LeEnglish.com [Learning English]

Untitled Document

DNA
Canlı hücresinin olağanüstü kompleks yapısı evrim açısından büyük bir çıkmaz oluşturmaktadır. Çünkü hücre, aminoasit yapılı proteinlerden oluşmuş bir yığın değil, insanoğlunun şimdiye kadar karşılaştığı en kompleks sistemdir. Genetik bilimindeki ilerlemeler ve nükleik asitlerin, yani DNA ve RNA'nın keşfi, yepyeni problemler doğurdu. 1955 yılında James Watson ve Francis Crick adlı iki bilim adamının çalışmaları, DNA'nın inanılmaz derecedeki karmaşık yapısını ve tasarımını gün ışığına çıkardı. Birçok bilim adamı, genetik konusuna yöneldi. Yıllar süren araştırmalar sonucunda bugün, DNA'nın yapısı büyük ölçüde aydınlandı. Genetik olayların hücrede moleküler düzeydeki temeli genetik materyal görevini üstlenen nükleik asitlerin yapı ve özelliklerine dayanır. Nükleik asitlerin iki türü olan deoksiribonükleik asit DNA ve ribonükleik asit RNA temelde aynı yapısal özelliklere sahiptir. (DNA "Deoksi Ribo Nükleik Asit" isimli bir tür molekül grubunun kısaltılmış isimidir.)

Vücuttaki 100 trilyon hücrenin her birinin çekirdeğinde bulunan DNA adlı molekül, insan vücudunun eksiksiz bir yapı planını içerir. DNA, her canlı hücresinin çekirdeğinde saklı duran dev bir moleküldür. Canlının sahip olduğu bütün fiziksel özellikler, bu sarmal biçimindeki molekülde şifrelenmiştir. Gözümüzün renginden, iç organlarımızın yapısına, hücrelerimizin şekil ve fonksiyonlarına kadar her türlü bilgi DNA'daki gen adı verilen bölümlerde programlanmıştır. DNA uzun bir zincir olmasına karşılık üzerindeki baz sıraları bir düzen içerisinde taksim edilmiştir.Taksim edilen bu baz gruplarına ise Gen denir. Mesela bir canlının DNA zincirinde 15.000.000 adet baz (Nukleotid) dizisi olsun ve bu baz dizileri 1000'er adet olmak üzere 15 gruba ayrılmış olsun. İşte bu 15 tane grubun her biri birer "gen" dir. İnsan hücresinde ise yaklaşık olarak 3 milyar adet gen bulunur. Tabii her genin içinde binlerce nükleotid dizisi vardır. Örneğin göze ait bilgiler bir dizi özel gende, kalbe ait bilgiler bir dizi başka gende bulunur. Hücredeki protein üretimi de bu genlerdeki bilgiler kullanılarak yapılır. Vücudumuzdaki organların her biri farklı sayıda gen tarafından kontrol edilir. Örneğin; deri 2559, beyin 29930, göz 1794, tükürük bezi 186, kalp 6216, göğüs 4001, akciğer 11581, karaciğer 2309, bağırsak 3838, iskelet kası 1911 ve kan hücreleri 22092 gen tarafından kontrol edilmektedir.

Bir insana ait bütün özelliklerin bilgisi, dış görünümden iç organlarının yapılarına kadar DNA'nın içinde özel bir şifre sistemiyle kayıtlıdır. DNA'daki bilgi, bu molekülü oluşturan dört özel molekülün diziliş sırası ile kodlanmıştır. Nükleotid (veya baz) adı verilen bu moleküller, isimlerinin baş harfleri olan A,T,G,C ile ifade edilirler. ("a=adenin","t=timin","g=guanin" ve "c=sitozin" ) İnsanlar arasındaki tüm yapısal farklar, bu harflerin diziliş sıralamaları arasındaki farktan doğar. Bir DNA molekülünde yaklaşık olarak 3.5 milyar nükleotid, yani 3.5 milyar harf bulunur. DNA'daki harflerin diziliş sırası insanın yapısını en ince ayrıntılarına dek belirler. Boy, göz, saç ve cilt rengi gibi özelliklerin yanı sıra, vücuttaki 206 kemiğin, 600 kasın, 10.000 işitme siniri ağının, 2 milyon optik sinir ağının, 100 milyar sinir hücresinin ve 100 trilyon hücrenin planları tek bir hücrenin DNA'sında mevcuttur.

