Biyolojiye gercekci yaklasimin tek adresi.

Arama Sonuçları..

Toplam 80 kayıt bulundu.

Balıklarda solunum fizyolojisi

Solunum terimi, bir organizmanın hücresi ile çevresi arasındaki gaz (genellikle oksijen ve karbondioksit) alışverişini ifade eder. Tek hücreli canlılarda, gerekli gaz alışverişi pasif difüzyon ile sağlanabilir. Balık gibi komplex organizmalarda, dokulara yeteri miktarda O2 sağlamak ve CO2’i ortadan kaldırmak için, hem gaz alışverişi için gelişmiş bir yapı (solungaç), hem de bir gaz transfer sistemi (kan ve dolaşım sistemi) gerekir. Su ve dokular arasında osmoregülasyon ve asit-baz dengesini sağlamak gibi, balık solungacının başka fonksiyonları da vardır. Solunum sisteminin, elinde tuttuğu ve transferini gerçekleştirdiği su ve kan ve ayrıca O2 ve CO2 alışverişini sağladığı aşamalarının anlaşılması; balıkların fizyolojik ihtiyaçlarını giderecek ve yüksek derecede sağlık ortamı sağlayacak bir intensive kültür sisteminin mantıklı dizayn ve operasyonunu temin edecektir. Solunumun bütün işlevleri önemlidir, fakat intensive kültür sisteminin tipik özelliği olan yoğun balık stoklamalarında, gaz alışverişindeki etkilerin ani ölümlere neden olması bilinmelidir. Solungaç çevresindeki sudan transfer edilmesi ve dokulara gönderilmesi gereken O2 miktarı önemlidir. Salmonid gibi aktif soğuk su balıkları için O2 gereksinimi 100 mg.O/kg vucut ağırlığı şeklinde yüksek bir oranda veya daha fazlası olabilir. Aktif olarak yüzen balıklarda, solunum sistemi, 800 mg.O/kg/saat (20 ml.O/min civarında) kadar yüksek oranda O2 sağlayıp, karşılığında büyük oranda CO2 ortadan kaldırmalıdır. Bununla birlikte su, maximum çözünmüş O2’nin 10-12 mg/l’yi nadiren geçtiği O2 fakiri bir ortamdır. Deniz suyunda, mevcut çözünmüş yüksek tuz konsantrasyonu, mevcut DO’yu maximum 8-9 mg/l’ye kadar azaltabilir. Bunun için, balık yaşamının devamı için büyük miktarda suyun solungaçlardan geçmesi gereklidir. Salmonidler için solungaçlardan suyun geçmesi 5-20 l HO2/O2/vücut ağırlığı/saat oranındadır. Çoğu balık gerekli miktardaki suyu ağızlarıyla pompalayarak ve opercular hareketler yaparak sağlarlar. Ağız ve solungaçlar emme basma tulumbası olarak görev yaparlar ve böylece sabit bir su akışı sağlarlar. Haçerideki balıklar için, su alıp verme oranı 40-60 l/dk oranındadır. Suyun yüksek yoğunluk ve viskozitesinden dolayı solungaç ventilasyonunun enerji gideri, en az, tüketilen O2’nin %10’u kadardır. Salmonid, köpek balığı ve tuna gibi aktif balıklar, solungaçları üzerinden gerekli su akışını ram ventilasyonu (Yüzerken ağızını açarak) ile sağlarlar. Örneğin, pasifik salmon, ram ventilasyonunu 1 vücut uzunluğu/saniye’den daha yüksek hızda yüzerek kullanır. Bazı köpek balıkları, ram ventilasyonu ile sınırlandırılmıştır ve yaşamak için sürekli yüzmek zorundadır. Her iki solungaç ventilasyon metodunda da DO’nun %80’ine kadarki kısmımın (teorik olarak) kullanılması mümkündür. Çünkü solungaç anatomisi, ters yönde kan akışını sağlayacak şekilde dizayn edilmiştir (suyun solungaçlar üzerinden akışı, kanın solungaçlar içinden akışına terstir). Gerçek O2 tüketimi türlere göre farklıdır. Alabalıkta %30-40, tunada %70 ve sazanda %70-80’dir. Buna kıyasla, insan havadaki O2’nin sadece %25’ni alabilir. Su solungaçlardan geçerken, sudaki çözünmüş O2, sekonder solungaç lamelinin ince epitelyal hücrelerinin arasından geçer ve kana difüze olur. Asitlik arttıkça hemoglobinin O2’ye yakınlığı azalır (Bohr etkisi) ve bazı türlerde asitlik, hemoglobinin O2’yi tutmasındaki maksimum kapasiteyi azaltır (Root etkisi). Bu yüzden kan, dokuların kapillar yataklarından geçerken üretilen CO2’in neden olduğu asitlik Hb-O2 ağını zayıflatır ve O2 yoğunluğunun düşük olduğu hücrelere difüze olan O2’nin çıkışını kolaylaştırır. Aynı zamanda, CO2, dokulardan kana difüze olur. O2’in tersine, CO2’in çoğu plazmada erir ve bikarbonat formunda yeniden solungaçlara gönderilir. Kan solungaçlardan geçerken karbonikanhidraz enzimi, HCO3 iyonunu sonra yeniden suya difüze olan CO2 molekülüne hidroliz eder. Bir ünite kanın solungaçlar içinde kalma zamanı, sadece birkaç saniye olduğu için ve kan ve su arasındaki yüksek CO2 basıncından dolayı bu enzimatik reaksiyon son derece hızlı bir aşamadır. Bu yüzden kandaki O2 basıncı 100 mg Hg veya daha yüksek seviyeler arasında değişebilir, kandaki CO2 konsantrasyonu düşük kalır ve çok az değişir. Özellikle aktif soğuk su balıklarında Bohr etkisi büyük olur (kanın düşük CO2 düzeyinde başlar). Aquakültür sistemlerinde, örneğin eğer sudaki çözünmüş CO2 konsantrasyonu 20 mg/l’ye çıkarsa Bohr etkisi salmonidlerin O2 transferini engeller. Karışık kültürü yapılan sıcak su balıkları (Tilapya, sazan, kanal kedi balığı gibi) genellikle çözünmüş CO2 konsantrasyonuna daha az duyarlıdırlar ama, bu yetiştiricilik yöntemi, iyi bir yetiştiricilik işletmesi için, CO2 ’in havuz suyunda birikmesine engel olan durumları sağlamada iyi bir yöntemdir. CO2’in etkisiyle birlikte, laktik asit üretimi kan asitliğinin yükselmesine ve kanın O2 transferinin bozulmasını neden olur. En genel sebep; beyaz kaslarda O2 olmamasından dolayı kan ve dokularda laktik asit birikmesiyle sonuçlanan aşırı yüzme aktiviteleridir. Bu da heyecan ve stresten kaynaklanır. Örneğin, eğer kanın pH’sı 7,8-7,6’dan 6,0’a düşürülürse toplam hemoglobinin sadece çok az bir yüzdesi O2 ile doyurulabilir. Root etkisindeki Hb’in normal görevi choroid rete üzerinden O2’i göze ileten moleküler pompa görevi yapmak ve physoclistik türlerde rete mirabile üzerinden yüzme kesesini doldurmaktır. İkinci görevi, salmonidlerde (fizostomları bulunduğu için) önemsizdir ki; havayı emerek yüzme kesesini doldurmaktır. Bununla beraber, salmonid gözündeki normal O2 yoğunluğu, hem kanın, hem de suyunkinden fazladır. Bu da root etkisindeki Hb’in bu balıklarda önemli bir rol aldığını gösterir. Cadmium ve civa gibi ağır !!!!llerin öldürücü seviyelerinin altındaki dozlarına maruz kalma durumunda, root etkisindeki Hb’in normal fonksiyonunun tersi yönde etkilendiği bilinir. Bunun yoğun kültürdeki balığın sağlığı için önemi bilinmemektedir. Yoğun kültürdeki balıklar için, Bohr ve Root etkisi altında O2 transferinin azalması ile ilgili problemler, kanda yüksek laktik asit konsantrasyonu (Hyperlacticemia) veya kanda yüksek CO2 konsantrasyonu sonucu ortaya çıkar. Genel sebepleri; düşük DO durumları ve heyecandan kaynaklanan aşırı yüzme aktiviteleridir. Ayrıca yetiştirme ve transfer sırasında daha yüksek stoklama yoğunluğu sağlamak için saf O2 kullanarak havalandırma yapmak, aşırı doyurulmuş DO düzeyine ve hipercapnia’ya (yüksek DO’nun solungaç havalandırma oranını baskılaması nedeniyle oluşan bir yan etki) neden olur. Bu ise, CO2 birikmesine ve yüksek arterial PCO2 basıncına neden olur. Kana O2 transferi bundan etkilenmeyebilir. Çünkü daha yüksek arterial PO2, bohr etkisi kaynaklı azalmaları dengeler. Buna ek olarak hipercapnia, dokulara O2 naklini, sadece arta kalan asitliği normal kan dengesini aşarsa veya solunum asidosisi meydana gelirse tehlikeye sokabilir. Suyun kalitesinin iyi olduğu balık kültürlerinde Bohr etkisi kaynaklı O2 naklinin azalması ile ilgili problemler, aşırı yüzme sonunda üretilen laktik asitten dolayı ortaya çıkan !!!!bolik asidosis kökenlidir. Bohr etkisinin solunum baskısının CO2 ve DO konsantrasyonu ile olan ilişkisi ilk kez Basu (1959) tarafından belirlendi. Dokulara yeterli O2 sağlamak için vasat bir yüzme seviyesi oluşturmak için gereken DO seviyesi bunu ortaya çıkarmıştır. Bu minimum miktar, eğer çok az CO2 varsa veya hiç yoksa 6 mg/l’den, Eğer çözünmüş CO2 konsantrasyonu 30 mg/l’ civarına yükselirse, 11 mg/l’den daha yukarı çıkar. Sonuç olarak, salmonid gibi balıkların, DO seviyesinin %80 doygunluk oranının altına düşmemesi şartıyla, yeterli O2’ye sahip olmaları önerilir. Eğer çözünmüş CO2 seviyesi 30-40 mg/l’nin altında tutulmazsa, kanın O2 taşıma kapasitesi, yüksek DO konsantrasyonunun bile yetersiz olduğu, doku hipoksia’sına neden olabilecek seviyelere düşer. Bohr ve root etkisi kaynaklı solunum baskısı, heyecan ve yüzme aktivitesini azaltmak için dikkatli balık tutumu ile en aza indirilebilir. Yeterli miktarda çözünmüş O2 sağlamanın yanısıra çözülmüş CO2 ‘yi hızla ortadan kaldıran havalandırma sistemi ve su değişim oranı ile de bu sağlanabilir. Pratikte bunlar yoğun kültürdeki balığın ihtiyaçlarını sağlamada gerekli unsurlardır. Haçeri’deki çözünmüş O2’i balığın tüketme oranı yoğun kültür sistemlerinin sağlanmasında önemlidir. O2 tüketimi, balık naklinde gerekli olan havalandırma miktarı ve istenilen yükleme yoğunluğu için gerekli su alışveriş oranı gibi temel parametreleri belirler. Racewaylerdeki salmonidler en az 100 mg.O/kg/saat ile en fazla 800 mg/kg saat arasında tüketir. Bu seviye, yüzme seviyelerine, su sıcaklığına, zaman, son beslenme ve heyecan, stres derecesine göre değişir. Egzersiz, stres veya su sıcaklığının sonucu olan !!!!bolik ihtiyaçları karşılamak ve O2 tüketim oranını kontrol etmek için hormonal teknikler kullanılır. Hem soğuk su, hem de sıcak su balıklarının solunum oranı karasal omurgalılarda olduğu gibi kanda CO2 yükselmesi ile değil, DO konsantrasyonundaki düşüş ile stimüle edilir. Örneğin, balıklar elle tutularak stres olduğu zaman, adrenalin ve diğer cathekolomine hormonları (hem solungaç perfüzyon miktarını , hem de alyuvar hemoglobininin O2 taşıma kapasitesini artıran hormonlar) üretilir. Bronşal vasodilasyonun yan etkisi olarak suyun normal ozmatik akımı aşırı şekilde yükselir ve bundan sonra vücuttan atılmalıdır. Diüresis’in sonucu çok çarpıcı olabilir, kandaki elektrolitlerin bazıları üretilen çok fazla üre içinde kaçınılmaz bir şekilde kaybolur. Diüresis uzatılırsa, iyon regulasyonunda bozulmalar ortaya çıkabilir. Balık tutulduktan veya nakledildikten 1-2 gün sonra oluşan gecikmiş ölümler büyük ölçüde bu olayın bir sonucudur. Yoğun kültür sistemlerindeki balıkların O2 tüketimi, hem balığın kültürel prosedürü, hem de doğal gelişmeler nedeniyle arttırılabilir. Bunlardan, tutma nedenli stres, heyecan nedenli arttırılmış yüzme aktivitesi ve beslenmenin doğal aşamaları en önemli olanlarıdır. Örneğin Çelikbaş alabalığı juvenilleri tutulmaktan dolayı strese girerler, O2 tüketimleri 2 kat birden artabilir ve bir veya daha fazla saat yüksek oranda kalır. O2 tüketiminin artması (heyecan ve stres kaynaklı), balıklar nakil tanklarına yüklendikten sonra, birden meydana gelen DO’daki ani düşüşün sorumlusudur. O2 havalandırması varsa, balık bulunan tank suyu 14-16 mg/l’lik DO’ya kadar doyurulmalıdır ki, bu da balıkların O2 ihtiyacını karşılar. Sadece sıkıştırılmış hava varsa, havalandırma sistemini, balık yüklemeden 5-10 dakika önceden başlatmak, suyun doyurulmasını sağlayacağından bir dereceye kadar etkili olacaktır. Beslenme ve sindirimin doğal aşamaları, balığın O2 tüketimini büyük ölçüde artırır. Çünkü sindirimin, absorbsiyon ve asimilasyonun kalorik maliyeti, geri kalan !!!!bolik kalorinin %40’ı kadardır. Bu etkinin O2 tüketimindeki boyutu (Specific dynamic action of food (SDA) = .Yiyeceklerin spesifik dinamik hareketi) her zaman tam olarak değerlendirilmez. Çünkü beslenme rutin bir operasyondur. Salmonid, kanal kedi balığı ve tilapya için, her defasında balık birkaç saat beslendiği için O2 tüketim oranını %40-50 veya daha fazla arttırmak akıllıcadır. SDA’nın pratik sonucu olarak; balığın hemen tutulmaması veya nakil edilmemesi gerekir. Çünkü, beslenme ve sindirim olaylarına eklenen heyecan ve stres, onların O2 tüketimini, havalandırma sisteminin yeterli DO sağlayamayacak seviyede arttırır. Elle tutulmadan ve nakilden 24-48 saat önce balık beslemeyi durdurmak bu etkiyi önler ve O2 tüketim oranını büyük ölçüde azaltır. Yoğun kültür sisteminde O2 tüketimini etkileyen diğer önemli faktörler ise; su sıcaklığı ve yüzme aktiviteleridir. Daha yüksek su sıcaklığı, bütün !!!!bolik hızı artırarak O2 tüketimini yükseltir. Bununla beraber yüzme aktivitelerinde O2 tüketimi, kasların kasılması için, Hb doygunluğunu düşürerek kandaki O2‘yi tüketmesi ile yükselir. Gökkuşağı alabalığında, solungaç lamelleri’nin sadece %60’ı kanla perfüze olur. Hızlı yüzmeye dayanan kas kasılması, adrenalin ve diğer cathekolamine hormonlarının dolaşımını teşvik eder. Meydana gelen solungaç perfüzyonun yükselmesi ile birlikte, eritrosistlerin, hücre içi pH’sını artıran, Na / H değişiminin adrenal hormonu tarafından teşviki sağlanır. Bohr etkisi düşürülür ve hem kanda O2 oluşumu, hem de O2 ‘nin dokulara teslimi sağlanır. Isı ve yüzme aktivitelerinin O2 tüketimi üzerindeki etkisinin gerçek boyutu Brett (1973) tarafından, kontrol altında tutulan pasifik solmonu üzerinde belirlenmiştir. Daha sıcak su, O2 tüketimini bir dereceye kadar artırır. Bununla beraber, yüzmenin etkisi daha çarpıcıdır. İleri atılarak yüzme, özellikle enerji bakımından yoğundur. Çünkü sürtünme etkisi çok yüksektir. Yoğun kültür sistemindeki balığın yüzme aktivitesi genelde daha düşüktür. Salmon kültüründe racewaylerde su alışverişi öyle ayarlanmalıdır ki, o balığın O2 tüketim oranı, DO’yu son taşma sınırının yaklaşık 6 mg/l aşağısına indirmemelidir. Havalandırma sistemi ayrıca, taşıma kapasitesini artırmak için de kullanılır. Bazı durumlarda DO oranını 14-16 mg/l ‘ye çıkarmak için sıvı O2 kullanılır. Balık nakil sisteminde O2 tüketim oranı, genelde yüksek heyecan ve stres nedeniyle değişkendir. Yakaşık DO doygunluğunu sağlamak için saf O2 kullanılır. DO, balık tarafından tüketildikten sonra hemen yenilenmezse, O2 tükenmesi meydana gelir. Karasal hayvanların aksine, balığın nefes alma oranı, yükselen CO2 ile değil, düşen DO konsantrasyonu ile stimüle edilir. Alabalık, sazan, kedi balığı gibi türler düşen DO seviyesine, önce ağız ve solungaçlarını kullanıp solungaç havalandırma oranını yükselterek; kan basıncını ve kardial verimi yükseltip solungaçlardan kan akışını artırarak cevap verir. Salmonidlerde, normal DO tükenmesi bile, solungaç havalandırma oranında çarpıcı yükselmelere neden olur. Bu olaylar, ilk olarak O2 alımını yükseltir, fakat daha fazla su akışı da, solungaçlardan her geçişte çekilebilen DO oranını azaltabilir. DO düştükçe kana transfer edilen O2 miktarı da düşer (max %80’den min %15’e). Ayrıca, daha fazla suyun solungaçlar üzerinden hareket ettirilmesi, enerji maliyetini büyük oranda yükseltir (Absorbe edilen O2 ‘nin %10 ‘undan %70’e yükselmesi). Sonuç olarak; O2 elde etmek için harcanan güç, suda çözünmüş O2 miktarı düştükçe ve arterial kandaki O2 basıncı düştükçe yükselir. Arteial kan O2‘si, alyuvardaki Hb %60 doygunluktan daha az olduğu noktaya ulaşıncaya dek azaldığında; solungaç damarlarını genişleterek ve Na/H alışverişini alyuvar membranı ile sağlayıp, hücre içi PH’yı yükselten adrenalin ve diğer cathecolamine hormonları salgılanır. Bir dizi karışık olay sırasında Hb-O2 ilişkisinde değişiklikler ve Bohr ve Root effect kökenli kapasite değişiklikleri, hem solungaçlardaki O2 transferini, hem de O2 ‘nin dokulara yükselmesini kolaylaştırır. Eğer çözünmüş O2, 5 mg/l’nin altına düşerse, salmonidler, iştahsızlaşırlar. Bu, beslenme ve sindirim sırasında O2 tüketiminde meydana gelen normal yükselmeye engel olmak için geliştirilen bir davranışsal cevaptır. Salmonidlerde, O2‘nin elde edinimi ve kullanımının biyoenerjik maliyeti, DO’nun 2 mg/l civarına kadar tüketilmesinden dolayı ortaya çıkan aşırı enerji ihtiyacı ile başlar ve bilinç kaybı ve hatta ölümle sonuçlanabilir. Aquakültür için önemli olan çoğu sıcak su balığı DO seviyesi 1 mg/l’nin altına düşse bile birkaç saat hayata kalmayı başarır. Ama sonunda meydana gelen doku hipoksiası bilinçsizlik ve ölümle sonuçlanır. Aquakültür ortamında balığın tükettiği O2 oranını sürekli düşürmek en temel hedeftir. O2 tüketimini artırmak için varolan aynı biolojik ve çevresel faktörlerin çoğu onu düşürmek için de arttırılabilir. Su sıcaklığını azaltma (hipothermia) ve yüzme aktivitesini, heyecanı ve balık tutma sırasındaki stresi düşürmek için anastezik kullanımı en bilinenleridir.

