Genler Neden Yapılmış?
Kromozomlar (genler) neden yapilmislardi? Biyolojide kuskusuz çok önemli bir yeri olan Oswald Avery’nin deneyleri bu soruya çok açik ve parlak bir yanit getirdi. Çalismalari, simdi “moleküler biyoloji” dedigimiz modern çagi açti. 1940'larin basinda Avery, iki tarafli zatürreye (akciger iltihasbi) neden olan bakteriyle ugrasiyordu (penisilin bulunmadan önce, en büyük ölüm nedenlerinden biriyldi bu hastalik).
Yaptigi deneylerde açiklayamadigi sasirtici sonuçlar buldu. Ölü zatürre bakterileri, kötü niteliklerini, zatürre yapmayan türden canli bakterilere geçirebiliyorlardi. Bu, tehlikeli ölü bakterilerin, canli ve zararsiz bakterileri tehlikeli hale getirebilmeleri demekti.Bu nitlik bir defa geçirilince artik kalici oluyor ve bir zamanlar iyi huylu olan bakterilerin gelecek kusaklarina kalitimla geçiyordu. Hastaliga neden olabilme kapasitesi bir veya bir grup özellekten kaynaklanir. Bu özellikler, genler tarafindan kontrol edilir ve kalitimla geçirilirler. Avery, ölü baterilerin parçalandiklarini, vücutlarinin bilgi tasiyan kimyasal maddeler çikardigini, canli baketirelirn de bulari besin olarak kullandiklarini düsündü. Yani genler, canli bakterilere girip onlarin kalitimlarini belirtiyorlardi. Avery ve arkadaslari, bu gene benzer maddeyi kesin olarak belirlemek üzere çalismaya basladilar.
Insan, Tip bilimi için, genlerin kimyasal özelliklerinin bulunmasindan daha önemli bir problem olabilecegini düsünüemez. Ancak bu kesinlikle insanlar, hatta hayvanlar üzerinde de incelenebilecek bir problem degildi. Neyse ki zatürre yapan bakteriler, Avery’e uygun bir sistem getirdiler. Bu iyi ve degerli bir model-deney sistemi örnegi olusturuyordu. Aslinda, bütün genetik bilgi birikimi, 100 yil önce Gregor Mendel’le baslangicindan bugünkü arastirmalara kadar, büyük ölçüde basit deney modellerine dayanir. Bezelyeler, meyve sinektleri, ekmek küfü ve bakteriler... Avery’nin üzerinde çalistigi bakteriler geretik olarak birbirinin tipkisiydi. Baska cinslerle karismamis, safkan bakterilerdi bunlar. Hizla üreyebiliyorlardi öyle ki kalitim özelliklerini birçok kusagin üzerinde izlemek olanakliydi. Zatürreye neden olma yetenekleri, farelere verilerek kolayca ölçülebiliyordu. Avery’nin yaptigi önemli deneyleden biri, probleme açik bir yanit getirdi. Ölü bakterilerden dagilan bir molekül karisimini aldi ve içine DNA’yi “bozan” bir enzim ekledi. DNA’nin bozulmasi, karisimin zararsiz bakterileri zararli bakteriye çevirebilme yetenegine bir son verdi. Buna ek bir deneyle Avery ve arkadaslari, zararsiz bakterileri hastalik yapan bakteriye çeviren maddenin “deoksiribonükleik asit” veya DNA oldugunu kanitladilar.
DNA: Deoksiribonükleik Asit
Aslinda, DNA’yi Avery bulmadi. Bu isi, Avery’den altmis yil önce Friedrich Miescher adinda bir arastirmaci yapmisti. O ve onu izleyen bilim adamlari bu konuda bir sürü kimyasal bilgi toplamislardi. DNA’nin zinci seklinde birbirine bagli, büyük miktarlarda fosforik asit içeren “nükleotid” denilen moleküllerden olustugu biliniyordu. Bunlar, o zamana kadar hücrede bilinen en büyük moleküllerdi. Avery, DNA’nin kalitimin temel maddesi oldugunu gösterdi. Baska ir deyisle “bir seyi kalitimla geçirmek demek, bir parça DNA aktarmak demektir”. Genler DNA’dir. Bilgi DNA’dir ve DNA bilgidir.
Avery’nin ispatindan beri, DNA konusunda bilinenler öyle sasirtici bir hizla artti ki, 1960'larda artik bilginin DNA’da nasil kodlandigini bu bilginin nasil hücre maddesine dönüstügü ve DNA’nin gelecek kusakla paylasilmak üzere nasil kopya edildigini biliyorduk. Bu zorlu yarisa bir çok bilim adami katildi; ama James Watson ve Francis Crick ’in DNA’nin dogru yapisinin ikili sarmal, yani içiçe dönen iki zincir oldugunu düsünüp bulmalari en büyük asamalardan biridir.