DNA'daki bilgileri kağıda dökmeye kalkarsak, bu bilgiler yaklaşık bir milyon ansiklopedi sayfası büyüklüğünde bir yer tutar. Ama bu inanılmaz bilgi, milimetrenin yüzde biri kadar olan hücrelerimizin, ondan daha da küçük çekirdeklerinde saklanmıştır. Bir çay kaşığına sığabilecek boyuttaki bir DNA zincirinin, bugüne kadar dünya üzerinde basılmış bütün kitapların bilgisini saklayabilecek kapasitede olduğu hesaplanmaktadır. DNA molekülü, bir helezon şeklinde uzanan milyonlarca basamaktan oluşur. Eğer bir tek hücremizin içindeki DNA molekülü açılsa, yaklaşık 1 metrelik bir zincir oluşturur. Ama bu zincir, olağanüstü bir "paketleme" sistemiyle, milimetrenin yüz binde biri büyüklüğündeki hücre çekirdeğine sıkıştırılmıştır. Nasıl ki uzun bir ipi makaraya düzenli bir şekilde sarıyorsanız, hücrede buna benzer bir mekanizma ile DNA’yı paketleyerek çekirdeğinin (Nukleus) içine yerleştirir.

Yandaki DNA zincirine bakacak olursak a,t,g ve c olmak üzere 4 farklı bazın birbirleriyle karşı karşıya gelerek bağlandığını görürüz. Bu bağlanmalar belirli bir düzene göre yapılır. "a=adenin", "t=timin", "g=guanin" ve "c=sitozin" bazları arasında adenin bazı yalnızca timin ile guanin bazı ise yalnızca sitozin ile bağ yapar. Bunun nedeni ise oldukça ilginçtir. Adenin ve Guanin bazları yapısal olarak büyük boylu moleküllerdir. Timin ve Sitozin ise küçük boylu moleküllerdir. Adenin ve timin bazlarını bir futbol topu, guanin ve sitozin bazlarını ise tenis topu olarak düşünebiliriz. Eğer adenin bazının karşısına timin değil de guanin gelseydi heliks yapısının düzgün ilerlemesi mümkün olmayacaktı. Fakat DNA da küçük bazlara karşı büyük bazların gelmesiyle aradaki mesafenin her noktada sabit olması sağlanmıştır. DNA’nın yapısı bazların bu şekilde ardı ardına sıralanmasıyla uzayıp gider.

Aşağıdaki şekilde ise bazların sıralanışı biraz daha anlaşılır bir şekilde görülmektedir.

DNA’daki şifrelerden canlı bir organizmanın meydana gelmesi, aslında hücre içinde oldukça karmaşık bir dizi işlem neticesinde meydana gelir. DNA’daki şifrelerin deşifre olup organizmayı meydana getirmesi aşama aşama meydana gelmektedir.

Bu aşamalar ise sırasıyla ;

1-) DNA dan RNA sentezi (Transkripsiyon)
2-) RNA dan protein sentezi (Translasyon)
3-) Proteini üretilen hücrenin farklılaşması (Morfogenez)

1-) DNA’dan RNA sentezi (Transkripsiyon) :

Erkek bir canlıdan gelen spermin taşıdığı bir miktar DNA ile dişi bir canlıdan gelen yumurtanın taşıdığı DNA birleşerek tam bir DNA’yı verir. Bu DNA meydana gelecek yavrunun tüm özelliklerini içinde barındırır. Mesela bu canlının DNA’sında 1 milyar gen var ise bu genlerin 500 milyon tanesi anneden 500 milyon tanesi de babadan gelir. Yumurta ile spermin birleşmesinin ardından DNA’daki şifreler çözülerek, bir yumurta (zigot) dan bir canlıyı meydana getirmeye başlar. İlk aşama RNA sentezidir. Bu işlem DNA’nın açılmasıyla başlar. DNA’daki bazlar karşı karşıya gelip her iki omurgayı birleştirmişlerdi. Fakat bu bazlar aralarındaki bağları kopararak DNA’nın çift zincirli yapısını tıpkı bir "fermuar" gibi açmaya başlar. DNA çözülmeye başladıkça "RNA polimeraz" adı verilen özel bir protein DNA’nın üzerinde gezerek onu okumaya ve RNA’yı sentezlemeye başlar.

