Temel Veteriner Genetik Ünite 7 Özet
Genetik materyal olarak DNA’nın nasıl keşfedildiğini açıklamak
Canlılarda kalıtımda rol oynayan temel maddenin ne olduğunun anlaşılması üzerine yapılan çalışmalar 1800’lü yıllardan beri devam ettirilmekte olup, sürdürülen çalışmaların genetik bilimi olarak adlandırılması ilk kez 1906’da Bateson tarafından yapılmıştır. İsviçre’li bilim adamı Fried Miescher, lökosit çekirdeğinden fosfor içeren bir madde izole etmiş ve bu maddeye nüklein adını vermiştir. Aynı bilim adamı, somon balığının sperm hücrelerinden de bu maddeyi izole edebilmiştir. Asidik özeliğe sahip olduğu anlaşılan nüklein daha sonra nükleik asit adını almıştır. Kalıtsal materyalin “gen” olarak tanımlanması ise ancak 1909 yılında Johannsen tarafından önerilmiştir. Nükleik asitlerin yapısal özellikleri araştırılmasına rağmen kalıtımdaki temel madde olduğu ancak Frederick Griffith’in pnömokoklar üzerindeki transformasyona dayalı deneyiyle anlaşılabilmiştir. Sonraki yıllarda Oswald T. Avery ve arkadaşları Colin M. Mac- Leod ve Maclyn McCarty yaptıkları deneylerle Griffith’i izlemişlerdir (1944). 1952’de ise Alfred D. Hersey ve Martha Chase T2 faj partikülleriyle gerçekleştirdikleri deney ile genetik bilginin DNA tarafından taşındığını kanıtlamışlardır. DNA’nın üç boyutlu yapısının anlaşılması üzerine araştırmalar ise yapılan bu araştırmaları izlemiştir. DNA’nın yapı modelini ve özelliklerini 1953 yılında ortaya koyan James D. Watson ve Francis Crick’ in çalışmaları bugün halen kabul edilmekte olup; DNA süper- sarmalının aydınlatılmasına temel oluşturmuştur.
Gen ve genom kavramlarını açıklamak
Hücrede yer alan genetik materyalin tamamına genom adı verilir. Genellikle DNA ve proteinden oluşan bu yapı içerisinde fonksiyonel ve fonksiyonel olmayan dizilimler bulunmaktadır. DNA çift sarmalı üzerinde genetik kodlarla taşınan kalıtsal bilgi canlılarda tüm metabolik faaliyetlerin düzenlenmesinde de görev alır. Gen, DNA üzerinde lokus adı verilen bölgelerde yer almış ve tüm genomun yaklaşık %2-4’ünü oluşturan DNA segmentleridir. İşlevsel bir RNA transkripti ya da polipeptit sentezinden sorumludurlar Yapısal ve düzenleyici olarak genleri sınıflandırmak mümkündür. Yapısal genler protein sentezinde kodlamada görev alırken, düzenleyici genler ise yapısal genlerin işleyişini kontrol eder. Prokaryot hücrelerde bir kromozom üzerinde ortalama 2000-3000, ökaryotlarda ise 50000- 100000 gen bulunmaktadır. Ökaryot ve prokaryot genler, yapı olarak farklılık göstermektedir. Ökaryot hücrelerin en temel farkı genler içerisine dağılmış olan kodlanmayan dizilerdir. Bu nedenle ökaryot gen yapısı parçalı gen olarak adlandırılmaktadır. Kodlayıcı bölgelere ekzon, kodlama özelliği bulunmayan ve gen yapısı içerisinde dağılmış dizilere ise intron denir. Trankripsiyon sırasında gerçekleştirilen intronların çıkarılması ve ekzonların birleştirilmesi işlemi ile de protein sentezinde kalıp görevi görecek olan m-RNA oluşturulur. Bu işleme splicing mekanizması ya da intron kesimi adı verilir. Prokaryot gen yapısında ise bu oluşum bulunmamaktadır. Ökaryotlarda yaklaşık 70-90 nükleotitten meydana gelen transkripsiyonu arttırıcı görev yapan ve enhancer adı verilen bölgeler yer alır. Hücrelerde fonksiyonel farklılaşmada rol almaktadır. Hayvan hücrelerinde bulunan mitokondri ve bitki hücrelerinde fotosentezde görev alan kloroplast kendi DNA’sına sahip olan organellerdir.
