2.  NÜKLEİK ASİTLERİN YAPISAL ÜNİTELERİ

        Nükleik asitler yalnız kalıtsal bilgiyi taşıyan makromoleküller olmakla kalmayıp bu bilgiyi protein sentezine aktarmaktan da sorumludurlar. Bir polipeptidin sentezinden sorumlu DNA parçasına “Gen” adı verilmektedir. Temelde proteinler için asıl şifreyi DNA molekülleri taşımaktadır.  DNA’nın görevini yapabilmesi yani protein sentez ve yapısını denetleyebilmesi, diğer birkaç nükleik asit çeşidinin varlığını gerektirmektedir. Şu halde nükleik asitleri iki gruba ayırabiliriz.
-  Deoksiri bonükleik Asitler  ( DNA )
-  Ribonükleik Asitler ( RNA )
        Her iki nükleik asit de nükleotitlerin polimerize olması ile meydana gelmektedir. Makromoleküler yapıda şeker ve fosfat üniteleri fosfodiester bağı ile bir birine bağlanarak molekülün ana omurgasını oluşturmakta, bazlar ise iki omurgayı bir arada tutmaktadır. O halde nükleik asitler bir çok yapısal ünitenin bir düzen halinde bir araya gelmesi ile ortaya çıkmıştır. Nükleik asitlerin yapısını oluşturan üniteler şunlardır:

        Şimde bu yapısal üniteleri sırası ile inceleyelim.

2.1.  Şekerler

        Şekerler, nükleik asitlerin ana omurgası boyunca yer alan ünitelerdir. Deoksiriboz  şekeri DNA yapısında, riboz şekeri ise RNA yapısında yer almaktadır. Her iki şeker arasındaki başlıca fark 2 nolu karbona bağlı hidroksil ( -OH)  grubundaki oksijenin deoksiriboz şekerinde eksik olmasıdır. Her iki şekerde beşli bir FURAN halkası ihtiva etmektedir. Nükleik asitlerin yapısında bulunan şekerler  3-OH ve           5-fosfat grupları ile reaksiyona girmektedir. Bazlar ise şekerlerin 1 nolu karbon atomuna bağlanmaktadır.
Her iki şekerin yapısı aşağıdaki gibidir.

            RİBOZ  ŞEKERİ                                      DEOKSİRİBOZ ŞEKERİ
( D – RİBOZ )                                    (2- DEOKSİ – D- RİBOZ)
Şekil 1. Riboz ve Deoksiriboz şekeri.

2.2. Bazlar

        Nükleik asitlerin yapısında yer alan bazlar başlıca iki gruba ayrılmaktadır.

2.2.1.  Pirimidinler

        Yapılarında iki azot ( N) bulunan ve altıgen bir halkaya sahip bileşiklerdir. Yapıdaki numaralama sistemi halkanın altında bulunan azottan başlar saatin işleyiş yönüne doğru devam eder. Nükleik  asit yapısında yer alan diğer bütün pirimidinler bu ana yapının türevidirler.

   Şekil 2. Pirimidi’nin ana yapısı

        Hatta purinler bile bazı hallerde pirimidinlerin bir türevi olarak kabul edilmektedir. Çünkü, purinler pirimidin halkasına bir imidazol halkasının bağlanmasıyla oluşmuşlardır. Nükleik asitlerin yapısında yer alan başlıca pirimidinler, pirimidin halkasındaki  2, 4 ve 5’ ci pozisyonlardaki hidrojen atomlarının yerine amino, hidroksil, oksijen ve metil gruplarının girmesiyle oluşmaktadırlar. Bunlar pirimidin ana yapısından meydana gelmiş pirimidin türevidirler. Nükleik asit yapısında sıklıkla yer alan üç pirimidin bilinmektedir  ve bunlar sitozin, urasil ve timindir.

Şekil 3. Sitozin Urasil ve Timin’in yapısı

Bunlardan timin ve sitozin DNA yapısında, urasil ve sitozin ise RNA yapısında yer almaktadır.

2.2.2.  Purinler

        Altıgen pirimidin halkasına beşli bir imidazol halkasının bağlanmasıyla purin bazlarının ana halkasal yapısı oluşur.