Şekilde DNA çözülmüş bir vaziyette görülmektedir. Büyük mavi bölge RNA polimerazı temsil etmektedir. Yeşil şerit ise sentezlenen RNA’dır. DNA zinciri açılmış ve RNA polimeraz enzimi vasıtasıyla DNA’daki bazlara karşılık gelen diğer bazlar birbirlerine eklenerek RNA üretilmektedir. Üretilen RNA’nın DNA’dan tek farkı Adenin bazının karşısına Timin yerin "U" harfiyle gösterilen "Urasil" bazının gelmiş olmasıdır. Üretimi tamamlanan RNA daha sonra DNA üzerinden ayrılarak bir dizi işleme tabii tutulur.

2-) RNA dan protein sentezi (Translasyon):

Düzeltme işlemleri tamamlanmış olan mRNA daha sonra çekirdek (nukleus) den çıkarak "Ribozom" adı verilen bir organele doğru yol almaya başlar. Ribozoma ulaşan mRNA ribozoma bağlanır. mRNA’nın bir özelliği ise DNA’daki gibi sıralanan bazların 3’lü gruplar halinde ayrılmış olmasıdır. Bir örnek verelim;
DNA üzerindeki kodonlar "AATGCCGATGTA" şeklinde ise, sentezlenen mRNA’nın görünümü "UUA-CGG-CUA-CAU" şeklinde olacaktır. Baz sıralamasında bir değişme yoktur, yalnızca bazlar 3’lü gruplar halinde taksim edilmişlerdir. Taksim edilen bu 3’lü gruplara ise "Kodon" adı verilir. Tabii RNA da adenin bazına karşılık urasil bazının, guanin bazına karşilik ise sitozin bazının geldiğini unutmamak gerekir. Bu şekilde üretilen mRNA ribozoma bağlandıktan sonra 3’lü grupların okunmasına başlanır. tRNA adı verilen bir başka RNA çeşidi ise bildiğimiz mRNA veya DNA kadar uzun değildir. tRNA (Taşıyıcı RNA) üzerinde yalnızca 15-20 baz sırası bulundurur. TRNA’nın diğer bir özelliği ise birbiri ardına sıralanan bazların bir daire oluşturacak şekilde bağlanmasıdır. Bunu halay çeken bir grup insana benzetebiliriz. tRNA halkasının üzerinde iki önemli bölge vardır. Bu bölgelerden ilki, taşıyacağı aminoasitin tanınmasını sağlayan bölgedir. Diğer bölge ise tRNA’nın mRNA’ ya bağlanacağı, 3 adet baz sırasından oluşan bölgedir. Bu bölgeye ise "Anti-kodon" adı verilir. tRNA üzerinde bulunan, "anti-kodon" adı verilen ve yalnızca 3 adet baz sırasından oluşan bu bölge, ribozoma tutunmuş mRNA üzerindeki "kodon" adı verilen 3’lü gruplara bağlanır.
Tabii tRNAların anti-kodonları, mRNA üzerindeki kodonlara sırasıyla bağlanırken beraberlerinde taşıdıkları aminoasitleri de getirmişlerdir. Bu yüzden tRNA’ya “Aminoasiti taşıyan RNA” adı verilmiştir. tRNAlar aminoasitleri taşıyıp sırasıyla kodonlara bağlandıkça, tRNAların sırtlarındaki aminoasitlerde birbirleriyle bağlanmaya başlarlar. Aşağıdaki şekilde mRNA (messenger RNA) daki kodonlardan birisine bağlanmakta olan bir tRNA görülüyor. Görüldüğü gibi mRNA’daki kodonun baz dizilimi GCC, bu kodona bağlanan tRNA’nın ise anti-kodonu CGG şeklindedir.
tRNA üzerinde bulunan pembe halka ise "aminoasit"i temsil etmektedir.

Yüzlerce binlerce tRNA yan yana dizildiklerinde, üzerlerindeki aminoasitlerde yan yana gelmiş olur. İşte yan yana gelmiş olan bu aminoasitler birbirleriyle bağ yaparak proteini sentez etmeye başlar.

