DNA’nın monomerik bileşenleri A, T, C, G bazlarını iceren dort tane deoksiribonukleotiddir. Bu 4 ana bazın dışında bazı DNA’larda değişikliğe uğramış birkac farklı baz da bulunabilir. Bunlar; metillenmiş bazlar, sulfur iceren bazlar ve anormal bir baz – şeker bağı oluşturan bazlardır. Bunlar DNA’da kimyasal değişikliğe neden olabilir. DNA’da metil grubunun eklenmesi en yoğun şekilde sitozinlerde meydana gelir. Sitozinin 5´ numaralı karbonuna bir metil grubunun bağlanmasıyla 5 – metilsitozin meydana gelir. 5 – metilsitozin ozellikle buğday tohumu DNA’sında bol miktarda bulunur (tablo – 1). Bununla birlikte T2, T4 ve T6 fajlarında 5 – hidroksi – metilsitozin tamamen sitozinin yerini almış durumdadır. Ayrıca ilginc bir ornekte PBS 1 bakteriyofajında gorulur. Bilindiği gibi urasil bazı sadece RNA molekulunde bulunur. Fakat bu bakteriyofajda timin bazlarının yerini urasil bazları almıştır.
Adenin ve guanin bazları cift halkalı yapıdadır. Bu iki baza purin bazları denir. Sitozin ve timin bazları ise tek halkalı yapıdadır. Bunlara ise pirimidin bazları denir. Dolayısıyla adenin ve guanin bazlarının molekuler ağırlıkları (A=135.13 dalton, G=151.13 dalton), sitozin ve timin bazlarının molekuler ağırlıklarından (C=111.10 dalton, T=126.12) daha fazladır. Eğer bir DNA molekulunde iki iplikcikten hangisi A ve G ce zengin ise bu zincire ağır zincir diğerine ise hafif zincir denir.
Gerek purin gerekse pirimidin bazları birkac tane cift bağ icerirler. Cift bağlar her zaman tek bağlara gore daha kararsız olduklarından, cifte bağ taşıyan molekuller, H atomlarının belli bir serbestliğe sahip olabilmesi icin, farklı kimyasal bicimlerde bulunabilme ozelliğine yeteneğine sahiptir. Bir H atomu bir N halkasından veya O atomundan bir diğerine hareket edebilir. Orneğin bir amino (NH2) grubundan ayrılarak bir imino (NH) grubu oluşumuna yol acabilir. Boyle kimyasal dalgalanmalara tautomerik değişim ve bu şekilde meydana gelen farklı molekuler yapılara da tautomer adı verilir. Fizyolojik koşullarda, purin ve pirimidin halkalarına N atomları genellikle amino (NH2) biciminde, guanin ve timinin C atomlarına bağlı O atomlarda genellikle keto (CO) bicimindedir. Bazların genelde belli taumerik bicimlerde bulunması genetik materyalin kararlılığı acısından onemlidir.
Bazların Molar Oranları:
Bazların molar oranları hidroliziz ve kromatografi yontemleri ile belirlenebilir. Farklı turler arasında baz oranları buyuk değişiklikler gostermesine rağmen, aynı turun farklı organ ve dokuları arasında benzer oranlara rastlanmaktadır (tablo – 1).
DNA kaynağı A G C T 5-metil - C
Boğa timusu 28.2 21.5 21.2 27.8 1.3
Boğa dalağı 27.9 22.7 20.8 27.3 1.3
Boğa spermi 28.7 22.2 20.7 27.2 1.3
Sıcan kemik iliği 28.6 21.4 20.4 28.4 1.1
Buğday tohumu 27.3 22.7 16.8 27.1 6.0
Maya 31.3 18.7 17.1 32.9 -
E. coli 26.0 24.9 25.2 23.9 -
M. tuberculosis 15.1 34.9 35.4 14.6 -
ØX 174 24.3 24.5 18.2 32.3 -
Tablo 1 : Ceşitli kaynaklardan elde edilen DNA’lardaki baz oranları.
