DNA` nın sekonder yapısı

MOLEKÜLER BİYOLOJİ
Dr. ismail Bezirganoglu
DNA YAPISI
Kimyasal anlamda DNA, nükleotid denilen
yapıtaşlarından oluşan bir zincirdir. Her
nükleotid bir şeker, bir baz ve bir fosfat dan
oluşur.
 Bu bölümün amacı, DNA’ nın yapısını, canlı
hücre içindeki göreviyle birlikte tanımlamaktır.

Primer yapı: Nükleik asitlerin
bileşenleri
DNA ve RNA olmak üzere iki grupta toplanır.
 Nükleotid denilen alt birimlerden meydana
gelmiştir.


NÜKLEOTİD= BAZ+ŞEKER+FOSFORİK ASİT
NÜKLEOTİDLER-NÜKLEİK ASİTLERİN YAPI
TAŞLARI
Nükleotid= azotlu baz + pentoz şekeri ( 5 karbonlu) + fosfat grubu
içerirler
AZOTLU BAZLAR: İKİ ÇEŞİTTİR





9 atomlu, iki halkalı pürinler (Adenin, Guanin)
6 atomlu tek halka içeren pirimidinler (Sitozin, Timin, Urasil)
A,C,G,T ve U şeklinde simgelenirler.
A,G,C DNA ve RNA’da ortak bulunur
T->DNA’da, U->RNA’da bulunur.
ŞEKER= PENTOZ




Nükleik aside adını taşıdığı şeker verir.
Ribonükleik asitlerde-RİBOZ
Deoksiribonükleik asitlerde-DEOKSİRİBOZ bulunur.
Deoksiribozun ribozdan farkı C-2’ pozisyonunda OH grubu
olmamasıdır.
Nükleik Asit Kimyası
•Nükleozit- baz + şeker
•NMP = nükleozit + 1 PO4
•NDP = nükleozit +2 PO4
•NTP = nükleozit + 3 PO4
•Nükleik asitlerin yapı taşıdır
•özel NTPs: ATP & GTP
NÜKLEOTİTLERDE BAĞLANMA






Nükleotid yapısındaki bağlar
son derece özgüldür.
Şekerin C-1’ atomu azotlu
bazla kimyasal bağ yapar.
Pürinlerde N-9,
pirimidin ise N-1 atomu
şekerin C-1’ atomu ile bağ
yapar.
Nükleotidlerde fosfat grubu,
şekerin C-2’, C-3’ yada C-5’
atomu ile bağ kurar.
Bu yapı, biyolojik sistemlerde
en yaygın olan ve DNA ve
RNA’da bulunandır.
POLİNÜKLEOTİTLER





İki mononükletit arasında bağ
yapısında, iki şekere bağlı fosfat
grubu yer alır oluşan bağ
fosfodiester bağıdır, çünkü
fosforik asit her iki taraftaki
alkol grubu ( iki şekerdeki OH
grubu ) ile ester bağı yapar. Aynı
bağ, RNA da da bulunur.
dinukleotitler & trinükleotitler
oligonükleotitler (<20)
polinükleotitler (>20)
Uzun polinükleotid zincirleri
varyasyon sağlamaktadır.
1000 nt oluşan bir zincir 41000
kombinasyon ile oluşturulabilir.
 Levene’nin tetranükleotid
hipotezi bu varyasyonu
sağlamamaktadır.

FOSFODİESTER BAĞLARI DNA VE
RNA
’
NIN
KOVALENT
İSKELETİDİR
DNA ve RNA zincirinin uzunluğu
Hücresel RNA lar 100 nükleotitden daha kısa olandan
birkaç bin nükleotit uzunluğa kadar geniş bir aralıkta
olabilir.
 Nükleotitlerin nt veya bazların sayısı bir uzunluk
ölçüsü olarak kullanılır.
 Hücresel DNA molekülleri birkaç yüz milyon nükleotit
uzunluğunda olabilir. Baz çifti (bp) sayısı, çift zincirli
DNA nın uzunluk ölçüsü olarak kullanılır.
 DNA için kullanılan uzunluk birimi 1000 baz çiftine
karşılık gelen kilobaz çifti (kb) veya 1,000,000 baz
çiftine karşılık gelen megabaz çifti (Mb)

5’ ve 3’ nün önemi
Bir nükleik asit zincirinin 5’ ve 3’ polaritesi, molekülün
oldukça önemli bir niteliğidir.
 Bu polaritenin anlaşılması replikasyonun ve
transkripsiyonun yönünün anlaşılması DNA zincirinin
okunması ve laboratuvardaki çalışmalarının
gerçekleşmesi için önemlidir.
 Genel olarak bir DNA veya RNA zinciri 5’ ucu solda, 3’
ucu sağda olacak şekilde yazılır.