Şekil 4. Purin Halkası Ana Yapısı

        Purin ana halkasal yapısında numaralama pirimidin altıgen halkasında bulunan yukarıdaki azottan başlar ve saatin işleyiş yönünün aksine devam eder ve imidazol halkasında ise tekrar saatin işleyiş yönünde numaralama devam eder. Nukleik asidin yapısında başlıca iki purin bazı bulunmaktadır  ve bunlar adenin ve guanindir.

    

Şekil 5. Adenin  ve  Guanin’in Yapısı

        Daha az sıklıkla raslanan purin bazları ise ksantin, hipoksantin ve ürik asittir. Doğal olarak meydana gelen bu purin bazları daha çok purin metabolizmasında rol oynamaktadır.

  Şekil 6.    Ksantin , Hipoksantin ve Urik Asit’in Yapıları

        Serbest purin ve pirimidin bazları pratik olarak suda çözülmezler. Bazlar hafifçe bazik bileşiklerdir ve ortam pH’ına bağlı olarak iki veya daha fazla tautometrik yapı gösterirler. Örneğin urasilde keto enol tautomerizmi bir denge halindedir  ve pH 7,0 de molekül çoğunlukla keto yapısında bulunmaktadır. Formüllerini yazdığımız diğer purin ve pirimidin bazları ise yine pH 7,0 de daha çok formüllerde belirtildiği yapıda bulunmaktadır.

2.2.3.  Nadir  Rastlanan Bazlar – Modifiye Bazlar

        Her ne kadar adenin, guanin, timin, sitozin ve urasil gibi normal bazlar çoğunlukla DNA ve RNA yapısında yer alıyorlarsa da diğer bazı “Minör” yahut “ Nadir bazlar”adı verilen bazlar da nükleik asitlerin  yapısında yer almaktadır.
Nadir bazlar genellikle normal bazların değişik pozisyonlarına metil, hidroksimetil, asetil, izopentenil veya değişik bir grubun bağlanmasıyla meydana gelmektedirler. Nadir bazlar daha sıklıkla tRNA yapısında bulunur.  tRNA'larda 30 kadar nadir baza rastlanmaktadır.
Nükleik asitlerin yapısında rastlanan bazı nadir bazlar aşağıdaki tabloda liste halinde verilmiştir. Bütün purin ve pirimidin bazları ultraviyole ışığı  250  - 280 nm arasında kuvvetle absorbe etmektedirler. Bu özelliklerinden dolayı bazların, nükleozitlerin ve nükleotitlerin kantitatif analizini yapmak mümkün olmaktadır. Serbest purin ve pirimidin bazlarını kromotografik ve elektroforetik yöntemlerle kolayca ayırmak mümkündür.
             

TABLO  1. Nükleik Asitlerin yapısında rastlanan nadir bazlar.

2.3.  Nükleositler

        Bir purin veya pirimidin bazının riboz veya deoksiriboz şekerinin birinci karbonuna bağlanması ile nukleositler meydana gelmektedir. O halde iki sınıf nukleosit bulunmaktadır. Bazların riboz şekerine bağlanması ile ribonukleositler, deoksiriboz şekerine bağlanmasıyla da deoksiribonukleositler ortaya çıkmaktadır. Ribonükleositlerin yapısı aşağıda gösterilmiştir.

Şekil 7.  Adenosin, Guanozin, Sitidin, Üridin Ve Timidin'in Yapısı.

        Purin ve pirimidin bazları gibi nükleositler de hücre içerisinde nükleotitlerin fosfat, grubunun enzimatik olarak hidrolize edilmesi ile çok az miktarda üretilmektedirler Nükleositler suda ait oldukları bazlardan daha fazla  çözünmektedirler. Pirimidin nükleositler, purin nukleositlere nazaran asit hidrolizine karşı daha fazla dayanıklıdırlar. Her iki tip nükleositlerde spesifik NUKLEOSİDAZ’ larla hidrolize edilerek, serbest şeker ve baza ayrılmaktadır.
Aşağıda görüldüğü gibi pirimidin nukleositlerde şeker, l.karbonundan sitozin, timin ve urasilin 1 nolu azotuna bir glikozidik bağ ile bağlanmıştır. Purin nukleositlerde ise şeker 1. karbonu ile adenin ve guaninin 9 nolu azotuna bağlanmıştır. Şeker molekülü ve bazlar arasındaki bu bağa ß - N -  glikozidik bağ adı verilmektedir.

