H Periyodik cetvel He

Li Be B C N O F Ne

Na Mg Al Si P S Cl Ar

K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr

Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe

Cs Ba Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn

Fr Ra Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Uub Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo

La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu

Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr

Moleküler Biyoloji

Moleküler biyoloji, canlılardaki olayları moleküler seviyede inceleyen biyoloji dalıdır. Canlı organizmada hayati önemleri oldukça fazla olan nükleik asitler, proteinler ve enzimlerin yapılarının tamamen aydınlatılması moleküler biyolojinin ilgi alanıdır. Moleküler biyoloji, ortaya çıkan yeni yöntemlerin yardımıyla hızlı bir gelişme sürecine girmiş ve hem hastalıkların gerçek nedenleri anlaşılmaya başlanmış hem de biyoteknolojik gelişmelerin yolu açılmıştır. DNA mikroçipleri ile genlerin ifade profillerinin alınması olası hale gelmiş, gerçek zamanlı PCR ile gen ifadesinin incelenebilmesi sağlanmıştır. Rekombinant DNA teknolojileri ile canlılar arası gen alış verişi mümkün olmuş ve birçok alanda yeni ürünlerin üretilme yolu açılmıştır. Kök hücre ve transgenik hayvan modellerindeki çalışmalar birçok hastalığın tedavisi için umut vermektedir (Wikipedia).

Bütün organizmalar, görece az sayıda elementin bileşiklerinden oluşmuştur. Kütle

olarak insan vücudunun %65 ‘i oksijen, %18 ‘i karbon, %10 ‘u hidrojen, %3 ‘ü azot, %2 ‘si kalsiyum, %1.1 ‘i fosfor, %0.35 ‘i potasyum, %0.25 ‘i kükürt, %0.15 ‘i sodyum, %0.15 ‘i klor elementleridir. Bunların yanında az miktarlarda demir, bakır, çinko, manganez, silisyum, kobalt, bor, iyot ve birkaç element daha bulunur(Gürel(1999)).

Hidrojen, (Yunanca: su yapan) sembolü H olan, standart sıcaklık ve basınç altında renksiz, kokusuz, metalik olmayan, tatsız, oldukça yanıcı bir biatomik gazdır (H2). Atomik kütlesi 1.00794 g/mol ile hidrojen en hafif elementtir. Hidrojen, evrenin %75'ni oluşturan, en çok bulunan elementtir. Yıldızların çoğu plazma halinde olan hidrojenden oluşur. Element halindeki hidrojen dünyada az bulunur. Hidrojen pek çok elementle bileşik verebilir. Suda ve pek çok organik molekülde bulunur.

Karbon, bilinen elementlerin en çokyönlü olanıdır. Bileşiklerin % 94'ü (4 milyondan fazla) karbon içerir. Belirli karbon bileşikleri, canlılardaki maddenin yaklaşık % 18'ini oluşturur (geri kalanı çoğunlukla sudur). Bu bileşikler, canlı hücrelerin planlı olarak hücre yapımında kullanılan yapıtaşları olarak işlev görürler. Bütün canlı yaşamının karbon bazlı bir biyokimyası olup, karbon, tüm canlıları oluşturan temel yapı taşıdır.

Hidrojen:(H)

Temel özellikleri

Atom numarası 1

Element serisi Ametaller

Grup, periyot, blok 1, 1, s

Görünüş renksiz

Atom ağırlığı 1.00794(7) g/mol

Elektron dizilimi 1s1

Enerji seviyesi başına Elektronlar

1

Fiziksel Özellikleri

Maddenin hali Gaz

Yoğunluk (0 °C, 101.325 kPa)

0.00008988 g/cm³

Sıvı haldeki yoğunluğu 2.267 g/cm³

Ergime noktası 14.01 °K (-259.14 °C -434.45 °F

Kaynama noktası 20.28 °K (-252.87 °C -434.45 °F

Ergime ısısı (H2) 0.117 kJ/mol

Buharlaşma ısısı (H2) 0.904 kJ/mol

Isı kapasitesi (H2) 28.836 (25 °C) J/(mol·K)

Atom özellikleri

Kristal yapısı Kübik

Yükseltgenme seviyeleri 1, -1

Elektronegatifliği 2.20 Pauling ölçeği

Đyonlaşma enerjisi 1312.0 kJ/mol

Atom yarıçapı 25 pm

Atom yarıçapı (hes.) 53 pm

Kovalent yarıçapı 37.3 pm

Van der Waals yarıçapı 120 pm

Diğer özellikleri

Elektrik direnci ((300 K) 180.5 m nΩ·m (20°C'de)

Isıl iletkenlik ? W/(m·K)

Isıl genleşme ? µm/(m·K) (25°C'de)

Ses hızı (gaz, 27 °C) 1310 m/s (?'de)

Mohs sertliği ?