http://www.biyologlar.com/baliklarda-solunum-fizyolojisi

Evrim Konusunda ilk Düşünceler

Dini Düşünceler: Düşünebilen insanin, dogadaki çeşitlenmeyi, canilar arasindaki benzerliklerin ve farkliliklarin derecesini gözledigi an evrim konusunda ilk düşünceler başlamiş demektir. İlk yaygın düşünceler, Asur ve Babil yazıtlarında; daha sonra bunlardan köken alan Ortadoğu kökenli dinlerde görülmüştür. Hemen hepsinde insanın özel olarak yaratıldığı ve evrende özel bir yere sahip olduğu vurgulanmış; türlerin değişmezliğine ve sabitliğine inanılmış ve diğer canlılar konusunda herhangi bir yoruma yer verilmemiştir. Bununla beraber Kuran’da yaratılışın kademeli olduğu vurgulanmıştır. Yalnız bir Türk din adamı, astronomu ve filozofu olan Hasankale’li İbrahim Hakkı(1703-1780), insanların değişik bitkilerden ve hayvanlardan köken aldığını belirtmiştir. 17. yüzyıla kadar, piskopos Ussher’in ve diğerlerinin savunduğu ‘türlerin olduğu gibi yaratıldığı ve değişmeden kaldığı fikri’ yani ‘Genesis’ geniş halk kitleleri tarafından benimsendi ve etkisini günümüze kadar sürdürdü. Ussher’e göre dünya İÖ 4040 yılında, Ekim ayının 4'ünde sabah saat 9.00'da yaratılmıştı. Bu düşünce Ussher tarafından İncil’e eklenmiştir. Daha sonra yine Hıristiyan din adamları olan Augustin (İS 354-430) ve Aquinas (İS 1225-1274) tarafından canlıların basit olarak tanrı tarafından yaratıldığı ve daha sonra değişerek çeşitlendiği savunulmuştu. Özellikle bizim toplumumuzda, birçok dini belgeden de anlaşilacagi gibi, Adem’in çamurdan yaratildigi, Havva’nin Adem’in kaburga kemiginden oluştugu ileri sürülerek, yaratilişin ilk olark inorganik kökenli oldugu ve daha sonra eşeylerin ortaya çiktigi savunulmuştur. Yunanlılardaki ve Ortaçağdaki Düşünceler: Yunan filozoflarından Empedocles, İÖ 500 yıllarında bitkilerin tomurcuklanma ile çeşitli hayvan kısımlarını, bu kısımların da birleşmesiyle hayvanların oluştuğunu savunmuştu. Thales(İÖ 624-548), Ege Denizindeki canlıları çalışmış ve denizlerin canlılığın anası olduğunu ileri sürmüştür. Aristo (İÖ 384-322) bitkiler ve hayvanlar konusunda oldukça geniş bilgiye sahipti. Onların doğruya yakın tanımlarını vermiş ve gelişmişliklerine göre sınıflandırmıştır. Canlıların metabiyolojik olarak değişerek birbirlerinden oluştuklarına ve her birinin tanrıların yeryüzündeki ilahi taslakları olduklarına inanmıştır. Daha sonra, canlıların kökenini Der Rerum Natura adlı şiirinde veren Lucretius (İÖ 99-55) u anmadan ortaçağa geçemeyeceğiz. Yeni Çağdaki ve Yakın Çağdaki düşünceler: Rönesans ile canlılar konusundaki bilgilerin, en önemlisi evrim konusundaki düşürnürlerin sayısı artmıştır. Hooke (1635-1703), Ray (1627-1705), Buffon ( 1707-1788) ve Erasmus Darwin (1731-1802) bu devrin en önemli evrimcileridir. Rönesanstan önce de bulunan hayvan kabuklarının, dişlerinin, kemiklerinin ve diğer parçalarının bugünkü canlıların benzer tarafları ve farkları saptanmıştır.Ayrıca yüksek dağların başında bulunan fosillerin, yaşayanlarla olan akrabaliklyarı gözlenmiştir. Bu gözlemlerin ışığı altında, her konuda çalışmış, düşünür ve sanatçı olan Leonardo da Vinci, canlıların tümünün bir defada yaratıldığını ve zamanla bazılarının ortadan kalktığını savunmuştur. Buna karşılık birçok doğa ibilimcisi, canlıların zaman zaman oluştuklarını doğal afetlerle tamamen ortadan kalktıklarını ve yeniden başka şekillerde yaratıldıklarını ileri sürmüştür. Bu şekilde farklı devirlerde 2arklı canlıların yaşaması kolaylıkla açıklanabiliyordu. Her doğal yıkımdan sonra, oluşan canlıların, organizasyon bakımından biraz daha gelişmiş olduklarına inanılıyordu. Bu kurama “Tufan Kuramı” denir. Bu yıkımın yedi defa olduğu varayılmıştır. Cuvier, 1812 yılında, fosiller üzerinde ünlü kitabını yanılayarak fosillerin, kesik, kesik değil, birbirlerinin devamı olacak şekilde olduklarını bilimsel olarak açıklamıştır. 18. yüzyılın sonu ile 19. yüzyılın başlangıcında, üç İngiliz jeoloğun çalışmalarıyla katstrofizm kuramı yerine ‘Uniformizmi’ kuramı getirildi. Hutton 1785'te geçmişte de bugünkü gibi jeolojik kuvvetlerin rol oynadığını, yükselmelerin ve alçalmaların, keza erozyonlaların belki de daha kuvvetli olurak meydene galdiğini ve yüksek dağlarda bulunan fosilli tabakalar ile sediman (katman) tayinlerinin yaılabileceğini buldu. John Playfair’in yapıtı 1802'de yayınlandı. Üçüncü araştırıcı, Charles Lyell, bir çok jeolojik soruna çözüm getirmenin yanısıra, canlıların büyük afetlerle değil, çevre koşullarının uzun sürede etki etmesiyle değiştiğini savundu. Kitabının bir yerinde ‘geçmişteki güçler bugünkünden hiç de çok farklı değildi’ diye yazmıştır. Bu yaklaşım, Nuh Tufanı’nın gerçeküstü olduğunu savunuyordu. Lyell’in fikirleri C.Darwin’i büyük ölçüde etkilemiştir. Lamarck’ın Düşünceleri Organik evrimi konusunda ilk kapsamlı kuram 1809 yılında ‘Philosophie Zoologique’ adlı yapıtıyla, Fransız zooloğu Jean Baptiste Lamarck’a (1774-1829) aittir. Lamarck, zamanının meslektaşları gibi, tüm canlıların, gelişimlerini ve işlevlerini denetleyen bir canlılık gücüyle donatıldığına ve değişen çevre koşullarına karşı bir savaşım gücünün olmadığına inanıyordu. Kitabında, hayvanları, karmıaşıkyıklarına göre düzenlemeye çalışırken, yanlışlığı daha sonra kesin olarak saptanan bir varsayımı ileri sürdü: “ Eğer bir onrgan fazla kullanılıyorsa, o organ gelişmesini sürdürerek, daha etkin bir yapı kazanır”. Bu varsayıma ‘lamarkizm’ denir. Ayrıca canlının yaşamı boyunca kazanmış olduğu herhangi bir özelliğin, gelecek döllere geçtiğine de inanmıştı. Örneğin demircinin oğlunun kol kasları diğerlerine göre daha iyi gelişir. Zürafalırın atası kısa boyunlu olmalıran karşın, yaşadıkları ortamın bir zaman sonra kuraklaşarak, dibi çıplak ve çayırsız ağaçların bulunduğu ortama dönüşmesi sonucu, zürafalar ağaçların yapraklarıyla beslenmek zorunda kaylmışlar ve böylece boyunları dölden döle uzamıştır. Körfarelerin gözlerini, karıncaayısının dişlerini yitirmesini; su kuşlarının perde ayakları kazanmasını bu şekilrde açıklamıştır. Bu üaçıklamalar,kalıtımın yasaları ortaya çıkarılmadan önce, çok iyi bir açıklama şekli olarak benimsendi. Fakat kalıtım konusunda bilgiler gelişince, özellikle Weismann tarafından somatoplazma ile germplazma arasındaki kuramsal farklar bulununca, evrimsel değişmenin, vücut hücrelerinde olmadığı, sadece eşeysel hücrelerdeki kalıtsal materyalin etkisi ile yürütüldüğü anlaşıldı. Böylece Lamarck’ın varsayımı tümüyle geçerliliğini yitirdi. Çünkü bir birey gerçekte belirli ölçüde çevre koşullarına uyum yapar; fakat ölümüyle birlikte bu özellikler de yitirilir. Halbuki her döl uyumunu, doğduğu zaman taşıdığı kalıtım materyalinin izin verdiği ölçüler içerisinde yapabilir ve ancak bu özellikleri gelecek döllere verebilir. Buffon ve Erasmus Darwin de buna benzer fikirler ileri sürmüşler, fakat inandırıcı olamamışlardır. Charles Darwin ve Alfred Wallace’ın Görüşleri Charles Darwin (1809-1882), evrim bilimine iki önemli katkıda bulundu. Birincisi, organik evrim düşüncesini destekleyen zengin bir kanıtlar dizisini toplayarak ve derleyerek bilim dünyasına sundu. İkincisi, evrim mekanizmasının esasını oluşturan ‘Doğal Seçilim’ ya da diğer bir deyimle ‘Doğal Seçim’ kuramının ilkelerini ortaya çıkardı.Evrim Kuramı, bilimsel anlamda 19. yy kuramıdır; ama bu kuram 20. yy’da büyük bir kuram niteliğini aldı. Bu nedenle Darwin’ i biraz daha yakından tanımalıyız: Darwin, 1809'da İngitere’de doğdu. Babas, onun hekim olmasını istiyordu; 16 yaşında Edinburg Üniversitesi’ne gönderdi. Darwin, ilk olarak başladığı hekimlik eğitimini ve daha sonra başladığı hukuk eğitimini sıkıcı bularak her ikisini de bıraktı. Sonunda Cambridge Üniversitesi’ne bağlı Christ Kolejinde teoloji (= dinibilimler) öğrenimi yaptı. Fakat Edinburg’daki arkadaşlarının çoğu jeoloji ve zooloji ile ilgileniyordu. Cambridge’de kırkanatlıları toplayan bir grupla ilişki kurdu. Bu bilim çevresi içerisinde botanikçi John Henslow’ u tanıdı ve onun önerileri ile dünya çevresinde beş sene sürecek bir geziye katılmaya karar verdi. Beagle, 1831 yılında Devonport limanından denize açıldı. Lyell’in kitabını gezisi sırasında okudu ve dünya yüzünün devamlı değiştiğini savunan düşüncesinden çok etkilendi. Gemidekiler harita yaparken, Darwin de sürekli bitki, hayvan, fosil topluyor; jeoljik katmanları inceliyor; sayısız gözlem yapıyor ve dikkatlice notlar alıyordu. Gemi, ilk olarak Güney Amerika’nın doğu sahilleri boyunca güneye inip, daha sonra batı kıyılarından kuzeye doğru yol aldı. Bu arada Arjantin’in Pampas’larında soyu tükenmiş birçok hayvanın fosilini buldu ve yine jelojik aktmanlardaki fosillerin değişimine özellikle dikkat etti. Bu gözlemleriyle, her türün özel yaratıldığına ilişkin düşüncelere olan inancını yitirmeye başladı. Yine insan da dahil, çeşitli bitki ve hayvan türlerinin değişik ortamylara yaptıkları uyumları, bu arada yaşadığı bir deprem olayı ile yeryüzünün nasıl değişebileceğini gözledi. Beagle, 1835 yılında, Güney Amerika kıtasının batı kıyısına yaklaşık 1000 km kadar uzak olar Galapagos adalarına ulaştı. Bu adalarda yaptığı gözlemlerde, büyük bir olasılıkla aynı kökenden gelmiş birçok canlının coğrafik yalıtım nedeniyle, birbirlerinden nasıl farklılaştıklarını ve her canlının bulunduğu ortamdaki koşullara nasıl uyum yaptığını bizzat gözledi. Örneğin ispinoz kuşlarının, dev kaplumbağaların, dev kertenkelelerin, adalara ve her adanın değişik koşulları taşıyan bölgeliren göre çeşitlenmelerini, yapısal uyumlarını, varyasyonlarını ve sonuç olarak uyumsal açılımlarını gördü. Buradaki bitkilerin ve hayvanların hemen hepsi, Amerika kıtasının güney sahillerindeki bitki e hayvan türlerine benzerlik gösteriyor; ama onlardan özellikle uzaklığı oranında farklılaşmalar gösteriyordu. Daha sonra araştirmalarina Pasifik Adalarindan, Yeni Zelanda’da, Avusturalya’da ve Güney Afrika Kiyilarinda devam etti. Tüm bu araştirma süreci içerisinde evrimsel uyumu destekleyecek kanitlari titizlikle topladi.1836 yilinda Ingiltere’ye ulaşti. Darwin, ileri süreceği fikrin yankı uyandıracağını, dolaysıyla yeterince kanıt toplaması gerekeceğini biliyordu. Kanıtlar evrimsel dallanmayı göstermekle birlikte, bunun nasıl olduğunu açıklamaya yetmiyordu. İngiltere’ye varışından itibaren 20 yıl boyunca biyolojinin çeşitli kollarındaki gelişmeleri de dikkatlice inceleyerek, gözlemlerini ve notlarını biraraya getirip doğal seçilim konusundaki düşüncesini ana hatlarıyla hazırladı. 1857 yılında düşüncelerini kabataslak arkadaşlarının görüşüne sundu. Bu sırada kendisi gibi, Malthus’un bilimse serisini okuyarak ve yine sekiz yıl Malaya’da ve Doğu Hindistan’da dört yıl Amazon ormanlarında bitkiler ve hayvanlar üzerinde gözlemler yaparak, bitkilerin ve hayvanların dallanmalarındaki ve yayılışlarındaki özelikleri görmüş ve doğal seçilim ilkesine ulaşmış, bir doğa bilimcisi olan Alfred Russel Wallace’ın hazırlamış olduğu bilimsel kitabın taslağını aldı. Wallace, Darwin’e yazdığı mektupta eğer çalışmasını ilginç bulursa, onu, Linnean Society kurumuna sunmasını diliyordu. Çalışmasının adı “ Orjinal Tipten Belirsiz Olarak Ayrılan Varyetelerin Eğilimi ” idi. Darwin’in yıllarını vererek bulduğu sonuç, yani canlıların yavaş yavaş değişmesine ilişkin görüş, Wallace’ın çalışmalarında yer almaktaydı. Durum, Darwin için üzücüydü. Fakat arkadaşlarının büyük baskısıyla, kendi çalışmasını, Wallace’ınkiyle birlikte basılmak üzere 1 Temmuz 1858'de Linnean Society’ye teslim etti Basılmadan duyulan bu düşünceler 24 Kasım 1859'da “Doğal Seçilim ya da Yaşam Savaşında Başarılı Irkların Korunmasıyla Türlerin Kökeni” kısaltılmış adıyla Türlerin Kökeni yayınlandı. İlk gün kitapların hepsi satıldı. Herkes, organik evrim konusunda yeni düşünceler getiren bu kitabı okumak istiyordu. Özünde organik evrimin benimsenmesi için zemin hazırladı. Çünkü jeolojide, paleontolojide, embriyolojide, karşılaştırmalı anatomide birçok aşama yapılmış ve birden yaratılmanın olanaksızlığı ortaya konmuştu. Darwin, uysal bir adam olduğundan, bir tepki yaratmamak için, eserinin son kısmını tanrısal bir yaratılış fikrini benimsediğini yazarak bitirmişti. Buna rağmen, başta din adamları ve bazı bilim adamları dini inançlara karşı geliniyor diye bu çalışmaya karşı büyük bir tepki başlattılar. Hatta eseriyle Darwin’e çok büyük yardımlarda bulunan Lyell ve gezisi sırasında geminin kaptanlığını yapan Fitzroy , bu karşı akımın öncüleri oldular. Bu arada Huxley, çok etkin bir şekilde Darwin’e destek oldu. Darwin, çalışmalarına devam etti, birinci eserinde değinmediği insanın evrimiyle ilgili düşüncelerini İnsanın Oluşumu ve Eşeye Bağlı Seçilim adlı eseriyle yayımladı. Bu eserde insanın daha önceki inançlarda benimsenen özel yaratılışı ve yeri reddeliyor, diğer memelilerin yapısal ve fizyolojik özelliklerine sahip olduğu ve iyne diğer çcanlılar gibi aynı evrimsel yasalara bağlıolduğu savunuluyordu. Ayrıca eşeyseyl seçmenin, türlerin oluşumundaki önemi belirtiliyordu. Darwin’in “İnsanın Oluşumu ” adlı eseri, başlangıçta birçok tepkiye neden olduysa da, zamanla, biyolojideki yeni gelişmeler ve bulgular, özellikle kalıtım konusundaki bilgilerin birdikmesi, Darwin’in görüşünün ana hatlarıyla doğru olduğunu kanıtlamıştır. Doğal Seçilim Kuramının Ana Hatları (Darwin- Wallace Temellerini atmıştı) Bu kuram, ana hatlarıyla iki gerçeği, üç varsayımı ortaya çıkarmıştır. Gerçekler şunlar: 1. Tüm canlılar, ortamdaki sayılarını koruyacak matematiksel oranların üzerinde çoğalma eğilimindedir. Elemine edilen bireylerle bu fazlalık azaltılır ve popülasyonların dengede kalması sağlanır. Doğal koşullar sabit kaldıkça bu denge korunur. 2. Bir türe ait popülasyondaki bireylerin kalıtsal özelliği birbirinden farklıdır. Yani canlı popülasyonlarınnın hepsi varyasyon gösterir. Darwin ve Wallace, bunun nedenini tam anlayamadılar ve varyasyonların canlıların iç özelliği olduğunu varsaydılar. Bugün bu varyasyonların mutasyonlarla oluştuğu bilinmektedir. Varsayımlar: 1. Ayakta kalan bireylerin sayısı, başlangıçta meydana gelenlerden çok daha az olduğuna göre, ayakta kalabilmek için canlılar arasında karşılıklı, besin, yer vs için, saöaşım, ayrıca sıcaklık, soğukluk, nem vs. gibi doğal koşullara karşı bir mücadele vardır. Bu savaşım ve mücadele bir ölüm kalım kavgasıdır. Gerek besin ve yer gereksinmesi aynı olan canlı türleri arasında ve gerekse normalden daha fazla sayıda bireyle temsil edilen popülasyonlardaki aynı türe bağlı bireyler arasında, yani doymuş popülasyonlarda bir yaşam kavgası vardır. Bu görüş ilk defa Malthus tarafından ortaya atılmıştır’Yaşamak İçin Savaş”. 2. İyi uyum yapacak özellikleri (= varyasyonları) taşıyan bireyler, yaşam kavgasında, bu özellikleri taşıayan bireylere karşı daha etkili bir savaşım gücü göstereceğinden, ayakta kalır, gösteremeylenler ise yok olur. Böylece bulunduğu bireye o koşullara en iyi uyum yapabilecek yeteneği veren özellikler, gelecek döllere kalıtılmış olur. Bu varsayımın anahtar cümleciği “Biyolojik olarak En İyi Uyum Yapan Ayakta Kalır”dır. 3. Bir bölgedeki koşullar digerlerinden farkli oldugundan, özelliklerin seçimi de her bölgede, koşullara göre farkli olur. Çevrede meydana gelecek yeni degişiklikler, tekar yeni uyumlarin meydana gelmesini saglar. Birçok döl boyunca meydana gelecek bu tipp uyumlar, daha dogrusu dogal seçilim, bir zaman sonra, atasindan tamamen degişik yeni bireyler toplulugunun ortaya çikmasini saglar’Uyumsal Açilim’. Farklilaşmanin derecesi, eskiyle yeni popülasyondaki bireyler bir araya getirildiginde çiftleşmeyecek, çiftleşse dahi verimli döller meydana getiremeyecek düzeye ulaşmişsa, artik bu iki popülasyon iki farkli tür olarak degerlendirilir. Bir ata popülsayondaki bir kisim bireyler, taşidiklari varyasyon yetenekleriyle herhangi yeni bir ortama uyum yaparken, diger bir kismi da taşidigi farkli varyasyonlar nedeniyle daha degişik bir ortama uyum yapabilir. Böylece uyumsal açilim ortaya çikar. Bununla beraber, bitkiler ve hayvanlar, yaşam kavgasinda, bulundugu koşullarda, yarari ya da zarari olmayan diger birçok varyasyonu da meydana getirebilir ve onlari daha sonraki döllere aktarabilir. Darwin’in kuramı o karar akla yatkın ve o kadar kuvvetli kanıtlarla desteklendi ki, birçok biyolog onu hemen kabul etti. Daha önceki varsayımlar, yararsız organların ve yapıların neden meydana geldiğini bir türlü açıklığa kavuşturamamıştı.Bugün, türler arasında görülen birçok farkın, yaşam savaşında hiç de önemli olmadığı bilinmektedir.Fakat bu küçük farkları oluşturan genlerdeki herhangibir değişiklik, yaşam savaşında büyük değerleri taşıyan fizyolojik ve yapısal değişikliklerin oluşmasına neden olabilir. Uyumsal etkinliği olmayan birçok özelliği oluşturan genler, kromozomlar içinde yaşamsal öneme sahip özellikleri oluşturan genlerle bağlantı halinde olabilir. Bu durumda bu varyasyonlar elenmeden gelecek döllere aktarılabilir. Bu uyumsal etkinliği olmayan genler, bir popülasyon içerisinde gelecekteki değişikliklerde kullanılmak üzere ya da genetiksel sürüklenmelerde kullanılmak üzere fikse edilmiş olarak bulunur. Evrim Kuramına Bilimsel İtirazlar Belki insanlık tarihinin ilk dönemlerinden beri uygulanmakta olan öğretim ve eğitim yöntemleri, belki dini inançların etkisi, belki de insanın doğal yapısı, insanın yeniliklere karşı itirazcı olmasına neden olmuştur. Bu direniş, en fazla da eksik kanıtlarla desteklenmekte olan Evrim Kuramı’na yapılmıştı ve yapılmaktadır. Özellikle dogmatik düşünceye yatkın olanlar, bu karşı koymada en önemli tarafı oluşturur. Bununla birlikte son zamanlarda, birçok aydın din bilimcisi de olmak üzere, iyi eğitim görmüş toplumların büyük bir kısmı Evrim Kuramı’na sahip çıkmaktadır. Evrim Kuramı’na, Darwin’den beri bilimsel karşı koymalar da olmuştur. Özellikle varyasyonların zamanla popülasyonlardan kaybolacağı inancı yaygındı. Çünkü bir varyasyona sahip bir birey, aynı özellikli bireyle çifleşmediği takdirde, bu varyasyonun o popülasyondan yitirileceği düşünülmüştü. Popülasyon genetiğinde, çekinik özelliklerin, yitirilmeden kalıtıldığı bulununca, itirazların geçerliliği de tümüyle kaybolmuş oldu. Darwin, Pangeneze, yani anadan ve babadan gelen özelliklerin, bir çeşit karışmak suretiyle yavrulara geçtiğine inanarak hataya düşmüşü. Eğer kalıtsal işleyiş böyle olsaydı, iyi özelliklerin yoğunluğu gittikçe azalacaktı ve zamanla kaybolacaktı. Halbuki, bugün, özelliklerin sıvı gibi değil, gen denen kalıtsal birimlerle kalıtıldığı bilinmektedir. İkinci önemli karşıkoyma, bu kadar karmaşık yapıya sahip canlıların, doğal seçimle oluşamayacağıydı. Çünkü bir canlının, hatta bir organın oluşması, çok küçük olasılıkların biraraya gelmesiyle mümkündü. Fakat cınlıların oluşmasından bugünekadar geçen uzun süre ve her bireyde muhtemelen ortaya çıkan küçük değişikliklerin, yani nokta mutasyonların, zamanla gen havuzunda birikmesi, sonuçta büyük değişikliklere neden olabileceği hesaplanınca, bu karşı koymalar da kısmen zayıflamıştır. Üçüncü bir karşikoymaya yanit vermek oldukça zordur. Karmaşik bir organ yarar saglasa da birden bire nasil oluşabilir? Örnegin omurglilarda, gözün bir çok kisimdan meydana geldigi bilinmektedir. Yalniz başina bir kismin, hehangi bir işlevi olamaz. Tümü bir araya geldigi zaman görme olayi saglanabilir. O zaman degişik kisimlarin ya ayni zamanda birden meydana geldigini varsaymak gerekiyor- bu popülasyon genetegi açisindan olanaksizdir- ya da yavaş gelşitigini herhangi bir şekilde açiklamak gerekiyor. Bir parçanin gelişmesinden sonra digerin gelişebilecegini savunmak anlamsizdir; çünkü hepsi birlikte gelişmezse, ilk gelişen kisim, işlevsiz olacagi için körelir ya da artik organ olarak ortadan zamanla kalkar. Bununla birlikte, bu teip organlarin da nokta mutasyonlarin birikmesiyle, ilkelden gelişmişe dogru evrimleştigine ilişkin bazi kanitlar vardir. Evrim Kuram’nda dördünrcü karanlık nokta, fosillerdeki eksikliktir. Örneğin balıklardan amfibilere, amfibilerden sürüngenlere, sürüngenlerden memelilere geçişi gösteren bazı fosiller bulunmakla birlikte(bazıları canlı olarak günümüzde hala yaşamaktadır), tüm ayrıntıyı verebilecek ya da akrabalık ilişkilerini kuşkusuz şekilde aydınlatabilecek, seri halindeki fosil dizileri