Öyleyse iste DNA’nin temel özelliklerine bakalim:
1.Molekül zincir seklindedir( Degisik basit molekül çesitlerinin birbirine eklenmesinden olusmus zincir seklindeki madde)
2.Olaganüstü uzun ve son derece incedir.Hücrenin çekirdegi 100 kere büyütülseyydi asagi yukari igne ucu büyüklügünde olacakti, yani gözün ancak seçebilecegi kadar. Ite bu küçücük çekirdek içinde katlanmis durumda bulunan DNA açilirsa, boyu, bir futbol sahasinin boyu kadar olur.
3. Zincirde dört çesit halka vardir (nükleotid denilen moleküller). Isimleri adenilik asit, guanilik asit, sitidilik asit ve timidilik asit; kisaltmalari A. G, C ve T.
4. Bu dört tür halkanin baglanma biçimi, adi bir zincirin halkalari gibi birbirinin aynidir.
5. Halkalarin sasmaz bir düzeni vardir, bu kitaptaki harflerin düzeni gibi.
Bundan sonra, zincirler üzerine söyleyecek çok seyimiz olacak. Bir zinciri her resimleyisimizde, buradaki bes biçimden hangisi en uygun, en açiklayicisiysa onu kullanacagiz. Kuskusuz, gerçek zincirlr bizim resimlerde gösterdiklerimizden çok daha uzundur.
DNA = Dil = Bilgi
Simdi dört çesit halkasi olan bir zincirimiz olsa ve bunun yeni bir bireyin olusmasi için gerekli bütün bilgiyi içerdigini bilsek, bu sirrin halkalarin siralanmasinda veya düzenininde yattigi sonucunu çikarmamiz gerekir.
Zincirin bu kadar çok anlam tasimasinin baska bir açiklamasi olamaz. Bilgi, böylece harita veya plan olmak yerine, düz bir yüzey üzerinde iki boyutlu bir seye, daha dogrusu tek boyutlu “yazili” talimat dizinine dönüsür. Burada dille-benzetme (analoji) yapilabilir.DNA alfabesinin dört harfi var, ama bunlarla yazilabelecek mesajlarin sayisi sonsuzdur. Tipki iki harfli Mors alfabesiyle (nokta-çizgi) söylenebileceklerin sinir olmadigi gibi.
Kitaplardaki harfler kagit üzerindeki yerlerine göre diziler halinde baglanmislardir. DNA içindeki dört nükleotid halkasi ise gerçek kimyasal baglarla dizi halinde baglanmistir. Belli bir organizma içindeki toplam DNA’da bir kitap gibi düsünülebilir. Bu kitapta, bütün harfler, deyimler, cümleler ve paragfraflar bir zincir olusturacak biçimde birbirine eklidir. Organizmanin bütün bölümleri ve bütün islevleri böylece tanimlanir. Bu organizmanin özdes bir ikizi varsa, o da ayni DNA’lari içerir, ayni kitaptan bir tane daha diye düsünülebilir; ne bir harf, ne bir sözcük farklidir ikisi arasinda. Ayni türün baska bir organizmasi da, gramerda sik sik ve göze çarpici farklar oldugu halde, benzer bir kitabi olusturur. Degisik türlerin kitaplari, içlerinde bir sürü benzer cümleler de olsa oldukça degisik öyküler anlatirlar.
Yukaridaki benzetmede zincirin parçalari olan genler, asagi yukari cümlelerin krsiligidirlar. Bir gen, organizmanin belirli bir yapisini olusturan veya islevini gören bir harf (nükleotid) dizidir. Genler, çok uzun bir DNA molekülünde arka arkaya eklenmis cümleler gibidirler.
Bir Insan Olusmasi Için Ne kadar Bilgi Gerekli?
Bilginin ne oldugunu gördükten sonra isterseniz, canlilari olusturmak için ne kadar bilgi gerektigi üzerine kabaca bir fikir edinelim:
1. Bir bakteri, canli yaratiklarin en basitlerindendir, 2 000 civarinda geni vardir. Her gen 100 civarinda harf (halka) içerir. Buna göre, bir bakterinin DNA’si en azindan iki milyon harf uzunlugunda olmalidir.
