6.  NÜKLEİK ASİTLERİN FONKSİYONLARI :

        DNA’da saklanan genetik bilgiler iki amaca hizmet ederler. Bunlar, bir yandan protein moleküllerinin tümünün sentezinde bilgi kaynağı iken, aynı zamanda yeni oluşan hücrelere kalıtsal bilgiler sağlarlar.
        RNA molekülleri protein sentezinde görev alırlar. Bundan başka RNA, ne yapısal ne de bilgi verici bir iş görmez.

6.1. DNA' ların Eş Oluşturma Mekanizması –Replikasyon  Olayı

        Watson ve Crick hipotezlerinde çift sarmallı DNA’nın her sarmalının oğul  DNA sentezinde kendi komplementerlerini sentezlemek için kalıplık görevi yaptığını önermişlerdir. Yeni sentezlenen oğul  DNA’nın çift sarmalından birisi  atasal DNA’dan gelmektedir. Bu atasal DNA’nın komplementeri olan ikinci sarmal atasal DNA’yı kalıp olarak kullanmakta ve yeniden sentezlenmektedir. Bu tip DNA replikasyonuna  “Semikonservatif DNA Replikasyonu” denir. Çünkü atasal DNA çift sarmalının bir tanesi kendi kompelemterini yeniden sentezleyerek ana hücre içinde tutup korunmakta ve ikinci sarmal karşısına kendi komplementerini yeniden sentezlemekte ve oğul hücreye geçmektedir. Burada DNA polimerez enzimi görev yapar.

Şekil 20. Semikonservatif ( yarı tutucu ) ve konservatif ( tutucu ) replikasyon sırasında paralel DNA iplikçiklerin dağılımları. Ana iplikçikler koyu, yeni sentez edilen iplikçikler açık renktedir.

        Çift sarmallı DNA’larda replikasyon böyleyken dairesel DNA’larda iki istikamete doğru olmaktadır. Bakterileri ve pek çok virüs, heliks yapısında dairesel şekilde bir DNA’ya sahiptirler. Dairesel DNA’nın replikasyonunun nasıl olduğu konusunda, John Cairns adlı araştırmacı bir deney yapmıştır. Araştırıcı dairesel şekilde ve büyük boydaki DNA molekülünün dairesel şeklini bozmadan kendini eşlediğini  (replike olduğunu ) görmüştür.
        Kromozonlarda replikasyon çatalının başladığı yerde bir orjin noktası bulunmaktadır. Bu orjin noktasında yaklaşık 100 – 200 baz çifti bulunmaktadır. Bu orjin noktasındaki özel baz dizisi olmadan bakteri hücresi DNA’sı replike olamaz. Sentezin başlayacağı bu orijin spesifik hücre proteinleri tarafından tanınmakta ve replikasyon  siklusu bu noktadan başlatılmaktadır. Bakterilerde DNA sentezinin dairesel kromozom üzerinde bir orijin noktasından başlayarak devam ettiği iki nesil boyunca üreyen bakterilerin DNA’larının timidin ile işaretlenmesi sonucu Cairns tarafından gösterilmiştir. Orjin noktasından sentezin başlatılması hücresel kontrol altındadır. Orjin noktasından iki istikamete doğru DNA’nın çift sarmalından her birinin komplementeri ayrı ayrı sentezlemektedir. Bakteri hücrelerinde sentezin orijinden başlayıp iki istikamete doğru devam ettiği otoradyografik deneylerle kanıtlanmıştır.

Şekil 21. Bakterilerde DNA sentezi dairesel şekilde devam etmektedir.  A) Dairesel yapıdaki çift sarmallı, DNA kromozomu B ) Orijin noktasında iki yöne doğru devam eden DNA sentezi.

        Bazı virüs DNA’ları tek istikamette dönen daire mekanizması ile replike olmaktadır. Çift sarmallı dairesel DNA’nın sarmallarından birisi, bir enzim tarafından bir noktadan kırılmaktadır. Sentez, kırık DNA’nın sarmalının 3/ – ucundan başlar ve yeni sentezlenen zincir  kalıp zincirin komplementeri olduğundan DNA sentezi yine 5/ ->3/ istikametine doğru ilerler.

