Kalıtımın Tarihçesi

1865: Avusturyalı Gregor Mendel kalıtımın ilk yasalarını buldu . Bu yasalar , kalıtsal özellikleri denetleyen bağımsız ve yeniden üretebilen elementlerin varlığına dayanıyordu .

1910: Amerikalı Thomas Morgan , genleri taşıyanların kromozomlar olduğunu ortaya çıkardı . Morgan bu çalışmasıyla 1933'te Nobel Ödülü kazandı .

1940: Amarikalı George Beadle ve Edward Tatum'la Fransız Boris Epnrussi bir genle bir enzimin etkinlikleri arasındaki ilişkiyi buldular .

1944: Amerikalı Oswald Avery , Colin McLeod ve McLyn McCarthy , kromozomların sanıldığı gibi proteinlerden değil , DNA‘dan yapıldığı gösterdiler . 1953: Amerikalı James Watson ve İngiliz Francis Crick , DNA'nın ikili sarmal yapısını açıkladılar . Watson ve Crick bu çalış malarıyla 1962 yılında Nobel ödülü aldılar .

1966: Amerikalı G . Khorana ve M . Nirenberg DNA sarmalındaki üç bazın bir aminoasit oluştur duğunu buldular .

1976: İngiliz Frederick Sanger ve Amerikalı William Gilbert , DNA dizilişi tekniğini açıklayarak 1980'de Nobel ödülü aldılar .    

1984: Fransız Jean Dausset , insan polimorfizmi araştırma larının yapıldığı bir merkez kurdu . Merkezin amacı hasta ailelerden DNA örnekleri topla maktı .

1988: İnsan genomu çalış malarını planlamak için ulus lararası bir kuruluş olan İnsan Genom Organizasyonu ( Human GenomeOrganization-HUGO ) kuruldu .

1990: Ana amacı insan genomundaki bazların dizilişini bulmak ve genlerin yerini belirlemek olan İnsan Genom Projesi başladı .

1995: Craig Venter'ın yönettiği Genom Araştırmaları Enstitüsü ( The Institute for Genomic Research ) Haemophilus influenzae  adlı bakterinin genom dizilişini ortaya çıkardı .

1998: Celera Genomics adlı bir genom dizilişi bulma şirketi kuran Craig Venter , insanın gen haritasını kamu projesinden daha önce bitireceğini açıkladı .

1999: Dizilişi tamamlanan ilk kromozom olan 22 . kromozomun dizilişi Aralık ayında yayımlandı .

2000: Nisan ayında Craig Venter genom haritasının taslağını tamamladıklarını açıkladı .

2000: İnsan Genom Projesi'nde çalışan Alman ve Japon bilim adamları , 21 . kromozomun baz dizilişini Mayıs ayında tamamladılar .