DNA’ nın sekonder yapısı
 1940-1953
Erwin Chargaff, Maurice Wilkins,
Rosalind Franklin, Linus Pauling, Francis
Crick, James Watson arasında yarış
1953 yılında Nature- “The Double Helix” yayını
ile sona ermiştir.
Watson- Crick için yapıyı aydınlatmadaki en
önemli kaynaklar

Hidrolize edilmiş DNA’nın baz
kompozisyon analizleri

DNA’nın X ışını kırınımı çalışmalarıdır.
Watson ve Crick’in ortaya çıkardığı gibi DNA
genelde hücrede birbirine sarılan çift zincir
olarak yer alır. çift zincirli DNA (ds DNA) veya
dubleks DNA olarak da ifade edilen DNA çift
sarmalı, bazı virüslerde bulunan tek zincirli DNA
(ssDNA) dan farklıdır.
 DNA’nın
yapısı, organizmaların üreme ve
gelişmesi için gerekli olan genetik bilgiyi
çoğaltmalarına ve muhafaza etmelerine izin
verir. Çeşitli kimyasal kuvvetler, DNA, çift
sarmalının oluşumunu sağlar. Bunlar bazlar
arasındaki hidrojen bağları ile bazların
kümeleşmesine yol açan hidrofobik etkileşimleri
içerir.

Bazlar arasında hidrojen bağları oluşur





Termodinamik olarak kararlı hidrojen bağları,
birbirine sarılan DNA zincirlerinin karşılıklı
zincirlerdeki azotlu bazlar arasında oluşur.
Bazlar arasındaki
hidrojen bağları komp
lementer baz eşleşmesi
olarak ifade edilir.
Baz istiflenmesi, DNA çift sarmalına
kimyasal kararlılık sağlar

Bazlar nükleotid oluşturmak üzere bir şekere bir
fosfata bağlandığında, suda çözünebilir hale
gelirler fakat yine de çözünmezlikleri hala
çözeltideki
DNA’nın
tam
konformasyonu
üzerinde büyük sınırlamalara sebep olur.
Eşleşmiş nispeten yassı bazlar sarmal dönüş
sebebiyle
birbirlerinin
üzerine
istiflenme,
raflaşma yığılma eğilimindedirler. Çift zincirli
DNA’ nın bu özelliği baz istiflenmesi olarak
bilinir.
CHARGAFF KURALI




Herhangi bir türe ait DNA nın nükleotidlerine
parçalandığında serbest kalan nukleotidlerde adenin
miktarının timine, guanin miktarının da sitozine daima
eşit olduğunun saptanmasıdır.
Yani Chargaff kuralı‘na göre doğal DNA moleküllerinde
adeninin timine veya guaninin sitozine oranı daima 1’e
eşittir. (A/T=1 ve G/C=1)
Pürinler= pirimidinler (A+G=T+C)
İşte Watson ve Crick bu bulguları değerlendirerek böyle
özelliklere sahip DNA makro molekülünün sekonder
yapısına ait bir model geliştirdiler.
X-IŞINI KIRINIMI


DNA
zincirleri
X-ışını
bombardımanına
tutulur
ve
molekülün atomik yapısına göre
saçtığı ışınlar belirlenir. Buna
göre;
1947- William Astbury DNA’da
3.4 A aralıklarla tekrarlayan
yapıların varlığını doğrulamış ve
DNA’nın bir çeşit sarmal yapıda
olduğunu ileri sürmüştür.
1950-1953- Rosalind Franklin
3.4 A aralıklarla tekrarlayan
yapıların varlığını doğrulamış ve
DNA’nın bir çeşit sarmal yapıda
olduğunu daha saf örnekler
kullanara gösterebilmiştir.

DNA ’ daki
baz
eşleşmesi
modelin
genetik
açıdan
en
önemli özelliğidir. Bu
yerleşim
nedeniyle
eksen boyunca büyük ve
küçük oluklar ortaya
çıkar.

Sağ el sarmalının uzaydaki
konformasyonu, Watson
Crick’in verilerine en uygun
olanıdır.
DNA ÇİFTE
SARMALINDA
ZİNCİRLER
BİRBİRLERİNİN
TAMAMLAYICISIDIR.




