GENDEN ÖNCESİ
Mendel kalıtımla
ilgili soyut olan temel esasları belirledikten sonra bilim insanları kalıtımı sağlayan
şeyin ne olduğuyla ilgili araştırmalar yapmaya başladılar. Kromozomun keşfinden
sonra da iki bileşeni olan DNA ve protein kalıtsal madde için aday niteliği taşımaya
başladı. Bilim insanları 1940’lara kadar kalıtsal materyallik için gerekli olan
heterojenlik ve işleve sahip olduğundan dolayı proteinlere kalıtım için oldukça
sıcak bakılıyordu.
Bazı hayvanlarda
zatürreye yol açan 1 bakteri türü olan streptococcus pneumonie bakterisinin
1928 li yıllarda 2 suşu üzerinde yapılan deneyler bu kanının değişmesine yol
açtı:
· İlk etapta patojenik bakteriler fareye enjekte edildi ve fare bir süre sonra öldü,
· Sonrasında hastalık yapmayan suç başka 1 fareye enjekte edildiğinde farenin yaşamına devam ettiği görüldü,
· ısıtılarak öldürülmüş patojenik hücreler başka 1 fareye enjekte edildi ve fare yaşamaya devam etti,
· ısıtılarak öldürülmüş patojenik hücreler patojenik olmayan hücrelerin bulunduğu kaba konuda başka 1 fareye enjekte edilince bu fare de öldü bu bakteriler ise nesiller sonra bile yeni edindikleri patojenik özelliklerini korumaya devam ettiler.
Bu deneyleri yapan
bilim insanı Frederick Griffith bu olaya transformasyon adını verdi. Transformasyonu
günümüzdeki tanımı 1 hücrenin dış ortamda bulunan DNA’yı hücre içine aldıktan
sonra genetik ve fenotip deki değişim olarak ifade edilebilir.
Deney canlının
özelliklerini belirleyen birtakım faktörlerin olduğunu ve bu faktörlerin aynı
bu özelliğe sahip olmayan canlıda yine aynı etkiyi gösterebileceğini kanıtlıyordu
ancak bu materyalin ne olduğuyla ilgili herhangi bilgi vermiyordu.
Tabii bu durum Amerikalı
bakteriyolog Oswald Awery transformasyona neden olan şeyin ne olduğunu keşfetmeye
yönelik yaklaşık 14 yıl sürmüş olan araştırmaya kadar sürmüştür.
Awery yaptığı
deneylerde DNA RNA ve protein üzerine odaklandı. Yaptığı şey patojen
bakterileri parçalayıp kaplara koyduktan sonra her 1 çözeltiyi sadece 1 madde
aktif kalacak şekilde hazırlamasıydı, elde ettiği bu çözeltileri patojenik olmayan
bakterilerin bulunduğu kaplara koydu ve bu kapların tekrardan farelere enjekte
ettiğinde sadece içinde patojenik bakterilerin DNA’sının bulunduğu çözelti farelerin
ölümüne sebep oldu.
Bu deneyler
neticesinde Awery ekibi transformasyona neden olan etkinin DNA olduğu iddia
ettiler.
Kalıtsal materyal
için proteinlere daha sıcak bakıldığından dolayı bu buluş şüpheyle
karşılanmıştır. Bunun temel sebebiyse o dönemde DNA hakkında çok az şey
bilinmesidir.
DNA’nın kalıtsal
madde olduğunu ispatlayan bir diğer deney ise T2 fajı üzerine yapılmıştır.
Fajlar protein
kısımla çevrelenmiş küçük bir DNA’dan oluşur
Bu deneyde fajlar
birisinin içinde radyoaktif kükürt diğerinin içinde ise radyoaktif fosfor
içeren iki çözeltide çoğaltılmıştır. (Kükürt proteinlerin fosfor DNA’nın
yapısına katılır.)
İlk deney,
radyoaktif kükürtle işaretlenmiş fajlar bakterilerin bulunduğu bir kaba aktarılır,
Bir süre sonra karışım
santfirüj edilip bakteriler çökertildiğinde görece daha
az hafif olduğundan dolayı fajlar askıda kalır. Bu sıvıdaki radyoaktivite oranı
ölçülmüş ve çökelme olmayan kısımda yüksek olduğu görülmüştür.
İkinci deney, radyoaktif
fosforla işaretlenmiş fajlar bakterilerin bulunduğu bir kaba aktarılır,
Bir süre sonra
karışım santfirüj edilip bakteriler çökertildiğinde görece daha az hafif
olduğundan dolayı fajlar askıda kalır. Bu sıvıdaki radyoaktivite oranı ölçülmüş
ve çökelme olan kısımda yüksek olduğu görülmüştür
Deneye ilk etapta
bakıldığında pek bir anlamı yokmuş gibi duruyor, bundan dolayı deney
sonuçlarını açıklamalı bir şekilde yazmak gerekir.