Karbon: (C)

Temel özellikleri

Atom numarası 6

Element serisi Ametaller

Grup, periyot, blok 14, 2, p

Görünüş siyah (grafit) renksiz (elmas)

Atom ağırlığı 12.0107(8) g/mol

Elektron dizilimi [He] 2s2 2p2

Enerji seviyesi başına Elektronlar

2, 4

Fiziksel Özellikleri

Maddenin hali Katı

Yoğunluk 2.267 g/cm³

Sıvı haldeki yoğunluğu 2.267 g/cm³

Ergime noktası 4300–4700 °K 4027-4427 °C ? °F

Kaynama noktası 4000 °K 3727 °C ? °F

Ergime ısısı 100 kJ/mol

Buharlaşma ısısı 120 kJ/mol

Isı kapasitesi 8.517 (grafit) 6.115 (elmas) (25 °C) J/(mol·K)

Atom özellikleri

Kristal yapısı Kübik

Yükseltgenme seviyeleri 4, 2

Elektronegatifliği 2,55 Pauling ölçeği

Đyonlaşma enerjisi 1086,5 kJ/mol

Atom yarıçapı 70 pm

Atom yarıçapı (hes.) 67 pm

Kovalent yarıçapı 77 pm

Van der Waals yarıçapı 170 pm

Diğer özellikleri

Elektrik direnci (300 K) (grafit)

(119–165) nΩ·m (20°C'de)

Isıl iletkenlik (300 K) (elmas)

(900–2320) W/(m·K)

Isıl genleşme ? µm/(m·K) (25°C'de)

Ses hızı 18350 m/s (?'de)

Mohs sertliği (grafit) 0.5 (elmas) 10.0

Canlının yapısını oluşturan kimyasallar, organik ve anorganik olarak iki grupta

toplanabilir. Canlıda bulunan anorganik maddelerin başlıcaları : su, gazlar (oksijen, karbon dioksit), asitler (hidroklorik asit HCl, kanımızın asitliğini kontrol eden karbonik asit 2 3H CO ,

DNA ile RNA da bulunan fosforik asit 3 4H PO , sirkede bulunan asetik asit 3CH COOH− ,...),

bazlar ( sodyum hidroksit NaOH, potasyum hidroksit KOH, metil amin 3 2CH NH , etil amin

2 5 2C H NH , adenin, guanin, sitozin, timin, urasil,...) olmak üzere, tuz ve iyonlar genelde

demir, bakır, çinko, manganez, sodyum, potasyum, kalsiyum, magnezyum elementlerinindir. Su, bilinen tüm yaşam formları için gerekli olan tatsız ve kokusuz bir madde olup,

canlıların yaşaması için hayati bir öneme sahiptir. Su molekülü iki hidrojen ve bir oksijen atomundan oluşmakta olup, kimyasal formülü H2O'dur. Đyonik olarak da, (H+) bir hidrojen iyonuna bağlanmış, (OH-) hidroksit iyonu; yani HOH şeklinde tanımlanabilir. Dünya'da 1.400 milyon km3 su olduğunu söylenmektedir. Su; bağlı ya da serbest olarak hücrenin %60-95 ‘ini oluşturur.

Su: H2O

Tanıtım ve özellikler

Bilimsel ismi su

Alternatif isimler aqua, dihidrojen monoksit, hidrojen hidroksit

Moleküler formülü H2O Mol kütlesi 18.0153 g/mol

Yoğunluk 1.000 g/cm3, sıvı 0.917 g/cm3, katı

Erime noktası 0 °C (273.15 K) (32 ºF) Kaynama noktası 100 °C (373.15 K) (212ºF) Özgül ısı kapasitesi (sıvı) 4184 J/(kg·K)

Organik kimya karbon merkezlidir. Karbonun birçok özelliği, silikon dışında onu diğer elementlerden ayrıcalıklı kılmaktadır. Bu özelliklerin başında: atom ağırlığı ve hacim olarak küçük olması, 4 kovalent bağa sahip olması, birçok karbon atomunun bağlanarak halka ve zincir oluşturması sayılabilir.

