BİYOLOJİ İLE İLGİLİ BAŞVURU KAYNAĞINIZ. " www.ossbiyoloji.net "

 

 

 

YÖNETİCİ MOLEKÜLLER,PROTEİN SENTEZİ,  

CANLILARIN OLUŞUMU VE EVRİM       

 

 

 

          Yönetici moleküller, asit boyayan boyalarla ilk defa hücrenin çekirdeğinde (nukleus) görüldükleri için, bunlara nükleik asitler denmiştir. Nükleik asitlere, asit özelliği veren yapılarındaki fosfat ( H3 PO4  = Fosforik asit ) grubudur. Daha sonra yapılan araştırmalarla, hücrenin sitoplazmasında, ribozomlarında, mitokondri  ve kloroplastlarında da bu moleküller saptanmıştır.

Bir nükleotidin fosfat grubu diğer nükleotidin şeker grubuna bağlanacak şekilde nükleotidler alt alta gelerek DNA veya RNA’yı oluştururlar.

Nükleotid üç çeşit molekülden oluşur.

1-  Azotlu organik baz

2-  5C’lu şeker(Pentoz)

3-  Fosfat (Fosforik asit)

                   1- AZOTLU ORGANİK BAZ :

         İki çeşit organik baz vardır:

   a)PÜRİNLER (Çift halkalı) : Adenin (A)  ,  Guanin (G) –DNA ve RNA’da bulunur.

   b)PRİMİDİNLER (Tek halkalı ) : Sitozin (S) – DNA ve RNA’da bulunur; Timin (T)  Yalnız DNA’da ve Urasil (U) yalnız RNA’da bulunur. 

                 2-  5C’lu ŞEKER :

        İki çesittir :

a)       RİBOZ : RNA’da ve ATP’ de bulunur.

b)       DEOKSİRİBOZ : Yalnızca DNA’da bulunur.

                   3-   FOSFAT ( H3 PO4 = Fosforik asit )

 

NÜKLEOTİD

            Bir nükleotid, Fosfat + Şeker + Baz(N’lu) olmak üzere üç kısımdan oluşur.

            Bir hücre sitoplazmasında 8 çeşit nükleotid bulunur. Bu çeşitlilik 5C’lu şekerler olan   Riboz, deoksiriboza göre DNA ve RNA ‘ya özgü nükleotid çeşitleridir.

        

 

DNA (Deoksiribonükleikasit)

            Bir hücre içinde geçen her türlü biyolojik olayı DNA yönetir.Bu yüzden DNA’ya yönetici molekül denir.DNA yönetici özelliğini, sentezini sağladığı enzimler ile gerçekleştirir.DNA kendini eşleyerek,aynı yönetici özelliğinin diğer hücreye de geçmesini yani kalıtımını sağlar.Bu yüzden DNA’ya kalıtım molekülü de denir.

 

DNA molekülünün küçük bir bölümünün sembolik olarak  gösterilişi

 

DNA MOLEKÜLÜNÜN TEMEL ÖZELLİKLERİ                               (Watson ve Crıck’e göre)

       1.    DNA iki sarmal (heliks) iplikten oluşmuştur. (Merdiven gibi).Merdivenin kolları fosfat ve şekerden,basamakları ise bazlar  ve bunları birbirine bağlayan zayıf hidrojen bağlarından oluşmuştur.

           2.     DNA’nın en önemli özelliği kendi kendisini eşlemesidir. (Replikasyon veya  duplikasyon)  Bu eşleme   DNA  polimeraz enziminin yardımıyla olur.

           3.      DNA sarmalında Adenin daima Timinle, Guanin ise daima Sitozinle eş yapar.Bu nedenle :A / T = 1    G / S = 1  dir

           4.     Bütün DNA örneklerinde toplam pürin miktarı, toplam  pirimidin miktarına eşittir. Yani ;  A + G = T + S      Yani : A + G / T + S = 1' dir

          5.    A + G / G + S oranı ise her tür için karakteristik olup sabittir. insanda bu oran 1,52’ dir.   Pürin ve   pirimidin oranları belirli bir türün bütün hücrele rindeki  DNA’ larda aynıdır.   

