Bilim İnsanları DNA keşfinde bir aşama daha keydetti (DNA Nedir?)

Garvan Tıbbi Araştırma Enstitüsü'nden bilim adamları, laboratuvar çalışmalarında "i-motif" adını verdikleri DNA'nın "bükülmüş düğüm" şeklini saptadı.
Araştırmada mühendislik uygulanmış bir antikordan faydalanarak, hücredeki i-motiflerin yerleri saptandı. Araştırma ekibinden Mahdi Zeraati, yeşil noktaların (i-motifler) zamanla ortaya çıkmasını ve kaybolmasını, bu yüzden onların oluştuğunu, dağıldığını ve yeniden oluştuğunu gördüklerini söyledi.
Araştırma ekibinden Doçent Daniel Christ, yaptığı açıklamada, DNA'nın moleküler yapısının hep çift sarmal olarak düşünüldüğünü belirterek, bu yeni araştırmanın farklı olan DNA yapılarının mevcut olduğunu gösterdiğini kaydetti.

Ekipten Marcel Dinger, DNA'nın bu yeni "bükülmüş düğüm" yapısının keşfinin oldukça heyecan verici olduğunu ifade ederek, bu yeni yapının tam olarak ne işe yaradığını ve sağlık ve hastalık üzerinde nasıl etkilerinin olduğunun araştırılacağını aktardı.

Araştırmanın sonuçları "Nature Chemistry" dergisinde yayımlandı.

DNA veya tam açılımıyla Deoksiribo Nükleik Asit, virüslerin bir kısmının ve tüm organizmaların biyolojik gelişmeleri ile canlılık işlevleri için gerekli olan ve genetik talimatlar taşıyan nükleik bir asittir. DNA’nın esas rolü, bilginin uzun süreli olarak saklanmasıdır. RNA ve Protein gibi, hücreye ait olan diğer bileşenlerin inşası için ihtiyaç duyulan bilgileri kapsamasından dolayı DNA; bir şablon veya kalıba benzetilmektedir. Genetik bilgileri kapsayan DNA parçalarına GEN adı verilir, ancak başka DNA dizilerinin de yapısal fonksiyonları mevcuttur (Kromozomların şeklinin belirlenmesi gibi). Diğer DNA dizileri ise genetik bilginin ne şartlarda ve hangi hücrelerde kullanılacağının düzenlenmesine yaramaktadırlar.

DNA, kimyasal olarak nükleotid adı verilen ve basit birimlerden meydana gelen iki uzun polimerden oluşmaktadır. Polimerlere ait omurgalar ise, ester bağlarıyla birbirine bağlanmış fosfat-şeker gruplarından oluşur. Birbirlerine ters yönde uzanan fosfat ve şeker içerisindeki her bir şeker grubuna, dört molekülden biri bağlı durumdadır. DNA omurgası boyunca oluşturulan bu dizi, genetik bilgiyi kodlamaktadır. Kodlanan bu bilgi protein sentezi boyunca genetik kod vasıtasıyla okunduğunda, proteinlerin aminoasit dizisini belirlerler. DNA’daki bilgi, bu işlem esnasında başka bir nükleik asit olan RNA’ya kopyalanmaktadır (transkripsiyon).
DNA, hücreler içerisinde kromozom adı verilen yapıların içerisinde bulunur. Hücre bölünmeden önce bu kromozomlar eşlenir ve bu esnada da DNA ikileşmesi olayı gerçekleşir. Mantar, hayvan protista ve bitkiler gibi ökaryot canlılar, DNA’larını hücre çekirdeği içinde bulundururlar. Bakteri ve arke gibi prokaryot canlılarda ise, DNA hücre sitoplazmasında yer almaktadır. Histonlar gibi, kromozomlarda yer alan kromatin proteinleri DNA’yı sıkıştırır ve organize ederler. Bahsedilen bu sıkışık ve karmaşık yapılar, proteinler ile DNA arasındaki etkileşimleri düzenler ve DNA’nın hangi bölümlerinin okunacağını kontrol ederler.