Bir molekülü olusturan atomları bir arada tutan, oluşumları ve parçalanışlarında enerji açığa çıkartan kuvvete kimyasal bağ denir. Kimyasal bağ çeşitleri:

• Hidrojen bağı (ortak bir hidrojen atomu paylaşan zıt kutuplu atom grupları arasında) • Kovalent bağ (elektronlarını ortak kullanan atomlar arasında) • Đyonik bağ (elektrostatik kuvvetlere dayanan zıt ve eş yüklü iyonlar arasında) • Metalik bağ (metal atomlarının latisindeki serbest elektronların yer değiştirmiş olarak

paylaşılması esasına dayanır)

Hidrojen bağları, bağa katılan moleküllerin polaritesinden (kutuplaşmasından) kaynaklanmakta olup zayıf elektrostatik bağlardır. Bu bağlar 3-5 kJ/mol civarında ısı enerjisi ya da bazı kimyasallar ile çok çabuk ayrışmaktadırlar. Çok iyi bir çözücü olan su, komşu su moleküllerine hidrojen bağları ile tutunur. Oda sıcaklığında su moleküllerinin %15 ‘i çevresindeki diğer dört molekül ile kısa dönemli hidrojen bağı ile bağlanmış durumdadır.

Su molekülleri, başka polar moleküller ile hidrojen bağları oluşturur ve birbirine

karışırlar. Suda çözünen polar moleküllere hidrofil moleküller denir. Su ile hidrojen bağları oluşturamayan apolar moleküllere de hidrofobik moleküller denir. Suda bulunan hidrofobik moleküller genelde kümelenirler.

Hidrojen bağları genellikle oksijen ve azot gibi negatif elektrik yüklü atomlarla diğer

bir negatif yüklü atomlara kovalent olarak bağlanmış hidrojen atomları arasında oluşan bağlardır.

Hidrojen bağları DNA molekülü ve taşıyıcı RNA molekülünün kararlı bir yapıda

olmasını sağlamakla birlikte, genetik bilginin aktarımı esnasında çift sarmal DNA zincirlerinin birbirinden kolayca ayrılmasını da sağlar.

Kovalent bağlar, aynı ya da farklı türden atomlar arasında karşılıklı olarak bir ya da

birden fazla elektron çiftlerinin ortak kullanılmasıyla oluşan bağlardır. Paylaşılan elektron ya da elektronlar, her iki çekirdek etrafında dolanacaklar, iki çekirdek arasındaki bölgede daha uzun süre bulundukları için bu bölgede (-) yüklü bir alan yaratacaklardır. Bu alan, her iki çekirdeğe bir çekme kuvveti uygulayarak bir bağ yaratır. Kuantum mekaniği kullanılarak elektronik yapının, enerji seviyelerinin, bağ açılarının ve bağ mesafelerinin yüksek bir hassasiyetle hesaplanması mümkündür. Kovalent bağ, söz konusu atomların dış yörüngelerinin dolması ile meydana gelir. Kovalent bağlar, moleküller arası hidrojen bağlarından daha güçlüdür. Kovalent C-C bağları 380 kJ/mol ısı enerjisi ile bozulmakta olup, bu hidrojen bağlarında 3-5 kJ/mol civarındadır. Sulu ortamlarda kovalent bağlar diğer tüm bağ türlerine göre 30-300 kat daha sağlamdırlar. Vakumda iyonik bağlar kovalent bağlarla yarışabilir. Oda sıcaklığında, kovalent bağların dışındaki bağların ortalama enerjisi termal hareket enerjisini geçmemektedir.

Metan molekülünde kovalent bağlı haldeki hidrojen ve karbon.

Sodyum ve klor iyonik bağ ile sodyum klorur oluşturmaktadır. Sodyum, soy-gaz elektron yapılanmasına gelmek için endotermik olarak (enerji vererek) dış elektronunu kaybetmekte ve bu elektron ekzotermik olarak sodyum atomuna (enerji sokarak) girmektedir. Zıt elektrik yüklü iyonlar birbirine bağlanmakta ve bu bağlanmada enerji salıverilmektedir.

O

H

H N Hidrojen bağı

Kovalent bağlar

Hücre kütlesinin %99‘u C, N, O ve H elementlerinden oluşmaktadır. Canlılarda

metabolizma, büyüme, yenilenme ve üreme için belli başlı dört organik madde sınıfı işlev görmektedir. Bunlar; karbonhidratlar, yağlar, nükleik asitler, proteinlerdir. Nükleik asidler ya da çekirdek asitleri, mol kütleleri 7 810 10− kadar olabilen, ipliksi yapılı, dev moleküllerdir. Bunlar DNA ve RNA adlarını alırlar (Gürel(1999)).