DNA

            Deoksiribonükleik asit , DNA , hücrelerin bilgi deposudur . Bir hücreyi ya da organizmayı oluşturmak için gerekli tüm bilgileri içerir . Diğer pek çok iletişim sisteminde olduğu gibi bu bilgiler de kodlanmış olarak taşınır . DNA , çok ince ve çok uzun bir çift iplikçikten oluşur . Yapı taşları nükleotid denilen moleküllerdir . Nükleotidler üç bölümden oluşur: Bir fosfat grubu ( H₃PO₄ ) , beş karbonlu bir şeker ve bir organik baz ( adenin , guanin , sitozin ya da timin ) . Nükleotidin şeker parçasındaki karbonlar , baz ve fosfat gruplarının bağlanması için gereklidir . Bu şekerin 1' numaralı karbonu baz molekülüyle , 5' ucundaki grubuysa fosfatla bağlanır . Böylece oluşan nükleotidler birbirleriyle özel bir şekilde birleşerek , polinükleotid zincirlerini oluştururlar . Bu birleşmede her zaman ilk nükleotidin şekerinin 3' grubuyla , buna eklenecek nükleotidin 5' ucunda bulunan fosfat grubu birleşir . Bu nedenle polinükleotid zincirleri belli bir yöne sahip olur ( 5' dan 3' a doğru ) . DNA molekülü , ikipolinükleotid zincirinin birbirlerine sarılmasıyla oluşur . Şeker ve fosfattan oluşan iskelet bu ikili sarmalın dış bölümünü oluştururken , bazlar da sarmalın iç bölgesinde birbirleriyle karşılıklı olarak birleşirler . Bu baz çiftleri , sarmalda birbiri üzerine gelen paralel düzlemler oluştururlar . Sarmalı oluşturan polinükleotid zincirlerinin yönleri zıttır; birinin 5' ucu , diğerinin 3' ucuyla aynı yöndedir . Bu iki zincir , hidrofobik etkileşimlere ek olarak karşılıklı dizilmiş bazlar arasında oluşan hidrojen bağları sayesinde bir arada tutulur . Adenin ( A ) her zaman timinle ( T ) birleşir ve aralarında 2 hidrojen bağı kurulur; guaninse ( G ) sitozinle ( C ) birleşir ve aralarında 3 hidrojen bağı kurulur . Bir DNA molekülündeki guanin+sitozin nükleotidlerin oranı ne kadar çok ise DNA'nın iki ipliğini birbirinden ayırmak da o kadar güçtür .

DNA'nın Görevleri:

v     Hücre bölünmesi sırasında ( interfazda ) kendine eşleyerek ana hücrenin DNA'sı kadar DNA'nın oğul hücrelere değişmeden aktarılmasını sağlar . ( replikasyon )

v     Kalıtsal bilgi taşır .

v     Hücrelerde RNA , protein ve enzim sentezini gerçekleştirir .

v     Mutasyon denilen kalıtsal değişikliklere olanak sağlar .

DNA Eşlemesi ( replikasyon )

             Bir organizmanın aynı tip hücrelerinde DNA'nın hem kimyasal özelliği hem de toplam miktarı dölden döle sabit kalır . Bunun nedeni DNA'nın kendini eşlemesidir .

Ø      Öncelikle eşleme sırasında kullanılacak adenin , timin , sitozin ve guanin nükleotidlerin ortamda hazır bulunması gerekir . Bunun içinDeoksiriboz+Organik baz+Fosforik asitlerden çok sayıda nükleotid sentezlenir .

Ø      Hücre mitoz bölünmeye hazırlanırken DNA bütün uzunluğu boyunca bütün kromozomlarda , zayıf hidrojen bağlarını kopmasıyla iki polinükleotidzinciri fermuar gibi açılmaya başlar . Bu şekilde ayrılan her iki koldaki bazların uçları açık kalır .

Ø      Hücrenin hammadde deposunda bulunan nükleotidler açıkta kalan bazların karşısında , uygun olacak şekilde yerlerini alırlar .

Ø      Böylece ayrılan dizilerin her biri , kaybettiği nükleotid eşlerinin yerine tamamen

aynı çeşitten eşler alıp yeni birer ikili dizi oluştururlar . İkinci dizi birincinin tamamlayıcısı olur .

Ø      Sarmalın sonuna geldiğinde bilgisi değişmemiş iki DNA ortaya çıkar .

DNA Molekül Modelinin Denenmesi: 

                E . Coli bakterisi tek azot kaynağı olarak ağır izotopu ( N¹⁵ ) içeren bir besiyerinde üretilirse bakteri DNA'sının bütün nükleotid bazları izotopla etkilenir . Böyle bir DNA , bakterilerden elde edilip santrifüj edildiğinde , ağır DNA'nın ( N¹⁵- DNA ) normal azot ( N¹⁴ ) içeren hafif DNA'dan ( N¹⁴-DNA ) daha hızlı çöktüğü görülmüştür . Böylelikle DNA'ların birbirinden ayırt edilmesi sağlanmıştır .