          6.     Adenin ile Timin eşlenirken aralarında 2 hidrojen  bağı, Guanin  sitozin eşlenirken aralarında   3 hidrojen  bağı oluşur. Bu bağlar DNA’daki diğer bazlara göre  zayıftır. Bir DNA molekülündeki Guanin + Sitozin nükleotidlerin oranı ne kadar çok ise DNA’nın iki ipliğini birbirinden ayırmak da o kadar güçtür.              

          7.     DNA’da baz ve şeker arasında glikozit bağı, fosforik asitle şeker arasında is ester bağı kurulur.

DNA’ NIN GÖREVLERİ

1.       Hücre bölünmesi sırasında (İnterfazda) kendinieşleyerek ana hücrenin DNA’sı kadar DNA’nın oğul hücrelere değişmeden aktarılmasını sağlar.  (Replikasyon)

2.      Kalıtsal bilgi taşır.

3.      Hücrelerde RNA, protein ve enzim sentezini gerçek-leştirir.

4.      Mutasyon denilen kalıtsal değişikliklere olanak sağlar.

 

DNA’NIN KENDİNİ EŞLEMESİ

       Molekülün kendini tamamen eşlemesi hücre bölünmelerinden hemen önce olur. Replikasyondan önce gerekli nükleotitler hücre tarafından sentezlenir. Daha sonra molekül bir fermuar gibi açılır, böylece her iki zincirdeki pürin ve pirimidin uçları açıkta kalır. Uygun nükleotitler DNA polimeraz tarafından açılan kısımlara yerleştirilir. Adenin karşısına timin (veya ter­si), guanin karşısına sitozin (veya tersi) gelecek şekilde yeni nükleotitler zincire eklenir. Sonuçta bir DNA molekülünden iki yeni DNA molekülü oluşur.

Bir organizmanın aynı tip hücrelerinde DNA’nın hem kimyasal özelliği hem da toplam miktarı dölden döle sabit kalır. Bunun nedeni DNA’nın kendini eşlemesidir. Kalıtsal özellikleri oluşturan genlerin dölden döle aktarılması bu sayede sağlanmış olur.

            Eşleşme sırasında hatalı bir kodlama olursa veya eksiklik ortaya çıkarsa buna MUTASYON denir.

            DNA’nın kendini bu şekilde eşlemesine YARI KONUMLU EŞLEŞME denir.DNA’ nın kendini yarı konumlu olarak eşlediğini Meselson ve Stahl adlı iki araştırmacı keşfetmiştir.Bu olayı amonyum iyonları [NH4) kullanılarak kanıtlamışlardır.Bu iki araştırmacı deneylerini basit kültür ortamında(Glikoz çözeltisi + B-vitamini + N, P, v.b.tuzları)  ürettikleri E.coli bakterileri ile yapmışlardır.Bunlar ,normal (N14) ve ağır (N15) azot izotopları kapsayan iki basit kültür ortamında  çoğalttıkları bakterileri ayrı iki tüp içerisine koyarak santrifüje etmişlerdir.Denyin sonucunda, yeni oluşan hücreler, eşlenme sırasında, ağır azotu kullandıklarından DNA ağırlıklarının     % 1 kadar arttığı gözlenmiştir.

Replikasyonla canlılarda nesiller boyunca kalıtsal devamlılık sağlanır.

Oluşan her yeni DNA molekülündeki bir iplik eski, diğeri yeni sentezlenen olur. Bunun için, DNA eşlenmesi yarı korunumludur.

 

RNA ( Ribonükleikasit)

            RNA çekirdek, sitoplazma ve ribozomlarda bulunur. Yapı birimi nükleotiddir. Yani , Nukleotid = Azotlu organik baz +   5C’lu şeker + Fosfat  ‘dan oluşur. Tek zincirden oluşur.

 

 

  RNA molekülünün küçük bir bölümünün sembolik olarak  gösterilişi

 

Azotlu bazları iki çeşit olup pürin grubunun elemenleri ADENİN ve GUANİN , pirimidin grubunun elemanları ise  SİTOZİN ve URASİL’ dir.Beş karbonlu şekeri RİBOZ’ dur.Fosfat grubu ise DNA’ daki gibi fosforik asittir.