Karbonhidratlar

Karbonhidratlar bütün canlı hücrelerde bulunur. Hem canlının yapısına katılan, hem de enerji sağlayan karbon, hidrojen ve oksijen elementlerinden oluşan organik bileşiklerdir. Genel formülleri x 2 yC (H O) olan karbonhidratlar, birkaç alkol grubuna, aldehit ya da keton

grubu katılmasıyla oluşurlar. Doğada genellikle büyük moleküller halindedirler. Vücuda alınan bu büyük moleküllerin hücrelere iletilmesi için canlı tarafından sindirilmesi ve uygun molekül büyüklüğüne kadar parçalanması gerekir. Karbonhidratlar birinci dereceden enerji verici olarak kullanılırlar. Açlık anında ilk tüketilen besin maddesidir. Yapıtaşları glikozdur. Depo şekli glikojendir. Kimsayal sindirimi ağızda başlar. Monosakaritler, hidrolizle daha basitlerine dönüşemeyen şekerler sınıfının adıdır. Biyolojik açıdan önemli monosakaritler; beş C 'lu pentoz ve altı C 'lu heksoz şekerlerdir. Riboz ve Deoksiriboz, beş C 'lu şekerlerdir.

C C

C

H

C

C

O H

H

OH

OH OH

OH O

H

H

H

C

C

C

C

C

H H H H H H

OH OH OH H

Riboz Deoksiriboz

1

2 3

4

5

1

2 3

4

5

Yağlar Yağlar, canlıların temel besinleri arasında olup, lipitler olarak bilinen organik bileşiklerin bir çeşididir. Yağlar hücrede yapı ve enerji maddesi olarak kullanılır. Enerji kaynağı olarak önce karbonhidratlar ikinci derecede yağlar kullanılır. Yağlar fazla alındığında kolayca yağ dokusu içinde depolanır. Deri altında ve iç organların çevresinde depo yağlar, canlıyı soğuktan, darbelerden korur. Yağların diğer bir önemli görevi de hücre zarını oluşturmalarıdır. Đnsan vücudunun çeşitli yerlerindeki hücre zarlarında %25 ile %75 oranında bulunabilirler. Hücre zarına akıcılık ve esneklik kazandırırlar. Hidrofobik ve aniyonik karakterleri sayesinde bazı iyon ve polar maddelerin de geçişine engel olurlar. Vücutta fazla alınan karbonhidrat ve proteinler yağa dönüştürülerek depolanır. Aşırı yağlı ya da yağa dönüştürülebilen besinlerle beslenme, damarlarda tıkanmalara yol açabilir; bunun sonucunda da kalp hastalıkları ve dolaşım bozuklukları ortaya çıkabilir. Ayrıca, şişmanlığa neden olur. Kolesterol de bir yağ çeşididir.

Çekirdek Asitleri

Çekirdek asitleri (nükleik asitler), bütün canlı hücrelerde ve virüslerde bulunan, nükleotid denen birimlerden oluşmuş polimerlerdir. En yaygın nükleik asitler deoksiribonükleik asit (DNA) ve ribonükleik asit (RNA)'dır. Bir nükleotid bir fosfat, bir pentoz ve bir azotlu organik bazın bir araya gelmesiyle oluşan bir moleküldür. Baz, azot içeren, karbon halkalı bir moleküldür. Bazlar: iki halkalı pürinler olan adenin (A), guanin (G) ve bir halkalı pirimidinler olan sitozin (C), timin (T), urasil (U) dir.

Fosfat ile baz pentoz şekerine bağlı olarak durmaktadır. Fosfat, pentozun 5' karbonuna ve baz 1' karbonuna bağlıdır. Fosfatlara göre mono, di ve trifosfat olarak

isimlendirilen nükleotidler 1,2,3 fosfat grubu taşımaktadır. Difosfat ve trifosfat nükleotidlerin fosfat grupları ayrılarak enerji üretebilirler. Pentozlar (beş karbonlu şekerler) riboz veya deoksiriboz'dur. RNA'da bulunan şeker riboz, DNA'da ise deoksiribozdur. DNA ve RNA içerdikleri azotlu bazlarda da farklılık gösterirler: adenin, guanin ve sitozin her ikisinde, timin yalnızca DNA'da, urasil ise yalnızca RNA'da bulunur. DNA'da adenin her zaman timin ile, guanin de her zaman sitozin ile eşlidir. Bu baz çiftelerine tümleyici bazlar denir.