Bir DNA molekulunde purinlerin toplamı pirimidinlerin toplamına eşit olduğu gibi amino bazların toplamı da (A ve C) keto (okso) bazların (G ve T) toplamına eşittir. A ve T eşit molar miktarda bulunur. Dolayısıyla G ve C de eşit molar miktarda bulunur. Bu eşitlikler DNA heliksinin formasyonu hakkında en onemli verilerdendir ve bu Chargaff’ın kuralı olarak ifade edilir. Bu kanunu A + G / T +C = 1 şeklinde de ifade edilir. Bununla birlikte G + C / A + T 1’e eşit değildir. Bu oran ceşitli turlerde olculmuş ve değerlerin 0.45 ile 2.80 arasında değiştiği gosterilmiştir. Orneğin bircok bakteriyofajda bu oran 0.5 dir. Yuksek bitkilerde ve hayvanlarda bu oranın değişim sınırları daha dardır ve genel olarak 0.55 – 0.93 arasında bulunur.
Chargaff kuralının iki onemli istisnası vardır. Birincisi buğday tohumu DNA’sında G ve C eşit miktarda değildir. Cunku buğday tohumunda bol miktarda bulunan 5 – metilsitozin bircok sitozinin yerini alır. İkinci istisna ØX 174 DNA’sındadır. Burada ne A T’ye ne de G C’ye eşittir. Cunku ØX 174 DNA’sı tek iplikciklidir.
DNA baz miktarları acısından iki gruba ayrılır. Bunlardan biri AT’ce zengin olanlar ve diğeri ise – ki bu daha az rastlanan tipidir – GC’ce zengin olanlardır.
DNA’nın Primer Yapısı:
Bir baz ile deoksiribozun bağlanması ile oluşan kısma nukleozid denir. Baz ve pentoz molekulu glikozidik bağ ile birbirine bağlanır. Glikozidik bağ şekerin 1´ karbon atomuyla purinin 9. pozisyonundaki (N9), pirimidinin ise 1. pozisyonundaki (N1) azot atomu arasında meydana gelir. Bu yapıya fosfat (PO4) grubunun katılmasıyla oluşan molekul nukleotid adını alır. Başka bir ifade ile bu nukleozid monofosfattır. Fosfat grubunun bağlanması pentozun 5´ karbonunun esterleşmesiyle meydana gelir. DNA’nın yapıtaşları icin kullanılan terminoloji aşağıdaki tabloda gosterilmiştir.
Baz Nukleozid Nukleotid Nukleik asit
Adenin (A) Deoksiadenozin Deoksiadenilat (dAMP) DNA
Guanin (G) Deoksiguanozin Deoksiguanilat (dGMP) DNA
Sitozin (C) Deoksisitidin Deoksisitidilat (dCMP) DNA
Timin (T) Timidin Timidilat (dTMP) DNA
Tablo 2 : Nukleik asit terminolojisi.
Bir DNA molekulunun tek iplikciğinin oluşması deoksiribonukleotidlerin polimerizasyonu ile meydana gelir. RNA’da olduğu gibi DNA’da da nukleotidler arası bağlar fosfodiester bağlarıdır.
Bilindiği gibi deoksiribozda 5 karbon atomu vardır. Bu karbon atomlarının birincisine baz bağlanır. Ucuncu ve beşinci karbon atomları hidroksil grupları taşır. Bu hidroksil grupları sayesinde fosfat grubu bu karbon atomlarına bağlanır. Polimerizasyon reaksiyonunda kullanılan asıl yapıtaşları nukleozidtrifosfattır (NTP). Dort farklı bazdan dolayı 4 tip NTP (ATP, GTP, CTP, TTP) vardır. Şekil 4’de bir nukleotidin uc farklı yapısı (dAMP, dADP ve dATP) ornek olarak gosterilmiştir.
Adından da anlaşılacağı gibi NTP’ler uc fosfat grubu taşır. Bu fosfatlar icten dışa doğru α, β, γ olarak adlandırılır. Bu uc fosfat grubu deoksiribozun beşinci karbon atomuna bağlıdır. Bir NTP molekulu diğer bir NTP molekulu ile α pozisyonundaki fosfat grubu ile fosfodiester bağı kurar. Bu bağlanmada bir onceki nukleotidin 3´ ucu gorev alır. Boylece zincir 5´ 3´ yonunde ilerler. Kovalent ester bağları olarak da bilinen bu bağlar son derece kuvvetlidir. Şeker fosfat omurgası 5´ – 3´ bağları ile oluştuğundan, bir polinukleotid zincirinin bir ucunda daima serbest 5´ – PO4 grubu taşıyan bir nukleotid diğer ucunda daima serbest 3´ – OH grubu taşıyan bir nukleotid bulunur. Bu nedenle polinukleotid zincirlerde bir polarite vardır. Birbirine zıt uclar 5´ ve 3´ ucları olarak adlandırılır. İkinci ve dorduncu pozisyondaki karbon atomları hidroksil grubu taşımazlar ve herhangi bir molekul bağlamazlar. İkinci karbon pozisyonunda bir hidroksil grubunun varlığı siklik fosfat formasyonunu imkansız hale getirir.
