Nükleik Asitlerin Keşfi ve Önemi
Bir nükleik asit, biyolojik sistemlerde genetik bilgiyi depolayan bir nükleotid zinciridir. Hücrelerin protein oluşturmak için ihtiyaç duyduğu bilgileri depolayan DNA ve RNA'yı oluşturur. Bu bilgi, kodonlar olarak bilinen üç nükleotidden oluşan çoklu setlerde saklanır.
Nükleik Asitler Nasıl Çalışır?
Bu isim, bu moleküllerin asit olmalarından, yani kimyasal reaksiyonlarda proton bağışlamakta ve elektron çiftlerini kabul etmekte iyi olmalarından gelmektedir ve ilk olarak hücrelerimizin çekirdeğinde keşfedilmişlerdir.
Tipik olarak, bir nükleik asit, "nükleotidler" adı verilen birimlerden oluşan bir dizi veya "polimer"den oluşan büyük bir moleküldür. Dünyadaki tüm yaşam, kalıtsal bilgileri kaydetmek için ortam olarak nükleik asitleri kullanır - yani nükleik asitler, hücre yapmak için gerekli planı veya "kaynak kodunu" içeren sabit disklerdir.
Bilim adamları, uzun yıllar boyunca, canlıların büyümek ve hayatta kalmak için ihtiyaç duydukları tüm karmaşık malzemeleri nasıl üreteceklerini nasıl "bildiklerini" ve özelliklerini yavrularına nasıl aktardıklarını merak ettiler.
Bilim adamları sonunda cevabı, hücrelerin çekirdeğinde bulunan ve ana hücrelerden "yavru" hücrelere geçen bir molekül olan DNA - deoksiribonükleik asit - şeklinde buldular.
DNA hasar gördüğünde veya yanlış aktarıldığında, bilim adamları hücrelerin düzgün çalışmadığını buldular. DNA'nın hasar görmesi, hücrelerin ve organizmaların yanlış gelişmesine veya basitçe ölecek kadar kötü hasar görmesine neden olur.
Daha sonraki deneyler, başka bir nükleik asit türünün ( RNA veya ribonükleik asit ) DNA'da bulunan talimatların kopyalarını taşıyabilen bir "haberci" olarak hareket ettiğini ortaya çıkardı. Ribonükleik asit, bazı virüsler tarafından nesilden nesile talimatları aktarmak için de kullanıldı.
Nükleik Asitlerin İşlevi
Nükleik asitler bilgisayar kodu gibi bilgileri depolar
Nükleik asitlerin canlılar için açık ara en önemli işlevi, bilgi taşıyıcıları olarak rolleridir.
Nükleik asitler dört "baz" ile oluşturulabildiğinden ve "baz eşleştirme kuralları", bir nükleik asit zincirini bir başkasını oluşturmak için şablon olarak kullanarak bilginin "kopyalanmasına" izin verdiğinden, bu moleküller bilgiyi hem içerebilir hem de kopyalayabilir.
Bu süreci anlamak için, DNA kodunu bilgisayarlar tarafından kullanılan ikili kodla karşılaştırmak faydalı olabilir. İki kod özellikleri bakımından çok farklıdır, ancak prensip aynıdır. Bilgisayarınızın sadece 1'ler ve 0'lardan oluşan dizileri okuyarak tüm sanal gerçeklikleri yaratabilmesi gibi, hücreler de dört DNA baz çiftinin dizilerini okuyarak tüm canlı organizmaları yaratabilir.
Tahmin edebileceğiniz gibi, ikili kod olmadan bilgisayarınız ve bilgisayar programlarınız olmazdı. Aynı şekilde, canlı organizmaların çalışması için DNA "kaynak kodlarının" bozulmamış kopyalarına ihtiyacı vardır.
Genetik kod ve ikili kod arasındaki paralellikler, bazı bilim adamlarının, silikon tabanlı sabit disklerden çok daha verimli bir şekilde bilgi depolayabilecek "genetik bilgisayarlar" oluşturulmasını önermesine bile yol açtı. Bununla birlikte, silikon hakkında bilgi kaydetme yeteneğimiz geliştikçe, "genetik bilgisayarlar" üzerine yapılan araştırmalara çok az ilgi gösterildi.
Bilgilerin Korunması
DNA kaynak kodu, işletim sisteminizin bilgisayarınız için olduğu kadar bir hücre için hayati önem taşıdığından, DNA'nın olası hasarlardan korunması gerekir. DNA'nın talimatlarını hücrenin diğer bölümlerine taşımak için, bilgisinin kopyaları başka bir nükleik asit türü olan RNA kullanılarak yapılır.