RNA ve DNA'nın yapıları

DNA sarmalı DNA, oda sıcaklığında birbirini tamamlayan A ile T ve C ile G bazları arasında hidrojen bağları bulunan iki-iplikli çift-sarmal bir moleküldür.

DNA sarmalındaki bir iplik, fosfodiester bağları ile bağlı, sıralanmış bir nükleotid dizisidir. Dizinin oluşumunda, ilk nükleotidin fosfat molekülü sonraki nükleotidin 3' karbonundaki hidroksil grubuna (-OH) bağlanmaktadır. Bu bağlanmadaki enerji, trifosfat grubu taşıyan yeni bağlanacak nükleotid tarafından verilmektedir. DNA her zaman 5' 3'→ yönünde büyümektedir. Bir DNA ipliğinde uçlar, bağlantı yapan karbon atomuna göre numaralanmaktadır.

Nükleik asit zincirindeki şeker ve fosfat grupları değişimli olarak birbirine bağlıdır, oksijen atomlarının paylaşılmasıyla oluşan bu bağlara fosfodiester grubu denir. Fosfat grupları şeker molekülünün 3' ve 5' karbon atomlarına bağlıdır. Azotlu bazlar pentoz halkasının 1' karbonuna bağlıdır. Eşlenmenin gerçekleşmesi için iki zincir birbirlerine göre ters yönde akarlar. Nükleik asitlerin dizinleri onları oluşturan nükleotitlerin bir harflik (A, C, G, T, U) kısaltmaları ile yazılırlar. Dizinin yazılış yönü şekerlerin 5' ve 3' karbonlarının zincir üzerindeki sırasına göredir. Aşağıdaki gibi bir DNA diziliminde, alışılagelmiş olarak üstteki dizi soldan sağa doğru 5' 3'→ yönünde, alttaki ise 3' 5 '→ yönündedir. ATCGAT TAGCTA Bazları eşleşmiş bu DNA dizisine karşılık gelen RNA dizisi, timin yerine urasil gelmesiyle oluşmaktadır. AUCGAU UAGCUA Yukarıdaki diziler 6 tane baz çiftinden (bas pair) oluşmakta olup 6 bp uzunluğundadır. DNA/RNA moleküllerinin uzunluklarını belirtmede aşağıdaki kısaltmalar kullanılmaktadır.

• bp = base pair(s) • kb ( kbp) : kilo base pairs = 1,000 bp • Mb (Mbp) :mega base pairs = 1,000,000 bp • Gb (Gbp):giga base pairs = 1,000,000,000 bp

DNA dizi parçasının Electropherogram çıktısı

Bir organizmanın genomundaki nükleotid dizisinin gözlenmesi sırasında bazı bazlar tam olarak belirlenememektedir. Örneğin, belli bir yerde sadece A veya C den biri olduğu söylenebilmektedir. Böyle durumlar için aşağıdaki gösterimler yapılmaktadır.

Kod Anlam Tümleyen A A T C C G G G C T T A M A veya C K R A veya G Y W A veya T W S C veya G S Y C veya T R K G veya T M V A veya C veya G B H A veya C veya T D D A veya G veya T H B C veya G veya T V

X/N A veya C veya G veya T X • A,C,G,T değil •

Birçok virüs ve bakteride DNA çember biçimdedir. Örneğin M.jannaschii 1664976 bp uzunluklu çember biçiminde bir büyük kromozom ile çember biçiminde 58407 bp uzunluklu bir büyük ve 16550 bp uzunluklu bir küçük extrachromosomal elemandan oluşan bir genoma sahiptir (Clote and Backofen (2000)). Đnsan genomu 3.2 Gb olup 25000 gene sahip olduğu tahmin edilmektedir.

Human 3.2 Gb [42]

25,000[42] Human Genome Project Consortium and Celera Genomics

Draft 2001[43][44] Complete 2006[45]

DNA sıkı bir şekilde histon proteinleri etrafında sarılarak nukleozom denen yapıları oluşturmaktadır. Bir nukleozomda 150-200 civarındaki baz çifti bulunmakta olup, bunlar yaklaşık iki helis oluşturmaktadır. Nukleozom yapılanmaları olan kromozomlar, boyama ile ışık mikroskoplarında gözlenebilmektedir. Organizmaların histon komplekslerini korumaları göz önüne alınırsa nukleozomların temel bir yapı oldukları söylenebilir.