ne yazık ki bazı gruplarda bulunanamımıştır. Bununla birlikte zamanla bulunan yeni fosiller, Evrim Kuramı’ndaki açıklıkları kapatmaktadır. Anorganik Evrim Bulutsuz bir yaz gecesi gökyüzüne bakan her insan, içinde yaşadigi evrenin nasil oluştugunu, onun sonsuzlugunu, içinde başka canlilarin, belki de düşünebilir canlilarin bulunabilecegini ya da sinirli oldugunu, özellikle o sinirin ötesinde neler olabelecegini, dünyadakilerden başka canli olmadigini, kapatilmiş oldugu evrensel yalnizligi ve karantinayi düşününce irkilir.Bu duygu coşkularimizin kaynagi, inançlarimizin temeli ve çok defa teslimiyetimizin nedeni olmuştur. Ilkçaglardan beri evrenin yapisi üzerinde varsayimlar ileriye sürülmüş ve çok defa da bu görüşler, belirli çevrelerce politik basiki araci olarak kullanilmiştir. Yüzyilimizin oyldukça güvenilir ölçümlerinin ve gözlemlerinin ışığı altında ortaya atılan Anorganik Evrim Kuramı’nı incelemeden, evrenin oluşumu konusundaki düşüncelerin tarihsel gelişimine kısaca bir göz atalım. Gerek ilkçağlarda, gerekse ortaçağda, evrenin merkezinin dünya olduğu ve dünyanın da sabit durduğu savunulmuş, diğer tüm gök cisimlerinin Dünya’nın ektrafını saran evrensel kürenin kabuğu üzerinde çakılı olduğu varsayılmıştır. Bu zarfın ötesi, Tanrısal gök olarak tanımlanmıştır. Bruno’ya kadar hemen tüm görüşler, evrenin sınırlı boyutlar içerisinde olduğu şeklindeydi. İlk -ve ortaçağın değişik bir çok toplumunda tanrı kavramının gök cisimler ile özdeşleştirildiği görülmektedir. Gökyüzünün mekaniği konusunda ilk ciddi gözlemler, Asurd, Babil, Mısır kültürlerinde yapılmış, bazı evrensel ölçümler ve ilkeler bulunmuştur.Fakat yaratılışı konusundaki düşünceler çoğunlukla din adamlarının tekeline bırakılmıştır. İlk defa Giordano Bruno, yıldızların da bizim Güneş sistemimiz gibi, gökte asılı olarak durduğunu ve evrenin sonsuz olduğunu zamanın din adamlarına ve filozoflarına karşı savundu. Çünkü Bruno’ya göre, evren, tanrının kendisiydi ve onu sınırlı düşühmek Tanrı kavramına aykırı düşmekteydi. Düşünüclerinden dolayı 17 Şubat 1600 yılında, Roma’da, halkın gözü önünde yakıldı. Immanuel Kant, Bruno’dan 150 yıl sonra, evreni Tanrının yarattığını savunarak, onun sonsuz büyük olması gerekeceğini, pozitif bir kanıta dayanmadan ileri sürdü. Daha sonra Olbers, gökyüzünün, geceleri neden karanlık olduğunu merak etti. Çünkü ışık veren gökkcisimlerinin, ana hatlarıyla evrende homojen bir dağılım gösterdiği bilinmekteydi. Fiziki yasalarından bilindiği kadarıyla, bir kaynaktan gelen ışık şiddeti uzaklığın karisi ile aazalmaktaydı.Fakat buna karşın küresel bir şekilde, hacim, yanrıçapın, yani uzaklığın küpüyle artmaktaydı. Dolaysıyla dühnyaya ışık gönderen kaynakların ışık şiddeti, uzamklıklarının karesi oranında çoğalmaktaydı. Bu durumda, evrenin çapının büyüklüğü oranında, dünyaya gelen ışık miktarı fazla olmalıydı.Halbuki geceleri karanlıktır, yani dünyanın gökyüzünü aydınlatacak kadar ışık gelmemektedir. Öyleyse evrenin boyutları sınırlı olmalıydı. Olbers’in bizzat kendisi, bu inanılmazı sınırlı evren tanımını ortadan kalrdırmak için, ışık kaynaklarının gittikçe azaldığını varsaymıştır. Yüzyılımızda, ünlü fizikçi Einstein, evren konusunda hesaplarını yaparken, onun sabit boyutlar içerisinde çıktığını gördü. Sonuç kendisine dahi inanılmız geldi. Bu nedenle sonucu değiştirmek için, denklemlerine, yanlışlığı sonradan saptanan, doğal kuvvetler dediği, bir takım kozmik terimler ekledi. Hubble, 1926 yılında, çıplak gözle görülmeyen; ama fotoğraf camında iz bırakan, bizden çok uzak birtakım spiral nebulalar saptadı. Spiral nebulaların, uzun dalgalı ışık (kırmızı ışık) çıkardıkları 1912 yılından beri bilinmekteydi. Hubble, 1929 yılında, bu nebulalaların ışığının kırmızıya kaymasını, Doppler etkisi ile açıklayarak, ünlü kuramını ortaya attı. Yani tüm nebulalar bizden ve muhtemelen birbirlerinden büyük hızlarla uzaklaşmaktaydı, yani evren her saniye yapısını değiştirmekte, genişlemekydi. Böylece dünyaya gönderdikleri ışığın frekansında, kaynağın hızla uzaklaşmasından domlayı, azalma, yani ışığın döküldüğü yerde, ışığın kırmızıya kaydığı gözlenmekteydi Işık kaynakları gözlenen yere doğru hızla yaklaşsaydı, ışıklarının maviye kaydığı, yani gözlem yerine ulaşan ışığın frekansında artma görülecekti. Bu cisimlerin hızı bizden uzaklaştıkça artmaktaydı.Gözlenebilen en uzaktaki gök cisimleri (dünyadan 8 milyar ışıkı yılı uzakta ve 240. 000 km/s hıza sahip) birkaç yıml içerisinde tamamen kayboluyor, yerlerini kuvvetli radyo dalgaları veren kuasarlara bırakıyorlardı Kuasarların nasıl birg ök cismi oldukları tam olarak bilinmemektedir. Birçok astrofizikçi, cisimlerin kuasarlara dönüştüğü bu bölgeleri, evrenin kıyıları olarak tanımlamada fikir birliği etmektedir. Hubble’ın bu bulgularını duyan Einstein, daha önce denklemlerine eklediği kozmik terimleri ve ilave sayıları sessizce geri çekti. Çünkü, onlarsız yaptığı tüm işlemler hemen henmen doğruydu. Böylece evrenin büyüklüğünün sonlu, yapısının değişken olduğu kesin olarak kanıtlanmaktaydı. Evren patlarcasına genişliyor, buna bağlı olarak birim hacimdeki madde miktarı, yani yoğunluk azalıyordu. Bu genişlemenin bir başlangıcı olmalıydı. (Demirsoy, Ali, Yaşamin Temel Kurallari Cilt-1, Kisim-1, Onbirinci Baski, Ankara 1998, s:543-555) Evrim Kuramında Bir Paradoks İngliz bilim adamı Charles Darwin (1809-1882) ve Alfred Russel Wallace (1823-1913) gerek yaptıkları seyahatler sonucunda elde etmiş oldukları coğrafik deller gerekse mevcut karşılaştırmalı anatomi çalışmalarıyla emriyoloji bilgilerini kullanmak suretiyle ve de Malthus’un da etkisiyle, şekkillendirdikleri evrim kuramında canlıların yaşamlaranı sürdürebilmelerinde iki gücün etkin olduğunu belirlemişlerdir. Bunlardan birisi doğal eleme gücüdür; canlı bu güç sayesinde çevre şartlarına uyum göstererek yaşamını devam ettirebilme şansına sahip olabilir; kendine nisbetle şartlara uyum göstermeyenler yaşamlarını sürdüremezler, yok olurlar. Uyum gösterenler ise çevre şartlarına uygun olarak değişim gösterirler. Böylece, meydana gelen değişimler sonucunda yeni türler ortaya çıkar. Ancak, canlılarda bir ikinci güç daha vardır; o da ataya dönüş gücüdür (atavizm). Canlı ne kadar asıl tipinden uzaklaşmış olursa olsun, atalarına dönüş meyli taşır ve dolaysıyla söz konusu dönüşü yapabilir. Bunun tipik örneğini Darwin, güvercinlerde göstermiştir. Evcilleştirilmiş güvercinlerin yabanıl kaya güvercinlerine dönüş göstermesi gibi. Evrim kuramını desteklemek üzere, bu iki güce ek olarak, Darwin ve Wallace ‘koruyucu benzerlik’ ten söz ederler. Buna göre canlılar yaşamlarını sürdürebilmek için doğal çevre şartlarına uyarlar; örneğin çölde yaşayan canlıların renkleri sarı tonlarındadır; ormanda yaşayan hayvanların renkleri çok parlaktır; kutuplardaki hayvanlar için ise aynı şekilde, çevreye uyum göstermiştir; genellikle beyaz renktedir. Buna paralel olmak üzere, hayvanların kendilerini korumak için bazı başka korunma yollarını da denedikleri görülmüştür. Bazı hayvanlar, sansarlar gibi, kötü koku salar ya da seslerini daha güçlü hayvanlara benzeterek düşmanlarına karşı kendilerini korur. Koruyucu benzerlik, aslında evrim kuramıyla garip bir şekilde zıt düşmektedir. Çünkü eğer canlı, mimikri, yani daha güçlüyü taklit etme şeklinde bir kuruyucu benzerlik gücüne sahipse, o takdirde, nisbeten kuvvetli olan canlılara karşı koruyucu bir silah geliştirmiş olur ve her ne kadar evrim kuramına göre, yaşamını sürdürebilmek için güçlü olması gerekiyorsa da, taklit kaabiliyeti sayesinde, zayıf olsa da, yaşamını sürdürebilme şansına sahip olur. Doğabilimler yapmış oldukları araştırmalarla, doğada birçok mimikri belirlemeyi başarmışlardır. (Esin Kahya, AÜ DTCF Felsefe Bölümü, Bilim ve Teknik, Mayıs 1995, 330. sayı) Bilgi Çocuklarımızın yüzüne aynaya bakar gibi bakıyoruz. Onlar bizim yeniden dirilişimizdir. Kendileri tıpkı bize benzer yapabilmeleri çin hücrelerinde bulunan, bizim fiziksel yapımızı belirleyen bilgiyi, onlara sperm ve yumurta olarak veriyoruz. Bu bilgi bizim geleceğe armağanımızdır. Hücre yapımı için gerekli bilgi; harita, plan veya taslak niteliğindedir. Bir rehber, bir kitap, bir broşür gibi de denebilir. Bu rehber çok özel bir yaratmayı gerçekleştirecek olan aracının veya makinenin, canlı üretme makinesinin “anlayacağı” eksiksiz bir bilgi anahtarı olmalıdır. Genler Genetek bilimi, her canlının özelliklerinin (örneğin göz rengi) kalıtımla geçtiğini, yani yavruda hassas bir şekilde yeniden ortaya çıktığını göstermişttir. Kişisel özelliklerini düzenleyen bilgi, “genler” denilen özel varlıklarla nesilden nesile geçer. Her belirgin kalıtımsal özelliğin ayrı bir geni daha vardır. Genetik biliminin kurucusu Gregor Mendel 1860'larda, genlerin kalıtımla gerçek şeyler gibi; sulandırılmadan, bölünmeden, karışmadan aktarıldığını açığa çıkardı. Öyleyse genler, her biri (s:19) organizmanın belirli bir özelliğini içeren, kalıtımla yavruya aktarılabilen küçük bilgi paketleridir diyebiliriz. 1920'lerde büyük genetikçi Thomas Hunt Morgan, genlerin hücrei içindeki yerlerini buldu. Bütün hücrelerde, çekirdek dedğimiz kapalı bir kap vardır. Hücre bölünüp iki hücre haline gelirken, ilk önce bu çekirdeğin bölündüğü, dolaysıyla hücre içinde önemli bir rolü olduğu daha önce de biliniyordu. Yani, tek hücrenin servetini yeni hücrelere eşit bölüştürme işlemi, çekirdekte başlıyordu. Dahası; mikroskop, çekirdeğin içinde kromozom denilen iplik gibi yapıları açığa çıkardı. Bu yapılar, çekirdeki bölünmeden kendilerini bir kat artırıyorlar ve her kromozom dizini, bir yeni “yavru” hücrenin içine yerleşiyordu. Bu düzenleme yüzünden, koromozomların genlerin yuvaları olmalarından kuşkulanıyorlardı. Morgan, adi meyve sineklerini deney hayvanı olarak kullanarak bunun gerçekten de doğru olduğunu, bir dizi ince deneyle kanıtladı. Bu işi tamamlandığında, genlerin kromozom ipliklerinin etrafında top top sarılmış oldukları artık biliniyordu. Genler Neden Yapılmışlardır? Kromozomlar (genler) neden yapılmışlardı? Biyolojide kuşkusuz çok önemli bir yeri olan Oswald Avery’nin deneyleri bu soruya çok açik ve parlak bir yanit getirdi. Çalişmalari, şimdi “moleküler biyoloji” dedigimiz modern çagi açti. 1940'larin başinda Avery, iki tarafli zatürreye (akciger iltihasbi) neden olan bakteriyle ugraşiyordu (penisilin bulunmadan önce, en büyük ölüm nedenlerinden biriyldi bu hastalik). Yaptigi deneylerde açiklayamadigi şaşirtici sonuçlar buldu. (s:20) Ölü zatürre bakterileri, kötü niteliklerini, zatürre yapmayan türden canli bakterilere geçirebiliyorlardi. Bu, tehlikeli ölü bakterilerin, canli ve zararsiz bakterileri tehlikeli hale getirebilmeleri demekti.Bu nitlik bir defa geçirilince artik kalici oluyor ve bir zamanlar iyi huylu olan bakterilerin gelecek kuşaklarina kalitimla geçiyordu. Hastaliga neden olabilme kapasitesi bir veya bir grup özellekten kaynaklanir. Bu özellikler, genler tarafindan kontrol edilir ve kalitimla geçirilirler. Avery, ölü baterilerin parçalandiklarini, vücutlarinin bilgi taşiyan kimyasal maddeler çikardigini, canli baketirelirn de bulari besin olarak kullandiklarini düşündü. Yani genler, canli bakterilere girip onlarin kalitimlarini belirtiyorlardi. Avery ve arkadaşlari, bu gene benzer maddeyi kesin olarak belirlemek üzere çalişmaya başladilar. İnsan, Tıp bilimi için, genlerin kimyasal özelliklerinin bulunmasından daha önemli bir problem olabileceğini düşünüemez. Ancak bu kesinlikle insanlar, hatta hayvanlar üzerinde de incelenebilecek bir problem değildi. Neyse ki zatürre yapan bakteriler, Avery’e uygun bir sistem getirdiler. Bu iyi ve değerli bir model-deney sistemi örneği oluşturuyordu. Aslında, bütün genetik bilgi birikimi, 100 yıl önce Gregor Mendel’le başlangıcından bugünkü araştırmalara kadar, büyük ölçüde basit deney modellerine dayanır. Bezelyeler, meyve sinektleri, ekmek küfü ve bakteriler... Avery’nin üzerinde çalıştığı bakteriler geretik olarak birbirinin tıpkısıydı. Başka cinslerle karışmamış, safkan bakterilerdi bunlar. Hızla üreyebiliyorlardı öyle ki kalıtım özelliklerini birçok kuşağın üzerinde izlemek olanaklıydı. Zatürreye neden olma yetenekleri, farelere verilerek kolayca ölçülebiliyordu. Avery’nin yaptığı önemli deneyleden biri, probleme açık bir yanıt getirdi. Ölü bakterilerden dağılan bir molekül karışımını aldı ve içine DNA’yı “bozan” bir enzim ekledi. DNA’nın bozulması, karışımın zararsız bakterileri zararlı bakteriye çevirebilme yeteneğine bir son verdi. Buna ek bir deneyle Avery ve arkadaşlari, zararsiz bakterileri hastalik yapan bakteriye çeviren maddenin “deoksiribonükleik asit” veya DNA oldugunu kanitladilar. DNA: Deoksiribonükleik Asit Aslında, DNA’yı Avery bulmadı. Bu işi, Avery’den altmış yıl önce Friedrich Miescher adında bir araştırmacı yapmıştı. O ve onu izleyen bilim adamları bu konuda bir sürü kimyasal bilgi toplamışlardı. DNA’nın zinci şeklinde birbirine bağlı, büyük miktarlarda fosforik asit içeren “nükleotid” denilen moleküllerden oluştuğu biliniyordu. Bunlar, o zamana kadar hücrede bilinen en büyük moleküllerdi. Avery, DNA’nın kalıtımın temel maddesi olduğunu gösterdi. Başka ir deyişle “bir şeyi kalıtımla geçirmek demek, bir parça DNA aktarmak demektir”. Genler DNA’dır. Bilgi DNA’dır ve DNA bilgidir. Avery’nin ispatından beri, DNA konusunda bilinenler öyle şaşırtıcı bir hızla arttı ki, 1960'larda (s: 22) artık bilginin DNA’da nasıl kodlandığını bu bilginin nasıl hücre maddesine dönüştüğü ve DNA’nın gelecek kuşakla paylaşılmak üzere nasıl kopya edildiğini biliyorduk. Bu zorlu yarışa bir çok bilim adamı katıldı; ama James Watson ve Francis Crick ’in DNA’nın doğru yapısının ikili sarmal, yani içiçe dönen iki zincir olduğunu düşünüp bulmaları en büyük aşamalardan biridir. Öyleyse işte DNA’nin temel özelliklerine bakalim: 1.Molekül zincir şeklindedir( Degişik basit molekül çeşitlerinin birbirine eklenmesinden oluşmuş zincir şeklindeki madde) 2.Olağanüstü uzun ve son derece incedir.Hücrenin çekirdeği 100 kere büyütülseyydi aşağı yukarı iğne ucu büyüklüğünde olacaktı, yani gözün ancak seçebileceği kadar. İte bu küçücük çekirdek içinde katlanmış durumda bulunan DNA açılırsa, boyu, bir futbol sahasının boyu kadar olur. 3. Zincirde dört çeşit halka vardir (nükleotid denilen moleküller). Isimleri adenilik asit, guanilik asit, sitidilik asit ve timidilik asit; kisaltmalari A. G, C ve T. 4. Bu dört tür halkanın bağlanma biçimi, adi bir zincirin halkaları gibi birbirinin aynıdır. 5. Halkaların şaşmaz bir düzeni vardır, bu kitaptaki harflerin düzeni gibi. Bundan sonra, zincirler üzerine söyleyecek çok şeyimiz olacak. Bir zinciri her resimleyişimizde, buradaki beş biçimden hangisi en uygun, en açiklayicisiysa onu kullanacagiz. Kuşkusuz, gerçek zincirlr bizim resimlerde gösterdiklerimizden çok daha uzundur. DNA = Dil = Bilgi Şimdi dört çeşit halkasi olan bir zincirimiz olsa ve bunun yeni bir bireyin oluşmasi için gerekli bütün bilgiyi içerdigini bilsek, bu sirrin halkalarin siralanmasinda veya düzenininde yattigi sonucunu çikarmamiz gerekir. Zincirin bu kadar çok anlam taşimasinin başka bir açiklamasi olamaz. Bilgi, böylece harita veya plan olmak yerine, düz bir yüzey üzerinde iki boyutlu bir şeye, daha dogrusu tek boyutlu “yazili” talimat dizinine dönüşür. Burada dille-benzetme (analoji) yapilabilir.DNA alfabesinin dört harfi var, ama bunlarla yazilabelecek mesajlarin sayisi sonsuzdur. Tipki iki harfli Mors alfabesiyle (nokta-çizgi) söylenebileceklerin sinir olmadigi gibi. Kitaplardaki harfler kağıt üzerindeki yerlerine göre diziler halinde bağlanmışlardır. DNA içindeki dört nükleotid halkası ise gerçek kimyasal bağlarla dizi halinde bağlanmıştır. Belli bir organizma içindeki toplam DNA’da bir kitap gibi düşünülebilir.(s:24) Bu kitapta, bütün harfler, deyimler, cümleler ve paragfraflar bir zincir oluşturacak biçimde birbirine eklidir. Organizmanın bütün bölümleri ve bütün işlevleri böylece tanımlanır. Bu organizmanın özdeş bir ikizi varsa, o da aynı DNA’ları içerir, aynı kitaptan bir tane daha diye düşünülebilir; ne bir harf, ne bir sözcük farklıdır ikisi arasında. Aynı türün başka bir organizması da, gramerda sık sık ve göze çarpıcı farklar olduğu halde, benzer bir kitabı oluşturur. Değişik türlerin kitapları, içlerinde bir sürü benzer cümleler de olsa oldukça değişik öyküler anlatırlar. Yukarıdaki benzetmede zincirin parçaları olan genler, aşağı yukarı cümlelerin krşılığıdırlar. Bir gen, organizmanın belirli bir yapısını oluşturan veya işlevini gören bir harf (nükleotid) dizidir. Genler, çok uzun bir DNA molekülünde arka arkaya eklenmiş cümleler gibidirler. Bir İnsan Oluşması İçin Ne kadar Bilgi Gerekli? Bilginin ne olduğunu gördükten sonra isterseniz, canlıları oluşturmak için ne kadar bilgi gerektiği üzerine kabaca bir fikir edinelim: 1. Bir bakteri, canlı yaratıkların en basitlerindendir, 2 000 civarında geni vardır. Her gen 100 civarında harf (halka) içerir. Buna göre, bir bakterinin DNA’sı en azından iki milyon harf uzunluğunda olmalıdır. 2. İnsanın, bakteriden 500 kat fazla geni vardır.Öyleyse DNA en azından bir milyar harf uzunluğundadır. 3. Bir bakterinin DNA’sı bu hebsaba göre, her biri 100.000 kelimelik 20 ortaama uzunlukta romana, insanın ki ise bu romanlardan 10.000 tanesine eşittir! Dilden Maddeye DNA dilinin anlamı, belirli bir canlı organizmayı tanımlamasındadır. Başka bir deyişle genler, maddenin, yaşamın gerçek özünün, gerçek canlı unsurun yaratılması için gerekli bilgiyi verirler. DNA dili fizik olarak yaşamaya, nefes almaya, hareket etmeye, et üretmeye nasıl çevrilebiliyor? Bu soruyu yanıtlamadan önce, nelerden yapılmış olduğumuzu bilmemiz gerekir. Proteinler Bu konu zor görünebilir ama aslında öyle değil. Bizi oluşturan en önemli malzeme proteindir denilebilir. Diğer yapı maddelerimiz (su, tuzlar, vitaminler, metaller, karbohidratlar, yağlar vb.) proteinlere destek olmak üzere bulunurlar. Proteinler yalnızca kütlemizin (suyu saymazsak) çoğnu oluşturmakla kalmayıp, aynı zamanda vücut ısımızı, hareketlerimizi ayarlarlar, düşüncelerimizin ve duygularımızın da temelini oluştururlar. Kısacası bizi oluşturan ve yaptığımız her şey proteinlere dayanır. Örneğin, kendimi gözlüyorum: bütün kütlesi proteindir; ne görüyorsam (kürkü, gözleri, hareket etmesi bile) proteindir. İçindeki her şyey de proteindir. Ayrıca kendime çok özel bir kişilik veren herşey de özel proteinlerle belirlenmiştir. DNA’nın yönlendirilmesiyle yapılan proteinler birey olmanın, tek olmanın, bütün türlerin fiziksel temelidir. Metal, otomobil için neyse, protein bizim için odur. Otomobilde başka malzemeler de vardır; ama yapıyı ve işlevi sağlayan en önemli eleman metaldir. Hem görünüşü, hem de işleme yeteneğini belirler. Bir arabanın diğerinden farkını; biçimini, niteliği ve metal kısımların durumu belirler.(s:26) Şimdi, yeni bir soru ve başka bir ayrintili inceleme için haziriz. Proteinler neden yapilmişlardir? İşte özelliklerinin listesi: 1. Zincir moleküldürler. 2. Uzundurlar ama DNA kadar değil. 3. Yirmi çeşit protein halkasi vardir. Bunalara amino asitler denir. 4. Yirmi birimin de bağlantı biçimi tamamen aynıdır. 5.Yirmi birimin veya halkanın düzeni veya diziliş sırası hassas ve kesindir. Bu düzen, hangi protein olduğunu ve sonuçta işlevinin ne olduğunu belirler. Amino asitler, isimlerinin ilk üç harfi eklenmiş zincir halkalariyla gösterilirler. Yirmi amino asit şunlardir: fenilalanin, leusin, izoleusin, metyonin, valin, serine, prolin, treoinin, alanin, tirosin,histidin, glutamin, asparajin, lisin, aspartik asit,glutamik asit, sistein, triptofan,arjinin,glisin. Çeviri Bu beş özelligin DNA zincirininkine ne kadar benzedigini gördünüz. Halkalari özel bir düzende olan zincirler, protein alfabesinde yirmi çeşit harften oluşuyor;DNA alfabesinde ise dört harf var. DNA bilgisinin protein maddesine dönüşmesinin aslinda dildeki gibi bir çeviri işlemi oldugu hemen (s: 27) görülebilir. Dört harfli bir alfabedeki harf dizisinden, yirmi harfli bir alfabenin harf dizisine geçilmektedir. Mors dilinden (iki harfli nokta-çizgi alfabesinden) Ingilizce gibi yirmisekiz harfli alfabesi olan bir dile çeviri yapmaya da benzetilebilir bu. Bütün olan biten aslında bu kadar.Hücerelerin protein zincirleri içinde binlerce çok ufak, son derece basit çeviri makinesi var. Bunlara “ribosomlar” deniyor. Şu şekilde çalışırlar: Önce DNA bilgisinin bir bölümü, bir gen, bir enzim (bu işlemin hızlanmasına yardım eden bir protein) tarafından kopye ediliyor. Mesajcı RNA (mesajcıribonükleik asit) dernilen bu gen kopyası da bir zincirdir. RNA molekülleri,DNA moleküllerinin hemen hemen aynı zincir moleküllerdir; ama onlar kadar uzun değildirler. Bir DNA molekülü bir çok geni içerir, bir mesajcı RNA molekülü ise yalnızca bir tek genin kopyasıdır. Bu RNA moleküllerine “mesajcı” denir, çünkü genin mesajının, ribosomlar yolu ile DNA’nın hücredeki yeri olan çekirdekten proteinlerin yapıldıkları hücrenin çekirdek dışındaki kısmına (stoplazma) taşırlar.