2. Insanin, bakteriden 500 kat fazla geni vardir.Öyleyse DNA en azindan bir milyar harf uzunlugundadir.
3. Bir bakterinin DNA’si bu hebsaba göre, her biri 100.000 kelimelik 20 ortaama uzunlukta romana, insanin ki ise bu romanlardan 10.000 tanesine esittir!
Dilden Maddeye
DNA dilinin anlami, belirli bir canli organizmayi tanimlamasindadir. Baska bir deyisle genler, maddenin, yasamin gerçek özünün, gerçek canli unsurun yaratilmasi için gerekli bilgiyi verirler. DNA dili fizik olarak yasamaya, nefes almaya, hareket etmeye, et üretmeye nasil çevrilebiliyor? Bu soruyu yanitlamadan önce, nelerden yapilmis oldugumuzu bilmemiz gerekir.
Proteinler
Bu konu zor görünebilir ama aslinda öyle degil. Bizi olusturan en önemli malzeme proteindir denilebilir. Diger yapi maddelerimiz (su, tuzlar, vitaminler, metaller, karbohidratlar, yaglar vb.) proteinlere destek olmak üzere bulunurlar. Proteinler yalnizca kütlemizin (suyu saymazsak) çognu olusturmakla kalmayip, ayni zamanda vücut isimizi, hareketlerimizi ayarlarlar, düsüncelerimizin ve duygularimizin da temelini olustururlar. Kisacasi bizi olusturan ve yaptigimiz her sey proteinlere dayanir. Örnegin, kendimi gözlüyorum: bütün kütlesi proteindir; ne görüyorsam (kürkü, gözleri, hareket etmesi bile) proteindir.
Içindeki her syey de proteindir. Ayrica kendime çok özel bir kisilik veren hersey de özel proteinlerle belirlenmistir. DNA’nin yönlendirilmesiyle yapilan proteinler birey olmanin, tek olmanin, bütün türlerin fiziksel temelidir. Metal, otomobil için neyse, protein bizim için odur. Otomobilde baska malzemeler de vardir; ama yapiyi ve islevi saglayan en önemli eleman metaldir. Hem görünüsü, hem de isleme yetenegini belirler. Bir arabanin digerinden farkini; biçimini, niteligi ve metal kisimlarin durumu belirler.
Simdi, yeni bir soru ve baska bir ayrintili inceleme için haziriz. Proteinler neden yapilmislardir?
Iste özelliklerinin listesi:
1. Zincir moleküldürler.
2. Uzundurlar ama DNA kadar degil.
3. Yirmi çesit protein halkasi vardir. Bunalara amino asitler denir.
4. Yirmi birimin de baglanti biçimi tamamen aynidir.
5.Yirmi birimin veya halkanin düzeni veya dizilis sirasi hassas ve kesindir.
Bu düzen, hangi protein oldugunu ve sonuçta islevinin ne oldugunu belirler.
Amino asitler, isimlerinin ilk üç harfi eklenmis zincir halkalariyla gösterilirler. Yirmi amino asit sunlardir: fenilalanin, leusin, izoleusin, metyonin, valin, serine, prolin, treoinin, alanin, tirosin,histidin, glutamin, asparajin, lisin, aspartik asit,glutamik asit, sistein, triptofan,arjinin,glisin.
Çeviri
Bu bes özelligin DNA zincirininkine ne kadar benzedigini gördünüz. Halkalari özel bir düzende olan zincirler, protein alfabesinde yirmi çesit harften olusuyor;DNA alfabesinde ise dört harf var. DNA bilgisinin protein maddesine dönüsmesinin aslinda dildeki gibi bir çeviri islemi oldugu hemen görülebilir. Dört harfli bir alfabedeki harf dizisinden, yirmi harfli bir alfabenin harf dizisine geçilmektedir. Mors dilinden (iki harfli nokta-çizgi alfabesinden) Ingilizce gibi yirmisekiz harfli alfabesi olan bir dile çeviri yapmaya da benzetilebilir bu.
Bütün olan biten aslinda bu kadar.Hücerelerin protein zincirleri içinde binlerce çok ufak, son derece basit çeviri makinesi var. Bunlara “ribosomlar” deniyor. Su sekilde çalisirlar: Önce DNA bilgisinin bir bölümü, bir gen, bir enzim (bu islemin hizlanmasina yardim eden bir protein) tarafindan kopye ediliyor. Mesajci RNA (mesajciribonükleik asit) dernilen bu gen kopyasi da bir zincirdir. RNA molekülleri,DNA moleküllerinin hemen hemen ayni zincir moleküllerdir; ama onlar kadar uzun degildirler. Bir DNA molekülü bir çok geni içerir, bir mesajci RNA molekülü ise yalnizca bir tek genin kopyasidir. Bu RNA moleküllerine “mesajci” denir, çünkü genin mesajinin, ribosomlar yolu ile DNA’nin hücredeki yeri olan çekirdekten proteinlerin yapildiklari hücrenin çekirdek disindaki kismina (stoplazma) tasirlar.