Đnsanda yaklaşık olarak 1014 adet hücre bulunmaktadır. Bir hücre çekirdeğinin çapı ortalama 11-22 mµ olup hacmi, hücrenin hacmimin %10 ‘u kadardır. Bir nükleotid biriminin

uzunluğu 0.33 nm (1nanometre= 910− m) dır. Bir DNA ipliğinin genişliği 2.2-2.6 nm aralığındadır. Bir çekirdekteki tüm kromozomlardaki DNA nın metre cinsinden uzunluğu 1.5-2 m kadardır. Baz çifti cinsinden uzunluğu 3.2 Gbp dir.

Kromozom Gen sayısı Baz sayısı Tanımlanmış bazlar[1]

1 3,148 247,200,000 224,999,719

2 902 242,750,000 237,712,649

3 1,436 199,450,000 194,704,827

4 453 191,260,000 187,297,063

5 609 180,840,000 177,702,766

6 1,585 170,900,000 167,273,992

7 1,824 158,820,000 154,952,424

8 781 146,270,000 142,612,826

9 1,229 140,440,000 120,312,298

10 1,312 135,370,000 131,624,737

11 405 134,450,000 131,130,853

12 1,330 132,290,000 130,303,534

Kromozom Gen sayısı Baz sayısı Tanımlanmış bazlar[1]

13 623 114,130,000 95,559,980

14 886 106,360,000 88,290,585

15 676 100,340,000 81,341,915

16 898 88,820,000 78,884,754

17 1,367 78,650,000 77,800,220

18 365 76,120,000 74,656,155

19 1,553 63,810,000 55,785,651

20 816 62,440,000 59,505,254

21 446 46,940,000 34,171,998

22 595 49,530,000 34,893,953

X Kromozomu 1,093 154,910,000 151,058,754

Y Kromozomu 125 57,740,000 22,429,293

Günümüzde yapılan araştırmalar sonucu, aynı tip hücrelerde DNA'nın kimyasal özelliğinin ve toplam miktarının nesilden nesile değişmeden aktarıldığı bilinmektedir. Her bir hücre mitoz bölünmeye hazırlanırken, DNA'lar tüm uzunlukları boyunca bir ucundan diğer ucuna doğru kendilerini ikiler. DNA ikileşmesi, Replikasyon, DNA çoğalması, DNA sentezi denen olay hücre bölünmesi öncesinde çift sarmallı DNA'nın kendini kopyalaması işlemidir. DNA'nın çoğalması işlemi üç adımdan oluşur: başlatma, ikileşme ve sonlandırma.

DNA replikasyonunda, ikili sarmal açılır ve sentezin başladığı yer olan replikasyon çatalı oluşur. Proteinler açılan sarmalı kararlı kılar ve replikasyon çatalının önünde oluşan sarılma gerilimini hafifletirler. Sentez, kalıp boyunca belirli bölgelerden RNA Primazın, DNA Polimeraz III'ün polimerizasyonu başlatabileceği serbest 3'-OH ucunu sağlayan kısa bir RNA parçasını sentezlemesiyle başlar. Đkili sarmalın antiparalel yapısından dolayı polimeraz III, kesintili zincirde 5'-3' yönünde sürekli DNA sentezi yapar. Kesintili zincir denen karşı zincirde kısa Okazaki fragmanları sentezlenir ve bu fragmanlar daha sonra DNA Ligaz ile birleştirilir. DNA Polimeraz I, RNA primerini uzaklaştırır ve yerine DNA sentezler, ortaya çıkan polinükleotidler (DNA parçaları) DNA Ligaz ile birleştirilir. Sonuçtaki her iki sarmal bir eski ve bir yeni iplikten oluşur. Kopyalanan yeni DNA iplikleri hemen hemen tamamen aynıdır, ancak zaman zaman çoğalmadaki hatalar nedeniyle kopyalama mükemmel olmaz (bkz.mutasyon). DNA’nın protein kodlanan bazı parçaları genleri oluşturmaktadır. Protein kodlama bölgelerinin yüzdesi, 3.2 Gbp genomlu insanda %10-12 civarındadır. Sadece 5297 bp genoma sahip Polyoma virüsünde ise %90 nın üzerindedir. Genel olarak, yaşam kompleksliği arttıkça kodlama bölgelerinin genomdaki yüzdesi azalmaktadır.

