Genetik Yapının Temelini Teşkil Eden Moleküller - Bilimler Işığında Yaratılış
Yazar

Prof. Dr. Orhan ERDOĞAN

Atatürk Üniversitesi Fen Fakültesi Moleküler Biyoloji ve Genetik Bölümü Erzurum

Genetik Yapının Temelini Teşkil Eden Moleküller

Genetik Yapının Temelini Teşkil Eden Moleküller

Genetik Yapının Temelini Beş Çeşit Baz Teşkil Eder

Canlı organizmalar en basit elementlerin en kompleks organizasyonundan müteşekkildirler. Nitekim bilim insanları canlıların yerkabuğundaki 92 elementin, 27 si canlıların bileşenlerini oluşturduklarını, dört elementin ise (karbon, hidrojen, oksijen ve azot) birçok hücrenin %99’unu teşkil ettiklerini tespit etmişlerdir. Bu dört element hücrelerde yer alan kalıtım materyalini de teşkil etmektedir. Nitekim DNA ve RNA’nın yapısı incelendiğinde bu elementlerin farklı organizasyonu sonucu genetik yapının temelini teşkil eden tüm yapıların; basit iki yapının (purin ve pirimidin) farklı kombinasyonları sonucu, 5 çeşit bazdan oluştuğunu görürüz (Adenin, Guanin, Sitozin, yalnızca DNA’da yer alan Timin ve yanlızca RNA’ da yer alan Urasil) dir (Şekil 1).

   Şekil 1. DNA ve RNA yapısında yer alan bazlar.

   İşte özellikle kalıtım materyali olarak görev alan DNA’da ki bu dizilimler fertler ve türler arasında yer alan genetik varyasyonların oluşumlarına katkı sağlamaktadırlar. Sadece dört adet basit bir yapıdan (ama mükemmel tasarımda) kâinatta yer alan tüm canlıların morfolojik, fizyoloji ve anatomik yapılarının yaratılmış olması, yaratıcısının tek olduğunu gösteren güzel bir örnektir.

DNA moleküllülerinin paketlenmesi

Genetik yapının oluşumunda yer alan DNA molekülünde düzenli ve intizamlı bir paketlenme yapısı görülmektedir. DNA’nın paketlenmesinde ve hücre çekirdeği gibi küçücük bir alana istiflenmesinde görev alan birtakım moleküller vardır ki, bunlar histon proteinleri olarak isimlendirilmektedir. Ökaryotik hücreye sahip canlılarda kromatin ipliği dediğimiz yapı DNA ve proteinlerden meydana gelmiştir. Kromatinin yapısı, DNA dizilerinin yapı ve fonksiyon bakımından inaktif formda bulunduğunda kompakt (paketlenmiş) bir yapıya sahiptir. Gen aktivitesindeki artışa paralel olarak kromatin yapısındaki bu kompaktlığın (paketlenmenin) derecesi de göreceli olarak azalır (gevşer). Kromatin yapısı içinde DNA’nın yaklaşık 2 katı oranında bulunan proteinler; histonlar ve non-histon proteinler olarak iki büyük gruba ayrılır.

Ökaryotik canlılarda kromatin yapısının temel proteinleri olan histon proteinleri; arginin ve lizin gibi pozitif yüklü bazik aminoasiti ihtiva eden küçük proteinler olup, aynı zamanda bu özellikleri sayesinde de negatif yüklü DNA molekülüne sıkıca bağlanmayı sağlarlar. Ökaryotik canlılarda; H1, H2A, H2B, H3 ve H4 olarak tanımlanmış 5 çeşit histon proteini bulunmaktadır (Şekil 2).

DNA yapısının bu histon proteinleri ile paketlenmesi ile kromatin yapısı olan nukleozomlar teşekkül etmektedir. Bu yapı ilk olarak 1974 yılında Roger Komberg tarafından tanımlanmıştır. Komberg iki ayrı deney çalışması sonucunda, elektron mikroskobunda boncuk şeklinde görülen yapıları nükleozom tanecikleri olarak tanımlamıştır (Şekil 2).

