Polimerizasyon reaksiyonunda kullanılan asıl yapıtaşları nükleozidtrifosfattır (NTP). Dört farklı bazdan dolayı 4 tip NTP (ATP, GTP, CTP, TTP) vardır. Şekil 4’de bir nükleotidin üç farklı yapısı (dAMP, dADP ve dATP) örnek olarak gösterilmiştir.






Adından da anlaşılacağı gibi NTP’ler üç fosfat grubu taşır. Bu fosfatlar içten dışa doğru α, β, γ olarak adlandırılır. Bu üç fosfat grubu deoksiribozun beşinci karbon atomuna bağlıdır. Bir NTP molekülü diğer bir NTP molekülü ile α pozisyonundaki fosfat grubu ile fosfodiester bağı kurar. Bu bağlanmada bir önceki nükleotidin 3´ ucu görev alır. Böylece zincir 5´ 3´ yönünde ilerler. Kovalent ester bağları olarak da bilinen bu bağlar son derece kuvvetlidir. Şeker fosfat omurgası 5´ – 3´ bağları ile oluştuğundan, bir polinükleotid zincirinin bir ucunda daima serbest 5´ – PO4 grubu taşıyan bir nükleotid diğer ucunda daima serbest 3´ – OH grubu taşıyan bir nükleotid bulunur. Bu nedenle polinükleotid zincirlerde bir polarite vardır. Birbirine zıt uçlar 5´ ve 3´ uçları olarak adlandırılır. İkinci ve dördüncü pozisyondaki karbon atomları hidroksil grubu taşımazlar ve herhangi bir molekül bağlamazlar. İkinci karbon pozisyonunda bir hidroksil grubunun varlığı siklik fosfat formasyonunu imkansız hale getirir.