A-T baz çiftlerine iki hidrojen bağı, C-G lerde ise üç hidrojen bağı bulunmaktadır. DNA zincirinde çok sayıda A bulunduran bölgeler daha kararsızdır. ... Đşlevleri tam olarak anlaşılmamış olmasına rağmen protein kodlama bölgeleri olarak düşünülen açık okuma çerçevelerinin (open reading frame) her iki ucunda bolca A bulunmaktadır. Yani bu bölgelerdeki baz çiftleri bolca A-T dir. Bunlara TATA kutuları denir. ???? DNA tarafından kodlanan proteinin üretilmesinde RNA devreye girmektedir. Virüslerde RNA kalıtım bilgisini taşımaktadır. RNA molekülü, aynı DNA ‘daki gibi T yerine U geçmesiyle A,C,G,U nükleotidlerinin diziliminden oluşmaktadır.

RNA tek iplikli bir sarmaldır. DNA molekülleri büyük oranda hücre çekirdeğinde bulunurlarken, RNA’lar hücre içine yayılmış durumdadır. RNA, molekül ağırlıkları ve görevleri yönüyle başlıca üç farklı çeşide ayrılır. Bınlar: mRNA (mesajcı, haberci, kalıp RNA), tRNA (taşıyıcı, transfer RNA), rRNA (ribozomal RNA) dır. RNA, tek zincirli olmasından dolayı çok çeşitli şekiller alabilir. Bunları belirleyen, nükleotitlerinin diziliş sıralaması, yani dizinidir. Molekülün farklı bölgeleri tümleyici dizinlere sahipseler, oralardaki bazlar birbirleriyle hidrojen bağları oluşturabilirler. Bu bölgeledeki nükleotitler yapısal bir görev görürler, molekülün diğer kısımlarının ilmik veya saç firketesi gibi şekillere girmelerini sağlarlar. Karmaşık üç boyutlu şekiller oluşturabilmek RNA'nın başka moleküllerle etkileşiminde ve katalitik işlevlerinde önemlidir.

RNA'nın kendi kendisiyle baz eşlemesi

tRNA

50S ribosomal altbirimi, RNA turuncu, protein mavi renklidir.

Proteinler Bütün canlı yaşamının karbon bazlı bir biyokimyası vardır: Karbon, tüm canlıları oluşturan temel yapı taşıdır. Aynı şekilde, su da, temel çözendir. Dünya'daki tüm organizmalar, genetik bilgiyi depolamak için DNA ve RNA bazlı mekanizmalar kullanırlar. Genler, enzim ve protein sentezini yöneterek, bireyin görünüşünü (fenotipini) ortaya çıkartırlar. Proteinler vücuttaki pek çok işlevi yerine getiren moleküllerdir. Haberleri taşırlar, reaksiyonları katalizlerler, hücrelerin içinde yer alırlar. Proteinler olmadan yaşam olmaz. Proteinler amino asit adı verilen küçük yapı taşlarından oluşmuşlardır ve bu amino asitlerin ne şekilde dizilip protein oluşturacaklarının şifresi DNA’da bulunmaktadır. DNA’da bulunan ve hangi proteinin ne şekilde üretileceğini söyleyenler ise genlerdir. Bir hücrede bulunan proteinlerin tamamına onun proteomu adı verilir Proteinleri oluşturan birimler aminoasitlerdir. Amino asitlerde, amino grubu (- 2NH ),

asit grubu (-COOH karboksil grubu) ve zincir rezidüsü (kalan) denen bir kimyasal grup (R) bulunmaktadır. Bu gruplar merkezde bulunan ve α karbonu denen bir karbon atomuna (Cα ) bağlıdır.

Amino asitler, kuvvetli asitler karşısında baz, kuvvetli bazlar karşısında asit gibi davranan moleküllerdir. Doğadaki canlılarda, R zincir rezidüsüne bağlı olarak 20 çeşit amino asit bulunmaktadır (1986 da 21. ve 2002 de 22. amino asit tespit edilmiştir). Proteinler, çok sayıda amino asit (50-3000) biriminden oluşmuşlardır. Amino asitlerden birinin amino grubu, bir başka amino asitin karboksil grubuna bağlanarak bir dipeptid bileşiği oluşturmaktadır.

2

2 2 2

H OH H H HH

R R R R

O O O O

NH N OH H N OH H N OHC C C CC C C C−

− −− − + − − − − − − − −→

Peptit bağları yardımıyla uzun amino asit zincirleri, yani proteinler oluşmaktadır. Uçlarda, peptit bağı olmayan amino (N ucu) ve karboksil (C ucu) grupları bulunmaktadır. Peptit bağı genellikle düzlemseldir, yani bu bağ etrafında serbest bir dönme yoktur, ω açısı ya 0 ya da 180 derecedir. Dönme φ ve ψ açıları etrafında daha esnektir. Ancak, doğal proteinlerde bu açıların değerlerinin oluşturduğu kombinasyonlar küçük bölgelerdir. Bir polipeptite ölçülen φ ve ψ açılarının bir koordinat sisteminde gösterilmesi Ramachandran diyagramı (Ramachandran plot) olarak bilinmektedir.