RNA ÇEŞİTLERİ 

Görevlerine göre RNA'lar üçe ayrılır :

   

 

DNA ile RNA ARASINDAKİ FARKLAR

 

 

DNA MOLEKÜLÜNÜN YÖNETİCİ ÖZELLİĞİ

          DNA'nın hücredeki kalıtım materyali olduğunu ilk defa Oswald Avery ve arkadaşları kanıtlamışlardır. Bu araştırmacılar deneylerinde küpsüllü ve kapsülsüz pnömokokları (bakteri türleri) kullandılar. Bu bakterilerin kapsüUü olanları zatürre hastalığına neden olur. Diğerleri hastalık yapmaz

 

Sonuç:

        Kapsüllü bakterilerden elde edilen ve içinde DNA bulunduran özüt, kapsülsüz bakterilere daha önce sahip olmadıkları genetik özellikler kazandırmış ve bunları hastalık yapan canlı bakterilere dönüştürmüştür. Bunu yapan tek molekülün de DNA olduğu anlaşılmıştır.

        Bu deney DNA'mn hücre yaşamındaki yönetici özelliğini ve moleküler biyolojide en büyük buluşların bakteriler kullanılarak yapılabileceğini ortaya koymuştur.

        Bu çeşit araştırmalar moleküler biyolojinin gelişmesine sağlamış hatta genetik mühendisliği adı altında yeni bir disiplinin de ortaya çıkmasını sağlamıştır.

    Genetik mühendisliği biyoteknoloji teknikleri uygulanarak yapılan çalışmalardır. Bu tekniklerle temel olarak DNA parçaları izole edilip, yeni veya farklı hücrelere aktarılabilmektedir.

     Bir organizmadan bir geni alıp diğerine yerleştirebilmek aşağıdaki işlemleri gerektirir.

          - Hücre içinden kromozom yapıları ayıklanarak saf DNA molekülleri elde edilir.

      - DNA endonükleazlar kullanarak kesilir.

      -  DNA dizisi analiz edilir.

      -  Geni aktaracak aracı (virüs, bakteri vb) belirlenir.

         -  Geni alacak organizmanın DNA'sı ile birleştirilir. (Rekombinant DNA)

 

GENETİK ŞİFRE

 

          Hücre içindeki bilgi akışı DNA'dan başlar. İnsanın bilgi alışverişinde kullandığı temel elemanlar alfabe sayesinde kurulan kelimelerdir. Şifreler bir bilgiyi bir şekilden diğerine çevirmek için kullanılan semboller sistemidir. Canlılığın diline ait kelimeler DNA molekülü üzerindedir. DNA molekülünde dört çeşit nükleotid bulunduğu için DNA nın dili dört harfli bir alfabeye benzetilebilir. Hücreler DNA'daki bu harfleri anlamlı birer şifre haline getirerek protein sentezi ve dolayısıyla diğer metabolik işlevler için emirler verebilir. Herhangi bir hücredeki protein sentezi düşünüldüğünde DNA molekülü o proteinle ilgili amino asitleri sıralayacak bilgiyi bu şifreler aracılığı ile verir. Doğada, canlı yapısına katılan 20 çeşit amino asit olduğuna göre, en az 20 çeşit şifreye ihtiyaç olacaktır. Eğer tek nükleotit bir amino asiti şifreleseydi yalnızca dört çeşit amino asit şifrelenebilirdi. O halde şifreler daha çok nükleotitden oluşmalıdır. Dolayısıyla bu 4 nükleotidin 3 lü kombinasyonları 20 çeşit amino asiti şifrelemek için yeterli olacaktır. Bu nükleotitlerle 4 = 64 farklı şifre ya da kelime elde edilir ki bu da 20 çeşit amino asiti şifrelemeye fazlasıyla yeter. DNA molekülündeki bu üçlü baz dizilişlerine genetik şifre ya da genetik kod denir.