(s:28) Gen kopyası mesajcı RNA bir ucunu ribosoma bağlar, Ribosom okuyucudur;mesajcı RNA’nın içindeki nükleotidlerin (harflerin) dizilişini okur; ama bildiğimiz anlamlı bir sözcük çıkarmak yerine protein çıkarır. Bu şu şekilde gerçekleşir: Özel enzimler amino asitleri “transfer” RNA (tRNA) denilen küçük bir RNA molekülüne bağlarlar. Yirmi amino asitin her biri özel RNA molekülüne bağlanır. Amino asite bağlanmış tRNA’lar kendilerini ribosoma yöneltirler. Ribosom, gerekli tRNA’yı (bağlı amino asitlerle birlikte) o anda mesajcı RNA’dan okuduğu deyimlere uygun olarak seçer. Yani eğere ribosom mesajcıdan ala amino asitini (alanin) belirleyen bir grup nükleotid mesajını okumuşsa, bu amino asitin (Hayatın Kökleri, s:29) bağlı olduğu gruba uygun nükleotidleri olan bir tRNA seçer. Mesajcı nükleotidin, belli bir amino asite uygunluğu, nükleotidlerin doğal uygunluk ilişkisine dayanır.Mesajcı üzerindeki her nükleotid dizisi, transfer RNA üzerindeki uygun nükleotid dizisiyle mükemmel bir şekilde eşleşir. Her yeni aminoasit ve onun tRNA’sı ribosoma gelip uygun biçimde yerleştikçe, amino asit kendisenden önce ribosoma gelmiş olan amino asitle kimyasay olarak birleşir. Böylece, halkalar sırayla birer birer bağlanır. Ribosom mesajı okudukça protein zincirinin boyu durmadan inin okunma ıbitince, bütühn protein halkası serbest bırakılır. Böylece yeni bir protein doğmuş olur. Bir genboyu DNA’nın içindeki nükleotid dizilişi, bir protein içindeki amino asit dizisini tam olarak belirler. Bir gen, bir protein. Bir gen; bir protein kavramı bizim proteinlerin nasıl oluştuğunu öğrenmemizden çok uzun zaman önce bulunmuştu.1930'larda ekmek küfü üzerine bir dizi parlak deney yapan biyokimyacı George Beadle, bir teks gen içindeki değişikyiklerin, bir tek proteinde bozulmaya yol açtığını göstermişti.Buna dayanılarak yapılan çcalışmalar bakteri kullanılarak ilerletildi ve genişletildi. Bu büyük çalışma ve burada anlatacağımız niceleri, herman Müller’in 1920'lerdeki DNA’daki değişmelerin (mutasyon), istenildiğinde canlı sistemleri x-ışınlarına tutarak sağlanabaleceğini gösteren önemli buluşu olmasaydı başarılamazdı. DNA, bir hücrdede bulunan değişik p;roteinler kadar gen içerir (bakteride 2000; insanda 200.000). Protein yapan makinenin bu çeviri işlemindeki şaşmayan hatasizligi,kuşkusuz dikkate deger. bir hücrenin yaşamasi için gerekli binlerce proteinin üretilmesinde ancak bir-iki yanlişligüa yer olabilir. Insanlarin yahptigi hiçbir makine, bunun gibi 200 romana eşdeger bir yaziyi bu kadar az yanlişla yazamaz. t-RNA’nın Bulunması Hocam Paul Zamecnik ve ben, 1956'da transfer RNA’yı birlikte bulduk ve neye yaradığını açıkladık. Zamecnik daha önce ribosomların, üzerinde proteinlerin biraraya getirildiği strüktürler olduğunu göstermişti.Ben de bu tarihten bir yıl önce amino asitlerin özel bir dizi enzimle aktif hale getireilebildiğini (yani diğer amino asitlerle reaksiyona hazırlandığını) kanıtlamıştım (bu dördüncü bölümde anlatılıyor). Ama arada eksik bir şey vardı: amino asitlerin bağlanabileceği ve onlara (Hayatın kökleri, s: 31), mesajcı RNA’ların gösterdiği yerlere yerleştirilmelerini sağlayan kimliği kazandıracak bir şey. Paul Zamecnikle birlikte, hücreler içinde amino asitlere önemli bir yatkılnığı olan, yani onlarla olağandışı bir sıklıkla bağlanabilen küçük RNA molekülleri olduğunu gördük. Proteinin yapılışnıda ki eksik olan halkayı bulduğumuzu hemen anladık. Bir sürü yoğun ve zevkli deneyden sonra, ondan sonraki yılın sonlarına doğru,tRNA’nın protein yapımına katılım yönteminin size daha önce açıkladığım oldukça tam bir resimini elde ettik. Zincirlerden Üç Boyutlu Varlıklara Buraya kadar öykü yeterince doyurucu; canlı mekanizmalar, zincirleri dil olarak kullanırlar. Plandan bitmiş üretime geçmek, basit bir çeviri işidir. Ama hala aşmamız gereken bir engelimiz var. Çeviri bir simgeyi başka bir simgeye, tek boyutu tek boyuta, bir zinciri başka bir zincire, nükleotitleri amino asitlere dönüştürülüyor. Zincirden “maddeye” nasıl varabiliriz? Protein moleküllerinin görevlerini yerine getirmelerine, dokunabildiğimiz, kavrayabildiğimiz şeylere, tohumlara, çiceklere, kurbağalara, size, bana bir boyuttan üç boyuta sıçramak zorundayız demek ki. Yanıt, protein zincirleri içindeki halkaların yani aminoasitlerin özelliğinde yatıyor. Protein molekülleri, zincir oldukları halde asılnrad (fiziki olarak) gerçek zincirlerde olduğu gibi üç boyutlu yapılardır. Proteinin yirmi değişik amino asiti, etkisiz simgeler değildirler. Herbirinin kendine özgü kimyasal özellikleri vardır. Bazıları zincirdeki ikiz eşleriyle kimyasal bağlar yapmayı yeğlerken, bazıları daha çok asit, bazıları da alkali özelliğini gösterir. Kimi suyu aramak eğilimindeyken, kimi de sudan kaçar. bazıları öyle biçimlendirilmişlerdir ki zinciri bükebilirler. (s: 32). Birkaç tanesinin de bir proteinin yalnızca bir tek işe yaramasına katkıda bulunacak özel marfetleri vardır.Bu amino asitler zincirdeki yerlerine göre zincirin son biçimini belirler. Zincirler tamamlandıkları zaman, bir çeşit ip yumağı oluşturmak için kendi kendilerine içiçe dolanıp katlanırlar. çözülmüş zincirdeki amino asitlerin “sırası”, molekülün katlanmak için hazır olduğu zaman nasıl davranacağını, ne yapacağını “şaşmaz” bir şekilde belirler. katlanma biçimi de protein molekülünün şeklini, özelliklerini, işlevini belirler. Kas proteinler için, bir gen, protein yapar makinelere son bitmiş biçiminde katlanabeilecek ve komşu liflerin üzerinedn kayabilecek çok uzun bir protein zinciri yapmasini emreder. Böylece kisalabilen uzun lifler oluşur. kan hücrelerindeki oksijen taşiyan protein zinciri hemoglobin, özel bir üç boyutlu katlahnma biçimine sahiptir. Böylece yalnizca kendisine özgü bir yolla oksijeni tutma ve serbest birakma işlevini yerine getirebilir. Sonuç olarak herbirini siralanişi, genler içindeki nükleotidlerin siralanişiyla belirlenmiş binlerce protein zinciri, özel biçimlerde katlanip, özel işlevler elde ederler. Düzen Yaratmak, Çoğu Kez Zincir Yapmaktır Birinci bölümde düzen konusunda söylediklerimizi hatırlayın: Yaşam, sürekli düzensizliğe giden bir evrende düzene yönelik çalışır.Şimdi bunun ne demek olduğunu çok daha açıkça görebiliriz. Canlı olmak, daha önceden şaşmaz bir kesinlikle tanımlanmış bir düzenle, halkaları zincire eklemektir. Düzen bir defa kurulunca, son biçimin ve işlevin elde edilmesi hemen hemen kendiliğinden gelir diye düşünülebilir. İsterseniz, bir parçayı bir başka parçanın önüne koymak (Hayatın Kökleri, s: 33) kendiliğinden sonuca götürüyor diye düşünebilirz bu düzeni. Zayıf Kimyasal Bağlantıların Önemi Hücrelerin önemli molekülleri yani DNA,RNA ve proteinler üzerine yapılan bir çalışmadan çok ilginç bir genelleme ortaya çıkmıştır. Aslında “zayıf” kimyasal bağlantılar, yaşam için son derece önemil işlevler taşırlar.Güçlü bağlantılar (sağlam kovalent bağlar), amino asitleri protein içinde birbirine bağlayanlar cinsinden veya RNA ve DNA içinde nükleotidleri bağlayanlar cinsinden olanlardır.Bunlar zincirin her halkasında komşuyu sıkıca tutarlar. Zayıf bağlantılar ise bütün büyük zincirlerde katlanma noktalarını belirleyen ve molekülün biçimini sağlayanlardır. DNA’da iki zinciri,çift sarmalı oluşturmak iççin birarada tutan nükleotidler arasında zayıf halkalar vardır. Bunlar ileride göreceğimiz gibi RNA üretiminde çok greklidirler. Proteinin içinde,onu işlevine uygun katlanmış biçimlerde tutan amini asitler arasındaki bağalantılar da zayıftır. Ribosomlar üzerinde yeni protein yapımında,transfer RNA üzerinde tamamlayıcı biçimdeki nükleotidlere uydurarak,tam yerlerini “bulurlar”. Bu önemli bağlantıların özelliği,zayı oluşları yüzünden çok kısa sürmeleridir. Görevlerini yaparlar ve sonra kolayca çözülüp yeniden kullanılabilirler. Hayatla İçli Dışlı Cansız Varlıklar: Virüsler Virüsler ya da DNA’lı ya da RNA’lı proteinden yapılmışlardır. Yani ya DNA ya da RNA biçiminde bilgiyi içerirler ve protein biçiminde birşyelerin yerine geçebilen bir kimlikleri vardır. Ama yardımcısız kendi kendilerine üreyemezler. Yardım (s:34) canlı hücereler tarafından sağlanır. Virüsün proteinleri,onun bir hücre bulup içine girmesine yol açar. Virüs, orada kandini üretecek makinaları;hücrenin makinalarının bulur. Üreme işini tamamladıktan sonra kendisi ve yeni virüsler,aynı tatsız işi başka hücrelerde yinelemek üzere o hücreden çıkarlar.Bu olaylar sırasında virüs,”ev sahibi” hücreyi öldürebilir,ona zarar verebilir,değiştirebilir veya hiçbir şey yapmaz;bu virüsün ve hücrenin cinsinei bağlıdır. Bir virüsün hücrede neden olabileceği önemli bir değişiklik de onu kansere dönüştürmesidir. Bu esrarlı olay, 8. Bölümde göreceğimiz gibi en son kanser araştırmalarındaki yoğun çabaların temelinde yatlmaktadır. Hücrelerden daha basit oldukları halde,virüslerin daha ilkel olmadıklarını sanıyoruz. çok uzak geçmişte bir zaman, normal hücerelerine parçalarıyken kopup kendi asalak “yaşama” biçimlerini kurmuş olmaları mümkün görünüyor. Virüslerin bağımsız olarak üreme yetenekleri olmadığı için kendi başlarına canlı olduklarını düşünemiyoruz. Ölümlülük ve Ölümsüzlük Şimdi,bir bireyin yaratilmasinin bir dizi yazili talimat gerektirdigini biliyoruz. Bunlar milyonlarca yildir dikkate deger bir baglilikla tekrar tekrar kopye edilmişlerdir; ama her birey yalnizca birkaç on yil içinde yaşar ve ölür. O zaman bu talimatlarin ölümsüz olup olmadiklarini sorabiliriz. En azindan bir biyolog için her hangi bir şey ne kadar ölümsüz olabilirse,genetik bilgi de o kadar ölümsüzdür diyebiliriz. Aslinda ölümlü her birey,gelecek kuşaklara geçirilecek tarifnamenin geçici koruyucusudur;sopanin DNA oldugu bir bayrak yarişinda koşucu... Bir birey yaşaminin,ancak atalarindan çocuklarina geçirdigi bilgi kadar önemi (Hayatin Kökleri, s:35) vardir. Bazi güveler agizsiz dogarlar ve dogduklari andan başlayarak açiliktan ölüme mahkimdurlar. Tek işlevleri,çiftleşip daha çabuk yumurtlayarak güve bilgisini gelecek kuşaga geçirmektedir. Eğer DNA ölümlünün ölümsüzlüğü ise,insanları inatçı merakı,daha ötesini de sormadan edemez;Bütün bunlar nasıl başladı?(Hayatın Kökleri, s:19-36). Başlangiç Hangisi önce geldi, tavuk mu yumurta mı? Bu çok duyulmuş bir sorudur ama yanıtlanamaz. Yanıtlanamamasının sebebi “tavuk yumurtadan, yumurta tavuktan vs.” diye zaman içinde bitmez tükenmez bir geriye doğru sayış gerektrmesi değil, bu şekilde geriye giderken biriken küçük değişikliklerle tavuğun tavukluktan,yumurtanın da yumurta olmaktan çıkmasıdır.Tavuğun bir milyar yıl gerilere giden soy ağacını incelersek;tüylü arkadaşımızı,hayal gücümüzü ne ölçüde zorlarsak zorlayalım adına “tavuk” diyemeyeceğimiz atalara bağlayan bir değişimle karşılaşırız. Benim tahminim, bir milyar yıl önceki tavuk atasının her halde,toplu iğne başından küçük ve okyanusta yaşayan bir yaratık olduğu. Kendi soyumuzu gerilere doğru izlersek,yine buna benzer bir sonuçlar karşılaşırız. Ne kadar geriye gidebiliriz? Bir başlangiç oldugunu düşünmemiz gerek. Bundan önçeki bölümde sözü edilen,DNA’nin ölümsüzlügünü benzetmesine şimdi daha iyi bir perspektiften bakmaliyiz.Dünyamizin şimdiki canli biçimlerini dogracak tüm bilgiyi taşiyan bu kocaman moleküllerin,çok uzak bir geçmiş zamanda, alçakgönüllü bir başlangiçlari olmasi gerek. (s: 37) En iyi tahminlere göre yaşam; bundan üç milyar yil önceki Dünya'da başladi.Üç milyar yil önce Dünya'miz iki milyar yaşindaydive canlilari barindiracak kadar sogumay başlamişti.Son derece küçük ve oldukça basit deniz yaratiklarinin iki milyar yildan daha eski fosilleri var. Bu fosilleşmiş yaratiklarin atalari herhalde daha da küçüktü.. En ilkel canli biçimi, belki de bugün bolca bulunan basit tek hücreli canlilara hiç benzemeyen bir tek-hücreydi. Öyleyse bizim yoğunlaşacağmız soru şu: bir hücre,yaşamaya ilk olarak nasıl başlamış olabilir, bu aşama nasıl mümkün olabilir? Soru”hücre nasıl yaşamaya başladı?” değil;bu hiçbir zaman yanıtlanayacak bir sorudur. Çünkü bu olaya tanıklık edecek kimse yoktu o zaman; ama yaşamın nasıl oluşabileceğini sormak hakkımızdır. Akıllıca tahminler ve olasilıkıları gösteren deneyler yapabiliriz. Gerekli Maddeler Jeologların, paleontologların, fizikçilerin,biyologların çalışmalarına dayanarak,dünyanın üç milyar yıl öncesi nasıl bir yer olabileceği konusunda oldukça iyi bir fikrimiz var. Bilim kurgu kitapları ve filmelri olayı çok canlı ve belki de doğru resimliyorlar;lav ve kayalardan oluşmuş,gri, tümüyle kısır,hiç yeşili olmayan manzaralar,patlayan yanardağlar,sivri dağ tepeleri,buharlaşan denizler,alçak bulutlar,arada çakan şimşeklerle gürültüyyle parçalanan ve sürekli yağan yağmurlar. Herhangi bir canlı tarafından görülmemiş ve duyulmamış olaylar. Kuşkusuz bu, sizin ve benim için çok sefil bir ortam olurdu. ÜAma yaşamın başlangıcı için iyi bir düzendi. Herşeyi harekete geçirmek için gerekenler şunlardı: 1. Ilık bir ortam 2. Çok miktarda su(s:38) 3. Gerekli atomların kaynakları/karbon,hidrojen,oksijen,nitrojen ve fosfor) 4. Enerji kaynağı. Su ve ısı, sorun değildi. Dünya soğurken, milyonlarca yıllık yağmur okyanusları doldurmuş hala sıcak olan Dünya bu okyanusyarı ısıtmıştı. Şimşekler bol bol enerji sağlıyorlardı. Bulutlar aralandığı sıralarda da Güneş’ten ulraviyole ışınları geliyordu(Bu ışınlar o zaman şimdi olduklarından çok daha güçlüydüler, çünkü atmosferimizi sarran ozon tabakası henüz oluşmamıştı. Ozon, yeryüzünde bitki yaşamının sonucu olarak yavaş yavaş birikmiş bir oksjijen tabakasıdır. Bu tabaka ultraviyole ışınlarını geçirmez). Bu koşullar;kuşkusuz başlangiçta,en basit birimlerin,bilgi zincirlerinin (DNA) ve hücre maddesi zincirlerinin (protein) oluşmasi için yeterince basitti. Ama zincirlerimiz olmadan önce halkalarimizin olmasi gerekir. Önce DNA nükleotidleri ve proteinlerin amino asitleri oluşmalidir. Bildigimiz gibi, bu halkalar ufak moleküllerdir. Bunlar, karbon, hidrojen,oksijen,nitrojen ve fosfor elementlerinin kimyasal olarak baglanip düzenlenmeleriyle oluşurlar. Basit Moleküllerin Doğuşu Öyleyse işte senaryomuz: Deniz suyunda erimiş karbon,hidrojen,oksijen,nitrojen ve fosfor içeren basit bileşikler, ultraviyole işinlari ve şimşeklerle sürekli bombardiman edilmiyorlar. Bu arada bir kismi kalici ve dengede olan,degişik kombinasyonlara da zorlaniyorlar. İşlem yüz milyonlarca yıl boyunca sürerken,denz, elemanlarının değişik kombinasyonları yönünden giderek zenginleşiyor. Yeni moleküller,bu arada nükleotidler ve amino asitler birikiyor. Sonunda denizin son derece bol ve bütün yeni molekül(s:39) çeşitlerini içeren koyu bir çorbaya dönüştüğüü bir zaman geliyor. Zamanın Önemi Sözkonusu süreçte zamanın önemini kavramak için biraz duralım. Zaman ne kadar uzun olursa bir şeylerin olması da o kadar olasıdır. Kimyasal tepkimeler için de bu doğrudur. Zaman sınırlaması olmazsa,yeterince uzun süre beklenirse en olanaksız tepkimeler gerçekleşebilir. Eğer bu tepkimelerin ürettikleri bileşikler kalıcı (dengeli) iseler, deniz suyunun nisbeten değişmez maddeleri haline geleceklerdir. İçinde canlı Olmadığı için Çorba Varlığını sürdürebilir Şimdidenizin çorba gibi olma düşüncesi size aşiri görünebilir. Bunun bugünkü deneylerimizle karşilaştiralabilecek hiçbir yani yoktur. Böyle zengin bir oluşumun birikmesi,canlilar onu hemen yiyip biterecegi çin bugün belik de olanaksizdir. Bakteriler ve diger açgözlü yaratiklar şimdi çok kalabaliklar ve ne zaman iyi bir besin kaynagi belirse,hemen onu tüketiyorlar. Kaynak kuruyana kadar üreyip sayilarini arttiriyorlar. Görüyorsunuz ki eskiden yaşam olmadiggi için okyanuslar çorba gibi olabilirdi. Eski Olayların Laboratuvardaki Benzerleri Aslında,anlattıklarımız hiçbir zaman kanıtlanamayacak bir hipotez. Yine de biz,laboratuvarda bunların olabileceğini gösterebiliriz,Eskiden olduğu öne sürülen koşulların laboratuvarda istenen tepkiyi sağlaması kuşkusuz olanaklıdır. Üç milyar yıl önce denizde bulunduğu (s: 40) düşünülen basit bileşikler bir cam kapta suda eritilebilirler. Kap, şimşekylerin enerji katkısını sağlamak üzere bir elektrik kaynağına bağlanır. Ssitemin bütün parçaları hiçbir canlı hücre olmadığından emin olabilmemiz için önceden sterilize edilir. sonra kaptakilerin bir süre pişmesi için elektrik verilmeye başlanabilir. sonunda kap açılıp içindekiler incelenir. Bu deneyin yapılmış olduğunu ve sonucun tümüyle inandırıcı olduğunu sevinerek söyleyebilirim. Hem nükleotidler hem amino asitler beş elementten bu şekilde oluşturulabildiler. yani yaşam zincirlerinin halkaları, deniz benzeri bir ortamda şimşikleri enerji kaynağı olarak kullanılmasıyla üretildi. Zincir Moleküllerinin Doğuşu Bundan sonraki adım,açıkça görülüyor ki halkaları,DNA gibi ve protein gibi zincirler oluşturmak için birleştirmektir.İlkel koşulların laboratuvarda yapılmış benzerlerinin,halkaların oluşumu aşamasını sağlamasına bakarak,çalışma ilerletilirse halkaların zincir biçiminde eklenebileceğini de düşünmek akla yakındır. Nitekim kısa zincirlerin oluştuğunu gröüyoruz. Basit kimyalarıyla bugünün DNA’larına ve proteinlerine benziyorlar. Yined hatırlayalım, bu deneyler yalnızca oylabileceğini gösterir, ne olduğunu değil. Durum, Thor Heyerdahl’ın Polinezya Adaları halkının Güney amerika’dan batıya yelken açarak, şimdiki yurtlarını buldukları savını kanıtlamaya çalışırken kaşılaştığından farklı değil. sal üzerinde aynı yolculuğu başarıyla yaparak,yalnızca polinezyalıların gerçekten bu yolculuğu yaptığını kanıtlamış olmadı, benzer taşıt kullanan herhangi birinin de aynı işi yapabileceğini gösterdi(s:41) Bir Hücreye Doğru Bu noktadan sonra,hücdreyi daha çok tanımak için beş önemli adıma daha göz atabiliriz. Hücrenin ikiye bölünmesi DNA’nın ikiye bölünmesi Zarlar Çift zincirli DNA Yapısal proteinler Enzimler tek zinciril DNA Proteinler Yağlar Nükleotidler Aminoasitler karbon, hidrojen,oksijen, azot(nitrojen) ve fosfor 1. Enzimlerin ortaya çıkması Enziler, hücre içindeki bütün kimyasal tepkimeleri hızlandıracak özel protein molekülleridir. Bugün canlı hücre;herbiri kenid özel işini yapan, besin maddelerini parçalayan,besinden enerji üreten, basit moleküllerden zincir yapımını kolaylaştıran ve sayısız başka işler yapan binlece enzim içerir. Olayların denizdeki başlangıt çağlarında yavaş gelişimleri, ancak enzimlerle hızlandırılabilirdi, İlk enzimler, raslatısal olaramk birbiren eklenmiş kısa aminoasit zincirleri olsa gerek. Tekrar tekrar “deneme-yanılma”yla bu kombinasyonların bazıları; birtakım reaksiyonları hızlandırabilecek,yalnız kenidlerine özgü bir yeteneği elde etmiş olmalılar.(s: 42) 2. DNA’nın çift Kat oluşu. Okyanuslar boyunca DNA zincirinin rasgele eklenen nükleotidlerle yavaş yavaş uzamasini gözünüzün önüne getirmeye çaliştiginzda baszi anlamli diziler oluşcaktir.Burada “anlamli”, birkaç yeni ilkel proteini yapmak için gereken bilgiyi içermek olarak kullanilmiştir. Bunladan bazilari, yararli enzimler veya önemli yapilarin parçalari olacktir. Basit bir çift kat halinde birleşme bunu sagladi. birbiren sarilmiş ipliklerin zarar görmesi,ayri ayri tek başlarini olduklari zamandan daha az olasiydi.Dahasi, çift kat olmak,DNA’nin üremesi için gereklidir. 3. DNA’nın Çoğalması Bu, çift sarmal DNA zincirindeki her ipliğin,kendisini tıpatıp bir kopyasını yapması,sonuçta ikinçci bir çift sarmalın(s:43) oluşması demektir. son erece basit ve zarif olan bubişlem,bir halatın çözülüp ayrılışı gibi iki zincirin birbirinden ayrılmasıyla baş