            Ağır ( N¹⁵ ) DNA içeren bakteriler normal azot içeren bir besiyerine ( N¹⁴ besiyeri ) aktarıldığında üremişler ve DNA'nın yapımında N¹⁴ kullanarak çoğalmışlardır . Bakteri sayısının iki katına çıktığı bir zamanda ( 1 . oğul döl ) izole edilen DNA'nın normal N¹⁴-DNA'dan ağır fakat N¹⁵-DNA'dan hafif olduğu saptanmıştır . Buna göre birinci oğul döl bakterilerin DNA'larında bir ağır zincir ( N¹⁵ ) ve bir de yeni yapılmış hafif N¹⁴ zinciri bulunduğu kabul edilmiştir .

            N¹⁴ besiyerinde üreyen ikinci oğul döl bakterilerde ise bazı DNA moleküllerinin sadece N¹⁴ ihtiva ettikleri tespit edilmiştir . Bu DNA molekülleri ancak birinci dölbakterilerinin N¹⁴-DNA zincirlerinin replikasyonu sonunda ortaya çıkabilirdi . İkinci döldeki bakterilerde bundan başka N¹⁴-N¹⁵-DNA ( melez ) molekülleri de görülmüştür . Bunların bir zinciri N¹⁴-DNA diğeri N¹⁵-DNA'dan oluşmuştur . Bu melez N¹⁴-N¹⁵ DNA molekülleri birinci döl bakterilerindeki N¹⁵ DNA zincirlerinin N¹⁴ nükleotidlerlereplikasyonu sonucu ortaya çıkmıştır . Daha sonraki döllerde N¹⁴ moleküllerinin oranı gittikçe artmıştır .

DNA'larımızda Neden Hata Olur? 

Bilim adamları , genlerimizdeki bilgileri açığa çıkardıkça , DNA'larımızda bir çok hatanın olduğunu da buldular . Bir insan hücresinde 46 kromozomun içine paketlenmiş 3 milyar baz çifti içeren yaklaşık 190 cm uzunluğunda DNA bulunur . İnsan hücreleri yaşam süresince sürekli bölünerek çoğalır . Bir hücre bölünmeden önce , içindeki DNA miktarı iki katına çıkar . Bölünme tamamlanınca da her hücrede eski miktarında DNA bulunur .

          Her birimiz anne babalarımızdan yüzlerce kalıtsal mutasyonu miras alırız . Bizim anne babalarımız da kendi anne babalarında alırlar . Bundan  başka da hücrelerimizde bulunan DNA yaşamımız boyunca yaklaşık 30 yeni  mutasyon geçirir .

            Bu mutasyonlar , DNA'nın eşlenmesi , hücre bölünmesi ya da çevrenin verdiği zararlar sonucunda oluşur . DNA parçacıkları kopabilir , kırılabilir ya da DNA dizisine yeni parça katılabilir . Mutasyonların çoğu , yalnızca bir geni yapmak için gereken bilgiyi içermeyen DNA kısımlarını etkiler , bu gibi durumlar sorun yaratmaz . Ancak , bir hücreyi belirli bir proteini yapmaya yönlendiren DNA iletisini değiştiren bir mutasyon oluştuğunda sorun ortaya çıkar . DNA'nın yapısında yer alan adenin ,sitozin , guanin ve timin bazlarının farklı dizilişleriyle iletiler yerine ulaşır .

            Canlı kalmak ve işlevleri sürdürmek için insan vücudunun her gün milyonlarca taze protein molekülüne gereksinimi vardır . 50000 çeşit olan bu proteinler uygun zamanda , uygun yerde ve uygun miktarda sağlanmalıdır . Yalnızca bir tek bazın bile hatalı olması yanlış aminoasitin oluşmasıyla sonuçlanır . Aminoasitlerde oluşan bir hata da aminoasitlerin yapısına katıldığı proteinin değişmesiyle sonuçlanır . Bir ya da iki bazın kaybolmasıysa her bir baz üçlüsünün yanlış okunmasıyla sonuçlanır . Bu okuma hataları , genellikle hücrelerin protein yapamamasına yol açar .