Şekil 5 : DNA’nın primer yapısı (polinukleotid zincir).
Omurgadaki PO4 grubunun varlığı polinukleotid zincirlerin asit ozellikte olmalarına yol acar ve nukleik asit terimi de bu ozellikten kaynaklanır. Bununla beraber, fizyolojik koşullarda nukleik asitler genellikle tuz halinde ve notr durumda bulunurlar.
DNA polinukleotid zincirleri kimyasal veya enzimatik yolla hidrolitik olarak nukleotidlerine parcalandığında, kırılma fosfodiester bağlarının her iki tarafında da meydana gelebilir. Buna gore serbest kalan nukleotidler fosfat gruplarını pentozun 5´ ve 3´ pozisyonuna bağlı olarak taşırlar. Buna gore nukleik asit yapısından ayrılan nukleotidler nukleozid – 3´ – monofosfat veya nukleozid – 5´ – monofosfat olabilirler.
DNA’nın Sekonder ve Cift Sarmal Yapısı:
1953’de Watson ve Crick, DNA’nın bilinen cift sarmal (double helix) modelini kurdular. Watson – Crick modeli, X – ışını ile calışan kristallografların, organik kimyacıların ve biyologların duşunce ve calışmalarına dayanır. Bunlardan biri, Wilkins ve Franklin tarafından, izole edilmiş DNA fibrillerinin X ışınlarını kırma ozelliklerinin acıklanmasıdır. Elde edilen X ışını fotoğrafları, DNA’nın zincirlerindeki bazların diziliş sırasına bağlı olmaksızın, cok duzenli bicimde donumler yapan bir molekul olduğunu gostermektedir. Aynı zamanda, boyle bir molekul yapısının birden fazla polinukleotid zincirin birbiri etrafında donumler yapmasıyla meydana gelebileceğine işaret etmekte ve molekulde tekrarlanmalar yapan kısımlar arasındaki uzaklıklar hakkında bilgi sağlamaktadır.
Watson – Crick probleme, “DNA yapısı, onun biyolojik gorevi ile ilişkili olmalıdır” duşuncesiyle yaklaşmışlardır. Bu ilişki teorinin anahtarı durumundadır. Hucrenin makromolekullerinin yapısının biyolojik gorevle ilişkili olması, Watson – Crick teorisiyle onemli şekilde vurgulanır ve bu duşunce molekuler biyolojinin temelini oluşturur.
Watson ve Crick’in sunduğu modele gore DNA cift zicirli yapıdadır. Bu cift zincir iki tek zincirin bazları arasında hidrojen bağları oluşmasıyla meydana gelir. Bu iki polinukleotid zincir ortak bir eksen boyunca sağa donumlu bir heliks oluşturur.
İki polinukleotid zincir birbirine H bağlarıyla tutunur. Bu bağlar, donumler yapan DNA molekulunun stabilitesinin korunmasında buyuk olcude yardımcı olurlar. Baz ciftleri cift sarmalın termodinamik stabilitesine iki yolla katılır. Bunlardan biri, bazlar arasında H bağı oluşurken enerji acığa cıkmasıdır. Diğeri ise, sarmal boyunca ust uste dizilmiş baz ciftlerinin elektron sistemleri arasındaki etkileşimler sonucu oluşan hidrofobik baz dizilişlerinden enerji acığa cıkmasıdır. Bu etkileşimler sarmal yapıyı negatif yuklu fosfat grupları arasındaki itici elektrostatik kuvvetler karşısında dengeler.
Guanin ile sitozin arasında uclu H bağı oluşurken, adenin ile timin arasında ikili H bağı oluşur (şekil 7). Bu bağların bazların hangi atomları arasında oluştuğu tablo 3’de gosterilmiştir. G ile C arasında uclu, A ile T arasında ise ikili H bağı oluşmasının sebebi bu bazların molekuler yapısından kaynaklanmaktadır. H bağı sayısındaki bu fark olası yanlış baz eşleşmelerinin yapılmasına engel olmaktadır.