Hücresel mekanizmalar tarafından talimat olarak kullanılmak üzere çekirdekten ve hücrenin etrafına gönderilen genetik bilginin bu RNA kopyalarıdır.
Hücreler ayrıca nükleik asitleri başka amaçlar için de kullanırlar. Ribozomlar – protein yapan hücresel makineler – ve bazı enzimler RNA'dan yapılır.
DNA, RNA'yı sitoplazmanın kaotik ortamından ayıran bir tür koruyucu mekanizma olarak kullanır. Çekirdeğin içinde DNA korunur. Çekirdeğin dışında, organellerin, veziküllerin ve diğer hücresel bileşenlerin hareketleri uzun, karmaşık DNA zincirlerine kolayca zarar verebilir.
RNA'nın hem kalıtsal materyal hem de enzim olarak hareket edebilmesi, ilk yaşamın kendi kendini kopyalayan, kendi kendini katalize eden bir RNA molekülü olabileceği fikrini güçlendiriyor.
Nükleik Asit Örnekleri
Doğada en yaygın nükleik asitler DNA ve RNA'dır. Bu moleküller, Dünya'daki yaşamın çoğunluğunun temelini oluşturur ve hücrelerin hayatta kalması ve çoğalması için gerekli işlevleri tamamlayan proteinleri oluşturmak için gerekli bilgileri depolarlar. Bununla birlikte, DNA ve RNA tek nükleik asitler değildir. Bununla birlikte, yapay nükleik asitler de yaratılmıştır. Bu moleküller, doğal nükleik asitlerle aynı şekilde işlev görür, ancak benzer bir işleve hizmet edebilirler. Aslında, bilim adamları bu molekülleri, yapay nükleik asidi koruyabilecek ve yeni proteinler oluşturmak ve hayatta kalmak için ondan bilgi çıkarabilecek bir "yapay yaşam formunun" temelini oluşturmak için kullanıyorlar.
Genel olarak konuşursak, nükleik asitlerin kendileri, nükleik asit içindeki nükleotid dizisine bağlı olarak her organizmada farklılık gösterir. Bu dizi, amino asitleri doğru sırayla bağlamak ve belirli işlevlere sahip karmaşık protein molekülleri oluşturmak için hücresel makineler tarafından "okunur".
Nükleik Asitler ve Genetik
Genetik Kod
Bugün bilim adamları, hücrelerin kaynak kodunun kelimenin tam anlamıyla nükleik asitlerle yazıldığını biliyorlar. Genetik mühendisliği, DNA'larının parçalarını ekleyerek, çıkararak veya yeniden yazarak organizmaların özelliklerini değiştirir ve ardından hücrelerin hangi "parçaları" ürettiğini değiştirir.
Yeterince yetenekli bir genetik "programcı", nükleik asit kodunu kullanarak canlı bir hücre için talimatları sıfırdan oluşturabilir. Bilim adamları, 2010 yılında, diğer hücrelerden alınan kaynak kodu bitlerini kullanarak sıfırdan bir genom "yazmak" için yapay bir DNA sentezleyici kullanarak tam olarak bunu yaptılar.
Dünyadaki tüm canlı hücreler, nükleik asitleri kullanarak kaynak kodlarını neredeyse tamamen aynı "dilde" "okur" ve "yazar". Kodon adı verilen üç nükleotidden oluşan setler, herhangi bir amino asidi veya protein üretiminin durmasını veya başlamasını kodlayabilir.
Nükleik asitlerin diğer özellikleri, DNA ekspresyonunu, birbirine yapışarak ve transkripsiyon enzimlerinin depoladıkları koda erişmesini zorlaştırarak daha ince yollarla etkileyebilir.
Yeryüzündeki tüm canlı hücrelerin hemen hemen aynı genetik "dili" "konuştuğu" gerçeği, evrensel bir ortak ata fikrini desteklemektedir – yani, bugün Dünya'daki tüm yaşamın, torunları tüm modern canlı türlerini ortaya çıkarmak için evrimleşen tek bir ilkel hücre ile başladığı fikri.
Kimyasal açıdan bakıldığında, nükleik asitler oluşturmak için bir araya getirilen nükleotidler, beş karbonlu bir şeker, bir fosfat grubu ve nitrojen içeren bir bazdan oluşur. Aşağıdaki resim, Dünya'daki canlılar tarafından nükleik asitlerinde kullanılan dört DNA ve dört RNA azotlu bazın yapısal çizimlerini göstermektedir.