http://www.biyologlar.com/evrim-konusunda-ilk-dusunceler

Fotosentez

Dünya, canlı yaşamına en uygun olacak şekilde, özel olarak tasarlanmış bir gezegendir. Atmosferindeki gazların oranından, güneşe olan uzaklığına, dağların varlığından, suyun içilebilir olmasına, bitkilerin çeşitliliğinden yeryüzünün sıcaklığına kadar kurulmuş olan pek çok hassas denge sayesinde dünya yaşanabilir bir ortamdır. Yaşamı oluşturan öğelerin devamlılığının sağlanabilmesi için de hem fiziksel şartların hem de bazı biyokimyasal dengelerin korunması gereklidir. Örneğin nasıl ki canlıların yeryüzünde yaşamaları için yer çekimi kuvveti vazgeçilmez ise, bitkilerin ürettiği organik maddeler de yaşamın devamı için bir o kadar önemlidir. İşte bitkilerin bu organik maddeleri üretmek için gerçekleştirdikleri işlemlere, daha önce de belirttiğimiz gibi fotosentez denir. Bitkilerin kendi besinlerini kendilerinin üretmesi olarak da özetlenebilecek olan fotosentez işlemi, bunların diğer canlılardan ayrıcalıklı olmasını sağlar. Bu ayrıcalığı sağlayan, bitki hücresinde insan ve hayvan hücrelerinden farklı olarak güneş enerjisini direkt olarak kullanabilen yapılar bulunmasıdır. Bu yapıların yardımıyla, bitki hücreleri güneşten gelen enerjiyi insanlar ve hayvanlar tarafından besin yoluyla alınacak enerjiye çevirirler ve yine çok özel yollarla depolarlar. İşte bu şekilde fotosentez işlemi tamamlanmış olur. Gerçekte bütün bu işlemleri yapan, bitkinin tamamı değildir, yaprakları da değildir, hatta bitki hücresinin tamamı da değildir. Bu işlemleri bitki hücresinde yer alan ve bitkiye yeşil rengini veren "kloroplast" adı verilen organel gerçekleştirir. Kloroplastlar, milimetrenin binde biri kadar büyüklüktedir, bu yüzden yalnızca mikroskopla gözlemlenebilirler. Yine fotosentezde önemli bir rolü olan kloroplastın çeperi de, metrenin yüz milyonda biri kadar bir büyüklüktedir. Görüldüğü gibi rakamlar son derece küçüktür ve bütün işlemler bu mikroskobik ortamlarda gerçekleşir. Fotosentez olayındaki asıl hayret verici noktalardan biri de budur. SIR DOLU BİR FABRİKA: KLOROPLAST Kloroplastta fotosentezi gerçekleştirmek üzere hazırlanmış thylakoidler, iç zar ve dış zar, stromalar, enzimler, ribozom, RNA ve DNA gibi oluşumlar vardır. Bu oluşumlar hem yapısal hem de işlevsel olarak birbirlerine bağlıdırlar ve her birinin kendi bünyesinde gerçekleştirdiği son derece önemli işlemler vardır. Örneğin kloroplastın dış zarı, kloroplasta madde giriş-çıkışını kontrol eder. İç zar sistemi ise "thylakoid" olarak adlandırılan yapıları içermektedir. Disklere benzeyen thylakoid bölümünde pigment (klorofil) molekülleri ve fotosentez için gerekli olan bazı enzimler yer alır. Thylakoidler "grana" adı verilen kümeler meydana getirerek, güneş ışığının en fazla miktarda emilmesini sağlarlar. Bu da bitkinin daha fazla ışık alması ve daha fazla fotosentez yapabilmesi demektir. Bunlardan başka kloroplastlarda "stroma" adı verilen ve içinde DNA, RNA ve fotosentez için gerekli olan enzimleri barındıran bir de sıvı bulunur. Kloroplastlar sahip oldukları bu DNA ve ribozomlarla hem kendilerini çoğaltırlar, hem de bazı proteinlerin üretimini gerçekleştirirler. Fotosentezdeki başka bir önemli nokta da bütün bu işlemlerin çok kısa, hatta gözlemlenemeyecek kadar kısa bir süre içinde gerçekleşmesidir. Kloroplastların içinde bulunan binlerce "klorofil"in aynı anda ışığa tepki vermesi, saniyenin binde biri gibi inanılmayacak kadar kısa bir sürede gerçekleşir. Bilim adamları kloroplastların içinde gerçekleşen fotosentez olayını uzun bir kimyasal reaksiyon zinciri olarak tanımlarlarken, işte bu hız nedeniyle fotosentez zincirinin bazı halkalarında neler olduğunu anlayamamakta ve olanları hayranlıkla izlemektedirler. Anlaşılabilen en net nokta, fotosentezin iki aşamada meydana geldiğidir. Bu aşamalar "aydınlık evre" ve "karanlık evre" olarak adlandırılır. AYDINLIK EVRE Bitkilerin fotosentez işleminde kullanacakları tek enerji kaynağı olan güneş ışığı değişik renklerin birleşimidir ve bu renklerin enerji yükü birbirinden farklıdır. Güneş ışığındaki renklerin ayrıştırılması ile ortaya çıkan ve tayf adı verilen renk dizisinin bir ucunda kırmızı ve sarı tonları, öbür ucunda da mavi ve mor tonları bulunur. En çok enerji taşıyanlar tayfın iki ucundaki bu renklerdir. Bu enerji farkı bitkiler açısından çok önemlidir çünkü fotosentez yapabilmek için çok fazla enerjiye ihtiyaçları vardır. Bitkiler en çok enerji taşıyan bu renkleri hemen tanırlar ve fotosentez sırasında güneş ışınlarından tayfın iki ucundaki renkleri, daha doğrusu dalga boylarını soğururlar, yani emerler. Buna karşılık tayfın ortasında yer alan yeşil tonlardaki renklerin enerji yükü daha az olduğu için, yapraklar bu dalga boylarındaki ışınların pek azını soğurup büyük bölümünü yansıtırlar. Bunu da kloroplastların içinde bulunan klorofil pigmentleri sayesinde gerçekleştirirler. İşte yaprakların yeşil gözükmesinin nedeni de budur. Fotosentez işlemi bitkilerin yeşil görünmesine neden olan bu pigmentlerin güneş ışığını soğurmasından kaynaklanan hareketlenme ile başlar. Acaba klorofiller bu hareketlenme ile fotosentez işlemine nasıl başlamaktadırlar? Bu sorunun cevabının verilebilmesi için öncelikle kloroplastların içinde bulunan ve klorofilleri içinde barındıran Thylakoid'in yapısının incelenmesinde fayda vardır. "Klorofiller, "klorofil-a" ve "klorofil-b" olarak ikiye ayrılırlar. Bu iki çeşit klorofil güneş ışığını soğurduktan sonra elde ettikleri enerjiyi fotosentez işlemini başlatacak olan fotosistemler içinde toplarlar. Thaylakoid'in detaylı yapısının anlatıldığı resimde de görüldüğü gibi fotosistemler kısaca, thylakoid'in içinde yer alan bir grup klorofil olarak tanımlanabilir. Yeşil bitkilerin tamamına yakını bir fotosistem ile tek aşamalı fotosentez gerçekleştirirken, bitkilerin %3'ünde fotosentezin iki aşamalı olmasını sağlayacak iki farklı fotosistem bölgesi bulunur. "Fotosistem I", ve "Fotosistem II" olarak adlandırılan bu bölgelerde toplanan enerji daha sonra tek bir "klorofil-a" molekülüne transfer edilir. Böylece her iki fotosistemde de reaksiyon merkezleri oluşur. Işığın emilmesiyle elde edilen enerji, reaksiyon merkezlerindeki yüksek enerjili elektronların gönderilmesine, yani kaybedilmesine neden olur. Bu yüksek enerjili elektronlar daha sonraki aşamalarda suyun parçalanıp oksijenin elde edilmesi için kullanılır. Bu aşamada bir dizi elektron değiş tokuşu gerçekleşir. "Fotosistem I" tarafından verilen elektron, "Fotosistem II" den salınan elektron ile yer değiştirir. "Fotosistem II" tarafından bırakılan elektronlar da suyun bıraktığı elek-tronlarla yer değiştirir. Sonuç olarak su, oksijen, protonlar ve elektronlar olmak üzere ayrıştırılmış olur. Ortaya çıkan protonlar thylakoid'in iç kısmına taşınarak hidrojen taşıyıcı molekül olan NADP (nikotinamid adenin dinükliotid fosfat) ile birleşirler. Neticede NADPH molekülü ortaya çıkar. Suyun ayrışmasından sonra ortaya çıkan protonlardan bazıları ise thylakoid zarındaki enzim kompleksleri ile birleşerek ATP molekülünü (hücrenin işlemlerinde kullanacağı bir enerji paketçiği) meydana getirirler. Bütün bu işlemler sonucunda bitkilerin besin üretebilmesi için ihtiyaç duydukları enerji artık kullanılmaya hazır hale gelmiştir. Bir reaksiyonlar zinciri olarak özetlemeye çalıştığımız bu olaylar fotosentez işleminin sadece ilk yarısıdır. Bitkilerin besin üretebilmesi için enerji gereklidir. Bunun temin edilebilmesi için düzenlenmiş olan "özel yakıt üretim planı" sayesinde diğer işlemler de eksiksiz tamamlanır. KARANLIK EVRE Fotosentezin ikinci aşaması olan Karanlık Evre ya da Calvin Çevrimi olarak adlandırılan bu işlemler, kloroplastın "stroma" diye adlandırılan bölgelerinde gerçekleşir. Aydınlık evre sonucunda ortaya çıkan enerji yüklü ATP ve NADPH molekülleri, karanlık evrede kullanılan karbondioksiti, şeker ve nişasta gibi besin maddelerine dönüştürürler. Burada kısaca özetlenen bu reaksiyon zincirini kaba hatlarıyla anlayabilmek bilim adamlarının yüzyıllarını almıştır. Yeryüzünde başka hiçbir şekilde üretilemeyen karbonhidratlar ya da daha geniş anlamda organik maddeler milyonlarca yıldır bitkiler tarafından üretilmektedir. Üretilen bu maddeler diğer canlılar için en önemli besin kaynaklarındandır. Fotosentez reaksiyonları sırasında farklı özelliklere ve görevlere sahip enzimler ile diğer yapılar tam bir iş birliği içinde çalışırlar. Ne kadar gelişmiş bir teknik donanıma sahip olursa olsun dünya üzerindeki hiçbir laboratuvar, bitkilerin kapasitesiyle çalışamaz. Oysa bitkilerde bu işlemlerin tümü milimetrenin binde biri büyüklüğündeki bir organelde meydana gelmektedir. Şekilde görülen formülleri, sayısız çeşitlilikteki bitki hiç şaşırmadan, reaksiyon sırasını hiç bozmadan, fotosentezde kullanılan hammadde miktarlarında hiçbir karışıklık olmadan milyonlarca yıldır uygulamaktadır. Ayrıca fotosentez işlemi ile, hayvanların ve insanların enerji tüketimleri arasında da önemli bir bağlantı vardır. Aslında yukarıda anlatılan karmaşık işlemlerin özeti, bitkilerin fotosentez sonucu canlılar için mutlaka gerekli olan glukozu ve oksijeni meydana getirmeleridir. Bitkilerin ürettiği bu ürünler diğer canlılar tarafından besin olarak kullanılırlar. İşte bu besinler vasıtasıyla canlı hücrelerinde enerji üretilir ve bu enerji kullanılır. Bu sayede bütün canlılar güneşten gelen enerjiden faydalanmış olurlar. Canlılar fotosentez sonucu oluşan besinleri yaşamsal faaliyetlerini sürdürmek için kullanırlar. Bu faaliyetler sonucunda atık madde olarak atmosfere karbondioksit verirler. Ama bu karbondioksit hemen bitkiler tarafından yeniden fotosentez için kullanılır. Bu mükemmel çevirim böylelikle sürer gider. FOTOSENTEZ İÇİN GEREKLİ OLAN HER ŞEY GİBİ GÜNEŞ IŞIĞI DA ÖZEL OLARAK AYARLANMIŞTIR Bu kimyasal fabrikada her şey olup biterken, işlemler sırasında kullanılacak enerjinin özellikleri de ayrıca tespit edilmiştir. Fotosentez işlemi bu yönüyle incelendiğinde de, gerçekleşen işlemlerin ne kadar büyük bir hassasiyetle tasarlanmış olduğu görülecektir. Çünkü güneşten gelen ışığın enerjisinin özellikleri, tam olarak kloroplastın kimyasal tepkimeye girmesi için ihtiyaç duyduğu enerjiyi karşılamaktadır. Bu hassas dengenin tam anlaşılabilmesi için güneş ışığının fotosentez işlemindeki fonksiyonlarını ve önemini şöyle bir soruyla inceleyelim: Güneş'in ışığı fotosentez için özel olarak mı ayarlanmıştır? Yoksa bitkiler, gelen ışık ne olursa olsun, bu ışığı değerlendirip ona göre fotosentez yapabilecek bir esnekliğe mi sahiptirler? Bitkiler hücrelerindeki klorofil maddelerinin ışık enerjisine karşı duyarlı olmaları sayesinde fotosentez yapabilirler. Buradaki önemli nokta klorofil maddelerinin çok belirli bir dalga boyundaki ışınları kullanmalarıdır. Güneş tam da klorofilin kullandığı bu ışınları yayar. Yani güneş ışığı ile klorofil arasında tam anlamıyla bir uyum vardır Amerikalı astronom George Greenstein, The Symbiotic Universe adlı kitabında bu kusursuz uyum hakkında şunları yazmaktadır: Fotosentezi gerçekleştiren molekül, klorofildir... Fotosentez mekanizması, bir klorofil molekülünün Güneş ışığını absorbe etmesiyle başlar. Ama bunun gerçekleşebilmesi için, ışığın doğru renkte olması gerekir. Yanlış renkteki ışık, işe yaramayacaktır. Bu konuda örnek olarak televizyonu verebiliriz. Bir televizyonun, bir kanalın yayınını yakalayabilmesi için, doğru frekansa ayarlanmış olması gerekir. Kanalı başka bir frekansa ayarlayın, görüntü elde edemezsiniz. Aynı şey fotosentez için de geçerlidir. Güneş'i televizyon yayını yapan istasyon olarak kabul ederseniz, klorofil molekülünü de televizyona benzetebilirsiniz. Eğer bu molekül ve Güneş birbirlerine uyumlu olarak ayarlanmış olmasalar, fotosentez oluşmaz. Ve Güneş'e baktığımızda, ışınlarının renginin tam olması gerektiği gibi olduğunu görürüz. FOTOSENTEZİN SONUÇLARI Milimetrenin binde biri büyüklükte yani ancak elektron mikroskobuyla görülebilecek kadar küçük olan kloroplastlar sayesinde gerçekleştirilen fotosentezin sonuçları, yeryüzünde yaşayan tüm canlılar için çok önemlidir. Canlılar havadaki karbondioksitin ve havanın ısısının sürekli olarak artmasına neden olurlar. Her yıl insanların, hayvanların ve toprakta bulunan mikroorganizmaların yaptıkları solunum sonucunda yaklaşık 92 milyar ton ve bitkilerin solunumları sırasında da yaklaşık 37 milyar ton karbondioksit atmosfere karışır. Ayrıca fabrikalarda ve evlerde kaloriferler ya da soba kullanılarak tüketilen yakıtlar ile taşıtlarda kullanılan yakıtlardan atmosfere verilen karbondioksit miktarı da en az 18 milyar tonu bulmaktadır. Buna göre karalardaki karbondioksit dolaşımı sırasında atmosfere bir yılda toplam olarak yaklaşık 147 milyar ton karbondioksit verilmiş olur. Bu da bize doğadaki karbondioksit içeriğinin sürekli olarak artmakta olduğunu gösterir. Bu artış dengelenmediği takdirde ekolojik dengelerde bozulma meydana gelebilir. Örneğin atmosferdeki oksijen çok azalabilir, yeryüzünün ısısı artabilir, bunun sonucunda da buzullarda erime meydana gelebilir. Bundan dolayı da bazı bölgeler sular altında kalırken, diğer bölgelerde çölleşmeler meydana gelebilir. Bütün bunların bir sonucu olarak da yeryüzündeki canlıların yaşamı tehlikeye girebilir. Oysa durum böyle olmaz. Çünkü bitkilerin gerçekleştirdiği fotosentez işlemiyle oksijen sürekli olarak yeniden üretilir ve denge korunur. Yeryüzünün ısısı da sürekli değişmez. Çünkü yeşil bitkiler ısı dengesini de sağlarlar. Bir yıl içinde yeşil bitkiler tarafından temizleme amacıyla atmosferden alınan karbondioksit miktarı 129 milyar tonu bulur ki bu son derece önemli bir rakamdır. Atmosfere verilen karbondioksit miktarının da yaklaşık 147 milyar ton olduğunu söylemiştik. Karalardaki karbondioksit-oksijen dolaşımında görülen 18 milyar tonluk bu açık, okyanuslarda görülen farklı değerlerdeki karbondioksit-oksijen dolaşımıyla bir ölçüde azaltılabilmektedir. Yeryüzündeki canlı yaşamı için son derece hayati olan bu dengelerin devamlılığını sağlayan, bitkilerin yaptığı fotosentez işlemidir. Bitkiler fotosentez sayesinde atmosferdeki karbondioksidi ve ısıyı alarak besin üretirler, oksijen açığa çıkarırlar ve dengeyi sağlarlar. Atmosferdeki oksijen miktarının korunması için de başka bir doğal kaynak yoktur. Bu yüzden tüm canlı sistemlerdeki dengelerin korunması için bitkilerin varlığı şarttır. BİTKİLERDEKİ BESİNLER FOTOSENTEZ SONUCUNDA OLUŞUR Bu mükemmel sentezin hayati önem taşıyan bir diğer ürünü de canlıların besin kaynaklarıdır. Fotosentez sonucunda ortaya çıkan bu besin kaynakları "karbonhidratlar" olarak adlandırılır. Glukoz, nişasta, selüloz ve sakkaroz karbonhidratların en bilinenleri ve en hayati olanlarıdır. Fotosentez sonucunda üretilen bu maddeler hem bitkilerin kendileri, hem de diğer canlılar için çok önemlidir. Gerek hayvanlar gerekse insanlar, bitkilerin üretmiş olduğu bu besinleri tüketerek hayatlarını sürdürebilecek enerjiyi elde ederler. Hayvansal besinler de ancak bitkilerden elde edilen ürünler sayesinde var olabilmektedir. Buraya kadar bahsedilen olayların yaprakta değil de herhangi bir yerde gerçekleştiğini varsayarak düşünsek acaba aklınızda nasıl bir yer şekillenirdi? Havadan alınan karbondioksit ve su ile besin üretmeye yarayan aletlerin bulunduğu, üstelik de o sırada dışarıya verilmek üzere oksijen üretebilecek teknik özelliklere sahip makinaların var olduğu, bu arada ısı dengesini de ayarlayacak sistemlerin yer aldığı çok fonksiyonlu bir fabrika mı aklınıza gelirdi? Avuç içi kadar bir büyüklüğe sahip bir yerin aklınıza gelmeyeceği kesindir. Görüldüğü gibi ısıyı tutan, buharlaşmayı sağlayan, aynı zamanda da besin üreten ve su kaybını da engelleyen mükemmel mekanizmalara sahip olan yapraklar, tam bir tasarım harikasıdırlar. Bu saydığımız işlemlerin hepsi ayrı özellikte yapılarda değil, tek bir yaprakta (boyutu ne olursa olsun) hatta tek bir yaprağın tek bir hücresinde, üstelik de hepsi birarada olacak şekilde yürütülebilmektedir. Buraya kadar anlatılanlarda da görüldüğü gibi bitkilerin bütün fonksiyonları, asıl olarak canlılara fayda vermesi için nimet olarak yaratılmışlardır. Bu nimetlerin çoğu da insan için özel olarak tasarlanmıştır. Çevremize, yediklerimize bakarak düşünelim. Üzüm asmasının kupkuru sapına bakalım, incecik köklerine… En ufak bir çekme ile kolayca kopan bu kupkuru yapıdan elli altmış kilo üzüm çıkar. İnsana lezzet vermek için rengi, kokusu, tadı her şeyi özel olarak tasarlanmış sulu üzümler çıkar. Karpuzları düşünelim. Yine kuru topraktan çıkan bu sulu meyve insanın tam ihtiyaç duyacağı bir mevsimde, yani yazın gelişir. İlk ortaya çıktığı andan itibaren bir koku eksperi gibi hiç bozulma olmadan tutturulan o muhteşem kavun kokusunu ve o ünlü kavun lezzetini düşünelim. Diğer yandan ise, parfüm üretimi yapılan fabrikalarda bir kokunun ortaya çıkarılmasından o kokunun muhafazasına kadar gerçekleşen işlemleri düşünelim. Bu fabrikalarda elde edilen kaliteyi ve kavunun kokusundaki kaliteyi karşılaştıralım. İnsanlar koku üretimi yaparken sürekli kontrol yaparlar, meyvelerdeki kokunun tutturulması içinse herhangi bir kontrole ihtiyaç yoktur. İstisnasız dünyanın her yerinde kavunlar, karpuzlar, portakallar, limonlar, ananaslar, hindistan cevizleri hep aynı kokarlar, aynı eşsiz lezzete sahiptirler. Hiçbir zaman bir kavun karpuz gibi ya da bir mandalina çilek gibi kokmaz; hepsi aynı topraktan çıkmalarına rağmen kokuları birbiriyle karışmaz. Hepsi her zaman kendi orijinal kokusunu korur. Bir de bu meyvelerdeki yapıyı detaylı olarak inceleyelim. Karpuzların süngersi hücreleri çok yüksek miktarda su tutma kapasitesine sahiplerdir. Bu yüzden karpuzların çok büyük bir bölümü sudan oluşur. Ne var ki bu su, karpuzun herhangi bir yerinde toplanmaz, her tarafa eşit olacak şekilde dağılmıştır. Yer çekimi göz önüne alındığında, olması gereken, bu suyun karpuzun alt kısmında bir yerlerde toplanması, üstte ise etsi ve kuru bir yapının kalmasıdır. Oysa karpuzların hiçbirinde böyle bir şey olmaz. Su her zaman karpuzun içine eşit dağılır, üstelik şekeri, tadı ve kokusu da eşit olacak şekilde bu dağılım gerçekleşir.   Doğada meydana gelen ve canlılığın ışık ile iletişim gösteren en belirgin temel olaylarından biri "fotosentez" dir. Fotosentez ışık enerjisinin biyolojik olarak kimyasal enerjiye dönüşümü olayıdır. Enerji yönünden tüm canlı organizmalar kesinlikle fotosenteze bağımlıdır, çünkü gerekli besin maddelerinin ve hatta atmosferdeki oksijenin kökeni fotosentezdir. Canlı hücrelerin büyük bir çoğunluğu, basit bir algden, büyük ve karmaşık kara bitkilerine kadar fotosentez yaparlar. İnsan yaşadığı ortamda kendi gereksinmelerine göre bir çok değişiklikleri yapma yeteneğine sahip olmasına rağmen, tüm beslenme sorunu için tamamıyla diğer organizmalara bağlıdır. Bu besin piramidinin tabanını fotosentez yapan bitkiler oluşturur. Yediğimiz her şey, ya doğrudan doğruya bitkisel kökenli, ya da bu kökenden türemiş maddelerdir. Gerçekten fotosentez tek başına büyük bir olaydır. Her yıl dünyada 690 milyar ton karbon dioksit (CO2) ve 280 milyar ton su (H2 O) dan fotosentez yolu ile 500 milyar ton karbonhidrat üretilmekte ve 500 milyar ton oksijen atmosfere verilmektedir. Canlıların büyük bir çoğunluğu için oksijen, besin kadar önemlidir. Oksijen (O2) hayatsal olayların sürekliliği için gerekli olan, besinlerde depo edilmiş enerjiyi serbest hale getirir. Canlıların çoğu havadaki serbest oksijeni kullanır. Bir kısım organizmalar (bazı bir hücreliler, ilkel bitkiler, yassı ve yuvarlak parazit solucanlar) enerji elde etmek üzere çevrelerindeki eser miktarda oksijenden bile faydalanabilirler. Diğer bir kısım organizmalar ise serbest oksijen olmadan da enerji elde edebilirler (Anaerobik solunum). Fakat kompleks yapılı bitki ve hayvanlar, yaşamak için çok miktarda oksijen kullanmak zorundadırlar (Aerobik solunum). Öyleyse kompleks yapılı organizmaların canlılığının devamı ve yayılması oksijenin varlığına bağlıdır. Deney 1. Klorofil Elde Edilmesi Yeşil bitkilerin kloroplastlarında meydana gelen fotosentez de, havanın karbon dioksidi ve suyun varlığında karbonhidrat ve oksijen oluşturulmasıdır. Fotosentez olayını detaylı bir şekilde ortaya koymadan önce klorofil ile ilgili bazı deneyler gösterilecektir. Araç ve Gereçler: Isırgan otu (Urtica) yaprağı, kum, havan, kurutma kağıdı, tebeşir, benzen, alkol, su. Uygulama: Bir havan içine hücrelerin parçalanmasını kolaylaştırmak için kum ve alkol konulup ısırgan otunun yaprakları ilave edilerek iyice ezilir. Bunun sonucunda koyu yeşil boyalı bir eriyik elde edilir. Buna ham klorofil ekstresi adı verilir. Ham klorofil ekstresi hem klorofil, hem de diğer renk maddelerinden olan karotin ve ksantofil boyalı maddeleri de içermektedir. Bunları ayırmak için ekstre filitre kağıdından süzülür. Süzülen bu berrak ekstreden bir miktar alınarak bir deney tüpüne aktarılır. Tübün üzerine aynı miktarda benzen ile bir kaç damla su ilave ediler. Su ilave edilmesinin amacı alkol karışımının yoğunluğunu arttırıp, benzenin kolayca tübün üst kısmına çıkmasını sağlamaktır. Bir süre sonra tübün üst kısmında benzende eriyen klorofilin , alt kısmında ise alkolde kalan sarı renkli karotin ve ksantofil bulunur. Bu şekilde ayırmak, kaba bir yöntemdir. Bu ayrımı daha ayrıntılı bir biçimde gözleye bilmek için kağıt ve tebeşir yardımıyla basitçe yapılabilecek olan bazı uygulamaları örnek olarak verebiliriz. Bu uygulamada yukarıda adı geçen renkli maddeler molekül ağırlığı ve adsorbsiyon derecelerine göre ayrılırlar. Bir petri içine süzülmüş olan berrak klorofil ekstresinden bir miktar koyulur. İçerisine şerit şeklinde kesilerek hazırlanmış kurutma kağıdı ile tebeşir yerleştirilir. Bir süre sonra kağıdın ve tebeşirin üst kısımlarında sarı renkli karotin ve ksantofil, alt kısımda ise yeşil renkli klorofilin toplandığı görülür. Bu kademeli renk farkı adı geçen renk maddelerinin molekül ağırlıklarının ve adsorbsiyon derecelerinin farklı olmasında ileri gelir. Fotosentez Olayında Organik Madde Sentezlendiğinin Gösterilmesi Fotesentezde ışığın katalizörlüğü altında karbon dioksit ve suyun bitkiler tarafından birleştirilerek organik madde (glikoz) sentezlenmesidir. Bu maddeler ya olduğu gibi ya da uzun zincirler şeklinde paketlenerek nişasta şeklinde depolanırlar. Amacımız fotosentezin bir ürünü olan glikozun sentezlendiğini ortaya koymaktır. Araç ve Gereçler : Ebegümeci ve yaprağı iki renkli olan bir bitki yaprağı, siyah renkli kağıt, potasyum iyodür (KI), sıcak su. Uygulama : Yaprağı iki renkli olan bitkiyi alarak uzun bir müddet ışık altında tutunuz. Ebegümeci bitkisinin bir yaprağının yarısını siyah bir kağıt ile kapatarak diğer bitkiyle birlikte aynı sürede olmak şartıyla ışık altında bırakınız. Daha sonra bu bitkileri saplarından keserek kaynamakta olan suyun içerisinde hücrelerinin ölmesini ve çeperlerinin dağılmalarını sağlayınız. Bu iş için iki dakikalık bir süre yeterli olacaktır. Yapraklar yeşil rengini kaybedince potasyum iyodürle muamele ediniz. Işıkta kalmış yeşil renkli bölgelerin nişasta oluşumundan dolayı mavi bir renk aldığını, yeşil olmayan kısımların ise renk vermediğini göreceksiniz (Şekil 4. 3). Deney 3. Fotosentez İçin Karbondioksitin Varlığının Zorunlu Olduğunun Gösterilmesi Yeşil bir bitki oldukça yoğun olarak ışık altında bırakılsa bile, eğer ortamda karbon dioksit bulunmuyorsa bitki bir süre sonra sararmaya başladığı ve gelişiminin durduğu gözlenir. Bunu aşağıdaki gibi bir deneyle ispatlamak mümkündür. Araç ve Gereçler : Bir dal parçası, kavanoz, tüp, tıpa, potasyum hidroksit (KOH), su. Uygulama : Bir bitki dalı alınarak iki yaprağı içerisinde su ve potasyum hidroksit bulunduran bir tüple birlikte (tüpün ağzı açık durumda) geniş ağızlı bir şişe veya kavanoz içerisine bırakılır. Bir süre sonra dalın kavanoz içerisinde kalan kısmında yaprakların sararıp solduğu görülür. Bir müddet daha sonra ise yapraklar tamamen ölür. Buna neden olan faktör, büyük şişedeki karbon dioksitin potasyum hidroksit tarafından emilerek şişe içerisindeki yaprakların ışık ve suyu aldıkları halde karbon dioksit yetersizliğinden fotosentezi yapamamalarındandır. Böylece fotosentez için ortamda karbondioksite kesinlikle gereksinim duyulduğu ispatlanmış olur (Şekil 4. 4). Deney 4. Fotosentezi Etkileyen Faktörlerin Birlikte İncelenmesi Aynı canlı materyeli üzerinde, fotosentezi etkileyen faktörlerin birinin etkisini değiştirip (ışık, karbon dioksit, sıcaklık gibi) diğerlerininkinin sabit tutulması ile fotosentez hızında meydana gelen değişikliklerin incelenmesi ve bu faktörlerin etkilerinin karşılaştırılması şeklinde gösterilecektir. Araç ve Gereçler: Elodea bitkisi, beher, huni, ışık kaynağı, %4'lük potasyum bikarbonat (KHCO3), %1'lik KHCO3, termometre, ispirto ocağı, milimetrik kağıt. Uygulama: Bu deney için Elodea su bitkisi kullanılacaktır. Elodea bitkisi içi su dolu bir cam kaba alınır. Bitkinin üzeri çıkacak olan gaz kabarcıklarını toplayacak olan bir huniyle şekilde görüldüğü gibi kapatılır (Şekil 4. 5). Işık faktörünün etkisini ölçmek için önce normal ışıktaki kabarcık çıkışı tespit edilir. Bir lamba yardımıyla düzeneğe ışık verilir ve kabarcık çıkışı gözlenir. Fotosentez hızı ile aydınlatma şiddeti arasındaki ilişki grafikte gösterilir. Karbondioksit konsantrasyonunun etkisini inceleyebilmek için de başka bir kaba yine ortamı su ile hazırlanmış %4'lük KHCO3 çözeltisi konur. Yine bitki bu düzeneğin içine yerleştirilip bu konsantrasyondaki fotosentez hızı ölçülür. Aynı işlem %1'lik KHCO3 için tekrarlanır. KHCO3 konsantrasyonuna karşı kabarcık sayısındaki değişim grafiği çizilir. Sıcaklığın fotosentez üzerine etkisini ölçmek içinde aynı düzeneğin sıcaklığı ölçülür ve bu sıcaklıktaki kabarcık sayısı saptanır. Daha sonra sıcaklık ispirto ocağı yardımıyla arttırılır ve kabarcık sayısı belirlenir. Sıcaklık kabarcık çıkışı durana kadar arttırılır. Sıcaklık ile fotosentez ilişkisi bir grafikte gösterilir. Deney 5. Aerobik Solunum Bu deneyle karbonhidratların havadan alınan O2 ile CO2 ve H2 O ya kadar yıkılıp enerji açığa çıktığını göreceksiniz. Araç ve Gereçler: Çimlenmekte olan bezelye taneleri, balon joje, cam boru, beher, KOH, renkli bir sıvı. Uygulama: Bu deney için, CO2 tutma özelliğine sahip potasyum hidroksit (KOH) kristalleri pamuğa sarılarak çimlenmekte olan bezelye taneleri ile birlikte bir balon joje içine yerleştirilir. Daha sonra balon şekilde görüldüğü gibi bir ucu renkli sıvıya batırılmış kılcal boru ile birleştirilir. Bir süre sonra bezelyelerin solunum yapması sonucu O2 alınıp CO2 verilir. Dışarıya verilen bu CO2, KOH kristalleri tarafından tutulur ve azalan hacim kadar kılcal boruda sıvı yükselir. Deney 6. Anaerobik Solunum Havanın serbest oksijeni ile temas halinde olmayan bazı bitkiler, kendileri için gerekli olan enerjiyi, organik maddeleri enzimatik faaliyetlerle parçalayarak sağlarlar. Bu parçalanma sonucunda açığa çıkan gaz CO2 'tir. Araç ve Gereçler: Çimlenmekte olan nohut, deney tüpü, civa, beher. Uygulama: Çimlenmekte olan bir kaç nohut tanesini deney tüpünün içine yerleştirin. Sonra tüpü tamamıyla civa ile doldurun ve ters çevirerek yine civa dolu bir kabın içine batırın. Daha sonra cıva dolu kabın üzerine su ilave edin. Bir süre sonra tohumların anaerobik solunumu sonucu ortaya çıkan gaz tüpteki civayı aşağıya doğru ittiğini göreceksiniz (Şekil 4. 7). Bu da bize havadaki serbest oksijen yerine bitki dokularındaki bağlı oksijenin kullanıldığını gösterir. Deney 7. Fermantasyon Bazı organizmaların solunumu sonucunda substrat CO2 gibi çok basit bir ürüne kadar parçalanmaz. Solunum sonucunda daha kompleks bir madde açığa çıkar. Bu olaya fermantasyon denir. Araç ve Gereçler: %1 'lik glikoz çözeltisi, % 20 'lik Baryum hidroksit (Ba(OH)2), taze bira mayası, erlenmayer, cam boru, tıpa. Uygulama: Bir erlenin içine 200 cm3 %1 lik glikoz çözeltisi konulur. Daha sonra bu karışımın içine bir miktar taze bira mayası ilave edilir. Erlenin ağzı şekilde görüldüğü gibi cam boru takılmış tıpa ile kapatılır ve cam borunun diğer ucu yine tıpa ile kapatılmış % 20 'lik Ba(OH)2 çözeltisi içine batırılır. Ba(OH)2 içeren tüpte çökelmenin meydana gelmesi, olay sonucunda CO2 açığa çıktığını, alkol kokusu da fermentasyon sonucu alkolün meydana geldiğini gösterir Özet Doğada meydana gelen ve canlılığın ışık ile iletişim gösteren en belirgin temel olaylarından biri "fotosentez"dir. Fotosentez ışık enerjisinin biyolojik olarak kimyasal enerjiye dönüşümü olayıdır. Enerji yönünden tüm canlı organizmalar kesinlikle fotosenteze bağımlıdır, çünkü gerekli besin maddelerinin ve hatta atmosferdeki oksijenin kökeni fotosentezdir. Canlıların büyük bir çoğunluğu için oksijen, besin kadar önemlidir. Oksijen (O2) hayatsal olayların sürekliliği için gerekli olan, besinlerde depo edilmiş enerjiyi serbest hale getirir. Canlıların çoğu havadaki serbest oksijeni kullanır. Bir kısım organizmalar (bazı bir hücreliler, ilkel bitkiler, yassı ve yuvarlak parazit solucanlar) enerji elde etmek üzere çevrelerindeki eser miktarda oksijenden bile faydalanabilirler. Bu ünitede bitkilerde fotosentez olayını, fotosenteze etki eden faktörleri, oksijenli ve oksijensiz solunum olaylarını, fermantasyon olayının nasıl meydana geldiği bazı deneylerle gösterilmeye çalışılmıştır. Değerlendirme Soruları Aşağıdaki soruların yanıtlarını verilen seçenekler arasından bulunuz. 1. Fotosentez için aşağıdakilerden hangisi gerekli değildir? A. CO2 B. Işık C. Klorofil D. KOH E. H2O 2. Aşağıdaki bileşiklerden hangisi CO2 tutabilme özelliğine sahiptir? A. H2O B. KHCO3 C. BaCO3 D. NaOH E. KOH 3. Fermantasyon sonucu aşağıdaki maddelerden hangisi oluşur? A. Glikoz B. Karbonhidrat C. Alkol D. Oksijen E. Protein 4. Aerobik solunumda karbonhidratlar, aşağıdaki hangi maddenin yardımıyla en küçük yapı taşları ve enerjiye kadar parçalanırlar? A. O2 B. CO2 C. H2 O D. KOH E. NaOH 5. Aşagıdakilerden hangisi fotosentezin hızına etki etmez? A. CO2 B. Glikoz C. Sıcaklık D. Işık E. Klorofil Yararlanılan ve Başvurulabilecek Kaynaklar Ocakverdi, H., Konuk, M., (1989) Bitki Fizyolojisi Laboratuvar Kılavuzu, Selçuk Üniv. Eğitim Fak. Yay: 14, Konya. Önder, N. Yentür, S., (1991) Bitki Fizyolojisi Laboratuvar Kılavuzu, İstanbul. Üniv. Fen Fak.Yay. No: 220, İstanbul. Önder, N., (1985) Genel Bitki Fizyolojisi, İstanbul Üniv. Fen Fak. Yay. No: 189, İstanbul. Ayrıntılar ve şekiller için tıklayınız: http://www.aof.anadolu.edu.tr/kitap/IOLTP/2282/unite04.pdf