Gen kopyasi mesajci RNA bir ucunu ribosoma baglar,
Ribosom okuyucudur;mesajci RNA’nin içindeki nükleotidlerin (harflerin) dizilisini okur; ama bildigimiz anlamli bir sözcük çikarmak yerine protein çikarir. Bu su sekilde gerçeklesir: Özel enzimler amino asitleri “transfer” RNA (tRNA) denilen küçük bir RNA molekülüne baglarlar. Yirmi amino asitin her biri özel RNA molekülüne baglanir.
Amino asite baglanmis tRNA’lar kendilerini ribosoma yöneltirler.
Ribosom, gerekli tRNA’yi (bagli amino asitlerle birlikte) o anda mesajci RNA’dan okudugu deyimlere uygun olarak seçer. Yani egere ribosom mesajcidan ala amino asitini (alanin) belirleyen bir grup nükleotid mesajini okumussa, bu amino asitin bagli oldugu gruba uygun nükleotidleri olan bir tRNA seçer. Mesajci nükleotidin, belli bir amino asite uygunlugu, nükleotidlerin dogal uygunluk iliskisine dayanir.Mesajci üzerindeki her nükleotid dizisi, transfer RNA üzerindeki uygun nükleotid dizisiyle mükemmel bir sekilde eslesir. Her yeni aminoasit ve onun tRNA’si ribosoma gelip uygun biçimde yerlestikçe, amino asit kendisenden önce ribosoma gelmis olan amino asitle kimyasay olarak birlesir.
Böylece, halkalar sirayla birer birer baglanir. Ribosom mesaji okudukça protein zincirinin boyu durmadan inin okunma ibitince, bütühn protein halkasi serbest birakilir.
Böylece yeni bir protein dogmus olur. Bir genboyu DNA’nin içindeki nükleotid dizilisi, bir protein içindeki amino asit dizisini tam olarak belirler. Bir gen, bir protein. Bir gen; bir protein kavrami bizim proteinlerin nasil olustugunu ögrenmemizden çok uzun zaman önce bulunmustu.1930'larda ekmek küfü üzerine bir dizi parlak deney yapan biyokimyaci George Beadle, bir teks gen içindeki degisikyiklerin, bir tek proteinde bozulmaya yol açtigini göstermisti.Buna dayanilarak yapilan çcalismalar bakteri kullanilarak ilerletildi ve genisletildi. Bu büyük çalisma ve burada anlatacagimiz niceleri, herman Müller’in 1920'lerdeki DNA’daki degismelerin (mutasyon), istenildiginde canli sistemleri x-isinlarina tutarak saglanabalecegini gösteren önemli bulusu olmasaydi basarilamazdi. DNA, bir hücrdede bulunan degisik p;roteinler kadar gen içerir (bakteride 2000; insanda 200.000).
Protein yapan makinenin bu çeviri islemindeki sasmayan hatasizligi,kuskusuz dikkate deger. bir hücrenin yasamasi için gerekli binlerce proteinin üretilmesinde ancak bir-iki yanlisligüa yer olabilir. Insanlarin yahptigi hiçbir makine, bunun gibi 200 romana esdeger bir yaziyi bu kadar az yanlisla yazamaz.
t-RNA’nin Bulunmasi
Hocam Paul Zamecnik ve ben, 1956'da transfer RNA’yi birlikte bulduk ve neye yaradigini açikladik. Zamecnik daha önce ribosomlarin, üzerinde proteinlerin biraraya getirildigi strüktürler oldugunu göstermisti.Ben de bu tarihten bir yil önce amino asitlerin özel bir dizi enzimle aktif hale getireilebildigini (yani diger amino asitlerle reaksiyona hazirlandigini) kanitlamistim (bu dördüncü bölümde anlatiliyor). Ama arada eksik bir sey vardi: amino asitlerin baglanabilecegi ve onlara , mesajci RNA’larin gösterdigi yerlere yerlestirilmelerini saglayan kimligi kazandiracak bir sey.