Ayrıca, şeker - fosfat "omurgalarının", birden fazla nükleik asit tek bir molekülde bir araya getirildiğinde bir sarmal ( veya DNA durumunda bir çift sarmal ) oluşturan bir açıyla nasıl bağlandığını da gösterir:
Nükleik Asitler, Nükleotidlerin Polimerleridir
DNA ve RNA'nın her ikisi de ayrı nükleotidlerden oluşan polimerlerdir. "Polimer" terimi, her nükleik asidin birçok nükleotidden oluştuğu gerçeğine atıfta bulunarak, "çok" için "poli" ve parçalar için "mer" den gelir.
Nükleik asitler, inorganik bileşenlerin birlikte reaksiyona sokulmasıyla doğal olarak üretilebildiklerinden ve Dünya'daki yaşam için tartışmasız en temel bileşen olduklarından, bazı bilim adamları, Dünya'daki ilk "yaşamın" kendi kendini kopyalayan bir amino asit dizisi olabileceğine inanmaktadır.
Uzaydan gelen göktaşlarında bulunan nükleik asitler, bu kompleks moleküllerin yaşamın olmadığı ortamlarda bile doğal sebeplerle oluşabileceğini kanıtlamıştır.
Bazı bilim adamları, bu tür göktaşlarının Dünya'da kendi kendini kopyalayan ilk nükleik asit "yaşamının" yaratılmasına yardımcı olabileceğini bile öne sürdüler. Bu mümkün görünüyor, ancak bunun doğru olup olmadığını söyleyecek kesin bir kanıt yok.
Nükleik Asit Yapısı
Nükleik asitler birçok şekil alabilen devasa polimerler oluşturabildiğinden, "nükleik asidin yapısını" tartışmanın birkaç yolu vardır. Bir DNA parçasındaki nükleotid dizisi kadar basit bir şey veya DNA molekülünün katlanma şekli ve diğer moleküllerle nasıl etkileşime girdiği kadar karmaşık bir şey anlamına gelebilir. Nükleik asitler esas olarak karbon, oksijen, hidrojen, azot ve fosfor elementlerinden oluşur.
Nükleik asitlerin monomeri
Nükleotidler, bir nükleik asidin tek tek monomerleridir. Bu moleküller, azotlu bir baz artı bir şeker-fosfat "omurgası" ndan oluşan oldukça karmaşıktır. Adenin ( A ), guanin ( G ), sitozin ( C ) ve timin ( T ) olmak üzere dört temel nükleotid türü vardır.
Hücrelerimiz, nükleik asitler adı verilen polimerleri oluşturmak için nükleotidleri birleştirdiğinde, bir nükleotidin omurgasının 3' şekerinin oksijen molekülünü başka bir nükleotidin 5' şekerinin oksijen molekülü ile değiştirerek onları bağlar.
Bu mümkündür çünkü nükleotidlerin kimyasal özellikleri 5' karbonların çoklu fosfatlara bağlanmasına izin verir. Bu fosfatlar, diğer nükleotidin 3' oksijeninin 3' oksijen molekülü için çekici bağ ortaklarıdır, böylece oksijen molekülü fosfatlarla bağlanmak için hemen patlar ve yerini 5' şekerin oksijeni alır. İki nükleotid monomeri daha sonra bu oksijen molekülü aracılığıyla kovalent bir bağ ile tamamen bağlanır ve onları tek bir moleküle dönüştürür.
Nükleotidler, nükleik asitlerin monomerleridir, ancak nükleik asitlerin bilgi taşımaktan başka amaçlara hizmet edebilmesi gibi, nükleotidler de olabilir.
Hayati enerji taşıyan moleküller ATP ve GTP'nin her ikisi de nükleotidlerden yapılmıştır - tahmin edebileceğiniz gibi "A" ve "G" nükleotidleri.
GTP, enerji taşımanın yanı sıra, G-protein hücre sinyal yollarında da hayati bir rol oynar. "G-proteini" terimi aslında "GTP" deki "G" harfinden gelir - genetik kodda bulunan aynı G.
G-proteinleri, bir hücre içinde önemli ve karmaşık sonuçları olan sinyal kaskadlarına neden olabilen özel bir protein türüdür. GTP fosforile edildiğinde, bu G-proteinleri açılabilir veya kapatılabilir.