http://www.biyologlar.com/fotosentez

SOLUNUM SİSTEMİ FİZYOLOJİSİ

Solunum kelimesi iki anlamda kullanılabilir. Hücresel düzeyde, hücresel oksidatif Matabolizma anlamındadır. Organizma düzeyinde ise, gaz değişim yüzeylerinin, yani akciğerlerin atmosfer havası ile havalanması demektir. Solunum sistemi, dolaşım sisteminin atmosferle olan bağlantısını sağlar. Amfibian denilen kurbağa gibi hem karada hem de suda yasayan canlılarda ¤¤¤¤bolizma düşük olduğu için cilt solunumu yeterlidir. Eğer insanlarda kurbağalar gibi cilt solunumu yapsalardı, o zaman insanların ¤¤¤¤bolizması daha yüksek olduğu için, insan vücudunun yüzeyinin, gerçek yüzeyinden kat kat fazla olması gerekir idi. Akciğerler ağırlık olarak vücudun pek az bir kısmını oluştururlar, fakat yüzey olarak çok fazla bir yer kaplar. Yunan mitolojisine göre, "PNEUMA" yani nefes, görülmez kişisel bir ruhtur ve sahibine hayat verir. Sağlıklı insanlar, soluk almayı, değerini takdir etmeden, verilmiş bir hak gibi kabul ederler, çünkü soluk alıp verme hemen hemen gayretsizdir ve bilinçsizce yapılır. Oysa solunum hastalığı olanlar için, her soluk bir altın değerindedir. Solunum hastalıkları genellikle, soluk havasının ya sigara dumanı ya da kirli hava ile kirlenmesinden kaynaklanır. Solunum sisteminin bir diğer görevi de ses çıkarmaktır. Konuşurken, solunum sisteminde dolasan hava, ses tellerini titreştirir, oluşan bu sesin havayla dolu boşluklarda yankılanmasıyla bazı frekanslar diğerleri üzerine baskın çıkar, bu da her kişiye kendine has özel sesini verir. SOLUNUM SİSTEMİ ANATOMİSİ Solunum sistemi burun, ağız, farinks (yutak), larinks (gırtlak), trakea (soluk borusu), bronşlar, bronsioller, ve alveollerden oluşur. Trakeadan sonra ilk dallanan yapılara bronşlar, broşlardan sonraki daha dar çaplı yapılara da bronsioller denilmektedir. Bronşlar, bronsioller ve terminal bronsiollerde gaz alışverişi olmaz, bu kanallar anatomik ölü boşluk olarak adlandırılır. Anatomik ölü boşlukta bulunan hava hacmi 150 ml dir. Gaz değişimi yapılan alanlar ise respiratuvar bronsiol, duktus alveolaris, ve alveol keseleridir. Anatomik ölü boşluk nedeni ile her bir solunum ile akciğerlere alınan 500 ml havanın 350 ml sinde gaz değişimi yapılmaktadır. Diffüzyon: Gerek akciğerlerde gerekse hücre düzeyinde gaz alışverişi diffüzyon ile olmaktadır. Bu diffüzyon pasif bir olaydır, yani gazlar konsantrasyon farkları doğrultusunda diffüzyona uğrarlar. Bir sıvıda çözünmüş olan gazin konsantrasyonu o gazin kısmi basıncı ile ifade edilmektedir. Gazin kısmi basıncı büyüdükçe, konsantrasyonu da artmaktadır. Akciğerlere gelen venöz kanda, alveol içindeki atmosfer havasına oranla, CO2 basıncı daha yüksek, O2 basıncı ise daha düşüktür; bu sebeple, CO2 alveol içine verilirken, O2 de kana geçmektedir. Kanda oksijenin % 97 si eritrositler içinde hemoglobine bağlı olarak taşınır, geri kalan % 3 ise plazmada fiziksel olarak çözünmüş halde taşınmaktadır. Karbondioksit ise 4 şekilde taşınır. % 70 oranında plazmada HCO3 iyonu seklinde taşınır. Hücrelerde oluşan CO2, kana geçtiği zaman eritrositler içine alınır. Eritrositler içinde CO2, karbonik anhidraz enziminin etkisiyle H2O ile birleşir. Karbonik anhidraz: CO2 + H2O HCO3 + H Yukarıdaki reaksiyonda ortaya çıkan hidrojen iyonları hemoglobin molekülüne bağlanır, bikarbonat iyonları ise eritrositlerden plazmaya çıkar ve akciğerlere kadar plazmada gelir. Kan akciğerlere gelince, bikarbonat iyonlarının eritrositler içine girmesi ile reaksiyon tersine döner, sonuçta su ve karbondioksit oluşur ve solunum yoluyla dışarı atılır. Karbondioksitin % 70 i bu yolla taşınır. Karbondioksitin bir kısmı doğrudan hemoglobin molekülüne bağlanarak taşınır. Çok az bir kısmı plazmada fiziksel olarak çözünmüş halde taşınır. Az bir kısmı da plazma proteinleri ile karboamino bileşikleri oluşturarak taşınır. Solunum Sisteminin Fonksiyonları: 1.Oksijen temin eder. 2. Karbondioksiti atar. 3. Kanın hidrojen iyon konsantrasyonunu (pH sini) düzenler. 4. Konuşmak için gerekli sesleri üretir (fonasyon). 5. Mikroplara karsı vücudu savunur. 6. Kan pıhtısını tutar ve eritir. Solunum Sisteminin Organizasyonu: Sağ ve sol olmak üzere 2 akciğer vardır. Akciğerler esas olarak ALVEOL denilen (alveolus, tekil; alveoli, çogul) içi hava dolu küçük keseciklerden oluşur. Alveol kanla, atmosfer havasının gaz değiştirdikleri yerdir ve her bir akciğerde yaklaşık 150 milyon alveol vardır. HAVAYOLU dış ortamla, alveol arasında havanın geçtiği tüm tüplere verilen isimdir. Inspirasyon soluk alma demektir ve solunum sırasında dış ortamdan, havanın havayolları aracılığı ile alveollere hareket etmesidir. Ekspirasyon ise soluk verme demektir ve havanın alveollerden dış ortama, yine havayolu aracılığı ile verilmesi demektir. Soluk alıp verme sırasında, 1 dakikada yaklaşık 4 litre hava alveollere girip çıkarken, alveollerin çevresindeki kapiller damarlardan ise 1 dakikada 5 L kan geçer. Ağır egzersiz sırasında hava akışı 30-40 kat artabilirken, kan akimi da 5-6 kat artabilir. Her zaman için alveole giren hava ile alveol çevresindeki kapillerler içindeki kan birbiriyle orantılı olmalıdır. Alveoler hava ile kapiller kan birbirinden çok ince bir zar ile ayrılmıştır, bu zar oksijen ve karbondioksitin diffüze olmasına olanak tanır. Havayolu: Soluk alma sırasında, hava ya ağızdan ya da burundan farenkse geçer, farenks hem yiyecekler hem de hava için ortak bir geçiş yoludur. Farinks 2 tüpe ayrılır, birisi özafagustur ki buradan yiyecekler mideye geçer, diğeri ise larinks dir ki, bu havayolunun bir parçasıdır. Ses telleri larinkste bulunur, geçen havanın bu telleri titretmesi ile ses oluşur. Larinks trakea denilen uzun bir tüpe açılır. Trakeada 2 tane bronşa dallanır. Bir bronş sağ akciğere bir bronş da sol akciğere girer. (Bronchus=bronş, bronchi=bronşlar) Trakea ve bronşların duvarları kartilaj denilen kıkırdak dokusu içerir ve kartilaj bu yapılara esneklik ve dayanıklılık verir. Akciğerler içerisinde bronşların dallanması devam eder, her bir dallanma daha dar, daha kısa, ve daha çok sayıda tüp oluşması ile sonuçlanır. Bu dallanmalar sırasında kartilaj içermeyen ilk dallanmalardaki tüplere bronsiyol denir. Alveoller, respiratuvar bronsiyollerden itibaren görülmeye baslar. Havayolları larinksten itibaren 2 bölüme ayrılır. 1)İletici kısım 2)respiratuvar kısım. İletici kısımda hiç alveol olmadığı için bu kısımda gaz değişimi olmaz. Respiratuvar kısım ise respiratuvar bronsiollerden itibaren baslar. Bu kısımda gaz değişimi olur. Farinksten, respiratuvar bronsiollerin sonuna kadar tüm havayolu boyunca, epitelyal yüzeyler silya içerir. Tüm havayolu boyuna ayrıca mukus salgılayan epitel hücreleri ile çeşitli bezler bulunur. Silyalar sürekli olarak farinkse doğru hareket halindedirler. Bu yapıyı mukustan yapılmış bir yürüyen merdivene benzetebiliriz. Bu yürüyen merdiven sayesinde solunum havasındaki toz mukusa yapışır ve yavaş ama sürekli hareket halindeki silya hareketleriyle farinkse doğru iletilir ve farinkse varınca, burada yutulur. Bu mukus yürüyen merdiveni akciğerleri temiz tutmak için çok önemlidir. Silyer aktivite zararlı pek çok etkenle inhibe edilebilir. Örneğin sigara içmek silyaları saatlerce immobilize eder. Silyer aktivitenin azalması akciğer enfeksiyonu ile ya da atılamayan mukusun havayolunu tıkamasıyla sonuçlanabilir. İkinci koruma mekanizması fagositlerdir. Tüm havayolu ve alveoller boyunca bulunan fagositler solunumla alınan küçük parçacıkları ve bakterileri fagosite ederek bunların öteki akciğer hücrelerine ya da kan dolaşımına geçmesini önlerler. ALVEOL Alveoller küçük, içi hava dolu keseciklerdir. Alveol duvarının havaya bakan iç yüzleri yalnızca 1 hücre kalınlığındadır. Bu iç yüzey Tip I hücreleri denilen epitel hücreleri tarafından 1 sıra olarak oluşturulmuştur. Alveollerin duvarları ayni zamanda kapiller damarları da içerir. Kapiller damarların endotel hücreleri, alveol endotel hücrelerinden çok az bir interstisiyel sıvı ve bir bazal membranla ayrılmıştır. Sonuç olarak kapiller damarlardaki kan, alveollerdeki havadan yalnızca 0,2 m m kalınlığında bir bariyerle ayrılmıştır. Ortalama bir eritrositin çapının 7 m m olduğunu düşünürsek, 0,2 m m lik bir bariyerin ne kadar ince olduğu çok açıktır. Kapiller damarlar ile temas eden alveol yüzeyinin toplam alanı 75 m2 dir ki bu bir tenis kortunun alanına eşittir, ya da bir diğer deyişle, vücut dış yüzeyinin 80 katidir. Bu kadar ince ve büyük bir alan olması sebebiyle oksijen ve karbondioksit büyük miktarlarda hızlıca değişmektedir. Alveol epitelinde Tip I hücrelerine ek olarak daha az sayıda Tip II hücreleri vardır. Şekilsel olarak Tip I den daha büyük olan bu Tip II hücreleri surfaktan denilen bir madde sentezlerler. GÖGÜS KAFESİ Akciğerler toraks denilen göğüs kafesi içinde yerleşmiştir. Toraks kapalı bir bölmedir. Boyunda kaslar ve bağ dokusu tarafından sınırlanmıştır, altta ise diyafram denilen kubbe seklinde bir çizgili kas ile karından tümüyle ayrılmıştır. Toraks duvarları, omurilik, kostalar, iman tahtası (sternum), ve kostalar arasındaki kas olan interkostal kaslardan oluşur. Toraks duvarı ek olarak büyük miktarda elastik bağ dokusu içerir. Her akciğer plevra zari denilen bir zar ile tamamen kaplanmıştır. Bu zar iki katli bir zardır. Plevra zarını hayalde canlandırmak için içi su dolu bir balona bir yumruğu bastırdığınızı düşünün. Yumruk akciğeri temsil etmektedir, yumruğu ilk saran balon zari visseral plevrayı temsil etmektedir. İkinci katman ise pariyetal plevrayı temsil etmektedir. Visseral plevra ile parietal plevra arasında intraplevral sıvı denilen çok ince bir sıvı tabakası vardır. Bunun toplam miktarı sadece birkaç ml dir. Gelişim sırasında bu iki plevra zari arasında yaklaşık 4 mm Hg lik negatif bir basınç oluşur. Bu negatif basınç sayesinde, normalde kollabe olması gereken alveol açık kalır. Bu negatif basınç alveolleri dışa doğru çekerken, göğüs kafesini de içe doğru çeker. Göğsün kesici aletlerle olan yaralanmasında parietal plevra delindiği için plevral aralıktaki basınç atmosfer basıncına eşitlenir, yani negatif basınç kalmaz. Pnemotoraks denilen bu yaralanmada alveolleri dışa doğru çeken negatif basınç olmadığı için akciğerler kollabe olur, yani söner. İNSPİRASYON (SOLUK ALMA) Inspirasyon, diyafram ve inspiratuvar interkostal kasların kasılmasıyla baslar. Diyaframın kasılmasıyla göğüs boşluğu karına doğru büyür. Interkostal kasların kasılmasıyla da göğüs yukarı ve dışa doğru büyür. Göğüsün bu büyümesi intraplevral aralıktaki basıncı daha da negatif yapar. Bu da akciğerleri daha da büyüterek havanın akciğerlere doğru emilmesine yol açar. EKSPİRASYON (SOLUK VERME) Inspirasyonun sonunda, diyafram ve inspiratuvar interkostal kaslara giden sinirler, kasları uyarmayı sonlandırır ve böylelikle kaslar gevşerler. Göğüs duvarı ve dolayısı ile akciğerler pasif olarak orijinal değerlerine dönerler. Akciğerler küçülünce, alveollerin içindeki hava sıkışır ve alveol içi basınç atmosfer basıncını geçer. Dolayısı ile alveol içindeki hava kolayca havayollarından dışarı atılır. Sonuç olarak istirahat halinde ekspirasyon pasif bir olaydır, inspiratuvar kasların gevşemesi ve akciğerlerin elastikiyeti sayesinde gerçekleşir. Fakat egzersiz sırasında daha büyük miktarda hava dışarı atılmak zorunda olduğu için ekspiratuvar interkostal kaslar ve karin kaslarının kasılmasıyla göğüs daha aktif olarak küçülür. KOMPLİANS (ESNEME) Belirli bir basınç altında belirli bir maddenin ne kadar esneyebildiğine o maddenin kompliansi denir. Dolayısı ile akciğerlerin kompliyansi ne kadar çok olursa, esneyebilmeleri de o kadar çok olur. Tersine komplians azalmışsa akciğerlerin esneyebilmeleri de zor olur. Akciğerlerin kompliyansinin azaldığı hastalıklarda, esneklik azaldığı için, akciğerleri genişletmek için daha fazla güç uygulamak gerekecektir. Bu tür hastalar, yüzeysel ve hızlı solurlar. Akciğerlerin kompliansini etkileyen bir diğer faktör de alveollerin yüzey gerilimidir. Alveollerin yüzeyleri nemlidir ve alveoller ince bir su tabakası ile kaplı gibi düşünülebilir. Bu su tabakası gerilmiş bir balon gibi davranır ve akciğerlerin genişlemesini engelleyen bir güç gibi davranır. Akciğerlerin genişlemesini etkileyen bu güce "yüzey gerilimi" denir. Sonuç olarak akciğerlerin genişlemesi hem akciğerlerin elastik dokusunu germek, hem de bu yüzey gerilimini asmak için daha fazla enerjiye ihtiyaç duyacaktır. Alveollerdeki Tip II hücreler surfaktan denilen bir madde sentezlerler. Surfaktan yüzey gerilimini azalttığı için akciğerlerin kompliansini arttırır, yani akciğerleri genişletmek için daha az enerjiye gereksinim duyulur. Respiratuvar Distress Sendromu denilen hastalıkta yeni doğan bebekler yeteri kadar surfaktan sentezleyemedikleri için bu bebekler soluk alıp vermek için çok enerji harcarlar ve çocukların yorgunluktan bitkin düşerek ölmelerine neden olabilir. Gebe kadına kortizol yapılması çocukta surfaktan sentezini artırır. AKCİĞER KAPASİTELERİ Tek bir solukla akciğerlere alınan veya akciğerlerden çıkarılan hava msktarina tidal volum (soluk hacmi) denir, miktarı 500 ml dir. Pasif ekspirasyondan sonra akciğerlerde kalan hava miktarına fonksiyonel rezidüel kapasite denir, yaklaşık 2300 ml dir. Zorlu bir ekspirasyondan sonra, akciğerlerde kalan hava miktarına rezidüel volüm denir, miktarı 1200 ml dir. Normal bir inspirasyondan sonra zorlu inspirasyon ile akciğerlere alınabilen hava miktarına inspiratuvar yedek volüm denir, 3000 ml civarındadır. Normal pasif ekspirasyondan sonra zorlu ekspirasyon ile akciğerlerden atılan hava miktarına ekspiratuvar yedek volüm denir, 1100 ml civarındadır. Normal bir ekspirasyondan sonra, zorlu inspirasyon ile akciğerlere alınabilen hava miktarına inspiratuvar kapasite denir. Tidal volüm, inspiratuvar ve ekspiratuvar yedek volümlerin toplamı akciğerlere kas kuvveti ile alınıp verilebilen maksimum hava miktarını gösterir, ve buna vital kapasite denir. Vital kapasite genç erkeklerde 4,6 L genç kızlarda ise 3,1 L dir. Maksimum ekspirasyondan sonra akciğerlerde kalan hava miktarına residüel volüm denir, ve yaklaşık 1200 ml civarındadır. Vital kapasite ile residüel volümün toplamına ise Total akciğer kapasitesi denir. Bu bahsedilen volümlere statik volümler denir, çünkü bu ölçümler hava akimi olmadığı zaman yapılan ölçümlerdir. Zorlu ekspirasyon sırasında yapılan akciğer volüm değişikliklerine ise dinamik akciğer volümleri denir. Bunlar FEV1 ve FVC dir. FEV1 birinci saniyede akciğerlerden çıkarılabilen hava miktarıdır. FVC ise maksimum inspirasyondan sonra akciğerlerden çıkarılabilen maksimum hava miktarıdır. Sağlıklı genç bireylerde FEV1 4 L FVC ,ise 5 L dir ve oran 0,8 dir. GÖĞÜS HASTALIKLARI Göğüs hastalıkları iki genel kısma ayrılırlar. Obsruktif Hastalıklar: Bu hastalıklarda hava yolu direnci artmıştır (amfizem, astım). Restriktif Hastalıklar: Akciğer kompliansi azalmıştır (pulmoner fibrozis, respiratuvar distress sendromu).

