DNA’nın Fiziksel ve Kimyasal Yapısı
Nükleik asitler (DNA ve RNA), nükleotit adı verilen temel yapılardan oluşmaktadır. Nükleotitler, metabolizma faaliyetlerinin yürütülmesi sırasında enerji kaynağı olarak da görev almaktadır. Nükleotitlerin birleşmeleriyle DNA meydana gelir. Bu nedenle DNA yapısal olarak iki nükleotit zincirinden oluşmuş bir polinükleotittir. Her bir nükleotit, halkasal formda 5 karbonlu bir şeker (pentoz), bir organik baz ve fosfat grubundan oluşmaktadır. DNA’ daki 5 karbonlu şeker, deoksi-D-riboz şekeridir. İkinci karbonunda hidroksil grubunun bulunmayışı RNA şekeri olan D-ribozdan en önemli farkıdır. Azotlu bazlar, pürinler ve pirimidinler olarak ikiye ayrılır. Bu baz grupları kimyasal yapıdaki bazı farklılıklardan dolayı iki şekilde adlandırılmıştır. Kimyasal yapıları incelendiğinde, pirimidinler sadece tek bir altıgen halkaya sahipken, pürinlerin yapısında bu halkaya bağlanmış olan beşli bir imidazol halkası göze çarpmaktadır. Adenin ve guanin, pürin grubunu oluştururken sitozin, timin ve urasil ise pirimidin grubunu oluşturmaktadır. DNA yapısında pirimidin olarak urasil bulunmaz (Şekil 7.4).
Pentoz şekerinin birinci karbonu ile pürinlerin birinci, pirimidinlerin ise 9. azotu arasında kovalent bağ bulunmaktadır. Organik bazların, şekerle birleşmesi ile nükleozit yapısı meydana gelir. Fosfat gruplarının da bu yapıya katılmaları sonucu nükleotit yapısı oluşur. Ortalama 50-60 ya da daha az sayıdaki nükleotitin birleşmesi ile oligonükleotitler oluşurken, daha fazla sayıdaki nükleotitin birleşmesi polinükletitleri oluşturmaktadır (Şekil 7.5).
Nükleotit zinciri, yapısında bulunan 5 karbonlu şekerin hidroksil grubuna, bir diğerinin fosfat grubunun bağlanmasıyla meydana gelir. Fosfat grubu ile şekerler arasında fosfodiester bağları bulunur. Bu şekilde birbirine zıt olarak uzanan iki polinükleotit zinciri meydana gelir. Bu iki zincirin pürin ve pirimidin bazları arasında ise hidrojen bağları bulunmaktadır. Birbirine hidrojen bağları ile bağlanmış olan bu organik bazlar, merkezde yer alarak meydana gelen sarmal yapının temelini oluşturur. Adenin ile timin arasında iki hidrojen bağı, guanin ile sitozin arasında ise üç hidrojen bağı mevcuttur. Bu zincirde adenin karşısına her zaman timin, guanin karşısına ise her zaman sitozin gelir (Şekil 7.6). DNA’nın baz içeriği türden türe değişkenlik göstermektedir. Ancak pürin bazlarının toplamı pirimidin bazları toplamına eşittir. Organik bazlar arasındaki hidrojen bağları elektrostatik çekim sonucu oluşur. Meydana gelen bu çift sarmal yapı, düzlemsel olmayıp merkezde bulunan organik bazlara bağlı şeker molekülleri ve en dışta fosfat grubundan ibaret üç boyutlu bir oluşumdur. Bu DNA’nın heliks yapısı ya da DNA süper sarmalı olarak adlandırılmaktadır. Heliksin açıklanmasında 1953 yılında Watson ve Crick adlı bilim adamlarının çalışmaları temel olmuştur. Bugün halen kabul edilmekte olan bu bilgiler Watson-Crick yasaları olarak bilinir ve kısaca şu şekilde açıklanabilir:
a. DNA sarmalının temelini merkezde bulunan pürin ve pirimidin bazları oluşturur.
b. Bazlar sarmalın eksenine 90° açı ile yerleşmişlerdir.
c. Her 10 baz çiftinde bir tam dönüş vardır, bu nedenle birinci ve on birinci baz aynı yönde olur ve bu dönüş mesafesi 34 Å’dur.
d. Adeninle timin arasında iki, guanin ile sitozin arasında üç hidrojen bağı bulunmaktadır.
e. DNA sarmalının çapı 20 Å’dur. f. DNA, eksen etrafında sağa doğru dönüş yapan iki polinükleotit zincirden oluşur ve bu zincirler birbirlerine zıt yönde uzanırlar (Şekil 7.7).
Watson-Crick modeli olan bu yapı biyolojik DNA olarak da adlandırılan B-DNA’ya aittir. DNA’nın bu formu, en kararlı hali olarak bilinir ve standart yapı olarak kabul edilmektedir. Yüksek nemde (%92) sodyum tuzlarını içerir. Daha sonra yapılan çalışmalarda farklı fizyolojik koşullar altında bazı morfolojik ve fizyolojik farklılıklar gösteren değişik DNA tipleri tespit edilmiş ve bunlar A, C, D, E ve Z-DNA’lar olarak adlandırılmıştır. A-DNA, % 75 nemlilikte, sodyum, potasyum ve sezyum varlığında gözlenen bir formdur ve bazlar heliks eksenine daha dikey şekilde yerleşmişlerdir. DNA her dönümde daha fazla baz içerir. C-DNA, %66 nemlilikte ve lityum iyonları varlığında görülen formdur. D ve E-DNA’lar ise her dönümde çok az baz çiftine sahip olan DNA formlarıdır ve guaninden yoksun moleküller olarak göze çarpar. Z-DNA, heliks yönünün diğerlerinden farklı olarak sola doğru olmasıyla ayrılır. Her dönümde 12 baz içeren bu DNA formunun çapı da diğerlerine göre daha dardır. Tekrarlayan G-C dizileri içerir.