H bağı oluşan atomlar Aradaki uzaklık (Å
T – A N3 – H..............N1
O4..............H – N6 2.835
2.940
C – G O2..............H – N2
N3..............H – N1
N4 – H.............O6 2.86
2.95
2.91
Tablo 3 : H bağlarının oluştuğu atomlar ve aradaki uzaklık
Bazlar arasında H bağları oluşumunun ozgulluğu, iki polinukleotid zincirdeki fosfodiester bağlarının birbirine gore ters yonde olmasına yol acar. Bu nedenle iki polinukleotid zincir birbirine ters yonde paraleldir. Yani iki zincir kimyasal yapı bakımından birbirine zıt durumdadır (şekil 8).
İki polinukleotid zinciri birbirine bağlayan H bağları daima bir pirimidin bazı ile bir purin bazı arasında meydana gelir. Baz eşleşmesi adı verilen bu bağların ozgul bir bicimde meydana gelmesi purin ve pirimidin bazlarının yapılarındaki bazı farklardan meydana gelir.
Bunlardan birisi sterik kısıtlama denilen olaydır. Yapılarından da anlaşılacağı gibi purin ve pirimidin bazlarının uzayda kapladıkları yer farklıdır. Pirimidin bazları (C ve T) purin bazlarından (A ve G) daha kucuktur. Buna karşılık iki polinukleotid zincirin şeker – fosfat omurgasının oluşturduğu sarmal yapıda eşleşme yapan baz ciftlerine bağlanan glikozidik bağlar arasındaki uzaklık DNA molekulunun her yerinde 10.85 Å dur. Bu mesafenin dolayısıyla da DNA’nın stabilitesinin korunması icin daima bir purin ile bir pirimidin bazının eşleşmesi gerekmektedir.
İkinci bir sebep ise H bağları oluşumu gereksiniminin kısıtlaması. Purin ve pirimidin bazlarındaki H atomları iyice belirlenmiş pozisyonlarda bulunurlar. Bazlar arasında sıkı bir etkileşim sağlamak icin, H bağlarının yonelimleri ve uzaklıkları ancak adenin ile timin ve guanin ile sitozin arasında olmaktadır. Buna gore, purin ve pirimidinler arsındaki baz eşleşmesi; daha da ozgul olarak sadece adeninle timin ve guaninle sitozin arasında meydana gelir. Bir DNA molekulunun acık yapısı şekil 9 da gosterilmiştir.
Yukarıda acıklanan nedenlerden dolayı bir DNA sarmalının capı yaklaşık 2 nm (20 Å
olarak sabit kalmıştır. DNA molekulu sağa doğru donumler yaparken donumler sırasında zincirlerdeki bazları şeker halkalarına bağlayan glikozidik bağlar tam olarak karşı karşıya gelmezler. Bunun sonucu olarak, cift sarmalın şeker fosfat omurgaları eksen boyunca eşit aralıklı yer kaplamazlar ve omurgalar arasında oluşan olukların boyutları eşit değildir. Daha derin olana buyuk oluk, diğerine ise kucuk oluk denir (şekil 10).Nukleotidlerin bazları molekulun omurgasının ic kısmında bulunur. Bazların konumları sarmalın eksenine dik durumdadır. Birbirine komşu baz ciftlerinin donumleri arasındaki uzaklık 3.4 Å dur. Ayrıca her baz cifti komşusuna gore 36º’lik acı yapacak şekilde yerleşmiştir. Buna gore, yaklaşık 10 baz cifti 360º’lik tam bir donumu tamamlayacağından, her donumun boyu 34 Å dur (şekil 10).
DNA cift sarmalının genetik acıdan en onemli ozelliklerinden birinin ortaya cıkmasını da baz eşleşmelerindeki ozgulluk sağlar. Bu ozellik DNA molekulundeki iki polinukleotid zincirin birbirinin tamamlayıcısı olmasıdır. Bu kavram bazlar arasındaki eşleşmenin daima A – T ve G – C arasında olmasından kaynaklanır. A ile T’nin ve G ile C’nin birbirini tamamlaması ozelliğine gore, bu ozgul bazları karşılıklı olarak taşıyan iki zincirin birbirinin tamamlayıcısı olduğu kabul edilir. Buna gore, bir zincirdeki baz dizisi diğerindeki diziyi belirler.