Fajlar üreyebilmek
için bakterileri kullanırlar deneylerde faja ait yapısında radyoaktif kükürt
içeren proteinin çökelme olmayan kısımda bulunması faja ait yapısında
radyoaktif fosfor içeren DNA’nın ise çökelme olan kısımda yani bakterilerin
olduğu kısımda daha açık söylemek gerekirse bakterilerin içinde bulunması fajın
üreme sırasında DNA’sını kullandığı sonucunu çıkarır
Bir diğer çalışma
ise Erwin Chargafftan gelmiş ve bu çalışma DNA kombinasyonlarına yönelik
olmuştur.
Tabii o zamanlar DNA’nın
fosfat grubu pentoz şekeri ve azot içeren organik bir bazdan (adenin, timin,
guanin, sitozin) meydana geldiği biliniyordu, chargaff ise farklı canlılardaki DNA
bileşimini inceleyince iki farklı sonuca vardı:
İlki canlılardaki DNA’daki
azotlu bazların oranına yönelikti, örneğin Chargaff’ın verilerine göre
ahtapotun DNA’sındaki adenin oranı %33,2 iken tavukta bu rakam %28 buğday da
ise %27,3 tü. Bu açıdan bakıldığında DNA’nın belli algoritmalarla üretilmediği
her canlıda farklı olduğu bir nükleotidin alttaki nükleotid çeşidine etki etmediği
anlaşılıyordu
İkincisi ise
canlılarda DNA yapısında adenin timin arasında guanin ve sitozin arasında
belirli bir oranın bulunmasıydı bu oran kimi hesaplamalarda 0.98 kimisinde ise
1.03 gibi rakamlar çıkabiliyordu, chargaff çok küçük ölçekteki polimer
bileşenlerini incelediği için hata payı elbette vardı. Daha iyi anlaşılması
için para üzerinden örnek vereceğim mesela iki parayı attığımızda eşit sayıda
yazı tura çıkma ihtimali %50 dir bunu 4 parayla yaptığımızda ise ihtimal %37,5
a, para sayısını arttırdıkça eşit sayıda ya da eşite yakın sayıda çıkma
ihtimali düşer. DNA yapısında milyonlarca nükleotid içerir yani bu ihtimal
oldukça düşebilir, canlılarda adenin guanin oranı büyük farklılıklar içermesine
rağmen aynı durum adenin timin ya da guanin sitozin için geçerli olmamıştı. (Bu
durumun tek açıklaması çift zincirli DNA’nın karşılıklı nükleotidlerinin adenin
timin, guanin sitozin şeklinde olması gerektiğidir.)
O dönemde Rosalind
Franklin tarafından çekilmiş DNA’nın x-ışını kırınımını sarmal moleküllerin
x-ışını kırınımı hakkında bilgisi olan James Watson inceleyince DNA’nın sarmal
bir yapıda olduğunu doğruladı.
O döneme kadar ki
elde edilen bilgiler chargaff kurallarına göre şekillendirilerek DNA Watson-Crick
modeli oluşturuldu.
Bu modelin daha
iyi anlaşılabilmesi için verilmesi gereken birtakım bilgiler bulunmakta:
· Franklin DNA polimerinin dış kısmında şeker fosfatın oluşturduğu ve organik bazların iç kısımda kaldığı kanısına varmıştır ki bu çıkarım dönemde gerek hidrofobik olan bazların çevresindeki sulu çözeltiden uzak durması gerekse negatif yüklü fosfat grubunun birbiriyle yakın olmayan mesafede durması bakımından kolayca kabul görmüştür
· Bir diğer şey ise DNA zincirlerinin birbirine göre anti paralel olmasıydı, bu azotlu organik bazlar dışında iskeletler birbirine göre tam simetrik olmadığı anlamına gelmektedir zincirlerin biri aşağıdan yukarıya doğru ilerliyormuş farz edersek diğerinin yapısı ilk zincire göre yukarıdan aşağıya doğru ilerliyormuş gibi görünür. (Bunun daha iyi anlayabilmek için organik kimya ve DNA’nın iskelet yapısı hakkında bilgi sahibi olmak gerekir.)
· Ayrıca Franklin elde ettiği X-ışını verileri DNA sarmalının tam bir turu 3.4 nm de attığını ve bir turda üst üste yığılmış 10 nükleotid bulunduğuna işaret ediyordu.
· Adenin ve guanin çift halka içeren pürin bazlarıdır bundan dolayı tek halka içeren Pirimidin bazlarına (timin, sitozin) göre geniştir iki pürin bazının yan yana ve iki Pirimidin bazının yan yana geldiğini varsayalım bu durumda her bir katmanda genişlik farklı olacak ve DNA çap bakımından dalgalı olacaktı, X-ışını verilerine göre DNA’nın çapı her yerde aynıydı o halde bir Pirimidin bazının bir pürin bazı ile yan yana gelmesi gerekiyordu. Chargaff’ın önceden deney sonuçlarında Adenin timin oranının ve guanin sitozin oranının 1 olduğu sonucuna varması Watson-Crick modelinde de kendisini göstermiştir. (Karşılıklı nükleotidlerin ya Adenin timin ikilisi ya da guanin sitozin ikilisi olması gerekir)
Watson,
Crick ve Wilkins bu çalışmalarından dolayı Nobel ödülü kazandı Franklin ise
büyük katkılarına rağmen bir süre önce öldüğünden dolayı ödül için seçilmedi.