Nükleozom taneciklerinin daha detaylı olarak incelenmesi sonucunda bu nükleozom yapısının orta kısmında 4 çeşit histon proteini bulunmuştur. Bunlar; H2A, H2B, H3, H4 olarak adlandırılmıştır. Bu histonların her birinden ikişer adet olmak üzere, sekizli yapı teşkil ettiği ve bunun etrafında da 146 bç (baz çifti)’lik bir DNA parçasının varlığı tespit edilmiştir. Buradaki DNA düz durmayıp, histonlar etrafında 1,75’lik bir dönüş yaptığı ortaya konmuştur. Nükleozomun çekirdek yapısında ikili olarak yer alan; H2A, H2B, H3, ve H4 histonları, bu özelliklerinden dolayı nükleozom histonları olarak bilinir. Ayrıca nükleozom tanecikleri arasında ~ 80 bç uzunlukta bağlayıcı rolü olan H1 histon (bağlayıcı histonlar) bulunur. Nükleozom yapısının, 30 nm kalınlığında kromatin iplikleri haline dönüştüğü kromatin düzenine solenoid adı verilir ve her bir dönümde 6 adet nükleozom ihtiva eder. Solenoid yapısının oluşmasında H1 histonlar rol oynar (Şekil 2). Kromatin paketlenmesi sırasında, DNA molekülünün önce histon proteinleri etrafında dönümler yaparak, 10 nm’lik kromatin ipliği halinde paketlenmesi ile uzunluğunu 6 kez azaltırken, ikinci seviyede paketlenme ile bu ince kromatin ipliğinden solenoid düzenine (yani 30 nm’lik iplik şekline) geçiş sağlanarak birim DNA molekülünün 40 defa daha kısalıp yoğunlaşması sağlanır (Şekil 2).

Şekil 2. Kromozomun yapısı

Histonların pozitif ve DNA’nın ise negatif yüklü olması sebebiyle DNA ve histon etkileşimi sıkı bir biçimde gerçekleşmekte ve DNA güzel bir biçimde paketlenmektedir. Ayrıca bu paketin intizamlı bir biçimde H1 histonu ile bağlanması paketi daha da sıkı ve intizamlı bir hale sokmaktadır. Aklı ve şuuru olamayan bu moleküllerin DNA yı bu kadar mükemmel bir şekilde paketlemesi elbette ki bize bu yapının mimarının kim olduğunu sormaktadır. Çünkü burada muhit bir ilim ve bir kudret vardır. Şüphesiz tüm kâinatta görülen bu muhit ilmin ve kudretin sahibi yüce yaratıcımız olan Allah’tır.

Nükleozom Yapısının, Transkripsiyon Açısından Önemi

Tüm hücreler, çevrelerindeki değişikliklere bağlı olarak hücre ve canlı hayatının devamını sağlamak için ilgili genlerin açılmasını, ya da kapanmasını sağlayacak özelliklere sahiptir. Ökaryotik hücrelerde, transkripsyonun (DNA molekülünden RNA molekülünün yapılması) başlaması için öncelikle kromatin kondensasyonu ile paketlenmiş DNA’nın açılması gerekir.

Özellikle bu açılmanın veya gevşemenin, genin promotor bölgesinin (genin açıldığı bölge) dâhil olduğu düzenleyici dizilerini kapsayan 5 bölgesinde olması icap eder. Aksi takdirde nükleozom yapısında bulunan DNA’nın transkripsyonu, RNA Polimeraz ve genel transkripsyon faktörlerinin promotor bölgesindeki ilgili yerlerine yerleşmesine müsait olmadığı için kesinlikle başarılamaz. Ökaryotik hücrelerde bulunan bu aktivatör ve repressör proteinleri, aynı zamanda nükleozom şeklinde paketlenmiş genlerin açılıp kapanmasını ve açma/ kapama zamanlamasını da üstlenerek, gen ekspresyonundaki en önemli iki kontrol basamağını da teşkil etmektedir. Kromatin şekillendirici kompleks veya nükleozom çekirdeğinde bulunan histon proteinleri, gen ekspresyonunun yapılıp yapılmamasında anahtar role sahiptir. Histon asetilaz gibi, histon proteinlerinin kuyruk kısımlarında bulunan lizin ve arjinin aminoasitlerinin bulunduğu bölgelere, asetil grup transferi sağlayarak kromatin yapısının şekillenmesine, yani nükleozom şeklinde paketlenmiş DNA bölgesinin gevşetilerek açılmasına ve ilgili gen bölgesinin yazılımına imkân sağlar.

Bu amaçla asetil transferaz enzimi, Asetil CoA’ dan aldığı asetil gruplarını H3 ve H4 Histonlarının N-terminal uçlarında bulunan Lizinlerin amino gruplarına transfer eder. Repressör proteinlerde benzer bir yol izleyerek, Histon asetilaz ile zıt (antogonist) çalışan Histon deasetilaz (HDs) enzimi, histon proteinlerin yapısında bulunan lizin ve arjinin aminoasitlerine bağlı asetil gruplarını kopararak, transkripsyonun kromatin aşamasında engellenmesi gerçekleşir.

Meydana gelen bu asetilasyon sayesinde, N-terminal uçtaki net (+) yük azaltılarak kromatin yapısının transkripsyon için daha uygun hale gelmesi sağlanır.

Histon asetilasyonu, hayatın devamlılığı için büyük önem taşır. Yapılan çalışmalarda her üç lizin amino asiti de mutasyona uğrayıp arjinine dönüştüğünde, maya hücreleri pozitif yüklerini korudukları, fakat asetillenmesinin engellenmesi nedeniyle gerçekleşemeyen transkripsyon sonucu öldükleri tespit edilmiştir.

Yorum Yapabilirsiniz.

E-posta hesabınız yayımlanmayacak.