DNA’nın Özellikleri Nelerdir?
2,2 ile 2,6 nanometre genişliğinde olan DNA, 0,33 nanometre uzunluğundadır. DNA polimerleri milyonlarca nükleotidden oluşur ve her bir birimi çok küçüktür. DNA’nın yarısı erkek bireyden, diğer yarısı ise dişi bireyden gelmektedir. DNA, canlılarda tek bir molekül olarak değil, birbirine sıkıca sarılmış haldeki çift molekülden oluşur. Bu moleküller birbirine sarmaşık gibi sarılırlar ve bir çift sarmal oluştururlar. Fosfat ve şeker DNA molekülünün omurgasını oluşturmaktadır, baz ise çift sarmalda bulunan diğer DNA ipliği ile etkileşime girer. Bir veya birden fazla fosfata ve bir şekere bağlı olan baza nükleotid, sadece bir şekere bağlı olan baza ise nükleozit adı verilir. Birden fazla nükleotidin birbirlerine bağlı olmasına da polinükleotit denir.

DNA’da bulunan şeker, beş karbonlu şekerdir (pentoz). Bitişik olan iki şekerden bir tanesinin 3 numaraları karbonuyla diğerinin 5 numaralı karbon arasında yer alan fosfat grubu, fosfodiester bağı oluşturarak şekerleri birbirine bağlamaktadır. Bu bağın asimetrik olması sebebiyle DNA ipliğinin bir tarafı vardır. Bir iplikte bulunan nükleotidlerin birbirlerine bağlanma yönü, diğer ipliktekilerin tam tersidir. DNA ipliklerinde var olan bu düzene anti-paralel adı verilir. İki ipliğe bağlı olan bazlar arasında bulunan hidrojen bağları, DNA’yı stabilize etmektedir. DNA’daki dört baz; sitozin, adenin, timin ve guanin olarak adlandırılır. Bahsedilen dört adet baz, fosfat ve şekere bağlanarak nükleotid oluşturur. Örnek olarak; adenozin monofosfat bir nükleotiddir. İki tip olarak sınıflandırılan bazlar, guanin ve adenin gibi pürin türevleridir. 5 ve 6 üyeli halkaların kaynaşması ile oluşan bu türevler heterosiklik bileşiklerdir. Timin ve sitozin ise pirimidin türevleridir ve altı üyeli halkadan oluşurlar. Urasil bazı ise, sitozinin yıkımı sonucunda nadir olarak DNA’da yer alabilir. Örneğin, DNA ile benzerlik gösteren RNA’da timin değil, urasil bulunmaktadır.
DNA’nın Biyolojik İşlevleri
DNA; prokaryotlarda dairesel, ökaryotlarda ise doğrusal kromozomlar içinde yer alır. Bir hücrede bulunan kromozomlar kümesine, o hücrenin genomu adı verilir. İnsan genomu kromozomlar içinde (46 kromozom) bulunan yaklaşık 3 milyar baz çiftinden oluşmaktadır. İşlevsel RNA molekülleri ve proteinleri kodlayan bilgi, DNA parçalarının (gen) dizisinde bulunurlar. Genlerdeki bu genetik bilgilerin aktarılması, baz eşleşmesi sonucunda gerçekleşir. Örnek olarak; bir DNA dizisinin transkripsiyon esnasında komplementer bir RNA dizisi şeklinde kopyalanması, DNA ve RNA nükleotidlerin arasındaki çekim ile mümkün olmaktadır. Translasyon adı verilen protein çevrimi sırasında, RNA dizisine karşılık gelen protein sentezlenir, aynı zamanda RNA nükleotidleri arasında yine baz eşleşmesi gerçekleşir. Önemli olan bir başka biyolojik işlev, DNA ikilenmesi adı verilen hücredeki genetik bilginin kopyalanması sürecidir.