Paul Zamecnikle birlikte, hücreler içinde amino asitlere önemli bir yatkilnigi olan, yani onlarla olagandisi bir siklikla baglanabilen küçük RNA molekülleri oldugunu gördük. Proteinin yapilisnida ki eksik olan halkayi buldugumuzu hemen anladik. Bir sürü yogun ve zevkli deneyden sonra, ondan sonraki yilin sonlarina dogru,tRNA’nin protein yapimina katilim yönteminin size daha önce açikladigim oldukça tam bir resimini elde ettik.
Yaptigi deneylerde açiklayamadigi sasirtici sonuçlar buldu. Ölü zatürre bakterileri, kötü niteliklerini, zatürre yapmayan türden canli bakterilere geçirebiliyorlardi. Bu, tehlikeli ölü bakterilerin, canli ve zararsiz bakterileri tehlikeli hale getirebilmeleri demekti.Bu nitlik bir defa geçirilince artik kalici oluyor ve bir zamanlar iyi huylu olan bakterilerin gelecek kusaklarina kalitimla geçiyordu. Hastaliga neden olabilme kapasitesi bir veya bir grup özellekten kaynaklanir. Bu özellikler, genler tarafindan kontrol edilir ve kalitimla geçirilirler. Avery, ölü baterilerin parçalandiklarini, vücutlarinin bilgi tasiyan kimyasal maddeler çikardigini, canli baketirelirn de bulari besin olarak kullandiklarini düsündü. Yani genler, canli bakterilere girip onlarin kalitimlarini belirtiyorlardi. Avery ve arkadaslari, bu gene benzer maddeyi kesin olarak belirlemek üzere çalismaya basladilar.
Insan, Tip bilimi için, genlerin kimyasal özelliklerinin bulunmasindan daha önemli bir problem olabilecegini düsünüemez. Ancak bu kesinlikle insanlar, hatta hayvanlar üzerinde de incelenebilecek bir problem degildi. Neyse ki zatürre yapan bakteriler, Avery’e uygun bir sistem getirdiler. Bu iyi ve degerli bir model-deney sistemi örnegi olusturuyordu. Aslinda, bütün genetik bilgi birikimi, 100 yil önce Gregor Mendel’le baslangicindan bugünkü arastirmalara kadar, büyük ölçüde basit deney modellerine dayanir. Bezelyeler, meyve sinektleri, ekmek küfü ve bakteriler... Avery’nin üzerinde çalistigi bakteriler geretik olarak birbirinin tipkisiydi. Baska cinslerle karismamis, safkan bakterilerdi bunlar. Hizla üreyebiliyorlardi öyle ki kalitim özelliklerini birçok kusagin üzerinde izlemek olanakliydi. Zatürreye neden olma yetenekleri, farelere verilerek kolayca ölçülebiliyordu. Avery’nin yaptigi önemli deneyleden biri, probleme açik bir yanit getirdi. Ölü bakterilerden dagilan bir molekül karisimini aldi ve içine DNA’yi “bozan” bir enzim ekledi. DNA’nin bozulmasi, karisimin zararsiz bakterileri zararli bakteriye çevirebilme yetenegine bir son verdi. Buna ek bir deneyle Avery ve arkadaslari, zararsiz bakterileri hastalik yapan bakteriye çeviren maddenin “deoksiribonükleik asit” veya DNA oldugunu kanitladilar.
DNA: Deoksiribonükleik Asit
Aslinda, DNA’yi Avery bulmadi. Bu isi, Avery’den altmis yil önce Friedrich Miescher adinda bir arastirmaci yapmisti. O ve onu izleyen bilim adamlari bu konuda bir sürü kimyasal bilgi toplamislardi. DNA’nin zinci seklinde birbirine bagli, büyük miktarlarda fosforik asit içeren “nükleotid” denilen moleküllerden olustugu biliniyordu. Bunlar, o zamana kadar hücrede bilinen en büyük moleküllerdi. Avery, DNA’nin kalitimin temel maddesi oldugunu gösterdi. Baska ir deyisle “bir seyi kalitimla geçirmek demek, bir parça DNA aktarmak demektir”. Genler DNA’dir. Bilgi DNA’dir ve DNA bilgidir.
Avery’nin ispatindan beri, DNA konusunda bilinenler öyle sasirtici bir hizla artti ki, 1960'larda artik bilginin DNA’da nasil kodlandigini bu bilginin nasil hücre maddesine dönüstügü ve DNA’nin gelecek kusakla paylasilmak üzere nasil kopya edildigini biliyorduk. Bu zorlu yarisa bir çok bilim adami katildi; ama James Watson ve Francis Crick ’in DNA’nin dogru yapisinin ikili sarmal, yani içiçe dönen iki zincir oldugunu düsünüp bulmalari en büyük asamalardan biridir.