            DNA'daki kalıtsal bilgiler proteinlere doğrudan aktarılamaz . DNA'daki bilgiler , RNA‘da kopyalanır . RNA , gerçekte DNA'daki bilgiyi proteine aktaran bir aracıdır . DNA hücre çekirdeğinin içinden hiç ayrılmaz; ancak kalıtsal bilgiyi RNA'ya aktarır . Bir proteinin yapımı için gereken tüm bilgiler DNA'da ayrı parçacıklar halinde vardır . Bu bilgiler hücre dışına çıkmadan önce birleştirilmelidir . İşte , bu birleştirme aşaması kalıtsal hastalıklar bakımından önem taşır , çünkü birçok kalıtsal hastalık birleştirme sırasındaki bozukluklara bağlı olarak ortaya çıkar .

            Kimi kalıtsal hastalıklar daha yaygın , kimi daha ender olarak görülür . Bu durumu belirleyen etken , kromozomun büyüklüğüdür . Kromozomun büyük olması , herhangi bir yerinde hata olması olasılığını artırır .

Polimeraz Zincir Reaksiyonu , PCR

            Moleküler klonlama , DNA parçalarının bakterilerde çoğaltılmasını sağlar . DNA moleküllerinin çoğaltılabileceği bir başka yol da , 1988'de Kary Mullis'in geliştirdiğipolimeraz zincir reaksiyonu , PCR , yöntemidir . Çoğaltılmak istenilen DNA parçasının bir kısmının dizilimi bilindiğinde , PCR sayesinde bu DNA parçası tümüylelaboratuvar koşullarında çok fazla miktarda elde edilebilir . DNA moleküllerinin sayısı her çevrimde bir öncekinin iki katına çıkar . Tek bir DNA molekülü 30 çevrim sonunda yaklaşık bir milyar tane olur . Bu yöntem sayesinde başlangıç için çok az miktarda DNA yeterli olur . Çoğaltılmak istenen DNA ısıtılarak , iki zinciri birbirinden ayrılır . Daha sonra soğutularak 15-20 bazlık yapay DNA parçalarıyla ( primerler ) birleşmesi sağlanır . “Taq polimeraz” denilen  özel bir enzim yardımıyla , primerlerdenbaşlayarak yeni DNA zincirleri sentezlenir . Sonuçta , bir çevrim sonunda ilkinin aynı iki DNA molekülü elde edilmiş olur .

Sanger Yöntemiyle DNA Nükleotid Diziliminin Belirlenmesi

            Dideoksinükleotidler , deoksinükleotidlerdeki gibi 2'-OH grupları yanında ayrıca , 3'-OH gruplarını da kaybetmiş nükleotidlerdir . Bu nükleotidler , sentezlenmekte olan DNA' ya rahatça bağlanabilirler . Ancak 3'-OH grupları olmadığı için , DNA sentezi sırasında bir sonraki nükleotid bunlara bağlanamaz ve sentez sona erer . DNA'nın nükleotid dizilimi belirleneceği zaman , DNA sentezi radyoaktif olarak işaretlenmiş bir primer ile başlatılır . Dört farklı reaksiyon yürütülür . Bunların her birinde bir tip dideoksinükleotid ve diğer normal deoksinükleotidler kullanılır . Dideoksinükleotid sentezlenen DNA'ya eklendiği zaman DNA sentezi durur . Bu durumda her bir reaksiyon , radyoaktif primerlerle başlayıp dideoksinükleotidle biten bir seri DNA molekülü oluşturur . Bu dört reaksiyonun ürünleri otoradyografiyle incelenerek , DNA'nın nükleotid dizilimi belirlenir .  

Rekombinant ( melez ) DNA parçalarının Hazırlanması  

Rekombinant bir DNA molekülü oluşturmak için kullanılacak DNA parçaları , genellikle “restriksiyon” enzimler kullanarak elde edilir . Bu enzimlerin çoğu kesim yaptıkları bölgede tek zincirden oluşan bir DNA parçası oluştururlar . İki farklı DNA molekülünün bu birbirini tamamlayan tek zincirleri , karşılıklı bazların eşlenmesi yoluyla birleşir . Bu birleşme , DNA iplerindeki kırıkları birleştiren DNA ligaz enzimiyle sağlamlaştırılır .