Yukarıda anlatılan olayları yan tarafdaki şekil gayet iyi açıklamaktadır. Sağ tarafta yaklaşmakta olan mavi renkli tRNAlar görülüyor. tRNAların üzerlerinde ise yeşil ve sarı renklerle gösterilmiş "aminoasit” ler görülüyor. Yeşil renkli şerit mRNA’yı, boynuzlu gri yapı ise ribozomu temsil etmektedir.

tRNAlar sırasıyla mRNA üzerine yerleştikten sonra, sırtlarındaki aminoasitler bağ yapar. Tam bu sırada işi biten tRNA yükünü boşaltmış olarak mRNA’dan bağını koparır ve ribozomdan ayrılır. Fakat taşıdığı aminoasit, kendinden önceki tRNA’nın getirdiği aminoasitle bağ yapmış olarak protein zinciri oluşumuna katılır.

3-) Proteini üretilen hücrenin farklılaşması:

Buraya kadar olan aşamalar hücrede protein sentezi için gerekli işlemleri kapsıyordu.Bundan sonra ise üretilen proteinin çeşidine göre hücrenin kazandığı fonksiyondur. Bir yumurta ile bir spermin birleşmesiyle meydana gelen yapı zigot adını alır ve tek bir hücreden ibarettir. Zigot içerisinde DNA kendisinin bir kopyasını çıkarır. Dolayısıyla hücrede DNA miktarı iki katına çıkmış olur. Fakat hücre derhal bölünmeye başlar bu DNAlardan birisi bir hücreye giderken diğer DNA ise ikinci yavru hücreye aktarılır.Böylelikle hücre ikiye bölünmüş olur. Bölünmeler ta ki anne karnında bir bebeğin meydana gelmesine dek sürer. Yani tek bir hücre, o kadar çok bölünme geçirir ki sayıları trilyonları bulur ve bir canlı embriyoyu (anne karnındaki bebek) meydana getirir. DNA şifrelemesi ise bu noktada devreye girer.
Bir önceki basamak protein sentezi ile ilgiliydi. Fakat proteinler çeşitli hücreler için farklı tiplerde üretilir. Bir yavru anne karnında gelişirken, yavrunun gözlerini oluşturacak hücrelerdeki DNAlar yalnızca göz organı ile ilgili proteinleri üretirler. Aynı şekilde yavrunun beynini oluşturacak hücrelerin DNAları ise yalnızca beyin organı ile ilgili proteinleri üretirler. Burada önemli olan nokta şudur; insanın kemik hücresi olsun, karaciğer hücresi olsun, böbrek hücresi olsun kısacası vücudunun her bölgesindeki hücrelerin içindeki DNAlarda insanın bütün organlarını oluşturacak bilgiler saklıdır. Fakat saklanan bu bilgilerden yalnızca ilgili organ için üretilecek proteinlerin meydana getirilmesi sağlanır. Yani her hücrede insan vücudunun her organının protein bilgileri saklanır fakat bu proteinlerin hepsi üretilmez. Yalnızca meydana getirilecek organla ilgili proteinler üretilir.Bir organda, organla ilgili proteinler dışında DNA da saklanan diğer proteinlerin üretilmemesi için DNA nın üzeri "Histon" adı verilen özel bir proteinle örtülür.

Hücrelerin programlanmış bir şekilde farklı farklı proteinler üretip farklı organlara dönüşmesi olayına farklılaşma (morfogenez) denir. Bugün bilim adamlarının kafasını kurcalayan en büyük problem ise hücrelerdeki "Histon" ların hangi genlerin üzerini örtüp hangilerinin üzerini açık bırakacağını nereden bildiğidir.

KLONLAMA (KOPYALAMA)

Bir bakteriyi uygun bir ortama bırakırsanız, birkaç saat sonra kendinin aynı olan yüzlerce bakteri daha üretmiş olduğunu görürüz. Çünkü her canlı hücresi "kendini kopyalama" özelliğine sahiptir. DNA keşfedilene dek, bu mucizevi işlemin nasıl gerçekleştiği anlaşılamıyordu. DNA'nın bulunmasıyla birlikte, her canlı hücresinin, kendisi hakkındaki tüm bilgileri barındıran bir "bilgi bankası" na sahip olduğu ortaya çıktı. Sadece hücrelerin değil, tüm canlı bedenlerinin planları DNA'da kayıtlıdır. İç organlarımızın yapısı, ya da kuşların kanatlarının şekli, kısacası her şey DNA'da tüm ayrıntılarıyla kayıtlıdır.