Tamamlayıcılık ozelliği, genetik materyalin işlevlerini doğru bicimde nasıl yapabildiğinin acıklaması acısından DNA’nın en onemli temel ozelliklerinden biridir.
Cift sarmalın dışta bulunan şeker – fosfat omurgası yuksek derecede negatif yukludur. İn - vitro cozeltilerde bu yukler metal iyonlarıyla (orneğin Na ile) notr duruma getirilir. Fizyolojik koşullarda ise notr hale getirilme pozitif iyonlarla (katyonlar veya bazik proteinlerle) yapılan etkileşimler sonucu sağlanmaktadır.
DNA Yapısının Biyolojik Anlamı:
Hucrenin kalıtım materyalinin iki ayrı gorevi olmalıdır. Birincisi, bu materyal kendi kendine coğalabilmeli; ikincisi, herhangi bir hucrenin yapısı veya gorevinde gereken işleri başarabilmelidir.
DNA ipliklerinin birbirini tamamlayıcı olması ve tamamlayıcı bazlar arasında cok ozel bağların bulunması aradaki hidrojen bağlarının kendiliğinden meydana gelmesi, DNA’nın yalnız başına kendine benzer yeni bir molekulun oluşmasını sağlar. DNA molekulunun bir yarısı, yeni oluşan molekul icin bir kalıp gibi rol oynar. Hidrojen bağlarının meydana gelişi, bir enzimle katalize edilmeksizin, kendi kendine olan bir olaydır. Ozel tamamlayıcı bazların secimi, bu yuzden katalize edilmeye gereksinim gostermez. Fakat nukleotidlerin fosfodiester bağlarla bağlanması bir kovalent reaksiyondur ve enzimatik katalizle gercekleşir.
DNA’nın ikinci biyolojik gorevi, protein sentezinde kullanılmak uzere gerekli bilgiyi sağlamaktadır. Bu bilgi naklinden DNA yapısındaki bazlar sorumludur.
DNA’nın Molekuler Ağırlığı:
Bir DNA molekulunun ağırlığı icerdiği baz cift sayısıyla doğru orantılıdır. Nukleik asitler uzun ve dallanmamış molekullerdir. Caplarının dar olmasına karşılık boyları cok uzundur. Orneğin 3000 baz cifti (3kb) taşıyan bir DNA parcasının boyu 1 µm dir. Bilindiği gibi DNA’nın capı 2 nm dir.
Organizmaların yapısı karmaşıklaştıkca icerdikleri genetik materyalin kitlesi genellikle artış gosterir. Bunun temel nedeni, basitten gelişmiş canlılara doğru gidildikce gen sayısının artmasıdır. Orneğin, SV40 virusunun 5.2 x 103 baz ciftinden ibaret genomunda sadece 5 – 10 gen bulunur. E. coli genomunda ise yaklaşık 4 x 106 baz cifti vardır. Eğer E. coli’de bir genin ortalama 1000 baz cifti icerdiğini var sayarsak, bu bakteride yaklaşık 4000 gen bulunması gerekir.
DNA molekullerinin molekuler ağırlıklarını klasik kimyasal metodlarla tam olarak belirlemek oldukca guctur. DNA molekullerinin ağırlıklarının olculmesinde en cok kullanılan yontemler şunlardır;
• viskozitenin olcumu,
• sedimantasyon oranı,
• elektron mikroskobu ile,
• otoradyografi,
Genelde bu metodların iki veya daha fazlasının bir kombinasyonu kullanılabilir.
DNA molekullerinin ağırlıkları 106 ile 109 dalton (1 dalton= 1.66 x 10-24 g dır.) değişir. Zaman zaman ağırlıklar 109 da gecebilir.
Değişik turlere ait DNA molekulleri ağırlıkları tablo 4 de verilmiştir.