PROTEİN SENTEZİ

            Protein sentezi için gerekli olan bütün elemanlar; ribozomlar , tRNA , mRNA , aktifleyici enzimler , GTP , ATP , Mg⁺⁺ ve aminoasitlerdir . Ribozomlar protein sentez yerleridir .

Hücre hangi protein molekülüne ihtiyaç duyuyorsa bu proteinin sentezlenmesi için önce iki iplikli DNA'nın iplikleri birbirinden ayrılır . Bu ipliklerden biri kalıp görevi yapar . Buna anlamlı dizi denir . Bu arada DNA üzerinden sentezlenen mRNA ,   DNA zincirinin anlamlı ipliğinin kop yasını alır ( Transkripsiyon ) .   Hücre

Nin ribozomlarına bu şifreyi taşır ve ribozomun küçük alt birimine bağla nır . mRNA  birden çok ribozoma tutu nur ve bunları birbirine bağlayarak poliribozomları meydana getirir .

Böylelikle mRNA molekülünün aynı anda bir çok ribozom üzerinde fonksiyon görmesi mümkün olur . mRNA üzerindeki özel baz dizilerinin protein zinciri sentezi için başlama ve durma işaretleri yaptığı bilinmektedir . Protein sentezinde mRNA üzerindeki başlama kodonu AUG'dir . AUG metinonin aminoasitini temsil eden şifredir . Ribozomlar bu kodonu tanır ve protein bu kodonla başlar . Bu arada sitoplazmadaki aminoasitler ATP enerjisinden yararlanarak aktifleyici enzimler tarafında aktive edilirler . Bu enzimlerin diğer bir görevi aminoasitleri taşıyıcı RNA'ya bağlayarak tRNA-aminoasit kompleksi meydana getirmektir . Bu aminoasit-tRNA kompleksi ribozom ve mRNA'dan oluşan komplekse bağlanır . Bu bağlanmada tRNA'ların antikodon ucunda bir aminoasit taşınmaktadır . tRNA'lar ribozomun büyük alt birimindeki bölgeye bağlanır . Ribozoma bağlanan tRNA'nın antikodonu ile mRNA'nın kodonları arasında baz çiftleri karşılıklı gelir . Geçici olarak birleşirler . Enzimlerin faaliyeti ile aminoasitlerdehidrasyon sentezi sonucu birbirlerine peptit bağlarıyla bağlanırlar . Her iki aminoasitin birleşmesi sırasında aradan bir molekül su açığa çıkar . mRNA'nın ribozom üzerinde ya da ribozomun mRNA üzerinde belirli bir yönde kayması ile yeni antikodon ve kodonlar karşılıklı gelir . Bu arada ikinci bir tRNA da ribozoma ve mRNA'nın ikincikodonuna bağlanır . Böylece polipeptit zinciri başlar . mRNA'nın her bir hareketi ile yeni bir kodon büyüyen polipeptit zincirinin diğer bir aminoasitini taşıyan yeni birtRNA ile bağlanmak üzere pozisyona girer . Böylece protein sentezlenmeye ve molekül oluşmaya başlar . Görevi biten tRNA'lar ribozomdan ayrılır . Protein sentezi mRNAüzerinde dur kodonları gelinceye kadar devam eder . AUG , UGA ve UAA kodonları protein sentezini durduran sinyaller olarak bilinir . ( Dur kodonlarından herhangi biri sentezin durması için yeterlidir . ) Durdurucu kodonlardan sonra sentezlenmiş olan protein ribozomdan ayrılır . Bu arada mRNA da serbest kalır . Ribozomun büyük ve küçük alt birimlerinden ayrılır .  