Şekil 8.  Pürin ve pirimidin nukleosit

        Nukleositler yapılarında bulunan bazların adları ile söylenirler. Örneğin, adenin nukleosite kısaca adenozin adı verilir. Eğer bazların nukleosit yapılarındaki şeker, riboz şeker ise nukleositlerin isimleri aşağıdaki gibidir. Pirimidinden elde edilennükleositlere – idin, purinden elde edilenlere – ozin eki eklenir.

Adenin nukleosit..................................Adenozin
Guanin nukleosit..................................Guanozin
Timin nukleosit.......................................Timidin
Sitozin nukleosit......................................Sitidin
Urasil nukleosit.......................................Uridin
Hipoksantin nukleosit.............................İnozin

2.4.  Nukleotitler

        Bir nukleotid ; bir baz, bir şeker ve bir fosfat grubu içerir. Nukleotidlerdeki pentoz türleri D-riboz-2-deoksi-D-ribozdur. Bir nukleik asit molekülünde, bu nukleotitlerden ancak bir tanesi bulunabilir. Nukleik asitler riboz içeriyorsa ribonukleik asit (RNA), deoksiriboz içeriyorsa deoksiribonukleik asit (DNA) diye adlandırılır. Nukleotitleri, nukleikasitlerin fosfat esterleri olarak tanımlayabiliriz.

Şekil 9. Bazı Nukleotitler

2.5.  İnorganik Fosfat 

        Nukleik asitlerin tam hidrolizi sonunda, hidroliz ortamı ve pH’ya bağlı olarak oluşan inorganik fosfat H2 PO4- ya da HPO4-2  dir. Nukleotitlerde fosfat grubu, şekerin hidroksil grubuna bağlanmıştır.

2.6.   Makromolekül Yapısı

2.6.1.  Nukleik asitler

        DNA ve RNA molekülleri bir çok bakımdan bir birine benzemektedir. Genel yapı bakımından birbirinin benzerleridirler. Ancak bir takım farklılıklar vardır. Bunları şu şekilde sıralayabiliriz:

        DNA ve RNA arasındaki farkları bu şekilde sıraladıktan sonra şimdi de nasıl polimerize olduklarına bakalım:

2.6.2.  Polinukleotitler

        Deoksiribonukleotitlerin polimerize olmasıyla DNA ve ribonukleotitlerin polimerize olmasıyla da RNA meydana gelmektedir. Bir nukleotitteki şekerin 5’ – karbonuna bağlı fosfat grubunun hidroksili ile diğer nukleotitteki şekerin 3’ – hidroksil grubu arasında bir fosfodiester bağı  oluşur. Böylece bir şeker ile bir fosfatın münavebeli bir şekilde devam etmesi ve arada fosfodiester bağının bulunması ile nukleik asitlerin ana omurgası meydana gelmektedir.
Daha önce de belirtildiği gibi DNA ve RNA arasında bir şeker ve baz farklılığı bir yana bırakılacak olursa her iki molekülün bir çok özellikleri birbirine benzemektedir. Gerek DNAda gerekse RNA’da nukleotitler fosfodiester bağı ile birbirine bağlanarak polinukleotitler meydana gelmektedir. DNA molekülünde bir fosfodiester bağının meydana gelişi şekilde gösterilmiştir.

 Şekil 10.   DNA Polimeraz enzimlerinin katalize edici etkisiyle DNA zinciri uzamaktadır.

        DNA ve RNA’nın omurgasını oluşturan gruplardan biri olan fosfat grupları pH 7,0 civarında oldukça polar özelliğe sahip olup asidik karakter göstermekte ve negatif yüklüdür.
Polinukleotit yapısındaki bazlar pratik olarak suda çözünmezler ve hidrofobik özellik gösterirler. Gerek DNA' yı gerekse RNA' yı oluşturan polinukleotitlerde bir polarite söz konusudur. Yani bu polinukleotitlerin bir ucunda 3’- hidroksil grubu, diğer ucunda 5’- fosfat grubu bulunmaktadır. DNA ve RNA polinukleotitlerinin yapısı şekilde görülmektedir.

Şekil 11.   DNA ve RNA   zincirlerinin ana omurgası. Birbiri arkasına gelen pentoz şekeri ve fosfat grupları fosfodiester bağı yaparak DNA ve RNA ana omurgasını oluşturmaktadır. Fosfat gruplarının bir hayli polar olmasına  karşılık bazlar nonpolar ve hidrofobiktir.