Kaynak M. A. Uzunluk Nukleotid cifti sayısı
E. coli 2.2 x 109 1 mm 3 x 106
H. influenzae 8 x 108 300 µm 12 x 105
Bakteriyofaj T2-T4 1.3 x 108 50 µm 2 x 105
Bakteriyofaj λ 33 x 106 13 µm 0.5 x 105
Bakteriyofaj ØX174 1.6 x 106 0.6 µm -
Polioma virusu 3 x 106 1.1 µm 4.6 x 103
Fare mitokondrisi 9.5 x 106 5 µm 14 x 103
Tablo 4 : Ceşitli DNA molekullerine ait veriler.
DNA’nın Farklı Bicimleri:
Watson ve Crick’in buluşlarından sonra son yıllarda, DNA ipliklerinin X ışını kırılma ozelliklerini calışılmasıyla, DNA’nın hic değilse 3 yapısal şekilde bulunduğu gosterilmektedir. Watson ve Crick’in yapısal ozelliklerini belirlediği DNA, bu gun B – DNA diye isimlendirilir. Farklı yapısal şekildeki diğer DNA’lar ise A ve Z DNA’lardır. Bu farklı organizasyonlar, bazı ozel nukleotid sıralarının cift helikse devamlı bir bukulme verebilmesiyle ortaya cıkar. Boylece her bir DNA şekli, hem cift heliksin dışından yalnızca bazlarını eşleştirerek ve hem de bazların iskeletin eksenine gore pozisyonlarındaki ayrıntılarını belirleyerek ayırt edilir. Bu uc tip DNA dışında da farklı ozellikte DNA’lar vardır fakat bunlar cok az miktarda bulunduklarından burada incelenmeyecektir.
B – DNA : Hucresel DNA’nın buyuk bir kısmı bu gruba dahildir. Şu ana kadar incelediğimiz DNA’da B – DNA’dır. Kısaca tekrar değinmek gerekirse capı yaklaşık 2 nm olan bu DNA biciminin her donumunde yaklaşık 10 baz cifti bulunur. Bazı kaynaklarca bunu 10.5 olabileceği de belirtilmiştir. Sağa donumler yapan DNA’da baz ciftlerinin duzlemleri sarmalın eksenine dikeydir ve sarmal kucuk ve buyuk oluklara sahiptir. Duşuk iyon yoğunluklu cozeltilerde ve nem derecesi cok yuksek (%92) fibrillerde DNA B biciminde bulunur. Canlı hucrelerin fizyolojik koşullarına uyum gosterecek DNA bicimi de B – DNA’dır.
A – DNA : Sağa donumlu ve her donumde 11 baz cifti bulunan DNA yapısıdır. Baz ciftlerinin duzlemleri eksene gore 20º’lik eğimlidir ve komşu baz ciftleri arasındaki uzaklık 2.7 Å dur. Bu nedenle A – DNA molekulleri B yapısındaki benzerlerinden daha kısa ve geniş caplıdır (23Å
. Kucuk oluklarda daha belirgin ve derindir. Sodyum, potasyum veya sezyum iyonları varlığında ve %75 nem iceren fibrillerde DNA A biciminde bulunur, yani B – DNA’nın dehidratasyonuyla meydana gelir.Hucrede A – DNA biciminde bolgelerin bulunup bulunmadığı ve eğer bulunuyorsa işlevi tam olarak bilinmemektedir. Bununla beraber, 2´ OH grubunun B biciminin oluşmasını engellemesi nedeniyle, RNA’nın cift zincirli bolgelerinin A biciminde olması gerekir.
Z – DNA : Bu bicimin en ayırt edici ozelliği donum yonunun sola doğru olmasıdır. Z – DNA donum boyu 45.6 Å olan ve donumlerinde en fazla 12 baz cifti iceren bir yapıya sahiptir; capı da diğerlerine gore daha dardır (18Å
. Şeker – fosfat omurgası sarmal boyunca zikzak bir hareket yaptığı icin bu yapı Z – DNA olarak adlandırılır. Z – DNA da sadece tek ceşit oluk bulunur.Purin ve pirimidinlerin duzenli olarak birbirini izlediği dizilere sahip DNA’larda, uygun iyon koşullarında, Z bicimi oldukca kolay elde edilmektedir. Ayrıca tekrarlanan GC dizilerinin bulunduğu bolgelerde, ozellikle sitozinlerin C5 atomlarına metil grubu eklenmesiyle oluşan 5 – metilsitozinler B – DNA’nın Z – DNA bicimine donuşmesine yol acmaktadır. Hatta, metillenme purin - pirimidin tekrarı olmaksızın da aynı sonucu yaratmaktadır.