 Bir hücre bölüneceği zaman DNA kendini eşler ve hücredeki miktarı iki katına çıkar ( replikasyon ) . DNA'da depo edilmiş olan bilgi genetik

şifreler halinde mRNA'ya aktarılır . Bu olaya transkripsiyon denir . Protein sentezi sırasında mRNA'nın ribozomlara getirdiği şifreye uygun

protein sentezi yapılır . Buna da translasyon adı verilir . Bilgi akımı DNA'dan mRNA'ya ve protein sentezine doğrudur . Bu olayların tümüne

santral doğma denir . DNA'nın kendini eşlemesi sırasında oluşacak olan mutasyonlar kalıtsaldır ve hücrelere aktarılır .

Klonlama

Yetişkin bir canlıdan alınan herhangi bir bedensel ( somatik ) hücrenin kullanılmasıyla canlının “genetik ikizi”nin yaratılmasına klonlama denir . Dolly'nin yaratılmasında kullanılan klonlama yöntemi , bedensel hücre çekirdek transferi olarak adlandırılıyor . Bu yöntemde araştırmacılar , bir hücrenin çekirdeğini alarak –hücrenin genetik materyalini içeren DNA çekirdekte bulunur- sonra bunu kendi hücre çekirdeği , yani DNA'sı çıkarılmış bir yumurta hücresine aktarıyorlar . Ortaya çıkan embriyonun her bir hücresinde , çekirdeği veren hücrenin DNA'sı bulunuyor . Daha sonra da embriyo , bir dişinin rahmine yerleştiriliyor .

Yapılan bir araştırmada , Dolly'nin mitokondrisindeki ( hücrenin enerji santrali ) genlerin , deneyde yer alan başka bir koyuna ait olduğu ortaya çıktı . Bu sonuçlar bilim adamlarını çok şaşırttı: Dolly ve genetik ikizi birbirlerine tam olarak ne kadar benziyor?

            Çekirdek transferi yönteminde bir verici hücre çekirdek DNA'sı çıkarılmış bir yumurta hücresiyle birleştiriliyor . Bu birleşme sonucu gelişen hayvanın kromozomları da yalnızca verici hücreden geliyor . Ortaya çıkan yavru , vericinin genetik ikizi oluyor . Fakat yine de , yavrunun tam bir klon olup olmadığı kesin değil . . . Hücredeki genetik materyalin büyük çoğunlu çekirdekte bulunuyor . Ancak , ayrı bir yapı olan mitokondride de birkaç gen bulunuyor . Dolly'nin verici hücresi , yetişkin bir koyundan alınmış bir meme hücresi . Dolly'nin mitokondrisi meme hücresinden mi yoksa , yumurta hücresinden mi geliyor? Bu var sayımı sınamak için Schon ,Dolly'nin yaratıcısı Wilmut ve başka bilim adamları biraraya gelerek Dooly'nin ve fetüs hücrelerinden klonlanmış dokuz koyunun mitokondrilerini incelediler . Koyunların kas , kan , süt ya da plasentalarında verici hücrelerin mitokondrilerine rastlanmadı . Bu , mitokondrinin %99 , 5'inin yumurta hücresinden geldiği anlamına geliyor .Schon , bu sonuçlara bakarak , klonlanmış hayvanlardaki tek mitokondri kaynağının yumurta hücresi olduğu sonucuna varmış . Yani , Dolly'nin mitokondrisindeki 37 gen , çekirdek DNA'sının alındığı verici hücreden değil , onun aktarılmış olduğu yumurta hücresinden geliyor . Mitokondri , bedendeki tüm hücrelerde önemli bir role sahip olduğu için bu durum , iki hayvan arasında önemli fiziksel farklılıklara yol açabilir . Schon'a göre bu fiziksel farklılık insanlarda , sözgelimi yetenekli bir atletle , spora hiç yatkınlığı olmayan biri arasındaki fiziksel farklılıklar kadar bile olabilir .           

Kategori: Tıp | 


Etiket: kalitimin tarihcesi, dna, kalitim, klonlama