Öyleyse iste DNA’nin temel özelliklerine bakalim:
1.Molekül zincir seklindedir( Degisik basit molekül çesitlerinin birbirine eklenmesinden olusmus zincir seklindeki madde)
2.Olaganüstü uzun ve son derece incedir.Hücrenin çekirdegi 100 kere büyütülseyydi asagi yukari igne ucu büyüklügünde olacakti, yani gözün ancak seçebilecegi kadar. Ite bu küçücük çekirdek içinde katlanmis durumda bulunan DNA açilirsa, boyu, bir futbol sahasinin boyu kadar olur.
3. Zincirde dört çesit halka vardir (nükleotid denilen moleküller). Isimleri adenilik asit, guanilik asit, sitidilik asit ve timidilik asit; kisaltmalari A. G, C ve T.
4. Bu dört tür halkanin baglanma biçimi, adi bir zincirin halkalari gibi birbirinin aynidir.
5. Halkalarin sasmaz bir düzeni vardir, bu kitaptaki harflerin düzeni gibi.
Bundan sonra, zincirler üzerine söyleyecek çok seyimiz olacak. Bir zinciri her resimleyisimizde, buradaki bes biçimden hangisi en uygun, en açiklayicisiysa onu kullanacagiz. Kuskusuz, gerçek zincirlr bizim resimlerde gösterdiklerimizden çok daha uzundur.
DNA = Dil = Bilgi
Simdi dört çesit halkasi olan bir zincirimiz olsa ve bunun yeni bir bireyin olusmasi için gerekli bütün bilgiyi içerdigini bilsek, bu sirrin halkalarin siralanmasinda veya düzenininde yattigi sonucunu çikarmamiz gerekir.
Zincirin bu kadar çok anlam tasimasinin baska bir açiklamasi olamaz. Bilgi, böylece harita veya plan olmak yerine, düz bir yüzey üzerinde iki boyutlu bir seye, daha dogrusu tek boyutlu “yazili” talimat dizinine dönüsür. Burada dille-benzetme (analoji) yapilabilir.DNA alfabesinin dört harfi var, ama bunlarla yazilabelecek mesajlarin sayisi sonsuzdur. Tipki iki harfli Mors alfabesiyle (nokta-çizgi) söylenebileceklerin sinir olmadigi gibi.
Kitaplardaki harfler kagit üzerindeki yerlerine göre diziler halinde baglanmislardir. DNA içindeki dört nükleotid halkasi ise gerçek kimyasal baglarla dizi halinde baglanmistir. Belli bir organizma içindeki toplam DNA’da bir kitap gibi düsünülebilir. Bu kitapta, bütün harfler, deyimler, cümleler ve paragfraflar bir zincir olusturacak biçimde birbirine eklidir. Organizmanin bütün bölümleri ve bütün islevleri böylece tanimlanir. Bu organizmanin özdes bir ikizi varsa, o da ayni DNA’lari içerir, ayni kitaptan bir tane daha diye düsünülebilir; ne bir harf, ne bir sözcük farklidir ikisi arasinda. Ayni türün baska bir organizmasi da, gramerda sik sik ve göze çarpici farklar oldugu halde, benzer bir kitabi olusturur. Degisik türlerin kitaplari, içlerinde bir sürü benzer cümleler de olsa oldukça degisik öyküler anlatirlar.
Yukaridaki benzetmede zincirin parçalari olan genler, asagi yukari cümlelerin krsiligidirlar. Bir gen, organizmanin belirli bir yapisini olusturan veya islevini gören bir harf (nükleotid) dizidir. Genler, çok uzun bir DNA molekülünde arka arkaya eklenmis cümleler gibidirler.
Bir Insan Olusmasi Için Ne kadar Bilgi Gerekli?
Bilginin ne oldugunu gördükten sonra isterseniz, canlilari olusturmak için ne kadar bilgi gerektigi üzerine kabaca bir fikir edinelim:
1. Bir bakteri, canli yaratiklarin en basitlerindendir, 2 000 civarinda geni vardir. Her gen 100 civarinda harf (halka) içerir. Buna göre, bir bakterinin DNA’si en azindan iki milyon harf uzunlugunda olmalidir.
2. Insanin, bakteriden 500 kat fazla geni vardir.Öyleyse DNA en azindan bir milyar harf uzunlugundadir.
3. Bir bakterinin DNA’si bu hebsaba göre, her biri 100.000 kelimelik 20 ortaama uzunlukta romana, insanin ki ise bu romanlardan 10.000 tanesine esittir!