DNA’da Hasar Oluşabilir mi?
Bazı mutajenler, DNA’nın hasar görmesine neden olabilir ve bunun sonucunda yukarıda bahsettiğimiz DNA dizisinde değişimler gerçekleşebilir. Oksitleyici yani yükseltgen faktörler, yüksek enerjisi olan elektromanyetik ışınlar ve alkilleyici faktörler, mutajenlere örnek verilebilir. DNA’da oluşan hasarın tipi, mutajenin tipine bağlı olmaktadır. Mesela, mor ötesi ışığın timin ikilileri oluşturması DNA’ya hasar vermektedir. Buna rağmen, hidrojen peroksit ve serbest radikaller gibi yükseltgen faktörler değişik türden hasara yol açabilirler. İki iplikli kırılmalar ve baz değişimi, bu hasarlara örnek gösterilebilir.

İnsan hücresinde günlük olarak 500 baz hasar görür. Bu hasarlardan en zararlı olanı çift zincirli kırılma olarak adlandırılır. Bu hasarın onarılması çok zordur ve DNA’da insersiyonlara, noktasal mutasyonlara, delesyonlara neden olabilirler. Mutajenlerin birçoğu iki baz çifti arasında bulunan boşluğa girerler, bu duruma enterkalasyon adı verilir. Enterkalatörlerin birçoğu ise düzlemsel ve aromatik moleküllerdir (bromür, etidyum, doksorubisin ve daunomisin gibi). Herhangi bir enterkalatörün baz çifti arasına girmesi için, baz çiftlerinin arasının açılması, bu durumun olması içinse DNA sarmalının ters yönde gevşemesi gerekir. Eğer bunlar gerçekleşirse, DNA ve transkripsiyon ikilenmesi önlenir, mutasyonlar ve zehirlenme meydana gelir. Bundan dolayı DNA enterkalatörleri genellikle kanserojendir ve en iyi bilinen örnekleri akridin, benzopiren, diol epoksit türevleri olan etidyum bromür ve aflatoksindir. Bütün bunlara karşın, DNA transkripsiyonuna mani olma özelliklerinden dolayı bu toksinler hızla gelişen kanser hücrelerini önlemek amacıyla kemoterapide kullanılmaktadırlar.

Modern canlıların tamamının işlev görmesi, yani çoğalması ve büyümesi DNA’da bulunan genetik bilgi ile mümkündür. Buna rağmen, insanlığın başlangıcından bugüne kadar DNA’nın bu fonksiyonu yerine getirdiği ispat edilememiştir ve bu anlamda kullanılan kalıtsal malzemenin RNA olduğu savunulmuştur. RNA, hem ribozimlerin bir parçası olarak katalizör niteliğine sahip olması hem de genetik bilgi aktarması nedeniyle ilk hücrelerin metabolizmalarında önemli bir rol üstlenmiş olabilir. Özellikle nükleik asitlerin hem katalizde hem de kalıtımda rol üstlendiği bu eski RNA dünyası, günümüzdeki genetik kodun 4 nükleotid bazından meydana gelmiş şekilde evrimleşmesini etkilemiş olabilir.
Bir canlıda bulunan baz sayısının az olmasının replikasyon verimini arttıracağı, baz sayısının fazla olmasının ise ribozimlerin katalitik verimini arttıracağı varsayılmıştır. Nitekim eski dönemlerdeki genetik sistemler hakkında kesin bir delil de bulunmamaktadır, çünkü fosillerin birçoğundan DNA elde edilmesi mümkün olmamaktadır. Bu durumun nedeni ise, çevre koşullarından etkilenen DNA’nın çözelti içerisinde zamanla küçük parçalara ayrılmış olmasıdır. Eski dönem DNA’nın izole edildiğine dair bazı iddialar da mevcuttur. Bilhassa yaklaşık 250 milyon yıl önceden kalan tuz kristali içerisindeki canlı kalmış bakterinin izole edildiği savunulmaktadır, ancak bu tür iddialar sadece varsayımdan ibarettir.