Nükleik asitlerin fiziksel ve biyokimyasal yapısını yorumlamak
Nükleik asitler olarak adlandırılan DNA ve RNA, nükleotit adı verilen temel yapılardan meydana gelmiştir. Nükleotitler, halkasal 5 karbonlu bir şeker ve organik bazların birleşmesiyle meydana gelen nükleozit adı verilen yapıya fosforik asitin bağlanmasıyla oluşur. Organik bazlar pürin ve pirimidinler olmak üzere iki gruba ayrılır. Pürinler adenin ve guanin; pirimidinler ise sitozin, timin ve urasildir. Birbirlerine zıt yönde uzanmış olan iki polinükleotit zincirden oluşmuş olan DNA’nın yapısında organik bazlar merkezde yer alır ve bu helezon şeklindeki yapının omurgasını oluştururlar. Adenin ile timin arasında iki; guanin ile sitozin arasında ise üç hidrojen bağı bulunmaktadır. Protein sentezinde DNA’ya yardımcı molekül olarak görev yapan RNA ise genellikle tek polinükletit zincirden meydana gelir. Bazı virüsler ise temel genetik materyal olarak RNA’yı kullanırlar. RNA’nın yapısında timin yerini urasil almıştır. Genetik şifre, DNA’dan aktarıldıktan sonra m-RNA üzerinde her biri bir aminoasiti temsil eden üçlü nükleotitlerle kodlanmaktadır. Bu üçlü nükleotit dizilerine kodon, kodonların t-RNA’daki karşılığına ise antikodon denir. Asidik özelik gösteren DNA, pH 4-11 arasında çift sarmal yapısını korur. DNA’nın bu yapısı aynı zamanda ısıdan da etkilenmektedir. 70- 90°C ısıda, DNA çift zincirli yapısı açılarak tek zincirli yapı haline dönüşür. Bu olaya denatürasyon denir. Uygun şartlar sağlandığında denatürasyon olayı geri dönüşümlüdür. DNA’nın tekrar çift iplikli haline geri dönmesine ise renatürasyon adı verilmektedir.
DNA ve RNA arasındaki farkları ve çeşitlerini söylemek
DNA, iki polinükleotit zincirin birbirlerine ters yönde uzanmasıyla meydana getirdiği çift sarmal yapısına sahiptir. RNA ise genellikle tek polinükleotit zincirden oluşmuştur. DNA, bu helezon yapının merkezinde yer alan organik bazlardan timini bulundurur. RNA ise timin yerine urasile sahiptir. Halkasal formda bulunan pentoz şekerlerinden DNA’da deoksiriboz, RNA’da ise riboz yer almaktadır. DNA’nın çift sarmal yapısının, Watson-Crick modeline uygun olan ve biyolojik DNA olarak adlandırılan hali B-DNA’dır. Bu formunun dışında farklı fizyolojik koşullar altında A, C, D, E ve Z-DNA olarak adlandırılan tipleri de bulunmaktadır. Bu DNA tipleri birbirlerinden farklı morfolojik özellikler göstermektedir. Özellikle Z-DNA heliks yapısının sola doğru dönüş yapması bakımından göze çarpmaktadır. RNA protein sentezinde DNA’ya yardımcı molekül olarak görev yapar ve üç temel çeşidi bulunmaktadır. Bunlar; taşıyıcı, mesajcı ve ribozomal RNA’dır. t-RNA, protein sentezi sırasında translasyon basamağında, DNA’dan RNA’ya aktarılan şifreye göre tanımlanacak olan aminoasitlerin taşınması ve polipeptid zincirine eklenmesinde görev alır. Sekonder yapısı yonca yaprağına benzetilmektedir. m-RNA’lar DNA’dan aldığı genetik bilgiye göre protein sentezlenmesi işlemin işleminde kalıp görevi görür. Hücrede sürekli olarak bulunmayıp, belirli zamanda tekrar yapılırlar. Ribozomal RNA’lar, ribozomların oluşturulmasında temel görev alan yapılardır. Toplam RNA miktarının %50-60’ını oluştururlar.
Kromozom yapısı ve organizasyonunu açıklamak
Genetik şifre, kromozomlar üzerinde yer alır. Hücre bölünmesinin gerçekleşmediği dönemde kromozomda bulunan genetik materyal çekirdek içerisine dağılmış halde bulunur ve kromatin olarak isimlendirilir. Hücre, bölünmeye hazırlanırken kromatin iplikler yoğunlaşmaya başlar ve daha sonra kromozomları oluştururlar. Kromozomlar nükleozomların üzerinde dizilmiş olan DNA ipliği, histon ve histon olmayan proteinlerden meydana gelen ve selenoid yapı adı verilen karmaşık bir yapıya sahiptir. Histon proteinlerin H1, H2A, H2B, H3, H4 olmak üzere beş temel çeşidi vardır. Bazı kromozomların yapısında ince bir sapla bağlanmış olan ve telofaz safhasından sonra çekirdek oluşumunda görev yapan satellit adı verilen yapılar mevcuttur. Kromozomların morfolojik incelenmesinde göze çarpan bir diğer oluşum da sentromerdir. Sentromer, kromozomlara hareket yeteneği kazandırır. Sentromeri olmayan kromozomlar metafaz evresinde ekvatoryal düzlemde yer alamayıp yıkılırlar. Ayrıca sentromerin lokalizasyonuna göre kromozomlar dört değişik şekilde sınıflandırılmaktadır. Sentromer, kromozom düzlemin ortasında yer almış ve kollar eşit uzunluktaysa metasentrik, merkez noktasıyla herhangi bir kola daha yakın bir bölgede yerleşmişse submetasentrik; kollardan birine oldukça yaklaşmış bir görünüme sahipse akrosentrik adını alır. Sentromerin bir kolun ucunda bulunduğu görünüme ise telosentrik adı verilmektedir. Kromozom sayısı, her bir tür içinde sabittir. Örneğin sığırda 60 kromozom bulunur. Birbirine eş olan kromozomlara homolog kromozomlar adı verilmektedir. Kromozomların büyüklükleri ve sayıları da türden türe değişiklik gösterir. Örnek olarak atın kromozom sayısı 64 iken, bu sayı köpekte 78’dir.