Giriş

Canlıların kalıtsal bilgilerini taşıyan ve hücrenin yönetici molekülü olan DNA, yaygın olarak çift iplikli doğrusal yapısıyla tanınmaktadır. Bununla birlikte, deoksiribonükleik asit, yani kısaca DNA; tek veya çift iplikli, doğrusal veya halkasal yapıda olabilir. Doğada ve laboratuvar ortamında farklı formları bulunabilen DNA, farklı kriterlere göre farklı şekillerde sınıflandırılabilmektedir.

DNA Molekülünün Kimyasal Yapısı

DNA molekülü, birbirinin etrafında dönerek sarmal bir yapı oluşturmuş iki iplikli bir yapıdadır. Bu yapıyı oluşturan iki ipliğin her birine “polinükleotit” denir. Bir polinükleotit, “nükleotit” adı verilen alt birimlerin fosfodiester bağıyla alt alta dizilerek polimerleşmesiyle meydana gelir. Nükleotitler fosfat grubu, deoksiriboz ve nükleobaz olmak üzere üç bileşenden oluşur. Bununla birlikte, nükleotitlerin fosfat grubu bulundurmadığı şekline “nükleozit” adı verilir.

Nükleotidin bileşenlerinden fosfat grubu ile deoksiriboz ester bağıyla, deoksiriboz ile nükleobaz ise glikozit bağıyla birbirine bağlanır. İki polinükleotit ise nükleobazlar arasında kurulan hidrojen bağlarıyla bir araya gelerek DNA polimerini oluşturur.

Fosfat Grubu: Fosfat, fosforik asitten (H3PO4) üç hidrojen atomunun koparılmasıyla oluşan bir anyondur. Serbest nükleotitler, üç adet fosfat grubuna bağlı hâlde bulunur. Bu üç fosfat grubundan deoksiriboza bağlı olan ilkine alfa (𝛼); bundan sonrakilere ise sırasıyla beta (𝛽) ve gama (𝛾) adı verilir. Bu fosfat gruplarından son ikisi, polinükleotit oluşumu sırasında koparılır ve yalnızca ilki kalır.

Deoksiriboz: Deoksiriboz, beş karbonlu şeker (pentoz) moleküllerinden biridir. Söz konusu karbon atomları 1’den başlanarak 5’e kadar sırayla numaralandırılır ve yanına “üssü” olarak okunan bir kesme işareti konur: 1’ (bir üssü), 2’ (iki üssü), 3’ (üç üssü), 4’ (dört üssü) ve 5’ (beş üssü). Deoksiriboz, RNA’nın yapısına katılan “riboz” adlı diğer bir pentozdan farklı olarak, 2’ karbonuna bağlı yalnızca bir adet hidrojen atomu bulundurur. Buna karşın, riboz, söz konusu karbona bağlı bir hidrojen atomuyla birlikte bir de oksijen atomu bulundurur. Deoksiriboz, 1’ karbonuyla nükleobaza bağlanırken 5’ karbonuyla da fosfat grubuna bağlanır ve bu şekilde nükleotit oluşumu sağlanır. 5’ karbonuna bağlı bulunan fosfat grubu ise diğer bir nükleotidin deoksiribozunun 3’-OH grubuna bağlanarak polinükleotit dizisinin oluşumunu sağlar.

Nükleobaz: Nükleobazlar, DNA’daki kalıtsal bilgileri kodlayan birimler olup “azotlu baz” veya “organik baz” olarak da adlandırılabilmektedir. Nükleobazlar, “pürinler” ve “pirimidinler” olmak üzere iki grup altında ele alınırlar. Pürin grubuna giren nükleobazlar iki, pirimidin grubuna giren nükleobazlar ise bir adet hidrokarbon halkasına sahiptir. DNA’nın yapısına katılan pürin nükleobazları “adenin” (A) ve “guanin” (G) olup pirimidin nükleobazları ise “timin” (T) ve “sitozin” (C)’dir. Timin nükleobazı yalnızca DNA’da bulunurken, diğer bir pirimidin olan “urasil” (U) nükleobazı ise yalnızca RNA’da bulunuyor olup timinin yerini alır. Kural olarak adenin timinle, guanin sitozinle eşleşir ve bu sayede, iki polinükleotidin bir araya gelmesi sağlanarak DNA polimeri oluşturulur. Adenin ile timin arasında iki hidrojen bağı, guanin ile sitozin arasında ise üç hidrojen bağı kurulur.

DNA’yı oluşturan her bir polinükleotidin fosfat grupları ve deoksiribozları, birlikte omurgayı oluşturur. Bu omurga, “şeker-fosfat omurgası” olarak da adlandırılmaktadır. Nükleobazlar, bu iki omurganın arasında yer alır ve karşılıklı olarak eşleşerek iki omurgayı bir araya getirir.

DNA’nın önemli bir özelliği, iki ipliğinin birbirine antiparalel olarak uzanmasıdır: İpliklerden biri 5’ ucundan 3’ ucuna, diğeri ise 3’ ucundan 5’ ucuna doğru uzanır. Zira ipliklerin birinin başında, deoksiribozun 5’ karbonuna bağlı serbest bir fosfat grubu; sonunda ise deoksiribozun, hidroksil grubu (-OH) bulunduran serbest 3’ ucu bulunur. Dolayısıyla, bu iplik 5’ ucundan 3’ ucuna doğru uzanır. Buna karşın, diğer iplikte ise durum tam tersidir: İpliğin başında deoksiribozun hidroksil grubunun yer aldığı serbest 3’ ucu, sonunda ise serbest bir fosfat grubunun yer aldığı 5’ ucu bulunur.

Buraya kadar olan kısımda, genel olarak bütün DNA moleküllerinde görülen temel kimyasal yapıya dair bilgilere yer verilmiştir. Bununla birlikte, DNA’nın farklı koşullar altında farklı konformasyonları da söz konusu olabilmektedir. A-DNA, B-DNA ve Z-DNA şeklinde örneklendirebileceğimiz bu konformasyonlar, birbirinden farklı özelliklere sahiptir. DNA’nın en tipik konformasyonlarından biri olan B-DNA’da nükleobazlar sarmal eksen boyunca 0,34 nm arayla dizilir, DNA sarmalı her 3,4 nm’de bir tam dönüş yapar, her bir tam dönüşte yaklaşık 10 adet nükleobaz çifti yer alır, DNA sarmalı sağ el yönündedir ve sarmal iplikler arasında “büyük oluk” ve “küçük oluk” olmak üzere iki farklı oluk bulunur. Diğer bir örnek olan A-DNA, tuz oranının yüksek ya da su oranının düşük olduğu şartlarda görülür ve B-DNA’ya kıyasla daha kompakt bir yapıya sahiptir. Z-DNA ise diğer örneklerden farklı olarak sol el yönündedir.