Z bicimi in - vitro bazı olağan dışı koşullarda elde edilmektedir. Orneğin yuksek tuz yoğunluğu kullanılması nukleotidler arasındaki itme kuvvetini arttırmakta ve Z – DNA’nın dar caplı yapısını ayarlamaktadır. Z – DNA’nın hucre icindeki oranı henuz bilinmemektedir.
Şekil 11 : (a – c) A, B ve Z – DNA’lar (M=buyuk oluk, m=kucuk oluk).
Bu uc tip DNA molekulune ait bazı olcum değerleri aşağıdaki tabloda verilmiştir.
DNA bicimi Baz cifti sayısı/donum Donum/baz cifti Baz ciftleri arası uzaklık Sarmal capı
B 10.4 +34.6º 3.38 Å 20 Å
A 11 +34.7º 2.56 Å 23 Å
Z 12 -30.0º 3.71 Å 18 Å
Tablo 5 : Ceşitli DNA bicimlerine ait bazı veriler (+ = sağa donum, - = sola donum).
Calladin Kuralları
Chris Calladin 1982’de yaptığı deneysel calışmalar sonucunda DNA’nın yapısıyla ilgili ceşitli kurallar bulmuştur.Bu kurallar sonucunda Calladin bir DNA yapı modeli ortaya atmıştır.Bu model tamamlanamamıştır cunku elektrostatik ilişkileri faktorleri ve hidrojen bağlarının hidrasyonunun faktorleri tam olarak bilinmez.
*B-DNA Sarmal ekseninin duz olmasına gerek yoktur.Ancak 112 Å’un yarıcapı ile kıvrılabilir.
*Kıvrılma acısı p 36 der.’de değişme gosterebilir. Fakat 28 der.’den 43 der. Kadar ceşitlilik gosterebilir.
*Pervane donuşunun sınırları C-G cifti icin +11 der. Ve A-T cifti icin +17 der.’dir.
*Baz ciftleri carpışmaları azaltarak uzun eksenleri boyunca donerler.
*Şeker kıvrılması C3’-exo’dan O 4’endo ve C2’endo’ya kadar değişiklik gosterir.
*Bazlar bolgesel olarak kayarlar ve bu şekilde ust uste cakışırlar. D(TCG) icinde ki burada C-2 , G-3 ile stoğu yukseltmek icin sarmal ekseninin arasında hareket eder.
Ave B –DNA’nın polimorfları cift ipliğin yer yer acılmaları ile ve kristal yapıdaki yan cıkışlar acıklıklar ve nanomerik parcalar halinde gozlenir.
DNA EĞRİLMESİ (bending)
Ave B tipi birer sarmal arasındaki birleşme sonucu eğri DNA ortaya cıkar. Sarmal ekseninin icinde 26 der.’lik bir eğrilme ile oluşur.Birleşmeler her 5 baz’da bir ve karşılıklı oluşur. Bu eğrilme olayının bir sonucudur ki bu DNA’nın surekli bir kıvrılmaya sahip olmasını sağlar. Uyumsuz baz cifti eşleşmeleri 2 şekilde olur.
1-Transition mismatch (gecişle yanlış eşleşme)
2-Transversion mismatch (caprazlama ile yanlış eşleşme)
A,B ve Z formlarında G-T baz ciftlerinde gozlenir.Tipik “wobble”ciftleri oluşur. Bu ciftler anti-anti glikozilik bağlara sahiptir.D(CGCGAATTAGCG)dodecamerin kristalleri bir (anti) G-A (syn) yanlış eşleşmiş baz ciftine sahiptir. Bu eşleşme 2H bağı ile olur. Diziye bağımlı değişiklikler,DNA’nın proteinlerce tanınmasını sağlayan onemli bir faktordur. Buna gore şoyle bir sonuca varılabilir. DNA yapısal olarak diğer makromolekullerle ilşki kuracak şekilde evrim gecirmiştir. Buna gore serbest doğrusal DNA sarmalı biyolojik olarak en uygun yapıdır.
Kaymış (Slipped) Yapılar: Doğrudan dizilerde oluşurlar ve onemli duzenleyici bolgelerin ust taraflarında yer alırlar.Tanımlanan yapılar tek iplikli nukleazların “cleaveage”dokuları ile uyumlu olmakla beraber iyi bilinmemektedir.
