1.1: DNA Sarmalı
Genel Bakış
Deoksiribonükleik asit veya DNA, tüm organizmalarda ve çoğu virüsde özellikleri nesilden nesile aktarmaktan sorumlu genetik materyaldir. DNA, çift sarmal oluşturmak için birbirine sarılan iki nükleotid ipliğinden oluşur. DNA yapısının keşfi, bilim tarihinin en ünlü ve büyüleyici hikayelerinden birini temsil eden yaklaşık bir yüzyıl boyunca kademeli olarak gerçekleşti.
Detaylı DNA Yapısı
Her DNA dizisi, şeker deoksiribozu, bir fosfat grubu ve dört azot içeren bazdan birini içeren nükleotitler adı verilen alt birimlerden oluşur: adenin (A), guanin (G), sitozin (C) ve timin (T). Adenin ve guanin, hepsi iki halkalı yapılar içeren pürinler adı verilen daha büyük bir kimyasal sınıfın üyeleridir. Sitozin ve timin, pirimidin adı verilen tek halkalı yapılar grubuna aittir.
Aynı iplikçikteki bitişik nükleotitler, fosfodiester bağları ile kovalent olarak bağlanır. İki nükleotid ipliği, bir iplikçikteki adeninlerin diğer iplikçikte aynı pozisyonda timinlerle ve bir iplikçikteki sitozinlerin diğer iplikçikte aynı pozisyonda guaninlerle eşleştirildiği hidrojen bağları ile bir arada tutulur. Bu hidrojen bağı, tellerin 5 ve 3 uçlarının zıt yönlere yönlendirildiği iki DNA ipliğinin antiparalel düzenlemesi ile mümkün hale gelir. Bu düzenleme olmadan, nükleotitler teller arasında hidrojen bağları oluşturmak için yanlış konumda olacaktır.
DNA molekülünün iki ipliği, çift sarmal adı verilen yay benzeri bir yapıya sıkıca sarılır. Bununla birlikte, çift sarmal mükemmel simetrik değildir. Bunun yerine, yapıda düzenli olarak oluşan oluklar vardır. Ana oluk, şeker-fosfat omurgalarının nispeten uzak olduğu yerlerde oluşur. Bu alan, transkripsiyon faktörleri gibi DNA bağlayıcı proteinlere erişim sağlar. Buna karşılık, küçük oluk, şeker-fosfat omurgalarının birbirine yakın olduğu yerlerde oluşur. Nispeten az sayıda protein minör oluk yoluyla DNA'ya bağlanır.
DNA Yapısının Keşfi: Kısa Bir Tarihçe
DNA yapısının keşfinin hikayesi, İsviçreli bilim adamı Friedrich Miescher'ın "nüklein" olarak adlandırdığı bir maddeyi keşfettiği 1869'da başlıyor. Beyaz kan hücrelerinden protein çıkarma sürecinde, Miescher nispeten yüksek fosfor içeriğine sahip beklenmedik bir madde buldu. Ne olduğunu bilmiyordu, ama biyolojik olarak önemli olabileceğinden şüpheleniyordu. Miescher haklıydı, ancak bilimsel topluluğun içgörülerini tam olarak takdir etmesi onlarca yıl sürdü.
Bir sonraki kritik keşif Rus biyokimyacı Phoebus Levene tarafından yapıldı. 1919'da Levene, nükleik asit olarak bilinen nükleinin, polinükleotid olarak adlandırdığı molekül zincirlerinden oluştuğunu öne sürdü. Levene'nin önerisi, bireysel nükleotidlerin bir fosfat grubu, bir şeker ve azot içeren bir bazdan oluştuğunu bulduğu Maya üzerine yaptığı araştırmalardan kaynaklandı. Levene’nin polinükleotid modeli birçok açıdan doğru olmasına rağmen, bazların DNA molekülünde nasıl düzenlendiği hala belli değildi.
Avusturyalı biyokimyacı Erwin Chargaff, Levene'nin çalışmalarını genişletti. 1940'ların sonlarında çalışan Chargaff önemli bir bulgu yaptı: DNA'daki adenin miktarı her zaman kabaca timin miktarına eşittir ve guanin miktarı her zaman kabaca sitozin miktarına eşittir. Bu model Chargaff kuralı olarak biliniyordu ve DNA yapısının nihai olarak açıklığa kavuşturulmasına izin veren önemli bir kanıttı.
1950'lerin başında, Amerikalı biyolog James Watson ve İngiliz fizikçi Francis Crick, DNA'nın üç boyutlu yapısını keşfetmek için baş rakibi Amerikan Linus Pauling ile yarışıyorlardı. Chargaff'ın çalışmalarına dayanarak, DNA'nın fiziksel modellerini oluşturmak için fizik, matematik ve kimya bilgisini kullandılar. Ancak, kritik bir veri elde edene kadar başarısız oldular: DNA'nın X-ışını fotoğrafı, çift sarmal yapısını ayrıntılı olarak gösterdi. Bu fotoğraf, fizikçi Rosalind Franklin'in yayınlanmamış verileriydi ve Franklin'in bilgisi olmadan Watson ve Crick'e verildi. Watson ve Crick, 1953'te DNA yapısının tanımını yayınladılar ve Maurice Wilkins (Franklin'in bir meslektaşı) ile birlikte, bu keşif için 1962 Nobel Fizyoloji veya tıp Ödülü'nü kazandılar. Ne yazık ki, Franklin 1958'de öldü ve bu nedenle Nobel ödülünü kendisi alamadı.