http://www.biyologlar.com/solunum-sistemi-fizyolojisi

Transplantasyon immünolojisi

TRANSPLANTASYON İMMÜNOLOJİSİ VE TARİHÇESİ İmmünoloji İnsan İmmün (Bağışılık) sistemi zararlı olan organizmaları vücuttan uzaklaştırmaktadır. Bu sistem, vücudumuzun yaklaşık iki trilyon hücresini koruyan, antibadi ve sitokinler üreten hareketli askerleridir. Virüs, bakteri ve tümör hücreleri veya transplante edilmiş hücreler gibi yabancı ya da vücuda ait olmayan hücrelerle koordineli bir biçimde hızlıca çok yönlü bir atağa geçmektedir. Her ne kadar çevre immün cevabı stimüle etse de, immüniteyi kontrol eden genlerdir. Genler antibadi ve sitokinlerin hücre yüzeyini spesifik olarak kodlamaktadır. Genler aynı zamanda sitokinleri tutan hücre yüzey proteinlerini kodlamaktadır (Antijen başka bir bireyde immün cevaba neden olan bir moleküldür. Antijenler genellikle protein veya karbohidratlardır). Yabancı antijen, vücuda ait olmadığından dolayı, bir immün cevaba neden olmaktadır. Genler immüniteyi kontrol ettiğinden, oluşan değişiklikler immünolojik fonksiyonları engelleyebilmektedir. Immünitede oluşan bozukluk, otoimmün hastalıklara, allerjiye ve kansere neden olabilmektedir. Genlerin immünitede büyük rol oynamasından dolayı, teknoloji ile birlikte, hastalıkların tedavisi amacıyla immün sistem güçlendirilmeye çalışılmaktadır. Transplantasyon nedir nasıl yapılır Transplantasyon yöntemi günümüzde oldukça yaygındır. Kalp, böbrek ve başka organların bir kişiden diğerine nakledildiğini sık sık duyarız. Dişlerin transplantasyonunda iki yöntem vardır: Aynı kişiden ve başka kişiden transplantasyon. Aynı kişide bir diş bir çene yarısında dizi dışı bulunur ve normal diş sayısına oranla artıklık gösterirken, diğer tarafta herhangi nedenlerle bir dişin dizide eksik olduğu da görülebilir. Bu durumda iki olasılık vardır: Ya bir diş yuvası önceden hazırdır ya da operatör bu dişi transplante edebilmek için ilkin böyle bir yuva oluşturmalıdır. Bu durumda en uygunu, önceden hazır olduğu için yeni çekilmiş bir dişin boş olan alveolüdür. Ayrıca aynı kişiden transplantasyon dışında, dişin başka kişiden alındığı, kişiden – kişiye transplantasyon da vardır. Kişiden – kişiye transplantasyon çok eskidir de. Örneğin, ortaçağda varlıklı bir bayan bir dişini yitirdiğinde bir kölenin benzer dişini çektirttiği sık sık görülürdü; sonra bu yabancı diş çenesine transplante edilirdi. Oysa her zaman uygun dişli bir köle bulunamazdı. Bayan böyle durumlarda da transplantasyon amacıyla uygun dişini çektirtecek olan bir başka kişiye belirli bir tutar para önerirdi. Kişi artık günümüzde transplantasyonda biraz daha dikkatlidir. Benimsenme olasılığı için en uygunu; plantat-vericisi ve plan-tatralıcısının kardeşler, ana-baba, çocuklar gibi yakın akraba olmalarıdır. Ancak yabancı plantat-vericisi plantat-alıcısıyla aynı kan grubundan ise, bu plantat-vericisinin dişi de kullanılabilir. Kan uyuşmazlığının göz önüne alınmaması eskiden bir çok başarısızlıklara neden olurdu. Tüm plantasyonlarda plantat kökünün vücutta yabancı madde sayılarak atılma tehlikesi vardır. Bu nedenle, transplantat’ın sürekliliği olabildiğince uzatılsın diye gereken her şey yapılmalıdır. Genel diş ve kök tedavisi tıpkı replantasyondaki gibi uygulanır. Çoğu zaman başarı replantasyondaki kadar iyi değildir ve atılmazlığı bütünüyle plantat-alıcısmın kendisine bağlıdır. Tüm transplantasyonlarda ope­rasyondan sonra şineleme son derece önemlidir. Transplantasyon Sonrası Immün Sistemin Yeniden Programlanmasında Monoklonal Antikorların Kullanımı Transplantasyon sonrası immün sistemin yeniden yapılanması sürecinde temel amaç, graftı T lenfositlerinin yıkıcı etkilerinden korumaktır. Monoklonal antikorlar da bu amaca yönelik olarak mevcut immünsüpresif ilaçlara yardımcı olarak kullanılmaktadır. Bazıları indüksiyon tedavisinde, rejeksiyon önlenmesine yönelik olarak, bazıları da dirençli akut rejeksiyon tedavisinde kullanılırlar. Monoklonal antikorların en yaygın kullanılanları basiliksimab ve daklizumabdır. Bu IL-2 reseptör blokerleri, akut rejeksiyon oranlarında önemli azalmalar sağlamaları ve yan etkilerinin olmayışı nedeni ile oldukça benimsenen ilaçlardır. Bunların yanında rituksimab (anti-CD20) ve Campath (anti-CD52) gibi ajanlar da giderek daha çok kullanılmaya başlanan monoklonal antikorlardır. Transplantasyon immünolojisinde, T hücre aktivasyonunda görevli, bazı yeni aracı moleküllerin bulunması monoklonal antikorların da giderek çeşitleneceğini göstermektedir. Transplantasyon Hakkında Sık Sorulan Sorular 1. Canlı veya kadavra vericilerden transplantasyon yapılacak adayların hazırlıkları arasında bir fark var mıdır? Hayır, Kadavra böbreği bekleme listesindeki adaylar da tıpkı canlı vericiden transplantasyon yapılacak adaylar gibi incelenir. Ancak bir kadavra böbreği bulunma olasılığının ne zaman gerçekleşeceği belli olmadığı için. zaman geçtikçe önceden yapılmış muayene le bazı laboratuar incelemelerinde değişiklikler olabilir. Bu nedenle kadavra böbreği bekleme listesindeki hastaların belli aralıklarla, fizik muayene ve laboratuar incelemeleri yineletmeleri ger eklidir. Kısaca; kadavra böbreği bekleyen hastalar ameliyata her an hazır durumda olabilir. 2. Transplantasyon adayı hastaların kendi böbreklerine herhangi bir müdahale yapılır mı? Genellikle hastaların kendi böbreklerine dokunulmaz. Ancak, inatçı hipertansiyon, böbreklerde tedaviye dirençli infeksiyon, idrarın mesaneden böbreğe taşması, çok büyük kistik böbrekler söz konusu ise, hastalıklı böbrekler çıkarılır. Bu ameliyat bazı merkezlerde transplantasyondan önce yapılır ve 3-4 hafta sonra yeni böbrek takılır. Bazı merkezlerde ise böbrek nakli ameliyatı yapılırken aynı anda hastanın kendi böbrekleri de çıkarılır. Yalnız her iki ameliyatın aynı seansta yapılması oldukça uzun sürer ve biraz daha risklidir. 3. Kadavra böbrek listesine kayıtlı hastalar için bekleme süresi ne kadardır? ÜIkemizde bugün için kesin bir süre belirtmek mümkün değildir. Listeye çok yeni giren bir hasta, uygun tipte böbrek çıkması ile kısa zamanda transplantasyon şansına kavuşabileceği gibi bazen de uygun bir böbrek çıkmadığı için uzun süre beklenebilir. Olanaklar elverdiğince, uygun böbrek çıktığında daha uzun süre beklemiş olan hastaya öncelik tanınır. Halkımızın bilinçlenerek daha fazla organ bağışında bulunması bekleme süresini kısaltacaktır. Halkımızın bilinçlenerek daha fazla organ bağışında bulunması bekleme süresini kısaltacaktır. 4. Kadavra böbrek bulunduğunda hastalara nasıl haber verilir? Transplantasyon ünitesinde bilgisayarda kadavra böbreği bekleyen tüm hastaların telefon numaraları kayıtlıdır. Uygun bir kadavra böbreği çıktığında günün herhangi bir saatinde size telefonla haber verilere!,, transplantasyon ünitesine gelmeniz istenecektir. Size daha kolay ve kısa sürede haber verebilmemiz için. varsa, birden fazla telefon numaranızı ve yakınlarınızın da telefon numaralarını bildirmeniz faydalıdır. Telefon numaranızda bir değişiklik olduğunda bunu hemen üniteye bildirmelisiniz. 5. Böbrek bulunduğu haberi ile transplantasyon ünitesine çağrılmanız mutlaka böbreğin size takılacağı anlamına mı gelir? Hayır. Bir kadavradan elde edilen iki böbrek için yaklaşık 10 hasta üniteye çağrılmaktadır. Burada, hemen yapılan fizik muayene ve acil laboratuar incelemeleri sonucunda, ünite hekimlerinden oluşan bir kurul tarafından karar verilmekte ve durumu en uygun olan 2 hastaya böbrek takılmaktadır. Böbrek takılmayanlara ise bunun nedenleri açıklanır ve hastalar evlerine gönderilir. 6. Kadavra böbrek, transplantasyon için haber verildiğinde neler yapılmalıdır? Öncelikle bu saatten itibaren hiçbir şey yenilmemeli ve içilmemelidir. Bekleme listesindeki bu hastanın küçük bir çantada, kişisel eşyaları (pijama, terlik gibi) her an hazır olmalıdır. Özelikle şehir dışından gelecek hastaların telaşa kapılmamaları ve hazırlanmakla vakit kaybetmemeleri için önemlidir. Çağrıldığınızda yanınıza eşyaları da alarak en hızlı ulaşım aracı ile. uzak bir şehirde oturmaktaysanız mümkünse uçakla, üniteye gelmelisiniz. 7.Kadavra böbreğin size takılmasına karar verildiğinde ne tür işlemler yapılacaktır? Bu karardan sonra, artık hastanede kalacaksınız. O gün diyalize girmediyseniz acil olarak hemodiyalize alınacak ve bitiminde transplantasyon ünitesine yatırılacaksınız. Gerekli ameliyat hazırlıkları ve transplantasyon öncesi ilaç uygulamalarından sonra böbrek nakli ameliyatına alınacaksınız. Artık yeni böbreğiniz takılacak ve sizin için yeni bir yaşam dönemi başlayacaktır. TRANSPLANTASYON İMMÜNOLOJİSİ TARİHÇESİ Prof.Tbp.Kd.Alb.Ali ŞENGÜL Tarihçe; MÖ 200: Çin?de Kalp nakilleri denemeleri MÖ 600: otolog deri transplantasyonları (Hindu cerrah Sushruta- yüz plastik cerrahisi) Modern transplantasyon dönemi ise 18. Yüzyılın sonlarında deneysel cerrahinin babası olarak da bilinen Hunter tarafından başlatılmış olarak kabul edilmektedir. Carrel 1912?de vasküler anastomoz tekniği ile nobel ödülü almış ve teknik olarak başarılı nakillerin yolunu açmıştır. Daha sonra biyolojik özelliklerden immün sistem üzerine yoğunlaşılmış ve gerçek başarı ancak immünolojik gelişmelerden sonra mümkün olabilmiştir. İlk kan transfüzyonları 17. yy?da hayvanlar ve insanlar arasında denenmiş ve alınan korkunç sonuçlar nedeniyle bu konu 150 yıl boyunca bir daha gündeme gelememiştir. 1900 yılında Landsteiner ve Miller insanları kanlarındaki aglutininlere göre gruplandırarak transfüzyonları tekrar gündeme getirirken, doku tiplendirmesinin de yolunu açmışlardır. 1923 de Williamson homolog ve otolog graftlemeyi kıyaslayarak doku tiplendirmesi için çalışmaların başlamasına sebep olmuştur. 1930 larda moleküler genetikçi George Snell farelerde histokompatibilite lokusu olan H-2 lokusunu keşfetmiştir. 1937 de Gorer insanlarda ilk histokompatibilite antijenini tanımlamış ve self-nonself ayrımını izah etmiştir. 1943 de Medawar tavşanlarda deri grefti çalışmaları yapmış ve otograft-homograft ayrımında akraba olanlarla olmayanların farklılığını ortaya koymuştur. II. Dünya savaşında yanıklı hasların tedavisinde plastik cerrah Gibson ile işbirliği yaparak immün yanıtın 3 temel özelliğini (tanıma, yıkım ve hafıza) tanımlamıştır. 1952 de Dausset multiple kan transfüzyonu yapılanlarda lökoaglutininler oluştuğunu gözlemleyerek insanlarda HLA lokuslarının keşfine giden yolu açmıştır. 1964 de Terasaki ve arkadaşları sitotoksik antikorları kullanarak mikrolenfositotoksisite yöntemi ile antijenlerin serolojik olarak tanımlanmasını sağlamışlardır immünosupresyon 1950 lerde John Loutit tarafından total vücut radyasyonu (TBI) ile farelerde denenmiş, 1958 de Murray (Boston) ve Hamburger (Paris) tarafından ayrı ayrı insanlara uygulanmıştır. 1960 larda AZT geliştirilmiş ve transplantasyonda kullanılmış. Ardından Starzl AZT ile kortikosteroidi kombine ederek başarının artmasını sağlamıştır. 1960 ve 1970 lerden itibaren poliklonal antikor teknolojisi, siklosporinin keşfi, 1980 lerde monoklonal antikor teknolojisinin keşfi ile bu konudaki gelişmeler hız kazanmış, daha modern immünosupressif ajanların keşfi ile neredeyse doku uyumuna bakılmaksızın transplantasyonlar yapılmaya başlamıştır. TANIMLAR Transplantasyon: Donör / verici : Recipient / alıcı: Ortotopik transplantasyon Heterotopik transplantasyon. Rejeksiyon / red Birincil rejeksiyon ikincil rejeksiyon (Hafıza). TANIMLAR (2) Otolog greft / otogreft Oto transplantasyon / otolog transplantasyon Isogreft / syngeneik greft / syngreft Allogeneik greft / allogreft Xenogeneik greft / xenogreft Alloantijen Xenoantijen alloreaktif antikor xenoreaktif antikor ALLOGENEİK TANIMANIN MOLEKÜLER TEMELİ Haplotip identik, inbred farelerde yapılan hücre ve doku nakillerinde rejeksiyon oluşmamaktadır. Farklı inbred fareler arasında yapılan transplantasyonlarda hemen daima rejeksiyon oluşmaktadır. Farklı iki inbred fareden olan F1 dölünde, anne ve babadan alınan greftlerde rejeksiyon oluşmamaktadır. Farklı iki inbred fareden olan F1 dölünden alınan greft, anne ve babaya transplante edildiğinde rejeksiyon oluşmaktadır. MHC / HLA Minör doku uygunluk antijenleri MHC molekülleri dışındaki polimorfik alloantijenler daha zayıf ve daha yavaş bir rejeksiyon reaksiyonu oluştururlar. Bunlara Minör doku uygunluk antijenleri (minor histocompatibility antigens) adı verilmektedir. Birçok minör doku uygunluk antijeni self veya greft MHC molekülleri tarafından işlenip T hücrelerine sunulabilen protein yapısındaki moleküllerdir. MHC moleküllerinden farklı olarak bu minör antijenlerin tanınabilmesi için işlenip MHC molekülleri tarafından sunulmaları gereklidir. ALLOGENEİK TANIMANIN HÜCRESEL TEMELİ Rejeksiyon reaksiyonu, transplante edilen dokuların hem CD4+ ve hem de CD8+ hücreler tarafından tanınması sonucunda gelişir. Değişik T hücre popülasyonlarının alloantijenleri tanımalarını anlamak için mikst lenfosit reaksiyonu (MLR) güzel bir model olarak kullanılmaktadır. MLR ile şu sonuçlara ulaşılabilir: Eğer hücrelerin MHC-sınıf I antijenleri arasında farklılık yoksa CD8+ CTL oluşmayacaktır. Uyarıcı hücrenin MHC-Sınıf-I antijenlerine karşı antikorlar kullanılırsa, hücre lizis’den korunacaktır. Eğer uyarıcı ve uyarılan hücreler arasında MHC Sınıf-II antijen farklılığı varsa alloreaktif CD4+ T hücreleri uyarılacak ve prolifere olarak sitokin üretecektir. Uyarıcı hücre ile aynı MHC sınıf-II antijenlere sahip üçüncü grup hücre kültüre eklenirse alloreaktif CD4+ T hücreleri tekrar uyarılacaktır (İkincil MLR). Uyarıcı hücrenin MHC sınıf–II antijenlerine karşı antikor kullanılırsa, bu antikorlar ikincil MLR’nu önleyecektir. Rejeksiyon Rejeksiyonun değişik formlarının olduğu ve bunların her biri için farklı bulgu ve belirtilerden oluşan tanımlar olduğu bilinmektedir. Ancak çoğu kez bunları biri birinden kesin olarak ayırt edecek kriterler bulunamaz. Gerçekte aynı greftte akut ve kronik rejeksiyon sıklıkla birliktelik gösterir. Sınıflandırmada, transplantasyonu takibeden sürenin uzunluğundan çok, major sınıflandırma kriteri olarak histolojik değişikliklere dikkat etmek gereklidir. Hiperakut rejeksiyon (HAR) : Greft damarlarında hızlı trombotik oklüzyon ile karakterize bir tablodur. Anastomozu takiben dakikalar içerisinde başlar. Özellikle IgM tipi antikorların endotele bağlanarak komplemanı aktive etmesi söz konusudur. Endotelden Von Willebrand faktör sekrete edilir. Kompleman aktivasyonu da endotel hücre hasarına yol açarak koagülasyonu başlatır. Subendotelyal bazal membran proteinlerinin de trombositleri aktive etmesi sonucunda tromboz ve vasküler oklüzyon oluşarak, organda kalıcı iskemik hasar meydana gelir. Hiperakut rejeksiyon (HAR) : (2) IgM türü allo antikorlar: Bu tür antikorlara en iyi örnek ABO kan grubu antikorlarıdır. Normal barsak florasında bulunan bazı bakterilerin karbonhidrat antijenlerine karşı geliştiği düşünülen doğal antikorlar. Doğal Xenoantikorlar. IgG izotipinde alloantikorlar: Eski transplantasyonlar veya multiple gebelik durumlarında oluşurlar. Bu antikorlar Lenfosit Cross Match (LCM) ile ortaya çıkarılabilir. AKUT REJEKSİYON Transplantasyondan sonra 1 hafta ile 4 ay arasında ortaya çıkar ve ilk yıldan sonra da ataklar görülebilir. a) Akut Sıvısal Rejeksiyon : Akut sıvısal rejeksiyon, greft kan damarlarındaki bazı hücrelerde nekroz ile karakterize bir durumdur. Histolojik olarak hiperakut rejeksiyondaki trombotik oklüzyondan çok bir vaskülit sözkonusudur. Akut sıvısal rejeksiyondan endotelyal hücre antijenlerine karşı gelişmiş IgG izotipinde alloantikorlar sorumludurlar. Bu antikorlar kompleman aktivasyonuna da yol açarak etkili olurlar. Bu olaya lenfositlerin de katılması nedeniyle alternatif bir şekilde “akut, vasküler rejeksiyon” olarak da isimlendirilmektedir. Akut Hücresel Rejeksiyon : Bu tip rejeksiyon parenkimal hücrelerde nekroz ile karakterize ve genellikle lenfosit ve makrofaj infiltrasyonu ile birliktedir. Bu infiltrasyondaki lökositler greft parenkim hücrelerinin lizis’inden sorumludurlar. Akut hücresel rejeksiyondan birçok farklı effektör mekanizma sorumlu tutulabilir: CTL’e bağlı lizis, Aktive makrofajlara bağlı lizis (geç tip aşırı duyarlılık reaksiyonunda olduğu gibi), Doğal öldürücü (NK: Natural killer) hücre lizisi. KRONİK REJEKSİYON : Normal organ yapısının kaybolduğu, fibrozis ile karakterize bir durumdur. Patogenezi akut rejeksiyona oranla daha az anlaşılmıştır. Fibrozis, akut rejeksiyondaki hücre nekrozunun iyileşme sürecinde gelişiyor olabilir. Kronik geç tip aşırı duyarlılık reaksiyonunda olduğu gibi aktive makrofajların, trombosit kaynaklı büyüme faktörü gibi mezanşimal hücre büyüme faktörü salgılaması ile ya da kan damarlarındaki hasarlara bağlı olarak ortaya çıkan kronik iskemiye bir yanıt şeklinde gelişmesi ihtimali de vardır. Kronik rejeksiyonun bir başka formu, musküler arterlerde intimal düz kas proliferasyonu ile karakterize olan formdur. Bu düz kas proliferasyonu da geç tip aşırı duyarlılık reaksiyonunun bir sonucu olarak gelişebilmektedir. Greftteki damar duvarlarında bulunan alloatijenlerle uyarılan lenfositlerin makrofajları uyararak, düz kas hücresi büyüme faktörü salgılanmasına yol açtıkları düşünülmektedir Bu form özellikle renal ve kardiyak transplantasyonlarda görülmüştür. Bu şekilde gelişen bir arterioskleroz geç tip greft kayıplarındaki en önemli sebeplerden biridir. Birçok olguda arteriel hasardan önce herhangi bir histolojik bulgu tespit edilmemiştir. ALLOGRAFT REJEKSİYONDAN KORUNMA VE TEDAVİ: İmmün sistemi tam olarak fonksiyonel bir alıcıya aktarılan bir allograft eninde sonunda mutlaka rejeksiyonun bir şekli ile karşılaşacaktır23,24. Rejeksiyondan korunmak ya da rejeksiyonu geciktirmek için gerek klinik çalışmalarda, gerekse deneysel modellerde iki yöntem geliştirilmeye çalışılmıştır: Greftin immünojenitesini azaltmak Alıcının immün sistemini baskılamak Dokuların immünojenitesi Kemik iliği Deri Gastrointestinal kanal Langerhans adacıkları Kalp Böbrek Karaciğer Greftin immünojenitesini azaltmak: İnsanlardaki transplantasyonlarda graft immünojenitesini azaltmak için takip edilen ana strateji, donör ve alıcı arasındaki alloantijenik farklılıkları minimalize edecek bir seçim uygulamaktır. HAR’dan korunmak için donör ve alıcının ABO kan grubu antijenlerinin daima uyumlu olmasına dikkat edilmektedir. MHC moleküllerinin allelik farklılıklarının hem sınıf-I ve hem de sınıf-II lokusları bakımından mümkün olduğu kadar az olmasına ya da tamamen uygun olmasına dikkat edilmekte, bu amaçla donör ve alıcının HLA antijenlerini belirleyen test yöntemleri, moleküler düzeyde analiz yöntemleri ile geliştirilmektedir. Greftin immünojenitesini azaltmak (2) Kan grubu ve HLA tiplemeleri yanında mevcut bir immünizasyon varsa bunun tespiti de çok önemlidir. Bu amaçla hücresel immünizasyonun araştırılması için mikst lenfosit reaksiyonu (MLR) testi yapılmaktadır. Sıvısal bir immünizasyon için ise dolaşan antikorların varlığının araştırılması önemlidir. Lenfosit Cross Match (LCM) Panel reaktif Ab (PRA) Alıcının immün sistemini baskılamak: Greft dokularına karşı reaktif antikorların varlıklarını belirlemek ve plazmaferez gibi yöntemlerle bu antikorları azaltmak. Transplantasyondan önce alloantijenler vererek allografta tolerans oluşturmak: İmmünosupressif tedavilerle T hücrelerini baskılamak veya lizise uğratmak: İMMÜNOSUPRESYON Kortikosteroidler, Metabolik toksinler (azathioprine, cyclophosphamide v.b.), lenfoid dokuların irradiasyonu, spesifik immünosupressif ilaçlar (Cyclosporine, FK506 v.b.), T hücre yüzey moleküllerine spesifik antikorlar kullanılmaktadır. Graft Versus Host Hastalığı (GVHD) İmmünosupressif alıcıda yerleşme fırsatı bulan donör kaynaklı lenfositlerin alıcı dokularına karşı reaksiyon vermesiyle ortaya çıkar. İmmünosupressif kişilere iatrojenik olarak verilmiş immünopotent hücrelerle de ortaya çıkabilir. (Kan transfüzyonu, solid organ transplantasyonları v.b.) Allogenik kemik iliği transplantasyonunun önündeki en büyük engeldir. GVHD Deri, Gastro-intestinal sistem, karaciğer, akciğer başlıca hedef organlardır. Akut reaksiyonlar post-transplant 7-80 günlerde, Kronik formlar ise 3. Aydan sonra ortaya çıkar. Solid organ transplantasyonları sonrasında oluşan GVHD’da transplante organ self kabul edildiğinden o organa karşı reaksiyon oluşmaz. Ortaya çıkan patolojilerin GVHD’na ait olup olmadığını destekleyecek en önemli bulgu periferik kanda kimerizm araştırarak elde edilebilir. Bunun yanında daha invaziv bir yöntem olan Biyopsi de çok değerli bilgiler verebilir. TRANSPLANTASYON ve İMMÜN YANIT Prof. Dr. Mahmut Nezih Çarin İstanbul Tıp Fak. Tıbbi Biyoloji ABD, Transplantasyon Ünitesi MHC gen bölgesi 6. kromozom (6p21.31) üzerinde yerleşmiş olup, yaklaşık olarak 4 Mbp lik bir yer kaplar. En uzun haplotype (110-160 kb) DR53 grup haplotiplerdir. Jan Klein 1977 yılında Sınıf I, II ve III olmak üzere ilk tanımlamayı yapmıştır. Günümüzde HLA sınıf III’ e ait olan bölgenin telomerik ucundaki 0.3 Mbp kısmın sınıf IV bölgesi olarak isimlendirilmesi önerilmektedir. Klasik HLA antijenleri sınıf I geni icindeki HLA-A, -B, -C bölgesinde ve Sınıf II geni içindeki HLA- DR, -DQ, -DP bölgesinde kodlanır. Tüm sınıf I genler 3-6 kb, sınıf II genler ise 4-11 kb uzunluktadır. Klasik antijenleri kodlayan genler dışındaki sınıf I bölgesindeki diğer genler: HLA-E, -F, -G, -H, -J, -K, -L olup, bunlar arasından sadece HLA-E,- F,-G eksprese olmaktadır. Sınıf III bölgesinin ise gen yoğunluğu oldukça fazla olup bunların bir kısmı immün sistem ile ilişkili değildir. Sınıf II bölgesinde klasik antijenleri kodlayan genlerin yanısıra HLA-DM, -DN, -DO, TAP1, TAP2, LMP2 ve LMP7 gibi gen bölgeleride bulunmaktadır. İmmunolojik ve nonimmunolojik fonksiyonu olan bir dizi genden oluşan MHC bölgesi ilk kez farelerdeki transplantasyon çalışmaları ile Peter Gorer tarafından 1937 yılında ortaya çıkarılmıştır. Bu genlerin ürünleri olan moleküller 1958 yılında Jean Dausset tarafından (HLA-A2) tanımlamış, aynı yıl van Rood ve arkadaşları HLA-BW4 ve BW6 antijenlerini ve kan transfüzyonu yapılmış kişilerin ve çok doğum yapmış kadınların serumlarında lökositlere karşı oluşmuş antikorları göstermişlerdir. İlk doku antijenleri lökositlerde saptandığı için insan lökosit antijenleri (Human Leukocyte Antigens = HLA) olarak tanımlanmışlardır. Daha sonraki yıllarda eritrositlerin dışında bütün vücut hücrelerinde bulundukları ve çok önemli oldukları anlaşılarak bu grup antijen sistemi MHC molekülleri veya MHC antijenleri olarakta isimlendirilmiştir. MHC genel bir isimdir ve her bir türün ayrı bir MHC simgesi vardır . MHC molekülleri graft rejeksiyonun temel belirleyicileridirler. Bu nedenle aynı MHC moleküllerini eksprese eden bireyler birbirlerinin doku graftlerini kabul edebilirler veya farklı MHC gen bölgelerine sahip bireyler arasında graft rejeksiyonu gelişir. Bu lokusun keşfinden ancak 20 yıl sonra immun cevapta MHC’nin önemi ortaya çıkarılmıştır. Hugh McDevitt ve arkadaşları 1960’larda kobay ve fareler üzerine yaptıkları çalışmalarda basit polipeptidler ile yapılan immunizasyona karşı antikor oluşmadığını ve gelişen immun yanıtsızlığın MHC bölgesinin haritalanması ile otozomal dominant bir özellik olduğunu buldular. İmmun yanıtı kontrol eden genlere de İmmun yanıt genleri (Immune response =Ir ) adı verildi. Ir genlerinin protein yapıdaki antijenlere antikor yanıtında gerekli olan Th (T helper = yardımcı T) lenfositlerinin aktivasyonunu kontrol ettiğini gösterdiler. 1970’lerin sonunda MHC genlerinin protein antijenlere karşı olan esas rolü anlaşıldı. Her iki HLA antijen yapısı da iki yan yana alfa heliksi tarafından oluşturulan, hücre membranına distal konumda benzer bir girintiye sahiptir. Bu girintilere hem kendi antijenlerinden hem de yabancı antijenlerden kaynaklanan peptid antijenleri bağlanır. Böylece HLA antijenleri hem kendi hem de yabancı peptidleri T lenfositlerine sunma görevindeki moleküller olarak immün yanıt oluşumunda kilit bir fonksiyona sahiptir. Ayrıca HLA antijenlerinin kendileri de allogeneik transplantasyon, transfüzyon ve hamileliklerde güçlü immün yanıtları tetikleyebilen, fazlasıyla immünojenik moleküllerdir. MHC Sınıf I molekülleri Sınıf I molekülü a zincirinin b2 mikroglobulin ile non kovalen bağlanmasıyla oluşmaktadır. Alfa zinciri a1 (N terminal), a2 ve a3 olmak üzere üç adet ekstrasellüler domain içerir. MHC sınıf I molekülleri arasında a3 domaini oldukça korunmuş bir yapıdadır ve T lenfositlerindeki CD8 molekülü ile etkileşime giren bölgeyi oluşturmaktadır. Beta 2 mikroglobulin yapısındaki bir adet disülfit bağı ile stabilize edilmiştir. b2- mikroglobulin yokluğunda sınıf I molekülleri hücre membranında eksprese edilmez. Alfa-1 ve alfa-2 domainler 8 adet anti-paralel b strandı ve 2 adet anti-paralel a strandı ile platform oluşturmaktadır. Genel olarak çekirdekli hücrelerde eksprese edilmektedir. Ancak ekspresyon düzeyleri hücreler arasında değişmektedir. Lenfositlerde en yüksek düzeyde eksprese edilirken, Fibroblastlar, kas hücreleri, hepatositler, sperm, oosit, plasental ve merkezi sinir sistemi hücrelerinde sınıf I moleküllerinin ekspresyonu çok düşük ya da dikkate alınmayacak düzeydedir. HLA- C moleküllerinin hücre yüzeyinde HLA- A ve –B moleküllerinden 10 kat daha düşük düzeyde ortaya çıkmaktadır. Ancak HLA-C molekülleride işlevseldir ve NK (doğal öldürücüler ) tarafından tanınmak üzere ilk hedef noktalardır. MHC Sınıf II molekülleri Sınıf II molekülleri a ağır zinciri ile b hafif zincirinin non-kovalent bağlanması ile oluşan bir heterodimerdir. Alfa zincirinde a1 ve a2, beta zincirinde ise b1 ve b2 domainleri bulunmaktadır. Alfa-1 ve alfa-2 domainleri arasında kalan çukur peptid fragmanlarının bağlandığı bölgeyi oluşturmaktadır. Sınıf II molekülleri dendritik hücre, makrofaj, B ve aktive T lenfosit olmak üzere daha sınırlı sayıda hücrelerde eksprese edilmektedir. Transplantasyonda İmmun Yanıt İmmün sistemin birincil görevleri herhangi bir potansiyel infekte edici yabancı materyali tanımak ve birden çok efektör mekanizma yoluyla yanıt vererek yabancı materyali inaktif hale getirmektir. HLA antijenlerinin görevi hem kendi hem de yabancı proteinlerden türevlenen peptid fragmentlerini sunmaktır. Antijen sunum hücreleri (APCler) olarak görev yapan hücre tipleri dendritik hücreler, monositler, makrofajlar, B lenfositleri ve immün regülatör süreçlere katılan diğer hücreleri içerir. Protein moleküllerinin peptid parçalarına ayrılması ve antijenin T hücrelerine sunulması, immünitenin önemli bir bölümünü oluşturur. Sınıf I molekülleri endojen kaynaklı peptidlerin CD8 (+) T lenfositlerine, sınıf II molekülleri ise eksojen kaynaklı peptidlerin CD4 (+) T lenfositlerine sunumunda rol almaktadırlar. Peptidler önce degradasyona uğrar ve peptid fragmanları hücre içinde HLA sınıf I ve II moleküllerine bağlanır. Bu moleküller, bağlanan peptid ile birlikte hücre yüzeyine gelir. Hücrelerde proteinlerin yıkımını sağlayan iki büyük yol vardır. Bunlardan birisi lizozomal asidik ortamda gerçekleşen lizozomal proteolizis diğeri ise ubiquitin- proteasom yıkım yoludur. Çok sayıda ubiquitin ile işaretlenmiş olan protein, çok sayıda alt birimden oluşmuş olan proteaz kompleksi olan proteasom tarafından yıkılır. Ubiquitinin bağlanması ve işaretlenmesi için ATP enerjisi kullanılır. Endojen proteinler ubiquitin ile bağlanarak proteasoma yönlenirler. LMP2 ve LMP7, proteozom kompleksinin bileşenlerini oluşturan peptidleri kodlamaktadır. Proteozom, kısa ömürlü sitoplazmik proteinlerin çoğunun sindiriminde yer almaktadır. Burada 8-10 aa uzunluğunda kısa peptidlere yıkılan endojen proteinler TAP heterodimeri aracılığı ile ER aktarılırlar. TAP molekülleri zarlar arasında, oligopeptid ve daha büyük proteinler gibi farklı maddelerin taşınmasını sağlamaktadır. TAP1/TAP2 molekülleri ER zarında, sitoplazmadan lümene peptid taşıyıp yerleştiren bir kompleks oluştururlar. Taşınmış olan peptidler sınıf I molekülüne yüklenirler. Endoplasmik retikulumdan ayrılan bu yapılar golgi kompleksine gelir oradan taşıyıcı veziküller ile hücre membranına taşınarak sitotoksik T lenfositlerine sunulurlar. Eksojen kaynaklı proteinler (bakteriler gibi) ASH tarafından hücre içine endositik olarak alınıp lizozom ile birleşir ve lizozomal enzimlerin etkisi ile küçük peptidler haline dönüştürülürler. ER’da yeni sentezlenen sınıf II molekülleri invariant chain (Ii) molekülü ile bağlanarak taşıyıcı veziküller ile lizozoma gelir ve füzyon yaparlar. Lizozom icerisinde Ii molekülü küçük peptid haline dönüştürülür ve HLA-DM molekülüde peptid bağlama oluğunda bulunan parçalanmış Ii molekülü ile eksojen peptidin yer değişimini gerçekleştirir. Peptid yüklenmiş olan sınıf II molekülleri hücre membranına taşınarak CD4(+) T lenfositlerine sunulurlar. İmmün tanıma : İmmün yanıtın oluşumunda ilk basamak, kendi-HLA moleküllerince sunulan yabancı peptidin yardımcı T hücrelerince (CD4+ T hücreleri) tanınmasıdır. Tanınmanın sağlanabilmesi için T-hücre reseptörü (TCR) HLA-antijen kompleksine özgü olmalıdır. Hücrelerin birbiriyle teması üzerine TCR, yabancı peptid ve APC üzerinde yer alan MHC molekülünden oluşan trimoleküler bir kompleks meydana gelir. T hücreleri ve APC arasındaki etkileşim diğer lenfositler ve B7, CD40 gibi T hücreleri üzerinde yer alan CD4, CD8, CD28 VE CD11a/CD18 gibi APC hücre yüzey molekülleri (lökosit fonksiyonuyla bağlantılı antijen 1 [LFA-1]) ve interselüler adhezyon molekülü (ICAM-1) desteği ile sağlanır. Hücre yüzey reseptörleri ve sitokinler gibi immün modülatör molekülleri kodlayan genler uyarılır, transkribe edilir ve aktif ürünler vermek üzere translasyon geçirirler. Aktivasyonun erken evrelerinde yanıtlayıcı T hücrelerinin klonal genişlemesi ile sonuçlanan, interlökin 2 (IL-2) ve interferon-g (IFN-g) sitokinleri üretilir. Makrofajlar ve B hücreleri de ek sitokinler ve kemokinler katılarak çalıştırılmıştır ve böylelikle uyarılmış B hücrelerinin yanıtı genişletilerek olgun antikor oluşturan plazma hücrelerine dönüşmeleri sağlanır. İmmün yanıtın hem hücresel hem de hümoral kolları, nakledilen bir organın yabancı HLA antijenleri ile ilişki halindedir. Transplant yerleştirilmesinde, spesifik alloreaktif T hücrelerinin klonlarının allotanıma ve aktivasyonuna, akut rejeksiyon nöbetlerine, greft fonksiyonlarında aksamaya ve kronik rejeksiyona ve son olarak greft kaybına sebep olabilir. Direkt ya da indirekt allotanıma yolları olarak bilinen iki farklı yol, greftte yer alan yabancı HLA antijenlerin immünojenitesini oluşturur. Direkt yolda, donör MHC antijenlerinin tanınmasında spesifik TCR taşıyan alıcı T hücreler, greftin HLA antijenlerini tanırlar ve onlar tarafından direkt olarak aktive edilirler. Yabancı HLA antijeni kendi-HLA ve yabancı antijenin kombine halini taklit eder böylelikle TCR’ler ile başarılı bir şekilde bağlanırlar. Bu arada donör dendritik hücreleri, gratft ile birlikte “pessenger” lökositler olarak gelirler, ve greftten yuvalarına yani alıcı lenf nodlarına geçerler. Lenf nodlarında alıcı T hücreleri donör APCleri’nce sunulan yabancı MHC ve peptidlere yanıt verirler ve prolifere olurlar. Bu aktive olmuş alıcı hücreler daha sonra süzülerek grefte geçerler ve bozulmakta olan greftin biyopsisi sonucunda kolaylıkla gözle görülebilen red süreçlerini başlatırlar. İndirekt tanıma yolu ile oluşan yanıt, donör antijenlerinin alıcı APCleri tarafından işlenmesini ve sunulmasını gerektirir. Bu hem lenf “pessenger” lökositlerce işgal edilen alıcı lenf nodlarında gelebilir hem de greft antijeninin alıcı APCleri tarafından çıkarılan, geri alınan ve işlenen greft sitlerinde meydana gelebilir. Direkt yol grefte karsi verilen ilk yanıtlarda baskındır, indirekt yolun ise zaman geçtikçe red sürecinin sürmesinde ve yolcu lökositlerin bir uyarı olarak yok olduğu süreçte önemli olduğu var sayılmaktadır. Alloantikor yanıt: Transplantasyonun bir sonucu olarak, aktive edilmiş yardımcı T hücreleri B hücreleri ile etkileşime geçebilirler ve onları spesifik donör HLA antijenlerine yönelik alloantikor üretmeleri için stimule ederler. Transplantasyon sonrası bu tip alloantikorlar saptanması eşlik eden hücresel red yanıtının bir işaretidir. Transplantasyonun oluşturduğu uyarıya ek olarak HLA antijenlerine karşı immün yanıtlar, lökosit içeren kan transfüzyonu ile gelen HLA alloantijenlerine maruz kalma ve hamilelik gibi durumlarda oluşur. Birden fazla transfüzyon alan hastalar ve bazı multipar kadınlar HLA antijenlerine bağışıklık kazanabilirler, ve antikorlar ile spesifik HLA antjenleriyle etkileşime giren aktif T hücre klonları üretirler. Transplantları başarısızlıkla sonuçlanan hastalarda reddedilen greftin HLA antijenlerine karşı yüksek düzeyde antikor üretilmektedir. Potansiyel bir alıcı tarafından antikorlar oluşturulduğunda sensitizasyon (hassasiyet) meydana gelir ki bu da uygun bir organ donörü bulmada engel oluşturur. Hastanın sensitize olduğu belirli HLA antijen/leri içeren bir organın transplantasyonu hiperakut red ile sonuçlanabilir. Bu süreçte alıcı antikorları ile donör antijenlerinin oluşturduğu kompleksler anında greft damarlarında koagülasyonu tetikler, bu da grefte ve greft içindeki kan dolaşımının blokajı ve kesilmesi ile sonuçlanır ve böylelikle greft hızla yok edilir. Böbrek, kalp ve pankreas transplantasyonu bekleyen sensitize hastalar için önceden oluşmuş alloantikorlara hedef antijenlere sahip olmayan donörlerin seçimi kesin şarttır.Yabancı HLA antijenleri immün reddi tetiklediklerinden, alıcı ve verici arasında HLA antijen uyumunun sağlanması transplant başarısı için etkin bir stratejidir. KAYNAK: lokman.cu.edu.tr/anestezi/v_cag/new_page_2.htm VİDEO İLE İLGİLİ LİNGLER www.zaplat.com/video/saglik_videolari/41349/Organ_Nakli_Nedir www.zaplat.com/video/saglik_videolari/34884/Kalp_Nakli www.zaplat.com/video/saglik_videolari/43...alp_Transplantasyonu www.zaplat.com/video/saglik_videolari/28...migi_Tranplantasyonu