         Böylece oluşan 64 çeşit genetik şifreden üçü durduru­cu olup, 61 çeşiti aminoasitleri kodlar

Yalnızca iki çeşit aminoasit birer şifre ile gösterilir. Diğer bütün aminoasit çeşitleri birden fazla şifre ile gösterilir.

Bütün canlılarda aynı şifre aynı aminoasiti şifreler, dolayısıyla genetik şifre evrenseldir.

 

PROTEİN SENTEZİ

 

       Bütün hücreler amino asitleri bir araya getirerek protein sentezini gerçekleştirir. Her türün genetik bilgisi farklı olduğu için bu bilginin ürünü olan proteinler de farklıdır.

     Proteinlerin çeşidi ne olursa olsun,bütün protein moleküllerinin ortaya çıkışında 20 çeşit amino asit etkilidir.

        Amino asitlerin protein molekülündeki sayısını, çeşidini ve sırasını belirleyen DNA'dır. DNA kendisindeki bilgiyi yeni bir şifre halinde elçi RNA'ya aktarır. Bu olaya yazılma (Transkripsiyon) denir. Elçi RNA üzerindeki bu bilgiye göre uygun amino asitlerin birbirine bağlanarak şifrenin çözümlenmesine okunma (Translasyon) denir.

            Dolayısı ile protein sentezi aşağıdaki gibi özetlenebilir.

 

                      Yazılma                 Okunma            

            DNA ----------->RNA--------------->Protein

       Protein sentezinde görev alan başlıca moleküller ve organeller şunlardır. DNA, mRNA, tRNA, amino asitler, enzimler ve ribozomlar.

           a.    Transkripsiyon (Yazılma)

 

            Hücrenin hangi çeşit proteine ihtiyacı varsa, o proteini şifreleyen DNA ipliği kalıp görevi yaparak mRNA sentezlenir. Elçi RNA'yı oluşturacak nükleotitler önceden sentezlenerek hata payı en aza indirilir. Oluşan mRNA, DNA ipliğinin adeta bir parçası gibidir. Örneğin DNA'nm anlamlı iplikçiğindeki nükleotit sırası C-T -A -G -A -T -T- C ise bu dizinin mRNA ya aktarılmış şekli     G- A- U- C- U- A -A -G  olur.

 

          b) Translasyon(Okunma)

             Protein molekülündeki amino asit dizisi mRNA daki kodonların sırasına göre yapılır. Böylece, yüzlerce şifre ile donatılmış olan mRNA çekirdeğin (ökaryot hücrelerde) por adı verilen açıklıklarından sitoplazmaya, oradan da ribozomlara gider.

             Protein sentezi başlarken mRNA ribozomun küçük alt birimine bağlanır. Hemen sonra büyük alt birimde bu yapıya katılır ve mRNA ribozom birliği kurulur. Ribozom ile birleşen mRNA hangi aminoasitlerin hangi sırada bulunacağını gösteren kodonları açar. Sentezin başlama kodonu AUG'dir. Bu şifre aynı zamanda me-tionin amino asidini temsil eder. Daha sonra sitoplazmadaki amino asitleri mRNA ribozom yapısına taşımakla görevli tRNA 1ar ilgili amino asitleri taşımaya başlar. Taşıyıcı RNA'da iki önemli bölüm vardır.

Bunlardan birisi aminoasitin bağlandığı kısım, diğeri ise mRNA daki belirli bir kodona uyan antikodon bölümüdür.

         mRNA kodonu ile tRNA antikodonu arasında zayıf hidrojen bağları kurulur. Diğer tRNA lar da aynı şekilde ribozomlara taşınır ve bağlanır. Yan yana gelen tRNA larm getirdiği aminositler birbirine peptit bağları ile bağlanır. Bu arada bir molekül su açığa çıkar. Bu şekilde bir araya gelen çok sayıda aminoasit proteinleri oluşturur.

          Elçi RNA daki kodon sırasına göre yeni protein sentezlendikten sonra bu sentezin bitişi durdurucu sinyallerle olur. Bu sinyallerde başlatıcı sinyal gibi mRNA üzerindeki kodonlardan oluşur. Bu kodonlar UAG, UAA ve UGA dır. Bu evrede yeni sentezlenen protein tRNA dan ayrılır ve mRNA serbest kalır.