Dilden Maddeye
DNA dilinin anlami, belirli bir canli organizmayi tanimlamasindadir. Baska bir deyisle genler, maddenin, yasamin gerçek özünün, gerçek canli unsurun yaratilmasi için gerekli bilgiyi verirler. DNA dili fizik olarak yasamaya, nefes almaya, hareket etmeye, et üretmeye nasil çevrilebiliyor? Bu soruyu yanitlamadan önce, nelerden yapilmis oldugumuzu bilmemiz gerekir.
Proteinler
Bu konu zor görünebilir ama aslinda öyle degil. Bizi olusturan en önemli malzeme proteindir denilebilir. Diger yapi maddelerimiz (su, tuzlar, vitaminler, metaller, karbohidratlar, yaglar vb.) proteinlere destek olmak üzere bulunurlar. Proteinler yalnizca kütlemizin (suyu saymazsak) çognu olusturmakla kalmayip, ayni zamanda vücut isimizi, hareketlerimizi ayarlarlar, düsüncelerimizin ve duygularimizin da temelini olustururlar. Kisacasi bizi olusturan ve yaptigimiz her sey proteinlere dayanir. Örnegin, kendimi gözlüyorum: bütün kütlesi proteindir; ne görüyorsam (kürkü, gözleri, hareket etmesi bile) proteindir.
Içindeki her syey de proteindir. Ayrica kendime çok özel bir kisilik veren hersey de özel proteinlerle belirlenmistir. DNA’nin yönlendirilmesiyle yapilan proteinler birey olmanin, tek olmanin, bütün türlerin fiziksel temelidir. Metal, otomobil için neyse, protein bizim için odur. Otomobilde baska malzemeler de vardir; ama yapiyi ve islevi saglayan en önemli eleman metaldir. Hem görünüsü, hem de isleme yetenegini belirler. Bir arabanin digerinden farkini; biçimini, niteligi ve metal kisimlarin durumu belirler.
Simdi, yeni bir soru ve baska bir ayrintili inceleme için haziriz. Proteinler neden yapilmislardir?
Iste özelliklerinin listesi:
1. Zincir moleküldürler.
2. Uzundurlar ama DNA kadar degil.
3. Yirmi çesit protein halkasi vardir. Bunalara amino asitler denir.
4. Yirmi birimin de baglanti biçimi tamamen aynidir.
5.Yirmi birimin veya halkanin düzeni veya dizilis sirasi hassas ve kesindir.
Bu düzen, hangi protein oldugunu ve sonuçta islevinin ne oldugunu belirler.
Amino asitler, isimlerinin ilk üç harfi eklenmis zincir halkalariyla gösterilirler. Yirmi amino asit sunlardir: fenilalanin, leusin, izoleusin, metyonin, valin, serine, prolin, treoinin, alanin, tirosin,histidin, glutamin, asparajin, lisin, aspartik asit,glutamik asit, sistein, triptofan,arjinin,glisin.
Çeviri
Bu bes özelligin DNA zincirininkine ne kadar benzedigini gördünüz. Halkalari özel bir düzende olan zincirler, protein alfabesinde yirmi çesit harften olusuyor;DNA alfabesinde ise dört harf var. DNA bilgisinin protein maddesine dönüsmesinin aslinda dildeki gibi bir çeviri islemi oldugu hemen görülebilir. Dört harfli bir alfabedeki harf dizisinden, yirmi harfli bir alfabenin harf dizisine geçilmektedir. Mors dilinden (iki harfli nokta-çizgi alfabesinden) Ingilizce gibi yirmisekiz harfli alfabesi olan bir dile çeviri yapmaya da benzetilebilir bu.
Bütün olan biten aslinda bu kadar.Hücerelerin protein zincirleri içinde binlerce çok ufak, son derece basit çeviri makinesi var. Bunlara “ribosomlar” deniyor. Su sekilde çalisirlar: Önce DNA bilgisinin bir bölümü, bir gen, bir enzim (bu islemin hizlanmasina yardim eden bir protein) tarafindan kopye ediliyor. Mesajci RNA (mesajciribonükleik asit) dernilen bu gen kopyasi da bir zincirdir. RNA molekülleri,DNA moleküllerinin hemen hemen ayni zincir moleküllerdir; ama onlar kadar uzun degildirler. Bir DNA molekülü bir çok geni içerir, bir mesajci RNA molekülü ise yalnizca bir tek genin kopyasidir. Bu RNA moleküllerine “mesajci” denir, çünkü genin mesajinin, ribosomlar yolu ile DNA’nin hücredeki yeri olan çekirdekten proteinlerin yapildiklari hücrenin çekirdek disindaki kismina (stoplazma) tasirlar.
