Moleküler Genetik

Kalıtım Materyalinin Keşfi

• Griffith (1928): Pnömokok bakterilerinde transformasyon; ısıyla öldürülmüş virülent bakterilerden zararsız bakterilere bir "dönüştürücü ilke" geçtiğini gösterdi.
• Avery, MacLeod ve McCarty (1944): Dönüştürücü ilkenin DNA olduğunu kanıtladı.
• Hershey-Chase (1952): Radyoaktif işaretli (³²P DNA, ³⁵S protein) bakteriyofajlarla bakteriye giren kalıtım materyalinin DNA olduğunu gösterdi.
• Chargaff kuralları: DNA'da A = T, G = C; pürin = pirimidin. Rosalind Franklin'in X ışını kırınım fotoğrafları ve Watson-Crick (1953) çift sarmal modeli.

DNA ve RNA Yapısı

• DNA: Deoksiriboz, fosfat, bazlar (A, T, G, C); iki zincir antiparalel (5'→3' ve 3'→5'); bazlar arasında hidrojen bağları (A=T iki, G≡C üç). Ökaryotlarda histon proteinleriyle nükleozom ve kromatin yapısı.
• RNA: Riboz, urasil (timin yerine), genellikle tek zincir. mRNA (genetik bilgiyi ribozoma taşır), tRNA (amino asit taşır; antikodon), rRNA (ribozomun yapısı; peptit bağı oluşumunu katalizler).

DNA Eşlenmesi (Replikasyon)

• Yarı korunumlu eşlenme: Her yeni DNA molekülü bir eski, bir yeni zincirden oluşur (Meselson-Stahl deneyi, ¹⁵N/¹⁴N).
• Enzimler: Helikaz (zincirleri ayırır), topoizomeraz (gerilimi giderir), primaz (RNA öncüsü sentezler), DNA polimeraz (nükleotit ekler; yalnız 5'→3' yönünde sentezler ve hata düzeltir), ligaz (Okazaki parçalarını birleştirir).
• Öncü (leading) zincir kesintisiz; geciken (lagging) zincir Okazaki parçalarıyla kesintili sentezlenir.
• Ökaryotlarda çok sayıda eşlenme başlangıç noktası vardır; kromozom uçlarındaki telomerler telomeraz enzimiyle korunur.

Protein Sentezi (Gen İfadesi)

• Merkezî dogma: DNA → (transkripsiyon) → RNA → (translasyon) → protein. Retrovirüslerde ters transkripsiyon (RNA → DNA) görülür.
• Transkripsiyon (çekirdekte): RNA polimeraz promotör bölgeye bağlanır, kalıp zincirden 5'→3' yönünde mRNA sentezler. Ökaryotlarda öncül mRNA işlenir: 5' şapka, 3' poli-A kuyruğu ve intronların çıkarılıp ekzonların birleştirilmesi (splicing). Alternatif kırpılmayla bir genden birden fazla protein elde edilebilir.
• Genetik şifre: Üçlü kodonlar; 64 kodon (61 anlamlı + 3 durdurma: UAA, UAG, UGA); başlangıç kodonu AUG (metiyonin). Şifre evrensel, dejenere (bir amino asidi birden fazla kodon belirleyebilir) ve örtüşmezdir.
• Translasyon (ribozomda): Başlama (mRNA, küçük alt birim, başlatıcı tRNA), uzama (A, P, E bölgeleri; kodon-antikodon eşleşmesi, peptit bağı oluşumu, ribozomun kayması), sonlanma (durdurma kodonunda serbestleştirici faktör). Bir mRNA'yı aynı anda birden çok ribozom okuyabilir (poliribozom).

Gen İfadesinin Düzenlenmesi

• Prokaryotlarda operon modeli (Jacob-Monod): lac operonu (indüklenebilir; laktoz varlığında baskılayıcı protein ayrılır, genler okunur), trp operonu (baskılanabilir; triptofan bolken genler kapatılır). Operon: promotör, operatör ve yapısal genler.
• Ökaryotlarda: Kromatin yapısı (histon modifikasyonları, DNA metilasyonu - epigenetik), transkripsiyon faktörleri ve güçlendiriciler, RNA işleme, mikroRNA'lar, translasyon ve protein sonrası düzenleme. Hücre farklılaşması gen ifadesinin farklılaşmasıyla gerçekleşir; tüm somatik hücreler aynı genleri taşır.

Mutasyonlar

• Gen (nokta) mutasyonları: Baz değişimi (sessiz, yanlış anlamlı - orak hücreli anemide glutamik asit yerine valin; anlamsız - erken durdurma kodonu), ekleme veya çıkarma (çerçeve kayması; genellikle çok zararlı).
• Kromozom mutasyonları: Yapısal (delesyon, duplikasyon, inversiyon, translokasyon; Cri-du-chat sendromu 5. kromozom delesyonu) ve sayısal (anöploidi: Down, Turner, Klinefelter; poliploidi: bitkilerde yaygın).
• Mutajenler: Radyasyon (UV, X, gama), kimyasallar (bazı ilaçlar, sigara dumanı bileşenleri), bazı virüsler. Yalnız üreme hücrelerindeki mutasyonlar sonraki kuşağa aktarılır. Mutasyonlar evrimin ham maddesidir.