C N

R

C

O

OH

H

H

H

Amino grubu Karboksil grubu

Cα Atomu

N H

H

C C

O H

R φ

ω N C C

R

H H O

H ψ

Peptit Bağı

PCNA proteinin Ramachandran diagramı, eksenler üzerindeki noktalar N ve C uçlarına aittir. Yeşil bölgeler Glycine içerenlere, maviler ise içermeyenlere aittir Doğal proteinlerde, proteinin konformasyon (conformation) denen üç boyutlu yapısı amino asid zinciri tarafından belirlenmektedir. Bu sebepten, bir amino asit zinciri için bir nativ yapı (native structure) söz konusudur. Nativ yapının en düşük serbest enerji konformasyonu olduğu sanılmaktadır. Enerji fonksiyonundaki kuvvetler arasında; van der Waals çekimi, elektrostatik kuvvetler, farklı rezidüler arasındaki hidrojen bağları ki bu bağlar α helisi (alpha-helices) ve β tabaka (beta sheet) denen yapıları oluşturmaktadır, iyonik çekimler (tuz köprüleri), disülfit köprüleri ve su ile her türlü hidrojen bağları sayılabilir. Protein oluşumunda en önemli sürükleyici kuvvet hidrofobik kuvvettir. Hidrofobik amino asit rezidüleri su ile teması önlemek için kompakt bir iç göbek oluşturmaktadırlar. Isıtma, yüksek basınç ve asit gibi etkenler proteinlerin yapısını bozar. Bu olaya denatürasyon denir. Proteinler yapılarına göre, basit ve bileşik olarak ikiye ayrılır. Basit proteinler hidrolizlendiklerinde yalnız amino asitlere ayrılır (albuminler, globulinler, histonlar). Bileşik proteinler ise amino asit ve başka maddelere ayrılırlar. Şekil bakımından proteinler, küresel (globular), lifsel (fibril) ve membran proteinler olarak üçe ayrılır. Protein yapılanmaları farklı düzeylerde ele alınmaktadır. Bunlar:

• Birincil yapı (Primary structure) : proteinin amino asit dizisi. • Đkincil yapı (Secondary structure) : α helisi ve β sheet gibi ikincil yapı elemanlarının

birincil yapıda bölgelerini belirtmektedir. • Üçüncül yapı (Tertiary structure) : native yapıdaki protein alanının (domain) 3 boyutlu

yapısıdır. Örneğin bir protein birçok alt proteinden oluşmuşsa, üçüncül yapı altproteinin yapısını açıklamaktadır.

• Dördüncül yapı (Quaternary structure) : tam işlevsel bir proteinin 3 boyutlu, natif yapısıdır.

Trioz fosfat izomeraz enziminin üç boyutlu yapısının üç farklı gösterimi. Solda, atom tipine göre renklendirilmiş tüm-atomlu gösterim. Ortada, ikincil yapı türlerine göre renklendirilmiş protein omurga şeklinin şematik gösterimi. Sağda, kalıntı tiplerine göre renklendirilmiş (asit kalıntılar kırmızı, bazik kalıntılar mavi, polar kalıntılar yeşil, nonpolar kalıntılar beyaz) çözücü tarafından erişilir yüzey gösterimi.

Enzimlerin hepsi denilebilecek kadar büyük çoğunluğu protein yapısındadır. Enzimler doğal olarak yalnız canlılar tarafından sentezlenebilen biyolojik katalizörlerdir.

Proteinlerin yapısında bulunan amino asitlerin sıralanışı, kalıtsal olarak DNA molekülü tarafından belirlenmektedir. Vücudumuz genlerden aldığı bilgiye göre gerekli olan proteinleri ne zaman ve ne şekilde üreteceğine karar verir. Hangi genin hangi proteini kodlayacağı belirlidir. Genler, enzim ve protein sentezini yöneterek, bireyin görünüşünü (fenotipini) ortaya çıkartırlar. Proteinler vücuttaki pek çok işlevi yerine getiren moleküllerdir. Proteinler olmadan yaşam olmaz.