Şekil 22. Bazı virüs DNA’ları dönen daire şeklinde replike olmaktadır.  A) Yapısı bozulmamış dairesel viral  DNA bulunmaktadır. B) Dairesel DNA'nın bir zinciri belirli bir noktasından bir emzim  aracılığıyla kırılmıştır. C) dairesel DNA’nın saatin gidiş yönünün ters istikametine doğru dönmesi ile sentezin tek yönde ve  5/  - 3/ istikametinde ilerlediğini görüyoruz. D) Sentez tamamlanmış linear çift sarmallı DNA’nın bir nükleaz tarafından dairesel kromozomdan koparıldığını görüyoruz. Bu işlem tamamlandıktan sonra aynı noktadan dönen dairesel DNA’nın ikinci bir kopyasının sentezi başlayabilir.

        Dönen dairesel DNA sentezine oocyte hücrelerinde de rastlanmaktadır. Bu mekanizma ile yumurtadaki DNA üzerinde bulunan ribozomal DNA genlerinden çok miktarda ribozomal RNA sentezi yapılmakta ve bu RNA’lar ribozom yapısına girerek erken embriyonal dönemde, embriyonun süratle gelişmesini sağlamak için hücre proteinlerinin hızlı bir şekilde sentez edilmesini sağlamaktadır.
        Eukaryotik hücre DNA’ları kromatin fibrilleri boyunca nukleozom adı verilen yapılarda özel bir organizasyona sahip oldukları için, bu DNA’ların replikasyonu bakteri DNA’larından daha karmaşık bir durum göstermektedir. CAIRNS, eukaryotik hücrelerde DNA replikasyonunun oluş mekanizmasını anlamak için otoradyografik teknikten yararlanmıştır. Yapılan deneysel çalışmalar eukaryotik hücrelerin replikasyon çatalında da DNA sentezinin iki istikamete doğru devam ettiğini, fakat sentez hızının ise bakteri hücresindekinden 10 defa daha yavaş devam ettiğini ortaya koymuştur. Bunun yanında eukaryotik hücrelerdeki DNA sentezinde bariz bir ayrıcalık olduğu hemen göze çarpmıştır. Bakteri hücresi kromozomlarında DNA sentezi bir orijin noktasından başlarken eukaryotik hücrelerin kromozomlarındaki  DNA sentezinin binlerce orijin noktasından aynı anda başladığı ve bu sentezin yine iki yönde devam ettiği görülmüştür.

6.2. Transkripsiyon

        DNA’nın bir parçası olan ve bir protein türünü şifreleyen bir genin baz dizisi, mRNA sentezinde kalıp olarak kullanılır. mRNA, kendisini sentezleyen DNA zinciri kısmını tamamlayandır. mRNA’nın bu sentezi “transkripsiyon” olarak adlandırılır; transkripsiyon, genetik şifrenin DNA’ dan RNA’ya kaydedilmesini ifade eden bir terimdir. Hücrenin hayatı boyunca yalnız belirli zamanlarda belirli genler aktif hale gelerek transkripsiyona uğramakta ve meydana gelen mRNA’lar proteinlere tercüme edilerek belirli gen ürünlerinin belirli zamanlarda ortaya çıkması sağlanmaktadır. DNA ve RNA – polimeraz’lar ve DNA’nın replikasyonu ve transkripsiyonuna yardım eden diğer proteinler, genetik bilginin devamlılığı ve nesilden nesile, doğru bir şekilde aktarılması için son derece hayati değer taşıyan moleküllerdir. Transkripsiyonda; DNA molekülünün iki zinciri geçici olarak ayrılır, bu zincirlerden biri RNA molekülünün sentezi için kalıp olarak kullanılır. DNA' daki triplet kodları,  RNA’daki komplementer triplet kodlarının ( kodon ) yapımına neden olur. Bu kodonlar sitoplazmada sentezi yapılacak bir proteindeki aminoasit dizilimini kontrol edecektir. DNA’nın öteki zinciri inaktif kalır.
                        DNA     TAA     GCC     GAT

                        mRNA   AUU     CGG    CUA

Şekil 23. Transkripsiyon (Biologie h.'den)

6.3. Translasyon :

        Translasyon, nükleotit şifresinin, bir peptit molekülündeki aminoasit dizisine aktarılmasını belirtir. Translasyon; mRNA’nın bütün işlevlerini, mRNA’ya uygun aminoasitleri sağlayan tRNA’nın bir çok türünü, ribozomları ve enzimleri kapsar.  tRNA’lar, aminoasitleri protein sentez yeri olan ribozomlara yerleşmiş, mRNA lar üzerindeki kodon denilen yerlere taşırlar. tRNA, mRNA’daki aminoasidin kodonun tamamlayanı, bir üçlü baz serisi (antikodon ) içerir.

Şekil 24.Prokaryotik Protein sentezi ( Translasyon ) aşamaları