Kopyalama konusunu açıklamadan önce bazı terimlerin ne anlama geldiğini belirtelim.

Kromozom: Kromozomlar, genetik materyalin (DNA) ' nın yardımcı proteinlerle birlikte dönümler yapıp katlanmasıyla ve kısalmasıyla oluşan yoğunlaşmış yapılardır.
Somatik hücre: İnsanın veya başka bir canlının eşey hücreleri (üreme) dışındaki tüm hücrelere somatik hücre denir. Örneğin deri hücresi, karaciğer hücresi, kas hücresi gibi. Bu hücrelerin taşıdıkları kromozom sayısı 2n ile gösterilir.

Eşey hücresi: Eşey hücreleri, bir canlının dişi ve erkek bireyleri tarafından üretilen ve "n” sayıda kromozom taşıyan üreme hücreleridir. Erkek canlı tarafından üretilen eşey hücresi "Sperm", dişi canlı tarafından üretilen eşey hücresine ise "Yumurta" adı verilir.

Örnek olarak insanın somatik hücrelerinde daima 46 tane kromozom bulunur. Ve bu 46 kromozom 2n harfiyle gösterilir. Tabii kromozom sayıları canlıdan canlıya değişmektedir. Mesela sığır somatik hücrelerindeki kromozom sayısı 60, farede 40, kurbağada 26 dır. Sayısı ne olursa olsun eğer kromozomlar somatik bir hücreye ait ise 2n harfiyle gösterilir.

Canlının eşey hücrelerinde ise kromozom sayısı somatik hücrelerindekinin yarısı kadardır ve n harfiyle gösterilir. İnsanın somatik hücrelerinde 46 kromozom, eşey hücrelerinde ise yarısı sayıda yani 23 tane kromozom bulunur. Dişi ve erkek eşey hücreleri birleştiği zaman (buna döllenme denir) meydana gelecek yavrunun kromozom sayıları yine 46 olacaktır.

Bir yavru anne ve babasına genetik materyal düzeyinde hiçbir zaman benzemez. Çünkü anne birey, eşey hücrelerini meydana getirirken bu eşey hücrelerine kendi DNA’sının yarısını nakleder. Aynı şekilde erkek bireyde eşey hücrelerini meydana getirirken somatik hücrelerindeki DNA’nın yarı miktarını eşey hücrelerine nakleder. Dolayısıyla dünyaya gelecek yavrunun DNA’sı ne annenin ne de babanın DNA’sının aynısıdır. Yavrunun DNA’sı anne ve babasının DNA’larının karışımı olduğu için bazı karakterleri annesine bazı karakterleri de babasına benzer.

Yandaki şekilde, n sayıda kromozom taşıyan dişi ve erkek eşey hücreleri rakam ve harflerle gösterilmiştir. Dişi ve erkek eşey hücrelerinden her hangi ikisi birbiriyle birleştiği takdirde meydana gelecek yavru anneye de babaya da benzemez.

Dişinin somatik hücrelerinde “1-2” genlerini taşıdığını varsayarsak, dişinin "1" genetik yapılı eşey hücresiyle erkeğin herhangi bir eşey hücresinin birleşmesi halinde meydana gelecek yavrunun DNA’sı ya “1-A" olacak yada "1-B" olacaktır. Aynı şekilde dişinin "2" genetik yapılı diğer eşey hücresinin erkeğin herhangi bir eşey hücresi ile birleşmesi halinde, meydana gelecek yavru erkeğe de dişiye de benzemeyecektir.
Doğadaki çeşitliliğin diğer bir nedeni ise "Krossing-over" olayıdır. Krossing-over 'da, kromozomlar arasında parça değiş tokuşu yapılarak genetik materyalin çok daha değişik bir yapıya sahip olması sağlanır. Eşey hücreleri, mayoz bölünme ile meydana getirilirken kromozomlar eşey hücrelerine dağıtılmadan önce krossing-over meydana gelir. Krossing- over 'da parça değiş tokuşu ise, birbirinin eşi olan iki kormozomun kromatidleri arasında meydana gelir. Klonlama yöntemiyle, eşey hücrelerinden meydana gelecek olan canlının anne veya babasının aynısı olması sağlanabilmektedir. Klonlama yönteminde temel olarak izlenen yol ise dişinin yumurta hücresine, yine dişinin somatik hücrelerinden alınan 2n sayıdaki kromozomun yerleştirilmesidir. Bu şekilde yumurtaya, DNA’sı üzerinde hiçbir değişiklik yapılmamış somatik hücre kromozomları enjekte edilerek yapay bir döllenme sağlanmaktadır.