DNA molekülü kendini oluşturan nukleotidlerin sayısına bağlı olarak,
büyüklüğü türden türe değişen, uzun zincir şeklinde bir yapı
gösterir. İnsanda bu zincirin uzunluğu açıldığında 2 metreye kadar
varabilir. Bütün halinde eldesi zincirin hassas ve kırılgan yapısından
ötürü çok güçtür.
Nukleotidlerin
yapısı
bazik
olmasına
karşın
oımurgadaki
PO4(fosforik asit) grubunun varlığı polinükleotid zincirlerin asit
özellikte olmalarına yol açar ve nükleik asit terimi de bu özellikten
kaynaklanır.
DNA çift sarmalının dikkate değer ve önemli bir özelliği, molekülü
oluşturan zincirlerin birbirlerinden kolaylıkla ayrılabilmesi ve yeniden
birleşebilmesidir. Protein sentezi ve DNA replikasyonu (kendi
kopyasını oluşturması) bu özellik sayesinde meydana gelebilir.
DNA ’ nın iki zinciri, birbirine sadece H bağları ve hidrofobik
etkileşimlerle bağlı olmaları nedeni ile, nükleotidleri arasındaki
kovalent bağlardaki herhangi bir kopma olmaksızın çözülebilir
(denatürasyon). Aynı şekilde çözülmüş molekülün zincirleri
tamamlayıcı bazları arasında H bağlarının oluşumu ile birleşip
sarmal yapıyı yeniden oluşturabilir (renatürasyon).
DNA’NIN FORMLARI







Tek-krista-X-ışını analizi çalışmaları ile 5 A ’ luk
çözünürlük 1 A’a kadar düşürülmüştür.
A-DNA right handed (11 baz/ 1 tam dönüş/çap 23 Å)—yüksek tuz kons. Yada
dehidrasyon koşullarında baskındır.
B-DNA right handed (normal, 10 baz/tdönüş, çap 20 Å)
Z-DNA left handed (all GC, 12 bases/turn, 18 Å)
Fizyolojik koşullarda rasgele bir DNA dizesinde en stabil form B formudur.
A formu su dışında birçok çözeltide oluşan bir formdur.
Z formu: sola doğru dönen heliks yapısındadır. Z formu bazı genlerin
ekspresyonlarının regulasyonunda rol alabilir.
FARKLI DNA FORMLARININ
ÖZELLİKLERİ
FARKLI DNA FORMLARI
DNA-RNA
Double stranded - single stranded
 RNA’da T yerine U bulunur.Tipleri
 mRNA, rRNA, tRNA
 snRNA (RNA processing)
 Telomerase RNA (replikasyon)
 antisense RNA (regulasyon)

DNA VE RNA ARAŞTIRMALARINDA
KULLANILAN ANALİTİK YÖNTEMLER


U.V ışığının soğurulması
(254-260 nm arasında en
fazla)
Çökelme Davranışı- Nükleik
asitler
çeşitli
gradiyent
santrifügasyon işlemleri ile
ayrılabilirler.
Çökelme
özelliği
molekülün
yoğunluğu,
kütlesi
ve
biçimine
bağlıdır
ve
Svedberg
katsayısı
(S)
olarak ölçülür.
NÜKLEİK ASİTLERİN DENATÜRASYONU VE RENATÜRASYONU






DNA’nın denatürasyonu sonucu Hbağları kopa, çift zincir çözülür ancak
kovalent bağlar kırılmaz.
Isı yada kimyasal yolla olabilir.
Denatürasyon
sırasında
DNA
akışkanlığı azalır, U.V absorbsiyonu
ve denge yoğunluğu artar.
Isı sonucu oluşan denatürasyona
erime-melting denir
Isıtılan
DNA
’
nın
U.V
absorbsiyonundaki
artışa
hiperkromik kayma denir.
Erime sırasında, DNA ’ nın 260
nmdeki absorbsiyonu sıcaklığa karşı
grafiklenirse br erime profili elde
edilir. Bu eğrinin orta noktasına
erime sıcaklığı (Tm) denir. DNA
zincirinin
%50 ’ sinin
açıldığı
sıcaklıktır.
DNA’NIN ISI İLE DENATÜRASYONU
DNA’NIN DENATÜRASYONU
KISMEN DENATÜRE DNA
DNA HİBRİDİZASYONU




DNA çifte sarmalı ve RNA
denatüre olabilir.
Anneal:
Denatüre
segmentin tekrar çifte
sarmal oluşturması
Farklı türlerin nükleik
asidleri hibrid formlar
oluşturabilirler. Türler ne
kadar
yakınsa
hibridizasyon o kadar
kolay gerçekleşir.
Nükleotidler ve nükleik
asidler non enzimatik
transformasyona uğrarlar.