      Hücre tarafından sentezlenen protein yapısal veya işlevsel olarak kullanılır.

     Elçi RNA ve tRNAlar tekrar tekrar kullanılabilir.

         Transkripsiyon ve Translasyon olaylarının hücre çeşidine göre gerçekleşebildiği kısımlar ise aşağıdaki gibidir.

 

KALITSAL MATERYALİN DEĞİŞMESİ

(MUTASYON)

 

           Genelde DNA kendini hatasız olarak eşler. Ancak DNA eşlemesi sırasında çok az da olsa hatalar oluşabilir. Bu hataların oluştuğu DNA bölümünde gen yapısı da değişir. Genlerde meydana gelen bu değişmelere mutasyon, mutasyona uğrayan gene de mutant gen denir. Mutasyon vücut hücrelerinde olmuşsa yalnızca o birey etkilenir. Buna karşın üreme hücrelerinde oluşan mutasyon gelecek kuşaklara aktarılır.

        Oluşan mutasyonlar bireyin değişen yaşama alanına uygun ise yaşama şansını artırır. Böylece doğal seçilimle gelecek kuşaklara aktarılır. Mutasyonlar her durumda oluşmaz. Sıcaklık, bazı kimyasal maddeler, radyasyon ve pH mutasyonları artıran etkenlerin başında gelir.

CANLILARIN OLUŞUMU ve EVRİM

 

         Hayatın nasıl başladığı ve ilk canlının nasıl oluştuğu sürekli olarak insanların ilgisini çekmiştir. Canlılığın oluşumu ile ilgili ilk düşünce yaklaşık 2000 yıl önce Yunan filozofu Aristo tarafından tanımlanmıştır. Bu görüşe göre canlılar, cansız maddelerden meydana gelir.

         Kendiliğinden oluş (Abiyogenez) şeklinde de bilinen bu görüşe göre bazı maddelerde bulunan aktif öz uygun koşullarda canlıyı oluşturabilir, insanların uzunca bir süre inandığı bu görüş 1860 yılında bir italyan biyologu F. Redi ve daha sonra Fransız bilim adamı PASTEUR'ün yaptığı kontrollü deneylerle çürütülmüştür. Abiyogenez yerine bu sefer canlıdan olu­şum (Biyogenez) görüşü ileri sürülmüştür. Biyogeneze göre canlılar kendiliğinden değil, ancak Önceki atalarından türetilmiştir. Ancak bu sefer de ilk canlı nasıl oluşmuştur? sorusu gündeme gelmiştir.

             ilk canlının oluşumunu açıklamaya çalışan görüşler aşağıdaki gibidir :

a)   Panspermia Görüşü

        Buna göre, ilk canlı yeryüzüne başka bir gezegenden gelmiştir. Canlılığın nasıl olduğu hakkında açıklama getiremeyen bir görüştür. Dünyaya yaşamın başka bir gezegenden geldiği kabul edilse bile o gezegende hayatın nasıl başladığı hakkında bir açıklama yapılmamıştır.

b)   Ototrof Görüşü

          Ototroflar ihtiyaçları olan yapısal bileşikleri ve enerji gereksinimleri için gereken bileşikleri fotosentez veya kemosentez yoluyla üretirler. Bu işlemler sırasında inorganik maddelerden organik maddeler üretmek, ancak gelişmiş canlılarda olabilir. Ototrof görüşüne göre, ilk canlı kendi besinini üretebilmekteydi. Diğer canlılar da ototroflardan oluşmuştur. Ancak bu görüş, dünyanın oluştuğu ilk günlerdeki olumsuz koşullarda ve basit çevrede böylesine gelişmiş bir canlının nasıl oluşabildiğini açıklayamamıştır.

c)   Heterotrof Görüşü

        Bu görüş, ilk canlının organik bileşiklerin kendiliğinden oluştuğu karmaşık bir ortamda bu organik bileşiklerle beslendiğini ileri sürer. Canlılık olaylarından önce kimyasal evrim gerçekleşmiş ve uzun süren bu olay sonrasında ilk canlı oluşmuştur. Bu görüşe göre ilk atmosferde oksijen gazı yoktu. Onun yerine, o zamanki atmosferde NH3 , CH4, H2 ve H2O bulunmak­taydı. Mor ötesi ışınların yüksek enerjisi ile bu moleküller reaksiyona girip daha karmaşık yapılı bileşikleri oluşturuyordu.