Gen kopyasi mesajci RNA bir ucunu ribosoma baglar,
Ribosom okuyucudur;mesajci RNA’nin içindeki nükleotidlerin (harflerin) dizilisini okur; ama bildigimiz anlamli bir sözcük çikarmak yerine protein çikarir. Bu su sekilde gerçeklesir: Özel enzimler amino asitleri “transfer” RNA (tRNA) denilen küçük bir RNA molekülüne baglarlar. Yirmi amino asitin her biri özel RNA molekülüne baglanir.
Amino asite baglanmis tRNA’lar kendilerini ribosoma yöneltirler.
Ribosom, gerekli tRNA’yi (bagli amino asitlerle birlikte) o anda mesajci RNA’dan okudugu deyimlere uygun olarak seçer. Yani egere ribosom mesajcidan ala amino asitini (alanin) belirleyen bir grup nükleotid mesajini okumussa, bu amino asitin bagli oldugu gruba uygun nükleotidleri olan bir tRNA seçer. Mesajci nükleotidin, belli bir amino asite uygunlugu, nükleotidlerin dogal uygunluk iliskisine dayanir.Mesajci üzerindeki her nükleotid dizisi, transfer RNA üzerindeki uygun nükleotid dizisiyle mükemmel bir sekilde eslesir. Her yeni aminoasit ve onun tRNA’si ribosoma gelip uygun biçimde yerlestikçe, amino asit kendisenden önce ribosoma gelmis olan amino asitle kimyasay olarak birlesir.
Böylece, halkalar sirayla birer birer baglanir. Ribosom mesaji okudukça protein zincirinin boyu durmadan inin okunma ibitince, bütühn protein halkasi serbest birakilir.
Böylece yeni bir protein dogmus olur. Bir genboyu DNA’nin içindeki nükleotid dizilisi, bir protein içindeki amino asit dizisini tam olarak belirler. Bir gen, bir protein. Bir gen; bir protein kavrami bizim proteinlerin nasil olustugunu ögrenmemizden çok uzun zaman önce bulunmustu.1930'larda ekmek küfü üzerine bir dizi parlak deney yapan biyokimyaci George Beadle, bir teks gen içindeki degisikyiklerin, bir tek proteinde bozulmaya yol açtigini göstermisti.Buna dayanilarak yapilan çcalismalar bakteri kullanilarak ilerletildi ve genisletildi. Bu büyük çalisma ve burada anlatacagimiz niceleri, herman Müller’in 1920'lerdeki DNA’daki degismelerin (mutasyon), istenildiginde canli sistemleri x-isinlarina tutarak saglanabalecegini gösteren önemli bulusu olmasaydi basarilamazdi. DNA, bir hücrdede bulunan degisik p;roteinler kadar gen içerir (bakteride 2000; insanda 200.000).
Protein yapan makinenin bu çeviri islemindeki sasmayan hatasizligi,kuskusuz dikkate deger. bir hücrenin yasamasi için gerekli binlerce proteinin üretilmesinde ancak bir-iki yanlisligüa yer olabilir. Insanlarin yahptigi hiçbir makine, bunun gibi 200 romana esdeger bir yaziyi bu kadar az yanlisla yazamaz.
t-RNA’nin Bulunmasi
Hocam Paul Zamecnik ve ben, 1956'da transfer RNA’yi birlikte bulduk ve neye yaradigini açikladik. Zamecnik daha önce ribosomlarin, üzerinde proteinlerin biraraya getirildigi strüktürler oldugunu göstermisti.Ben de bu tarihten bir yil önce amino asitlerin özel bir dizi enzimle aktif hale getireilebildigini (yani diger amino asitlerle reaksiyona hazirlandigini) kanitlamistim (bu dördüncü bölümde anlatiliyor). Ama arada eksik bir sey vardi: amino asitlerin baglanabilecegi ve onlara , mesajci RNA’larin gösterdigi yerlere yerlestirilmelerini saglayan kimligi kazandiracak bir sey.
Paul Zamecnikle birlikte, hücreler içinde amino asitlere önemli bir yatkilnigi olan, yani onlarla olagandisi bir siklikla baglanabilen küçük RNA molekülleri oldugunu gördük. Proteinin yapilisnida ki eksik olan halkayi buldugumuzu hemen anladik. Bir sürü yogun ve zevkli deneyden sonra, ondan sonraki yilin sonlarina dogru,tRNA’nin protein yapimina katilim yönteminin size daha önce açikladigim oldukça tam bir resimini elde ettik.