DNA replikasyonuna
temelden baktığımızda her ne kadar basit bir şeymiş gibi görünse bile olası DNA
replikasyonlarına bakmak kafamızı karıştırmaya hayli yetecektir.
İlk modelde DNA
molekülü yeni zincir için kalıp görevi gördükten sonra başta ata bireye ait iki
zincir tekrar birleşir.
İkincisinde ise
DNA zincirleri tamamıyla ayrılır ve çift zincirini tamamlar ki burada ata
bireyin başta kalıp görevi üstlenen iki zinciri replikasyon sonucunda farklı
DNA’nın yapısındadır
Üçüncü modelde ise
replikasyon sonucunda oluşan iki DNA molekülünde ata DNA’nın karışık bir
biçimde iki kısma dağılması söz konusudur.
Meselson ve Stahl
DNA eşlenmesi üzerine yaptıkları çalışmalarda ikinci durumun doğru olduğunu
yani DNA’ yarı korunumlu eşlendiğini ispat etmişlerdir.
Yaptıkları
deneyler hakkında: eşeriya koli bakterisi azot 14 ve azot 15 izotoplu nükleotit
içeren besi ortamı kullandıklarını söyleyebiliriz.
· İlk etapta azot 15 izotopu içeren besi ortamında eşeriya koli bakterisi çoğaltılmış ve bu bakterilerin DNA’larının azot 15 içermesini sağlamışlardır tabii sonrasında bu bakterilerin DNA’sı santfirüj edildiğinde tüpün alt kısımlarında bantlaşma gözlemlenmiştir.
· Azot 15 içeren DNA’ya sahip bakteriler Azot 14 içeren besi ortamında bir nesil çoğaltılmış sonrasında DNA’ları santfirüj edildiğinde önceki deneye göre tüpün orta kısımlarında bantlaşma görülmüştür bu durum bu bakterilerin DNA’sının yarısının azot 15 yarısının azot 14 içerdiği fikriyle açıklanmıştır.
· Bu bakteriler azot 14 içeren besi ortamında bir nesil daha çoğaltılıp DNA’ları santfirüj edildiğinde tüpte orta ve üst kısımlarda olmak üzere iki bantlaşma görülmüştür bu ikinci nesildeki bakterilerin yarısının sadece azot 14 diğer yarısının hem azot 14 hem de azot 15 içerdiği fikriyle açıklanmıştır.
· (bu bantlaşmaların temel sebebi görece sadece azot 15 içeren DNA moleküllerinin hem azot 14 hem de azot 15 içeren DNA moleküllerine kıyasla daha ağır olmasıydı, bu durum hem azot 14 hem de azot 15 içeren DNA molekülü ve azot 14 içeren DNA molekülü içinde geçerlidir.)
Deneylere
bakıldığında ilk etapta DNA için verdiğimiz 3 modelden ikincisi doğru olduğu
anlaşılıyor. Eğer ki DNA verdiğimiz ilk modeldeki gibi eşlenseydi yapılan
deneyde birinci nesil bakteriler için biri altta biri üstte iki farklı
bantlaşma görülecekti ve yine eğer üçüncü model geçerli olsaydı rastgelelikten
dolayı gerek birinci gerekse ikinci nesilde bir çok yerde bantlaşma
görülecekti. Söylemek gerekiyor verdiğimiz üçüncü modelde ata DNA’nın rastgele
değil de belli algoritmalarla oluşacak iki DNA molekülüne eşit miktarda
dağıldığını varsayarsak gerek ilk gerek ikinci gerekse üçüncü nesilde ağır
izotoplar eşit dağıldığı için hep bir bantlaşma görülecek ama her yeni bir
nesilde DNA bir tık daha hafiflediği için oluşacak bantlaşma sürekli bir tık
yukarı kayacaktır.
Ancak ilk etapta
verdiğimiz ikinci model (yarı korunumlu replikasyon) deney sonuçlarını doğrular
niteliktedir, deneyi bu modele göre açıklayacak olursak:
· İlk etapta azot 15 içeren iki zincir tek bir DNA’ya aittir bundan dolayı DNA’nın moleküler ağırlığı yüksek olur.
· Bu zincirler ayrılır ve her biri tamamlanır bakteri bölünür, oluşan iki bakteriden herhangi birinin DNA’sının bir zinciri azot 14 içerirken diğer zinciri azot 15 içerir.
· En son elde ettiğimiz bakteri tekrardan bölündüğünde biri azot 15 diğeri azot 14 içeren DNA zincirleri ayrılır ve tamamlanır, iki yeni bakteri oluşur bu iki bakteriden ilkinin DNA’sı sadece azot 14 içerirken diğeri ise bir zincirinde azot 14 bir zincirinde ise azot 15 içerir ve bunun DNA’sı moleküler olarak daha ağırdır bundan dolayı ikinci nesilde iki farklı bantlaşma görülür.