Purin-pirimidin ekleri: Bunlar duşuk sıcaklıklarda buyuk girintiler de , baz ciftleşmesinde uzun aralıklı , dizilere bağımlı tekil baz kaymaları ile alışılmışın dışında yapılar oluşur.
Anizomorfik DNA: Bu doğrudan tamirle alışılmadık fiziksel ve kimyasal ozellikleri olduğu bilinen viral DNA’nın eklem bolgelerindeki dizilerle ilgili DNA yapılarına verilen addır. İki birbirini tamamlayıcı iplik değişik yapılara sahiptir. Bu negatif supercoillerde ortaya cıkan kıvrılmaların gerilimi altında gorulen, dizi merkezlerinde meydana gelen ardışık yapısal kırıklara yol acar.
Sac tokası şeklindeki ilmekler(Hairpin loop): Bunlar ters donmuş tamamlayıcı diziler sahip parcaları olan tekil oligonukleotid iplikleri tarafından oluşturulur.Orneğin 16-merd (CGCGCGTTTTCGCGCG)hekzamer tekrarına sahiptir ve onun kristal yapısı 4T’li ilmeği olan hairpin ve bir Z DNA hekzamer govdesi gosterir. B u ters donmuş diziler DNA dupleksinde yer aldıkları zaman hac formunun oluşumu icin gerekli koşullar meydana gelmiş demektir.
Hac benzeri (cruciform): Bu iplik ici baz ciftleşmesi iceren bir yapıdır. Tek bir acılmamış dupleks bolgeden iki hairpin ilmeği ile iki govde meydana getirirler. Tersine donmuş dizi tekrarlar palindromlar olarak bilinir. Bunlar kısa bir aradan sonra ters yondeki aynı dupleks dizinin takip ettği DNA dupleks dizilerine sahiptir. Bu durum decamer olamayan iki dizinin palindromlarının yer aldığı Pbr322 bakteriyal plazmidinin icinde de gozlenir. Her ne kadar ilmeklerde bazlar kısmi olarak depolanıyor olsada tek bir hac şeklindeki yapının oluşumunu enerji miktarı 75 kjmol kapalı dairesel super helikal DNA’ların kullanıldığı bu yapının deneylerinde , bu enerji negatif supercoillerin formundaki gerilme enerjisinin serbest bırakılması ile elde edilir.Bu da hacın kollarının uzunluğu ile doğrudan ilişkilidir. 10,5bc’lik bi kolun oluşumu supercoili bir donuş kadar cozer.
Nadir Gorulen DNA Yapıları:
1980’den beri alışılmışın dışında DNA yapıları olduğu bilinmekteydi. Bazıları DNA’ların super coillerine bağlıdır.
Kıvrık DNA:
DNA duplexleri 150 baz ciftinden daha uzundur. Dairelerin kovalent kapanış tarafından acık DNA mini dairesini eğriliği diziye bağlıdır. DNA’nın bu eğriliği tripanozomatitlerden alınan kinetoplast DNA’sı icinde gozlemlenmiştir. Bu acık DNA mini dairelerinin kaynağını oluşturur. Kinetoplast DNA’sı kısa A eklere sahiptir. Bunlar genel dizi tarafından 10 baz cifti aralıklarla yerleştirilmiştir. Herbir tekrar icin 20-25 eğrilik icerir.DNA eğrilmesi bu poli (DA eklerinin kalıtımsal ozelliği olup cok sayıda oligonukleotitler icinde gozlenebilirler. Richard Dickerson poli (dA) ekleri doğrusaldır. B form kristal yapıda gozlenmiştir. Eğrilme ise sarmalın sınırları icinde meydana gelir. Herbir yarım donme başına bu doğrusal dA eklerinin tekrarlı değişimi kıvrık DNA’yı oluşturur. (Şekil 16)
W-DNA:
Sol yonde donen cift sarmal yapı icin zikzak model onerilerek oluşturulmuştur. Daha az donume sahiptir. Genel olarak B DNA’ya benzer bir glikozil geometrisi bakımından Z DNA’ya cok benzer. Sitozin C endo şeker kıvrımlarına sahiptir. W’de de Z DNA daki gibi minor girintiler ve major girintiler yuzeyseldir. Z DNA W DNA’dan daha az enerjiye sahiptir.
__________________