Klonlamayı şekil üzerinde görelim:

Şeklin sol tarafında, doğal döllenme görülmektedir. Doğal döllenmede dişi ve erkek eşey hücreleri birleşerek genetik düzeyde kendilerinden farklı bir yavru meydana getirirler. Sağ tarafta ise klonlama yöntemi görülmektedir. Klonlama yönteminde ilk olarak dişi bireyin somatik hücrelerinde bulunan 2n sayıdaki kromozom, özel yöntemlerle hücre dışarısına çıkarılır ve izole edilir. Daha sonra yine dişi bir bireyin yumurta hücresinin n kromzom sayıdaki genetik materyali çıkarılır. Yumurtadan çıkarılan n sayıdaki kromozomların yerine, dişinin somatik hücrelerden izole edilen 2n sayıdaki orijinal kromozomları yerleştirilir. Bu kromozomlar annenin tüm genetik bilgilerini taşımaktadır. Somatik hücre kromozomları yumurta hücresine yerleştirildikten sonra, yumurta hücresine elektrik sinyalleri gönderilir. Bünyesinde 2n kromozom bulunan yumurta hücresi bu elektrik sinyallerini aldığında sperm tarafından döllendiğini zanneder. Çünkü sperm hücresi n sayıdaki kromozomunu yumurtaya aktarırken yumurta zarı üzerinde bir elektrik gradiyent meydana getirir. Yapay olarak elektrik sinyalleriyle aktif hale geçirilen yumurta hücresi, sahip olduğu enzimlerle içerisine yerleştirilen DNA’yı replike edip çoğalmaya başlar. Hücrenin bölünerek çoğalmasıyla nihayetinde embriyo (anne karnında gelişmekte olan yavru) oluşmaya başlar.

Klonlanmış embriyo ile doğal yolla meydana gelen embriyo arasındaki fark DNA’sında yatmaktadır. Doğal yolla meydana gelen embriyonun genetik özellikleri, anne ve babasının genlerinin karışımı olduğu için her iki bireyden de farklı bir genoma sahiptir. Fakat klonlanmış embriyonun DNA’sı annesinin DNA’sının aynısıdır. Yani aralarında en ufak bir baz sırasında bile fark yoktur. Dolayısıyla dünyaya gelecek olan yavru, annenin genetik ve morfolojik tüm özelliklerini taşır. Mesela annesinin DNA’sından bir insan embriyosu kopyalandığını var sayalım. Dünyaya gelecek yavrunun göz rengi, saç rengi, yüz şekli, deri rengi, kafa yapısı, genlerinde taşıdığı hastalıkları, vücudunun üzerindeki benleri, kaşlarının uzunluğu kısacası vücudunun tamamı annesinin aynısı olacaktır. Tıpkı tek yumurta ikizlerinde olduğu gibi.
Klonlama işlemi burada anlatıldığı kadar basit olmayıp oldukça karmaşık işlemler vasıtasıyla gerçekleştirilir. Öyle ki yumurtanın yapay olarak döllenmesi için ortam şartlarının olabildiğince ana rahmine benzetilmesi gerekmektedir. Mesela ortamın pH'ı, iyon konsantrasyonu, sıcaklığı vb. gibi. Klonlamanın zor olması nedeniyle yalnızca tek bir yumurta hücresi üzerinde değil yüzlerce hatta binlerce yumurtası üzerinde deneyler yapılmakta, bu klonlama deneylerinden yalnızca bir kaç tanesinden netice alınabilmektedir.