       Oluşan karmaşık bu moleküller daha sonra deniz ve okyanuslara taşınmışlar ve basit organik bileşikleri oluşturmuşlardır.

        Bu görüşe en önemli destek 1953 yılında Stanley MİLLER isimli bilim adamından gelmiştir.

     Miller hazırladığı deney düzeneğinde, elektrik enerjisi kullanarak inorganik maddelerden aminoasitler, asetik asit, laktik asit gibi organik maddelerin oluşabileceğini göstermiştir.

     Heterotrof görüşüne göre, önce proteinler oluşmuş, daha sonra nükleoproteinler meydana gelmiş ve sonra da canlı öncülü olan KOASERVAT'lar oluşmuştur. Böylece enerjisini oksijensiz solunumla sağlayan ilk canlı meydana gelmiş ve daha sonra çıkan CO2 i kullanabilen fototrof canlılar ve onların çıkardığı O2 den de oksijenli solunum yapan canlılar evrimleşmiştir.

d)   Yaratılış Görüşü

     Bu görüşe göre evrendeki bütün canlı ve cansız varlık­lar Tanrı tarafından yaratılmıştır. Evrenin Tanrı'nın koyduğu kurallar çerçevesinde belirli bir düzeneğe göre işlediğini ileri sürer.

EVRİM İLE İLGİLİ GÖRÜŞLER

           Evrime göre, canlılar arasında zamanla bazı değişiklikler görülmüştür. Şimdiki türler, değişen çevre koşullarına uyabilen önceki türlerden meydana gelmiştir. Canlılardaki bu değişiklikler bazı kanıtlarla desteklenmiştir. Bu kanıtlar; biyokimya, fizyoloji, morfoloji, sitoloji ve genetik gibi bilim dallarından gelmiştir.

Bu değişimin nasıl gerçekleştiği ise LAMARCK ve DARWlN tarafından açıklanmaya çalışılmıştır.

a) Lamarck'ın Evrim Görüşü

       Lamarck, çevre şartlarının türleri etkilediğini ve meydana gelen değişikliklerin yeni bireylere aktarıldığını savunmuştur.

         Lamarck'a göre kullanılan organ gelişir, kullanılmayan ise küçülür ve körelir. Böylece kazanılan özellikler de yavrulara aktarılır. Ancak; bilindiği gibi kullanılan organın gelişmesi modifikasyondur ve aktarılamaz. Dolayısı ile Lamarck'ın bu varsayımı şimdiye kadar ispatlanmamıştır.

Lamarck'tan yaklaşık elli yıl sonra Darwin'in evrim­leşme ile ilgili kanıtlar ileri sürmesi büyük ilgi uyandırmıştır.

b) Darwin'in Evrim Görüşü

          Darwin uzun süren gözlemleri sonucu türlerin uzun süre içinde değiştiğini ileri sürmüştür.

          Darwin hipotezinin dayandığı görüşler aşağıdaki gibidir :

       I. Bütün populasyonlar üreme potansiyeline sahiptir. Dolayısı ile populasyonlarda çok sayıda bireyin olması beklenir.

         II.  Buna karşın populasyondaki birey sayısı, bazı durumlar dışında, sabit kalabilmektedir.

      III.Türe ait bireyler arasında kalıtsal varyasyonlar (kalıtsal çeşitlilik) bulunur.

       IV. Bireyler arasında sürekli bir rekabet vardır. Bu rekabette üstün gelenler özelliklerini gelecek nesillere aktarırlar. Ortam koşullarına uyamayanlar ise yaşamlarını yitirirler. (Doğal seleksiyon)

 

              Canlıların belirli bir çevreye uyumlarını, yaşama ve üreme şanslarını artıran kalıtsal özelliklerine uyumsal özellikler, bu olaya da ADAPTASYON denir.