http://www.biyologlar.com/transplantasyon-immunolojisi

Bitki Fizyolojisi Ders Notları

Fizyolojinin başlangıçı tohumun çimlenmesiyle başlar.Çünkü bitkilerin hayat devreleri spor ya da tohum faaliyetleriyle başlar.Çimlenme embriyodan ekolojik isteğe göre optimum koşullarda normal bitki yapılarını oluşturma yeteneğidir.Bir tohum gömleğinden radikula belirmesi çimlenmenin en önemli kısmıdır.Bu devrede sert koruyucunun engel olmaktan çıkarılması esnasında ise bir çok fizyolojik olayların başlamasıdır.Çünkü buradaki fizyolojik olayların sonucunda hücre bölünmeleri başlayıp tohumda büyüme dolayısıyla hacminde artma olacaktır.O halde radikula belirmesinden itibaren(çimlenmenin başlangıcı) henüz ayrıntısı bilinmeyen biyokimyasal(Fizyolojik) olaylar meydana gelmekle beraber bu olayların en önemlisi solunumun artmasıdır.Bu durumdan sonra çimlenmede 2. derecedeki metabolik aktivite enzim aktivitesinin artmasıdır.Burada faaliyet gösteren enzimlerin bir kısmı önceden tohumda vardır,bir kısmı da hücre tarafında sonra üretilmektedir.Bütün bunlar bize çimlenmeyle metabolik faaliyetlerin başladığı ve hücre için ihtiyacı olay her şeyi üretebildiği fikrini vermektedir.Örneğin çimlenme esnasında tohumda üretilen amilaz enzimi depo maddelerinin parçalanmasında önemlidir.Ayrıca RNA-az ve proteolitik enzimlerde çimlenme sırasında üretilen enzimlerdir.Tohum çimlendikten yaklaşık ½ saat sonra ,bu kez protein sentezinin aniden arttığı görülmektedir.Çünkü çimlenmeden yarım saat sonra mevcut hücrede polizomların sayısı aniden artar.Hücrenin bir iskeleti vardır ve hücrede bir bölgeden bir bölgeye geçiş kolay değildir.Hücrede proteinlere az ihtiyaç olduğu zamanlarda Ribozomda üretilen protein yeterliyken hücre tam inhibitörle karşılaştığında bu yeterli olmamaktadır. Çünkü hücredeki bu zehrin dışarı atılması için daha enzime ve proteine ihtiyaç olduğundan ve bunu da ribozomda üretilen protein yeterli olmadığından dolayı polizomlardaki protein üretimi aniden artar. Mevcut enzimler ve bunların aktivitelerindeki artış su alıp turgorunu artıran ve buradaki reaksiyonların endosperme doğru hareketlerini de beraberinde getirir. Endospermdeki besinler parçalanıp eritilerek embriyonun beslenmesi için aktive edilir. Bir tohumun hem çimlenmeden önce hem de çimlendikten sonra biyolojik polimerler tarafından deneye tabii tutulursa çimlendikten sonra bunların atıldığı görülür.Söz konusu azalma çimlenmenin ilk evrelerinde maksimumdur.(Bölünme o devrede fazla olduğu için) Tohumda fizyolojik faaliyetlerin gerçek anlamda başlayıp normal bir çimlenme olması iki faktöre bağlıdır.Bunlar:• İç Faktörler:1. İç faktörün asıl özelliği tohumun biyolojik yapısı ve ekolojik isteği tarafıdan tayin edilir.Bundan sonraki endospermdeki enzim ve hormonların bozulmamış olması,patikte buna tohumların canlılığını sürdürmesi denir.Bu durumda tohum dormansi durumundadır.2. Tohumları olgunlaşmış olması3. Embriyonun yaralanmamış ya da zedelenmemiş olması.4. Tohum parazitleri ve zararlıları tarafında yaralanmamış olması.5. Büyüme ve gelişme esnasında oluşacak tohum kabuğunun endospermi koruyacak şekilde güçlü çimlenmeye engel olacak şekilde bir yapı göstermesi gerekir.• Dış faktörler:Dış faktörler tohumun çimlenmesinde iç nedenlere oranla çok daha etkili ve yaygındır.Bu da habitat ve nişin ekolojik koşullarını kapsar.Bunlardan en önemlisi de tohumun çevresinde yeterli nem kullanabilir ve oksijene ulaşması gereklidir.Yukarıdaki faktörler optimum koşullarda olmazsa tohum tohuma geçemez.İç faktörler bazen genel olarak çimlenme için dış faktörler yeterli olsa da uygun olmuyor.Aynı durum bitkilerin diğer organlarında da görülebilir.Ama esasen dış koşullar dikkate alınmadan iç faktörler gelişmeye engel olabilmektedir.O yüzden çevre koşullarının uygun dönemi başlamasına rağmen bir çok tohum çimlenmeye geçmiyor.Bu olaya çimlenme durgunluğu anlamındaki dormansi denir.Tohumda çimlenmenin olmaması her zaman dormansi değildir.Çünkü çimlenme sırasındaki büyüme ve gelişme döneminde çeşitli nedenlerle gerileme olabilir.Dormanisinin doğal ve kültür bitkilerinde spesifik durumları vardır.Doğal bitkilerde yukarıda açıklanan içsel nedenlerle,kültür bitkilerinde ise tohumun derinde kalması,çeşitli engelleyiciler,kimyasal ilaçlar vs. çimlenmeyi engelleyebilir.O yüzden tohum ya da başka bir bitki organındaki pasifliği dormansi olarak nitelendiremeyiz.Çevre koşullarının etkisiyle bir bitki organının gelişmesindeki gecikme daha çok dinlenme hali bu sözcük ile ifade edilir.Sonuç olarak bitkilerdeki her dinlenme dormansi değil,ancak her dormansi bir dinlenmedir.Dormanside yukarıdaki iç nedenlere ilaveten tohum kabuğunun su ve gazlara karşı geçirimsiz olması kabuğun mekanik olarak embriyonun gelişimini engellemesi ve bazı doğal inhibitörlere sahip olmasıdır.Dış etkenlerden çimlenmede rol oynayanlar nem ve suyun etkisi olup bitki dünyası bu bakımdan iki guruba ayrılır.Bunlardan bir grubunun çimlenmesi için toprak nemi yeterlidir.Oysa aynı olay için diğer gruba aktif su gereklidir.Halbuki habitatta her ne kadar toprak suyu ve nem birbirinin tamamlayıcısı ise de hem aktif suyun minimum miktarının azalmasıdır. 1)Su ve Nemin Etkisi:Çoğu bitki tohumunun çimlenmesi için yeteri kadar su gerekmektedir.Ancak bazı tohumlar toprağın su kapasitesi %50 bazılarında %75 olduğunda çimlenir.Tohumları çimlenmesi için niş suyunu %50-75 olmalıdır.Buna rağmen tüm tohumlar tarla kapasitesinde su absorbe edebilirler.buna göre tohumların çimlenme suyunun tarla kapasitesi olduğu söylenir.Kuru topraktaki tohumların suyu emme kuvveti ne kadar fazla olursa olsun aldıkları su şişmelerine yeterli olsa bile ancak kısmen çimlenme sağlanır. Görülüyor ki ortamın osmotik basıncı ile çimlenme şansı paralellik gösterir.Tohumlara sağlanan fazla ve sürekli su çimlenmeyi hızlandırır.Ancak kademeli olmayan sürekli artış sınırlayıcıdır.Genel olarak havada %90 nem olduğunda tohum sadece bundan 2 gün faydalanabilir.Tohumun aktif suyla ıslanması 1-1.5 gündür.Uzayan süre ket vurucu olabilir.Burada tohumun emdiği su enzim faaliyetleri için ortam sağladığı gibi çözünen protein,yağ vs. besin maddelerini embriyonun büyüme noktalarına taşınmasını sağlar. Tohumdaki su alımı kabuktaki hidratasyon suyunda biraz yükselmiş atmosferden alınır. 2)Sıcaklığın Etkisi:Sıcaklığın çimlenmeye özel etkisi tam anlaşılamamasına rağmen su varlığında reaksiyonların başlaması ve hızına,suyun absorbsiyonuna ve tohumun oksijen alımına önemli etkileri olduğu kesindir.Bitkilerde türler arasında olduğu gibi aynı türün diğer bireyleri arasında görülen sıcaklık farkı isteği(niş durumunda) tohumlardan ziyade olgunluk çağında daha kolay belirlenmiş bitki yaşı ile depolama şartlarına bağlanmıştır.Oysa bitkilerin tohumdan tohuma kadar habitatta eko-fizyolojik koşullarda yaşar.Aynı türün bireyleri farklı sıcaklıklardaki habitatlarda yaşabiliyorsa bu onların ekolojik koşullara karşı toleransın sonucudur.Çünkü daima ekolojik koşullar optimum koşullar için gösterilir.Genel olarak serin iklim bitkileri sıcak iklim bitkilerinde daha düşük sıcaklıkta çimlenir.Bu nedenle kozmopolit bitkiler dünyanın %50’sinde yaygındır. Bitkilerin tohum çimlenme anındaki sıcaklık isteğini karmaşık hale getiren yetişme dönemidir.Örneğin,Colchium,Crocus,Muscari,Gagea vs. gibi bitkiler kar tabakası çözündüğü an;Phlomis,Cardus,Carthamus vs.sıcaklık 14-25oC’ye arttığında;Cyclamen,Muscari ve Gagea bazı türleride 8-14oC’de çimlenir.Bu gruplardan ilki ilkbahar geofiti,ikincisi yaz geofitleri, üçüncüsü ise sonbahar geofitleri denir.Genel olarak bir çok serin iklim bitkisi 20oC,sıcak iklim bitkileri35oC’de çimlenir.Bu iki durumdan meydana gelen sapmalar.gece-gündüz arasındaki sıcaklığı farkı çimlenmeye teşvik etmesinden kaynaklanır. 3)Işığın Etkisi:Bilhassa doğal bitkiler çimlenmede ışık gereksinimi bakımından ışığı seven,ışığa ihtiyat duyan ve fazla ışıktan zarar gören şekline üçe ayrılır.Bilhassa tohumda ışığa karşı davranış embriyo sitoplazmasındaki bir foto-kimyasal sistemin fitokrom denen bir pigmenti üretmesinden anlaşılır.Fitokrom pigmenti fotoreversibl(Dönüşebilen ışıkları emebilen) olduğu için çimlenmede iş yapan eko-fizyolojik olayların ışıkta ya da karanlıkta olduğuna karar veren metabolik kontrol düğmesidir.Örneğin fitokrom kendisi ışıkta çimlenen karanlıkta çimlenmeyen tohumlar için özellikle kırmızı ışığı emerken,bunun tersinde ışık emilimini engeller.Dolayısıyla bu metabolik anahtar alınacak ışığın miktarını ayarladığı için bitki dünyasında çok ışık kullanan(uzun gün bitkileri),az ışık kullanan(kısa gün bitkileri) ve sadece difüz ışık kullanan(gölge bitkileri)şeklinde üçe ayrılır.Çimlenmede etkin olan en önemli faktör ise vernalizasyon olayıdır.Deneysel çalışmalar çimlenmenin sadece ışıkla değil düşük sıcaklık periyodu ile ilgili olduğu görülmektedir.Çünkü bu olayla oluşan uyartı sadece soğuk periyotlarda oluşmuştur.Uyarıya neden olan faktörler ise soğuk ve ışığın etkisiyle üretilen ve özel uyarıcı görev yapan vernalin hormonudur.Bu olayın anlamı ilk baharlaştırma ya da düşük sıcaklıkta akımın(indüksiyon) hızlandırılması anlamına gelir. Bitkilerde vernalizasyonun en açık görüldüğü yer vejetasyon konileri ve tohumlardır. Vernalin hormonu hem tohumlarda oluşup embriyo sitoplazmasının metabolizmasında rol oynar hem de vejetasyon konisinden alınan uyartının diğer kısımlara aktarılmasında rol oynar. Olay her bitkide az çok belli bir indüksiyon ısısıyla bu ısının belli bir etkinlik süresi (vernalizasyon süresi)vardır ve türe göre değişir.Buna göre deneyler bitkileri vernalizasyon açısından da obligat ve fakültatif şeklinde ikiye ayrılmıştır.Obligatlar uzun gün bitkileri olup soğuk periyot şarttır.Diğerlerinde çimlenmeyi hızlandırmasına karşın eksikliliğinde de çiçeklenme olabilir.Ancak tohumların tohuma geçmesi garanti değildir.Deneyler tohum halde vernalize edilen türlerin soğuk periyot ihtiyacını fakültatif,fide ve sonraki dönemlerde vernalize edilenlerin ise obligat olması gerektiğini ortaya koymuştur. Örneğin çevremizde gördüğümüz buğdaylar ekimde tarlaya atılır.Su periyodu gelinceye kadar fide olur.Soğuk periyodu öyle geçirir.4)Oksijenin Etkisi:Çimlenmede tohumdaki besin maddelerinin oksidasyonu içi oksijen gerekmektedir.Çünkü bu katabolik olayla açığa çıkacak enerji embriyonun hayatını sürdürecek en önemli kaynaktır.Burada hücre büyüdükçe embriyo büyür ve oksijen ihtiyacı artar.Çoğu tohumlar kuru iken geçirimsizdir.Fasulye ve bezelye tohumları bu konuda gaddardır.Tohumlar su geçirmeye başladığı zaman oksijen girişi de başlar.Fakat tohumdaki hidratasyon suyu çimlenmeye ket vurucu yöndedir.O halde çimlenmenin gerçekleşmesinde tohumun en az %20 oksijen temas halinde olması gerekir.Doğal bitki tohumları derinlere gömüldüğünde ve oksijen almadığı sürece çimlenmez,fakat hayatta kalırlar.Ekosistemin dengesi için son derece önemli olan tohumlar her durunda sisteme en önemli katkıyı yapmaktadır.Ancak işleme karıştırma,erozyon ya da başka bir yolla toprak yüzeyine yaklaşmada çimlenir.O halde çimlenmede nişin durumu çok önemlidir(tohum yatağı).Nişte nem artınca nem azaldığında bu ikisini birlikte kapsayan topraklar iyidir.Sonuçta yukarıda belirtilen faktörlerin bir arada bulunması halinde nişteki tohumun hava almasıyla kuru ağırlığı %60-100 artarak çimlenir.Olayda en önemli rolü şişme göstermiştir.Yani su metabolizmasıyla ilgili olan olaylar tamamlanmıştır(difüzyon,osmoz). Sonra tohumda depolanmış ilk şekerler suda erir,nişasta ise diastaz enziminin etkisiyle su alarak maltoza dönüşür.Buradaki maltozda maltaz enziminin etkisiyle glikoza çevrilir.böylece glikoz difüzyon-osmoz kuvvetleriyle hücreden hücreye geçerek yeni uyanmaya başlayan fideciğe ulaşır ve orada ilk etapta selüloz ve nişasta gibi maddeleri teşkil eder.Proteinler ise başka enzimlerle aminoasitler ve amidlere parçalanarak fidecik büyümesinde değişik şekilde kombine olarak farklı proteinlerin yapımı için kullanılır.Özellikle yağlı tohumlardaki yağlarda lipaz enzimiyle yağ asitleri ve gliserine parçalanır. Bunlara da çeşitli kimyasal değişikliklerle şeker yağların yapımında kullanılır.Çimlenmedeki fizyolojik faaliyetler ve büyümede kullanılan enerji,solunuma alınan oksijen vasıtasıyla karbonun Karbondioksite,H’nin su haline gelmesiyle(biyolojik oksidasyon) saptanır.Bu nedenle çimlenme halindeki bir tohumda solunum,kuru haline göre yüzlerce kat fazladır.Örneğin 1kg buğday çimlenirken 1 m3 havanın içerdiği oksijenin yarısını kullanır.Böylece solunumla oksijen devreye girince başlayan büyüme ve gelişme olaylarında diğer elementlerde ihtiyaç haline gelir.Tohum,kökleriyle aktif su alımına geçmeden önce ihtiyaç duyduğu en önemli elementler nitratlardır.Çünkü nitratlar tohum fide haline geldiğinde yaprağı oluştururken yapacağı fotosentez olayını düzenlemek için ışığa karşı istek ve hatta tohumdaki çimlenmeyi artırırken vejetatif metabolizmayı da artırmaktadır.Çimlenmede nitratlar sınırlayıcıdır.Çimlenme bittikten sonra büyüme ve gelişme olaylarını 3 temel gruba toplamak mümkündür:1. Metabolik olaylar fizyolojisi2. Büyüme ve gelişme fizyolojisi3. Hareket fizyolojisiO halde madde değişimi olan metabolizmayı metabolizma fizyolojisi diğerlerini ise 2 ve 3. maddeler inceler.1)Metabolizma Fizyolojisi:Burada bitki hücreleri ve dokuları fiziksel ve kimyasal değişiklerle yönlenir.Su,gaz ve eriyiklerin bitkilerce nasıl alındığını ;bunların bitkilerde hücreler dokular ve organlar arasında nasıl taşındığını;besin ve kompleks bileşiklerin (hormonlar)nasıl sentezlendiğini;büyüme ve gelişme olaylarında ihtiyaç enerjisinin sentezlenen bileşiklerden nasıl sağlandığını;yeni dokuların nasıl yapıldığını ve vejetatif bazı dönemlerinde üreme organlarının teşekkülüne ne zaman başladığını araştıran bir fizyoloji koludur.Bu temel olaylar iki yönde ele alınır:a) AnabolizmaSentez ya da asimilasyon olaylarını gerçekleştiren bu devre bitkilerin değişik yollarla ortamdan aldıkları ham besin maddelerini bünyelerinde yararlı bileşikler yapımı olayıdır.Yani metabolizmanın yapıcı kısmıdır.b) KatabolizmaParçalanma olayları olup bitki biyolojik dinanizmde gerekli enzimce zengin bileşiklerin kullanılması için bileşiklerin parçalanması olayıdır.Yani metabolizmanın yıkıcı kısmıdır.Metabolizma fizyolojisinde en önemli unsur bitkileri oluşturan elementlerdir ve ayrıntılı incelenmeleri gerekmez.İlkel analizle elde edilen sonuçlar metabolik olaylar hakkında zaten yeterli bilgi veriyor.Tüm canlı hücrelerinde olduğu gibi bitki hücrelerinde de su maksimum düzeyde bulunur.Alınan suyun çoğu atmosfere verilir.Bir bölümü dokularda su olarak kalır ve diğer kısmı da değişik bileşikler yapmakta kullanılır.Bitki nişinde suyun az ya da aşırı bulunması gelişimi diğer faktörlere oranla daha fazla etkiler.Su azlığında yeterli turgor sağlanmaz.Hücrelerin büyüyüp gelişmesinde turgor basıncıyla meydana gelen reaksiyonlar sonucu sağlana enerjiye bağlı olduğu için biyolojik dinanizm(BD) minimuma iner.Yine bitkilerde su azlığında yaşlı organlardan gençlere su nakli yapılarak bu ekstrem koşulun önüne geçilir.Su noksanlığında bitkinin ilk kontrolü stomalara müdahale etmektir.Su fazlalığında akuatik bitkiler hariç diğerlerinin gelişimini olumsuz etkiler.örneğin nişte biriken su toksik etkisi yapan maddeleri artırır,solunum için gerekli oksijeni azaltır.Daha da önemlisi bitki topraktan nitratları alamaz.Böylece kök gelişmesi azalır.Bu da genel metabolizma düşüşüne neden olduğundan kök gelişmesi nedeniyle verim düşer.Bitki gevşek yapılı olur ve direnç azalır.Bitkideki su miktarı türe,aynı türün farklı organlarına ,aynı organların günün değişik zamanlarındaki durumuna ve mevsimlere,bitkinin yaşına,toprağın tarla kapasitesine, absorbsiyon transporasyon miktarlarına ve toprağın mineral zenginliğine göre daima değişkendir.Bir çam tohumuyla yapılan deneyde tohum çimlenmeden önce %7 su içerirken, çimlenme esnasında bu miktar %172 artar.Meritemlerde %90 su içeren kök ve yumrularda daha az su bulunur.Bitkilerdeki su kapasitesinin en değişken dönemi günün farklı saatleri ve mevsimleridir.Bu durum tamamen kuru madde artışı ve kuru madde işgalinden dolayı su miktarı azalmasından kaynaklanır.Ama özel olarak günü farklı saatlerindeki değişme ise suyun absorbsiyonu ile transporasyonu ile alakalıdır.Güneşli günlerde sabah erkenden öğlene doğru transporasyonda da artış olur.Bu olayın temelinde sabahın erken saatlerinde bitkinin suyu taşıma güçlülüğü vardır.Yani absorbsiyon yetersizdir. Bitkilerde su kapsamı tür topraktaki mineral madde ve miktarına göre değişir.Örneğin toprakta potasyum arttığında su kapsamının arttığı belirlenmiştir.Fakat sodyum ile bu olay terstir.Fosforun artması ya da azalması cüzi olarak artış yönündedir.Bitkilerin su kapsamının belirlenmesinde en ekonomik yönü kuru ağırlık tayini yapılmasıdır.Deney için farklı bitkilerin farklı organları belli ölçülerde önce taze olarak sonrada 105oC’lik etüvde belli aralıklarla kurutulduktan sonra tartılması ve değişmeyen en son tartımın kuru ağırlığı verdiği en uygun yöntemdir.Deneyin en önemli yönü hata kaynaklarının azaltılmasıdır.Bu da suyun bitkilerden uzaklaşma hızının hangi etkenlere bağlı olduğuna,Kullanılan malzemenin hassaslığına(terazi) ve titizliğe bağlıdır.Bunu dışında materyalin otsu ya da odunsu oluşu,organın cinsi,etüvün genişliği etüvdeki materyalin miktarı,ara sıra etüvün devreden çıkması ve kontrol esnasında etüv kapağının açılıp kapanması vs. Sonuçta: % Su Miktarı = Su Miktarı x 100 Yaş AğırlıkFormülüyle hesaplanır ve biter.Burada kuru maddenin %10’nu inorganik,%90’ı organikten oluştuğu görülebilir.Bitki Organları Bitki % Su Miktarı Yaprak Sedum (Dam Koruğu) %95 Syringia(Leylak) %70 Pinus(Çam) %50Odun Pinus(Çam) %50 Fagus(Kayın) %40Meyve ve Tohum Triticum(Buğday) %14 Pisum(Bezelye) %12 Pyrus malus(Elma) %85 Tablo incelendiğinde elma türü meyveler hariç genç organların yaşlı organlara oranla daha fazla su içerdiği görülür.Ayrıca tohumlarda ve meyvelerde su oranı ve içeriği azdır. Kuru distilasyon,Bitkideki mikro ve makro elementler,minimum yasası ve bitkilerde N kapsayan organik bileşikler……. (bkz.ek) Su Metabolizmasıyla İlgili OlaylarHer canlı metabolizmasının gücü nispetinde aktif yaşam sürer.Metabolizmanın derecesi ile kullanılan suyla ilgilidir.O halde metabolizmanın başlangıcı su alımının başlangıcından, hızı da kullanılan suyun miktarından anlaşılmaktadır.Su kullanabilen her bitki ve hayvan adaptasyonu sürdürüyor demektir.Ancak adaptasyondaki aktif ve pasiflikte suyun miktarıyla ilgilidir.Fakat kullanılan bu su miktarı her zaman enerji üretiminde kullanılmayabilir.Bitkilerde su alma mekanizmasını iyi anlayabilmek için su ve suyla alınan mineral maddelerin taşınmalarında cereyan eden temel olayların bilinmesi gereklidir.Bunlar:1)Difüzyon 2)Osmoz 3)Şişme 1. Difüzyon(Yayılma,Dağılma)Moleküllerin çevreden aldıkları kinetik enerji ile bulundukları ortamda yapmış oldukları hareket olaylarıdır.Zarsız ortamdaki Osmoz olayıdır. Maddeyi meydana getiren tüm tanecikler hareket halindedir ve bu hareketleri gelişi güzeldir. Çünkü sahibi oldukları enerjiyi kendileri üretmeyip dışarıdan aldıkları için kinetik enerji değişimlerine uğrarlar.Eğer aldıkları enerji kademeli değişse sapma meydana gelir.Fakat gaz molekülleri başka moleküllere çarpıncaya kadar düz hareket eder.Sıvılarda titreşerek hareket, katılarda ise sabit titreşen bir hareket vardır.Normal basınç ve sıcaklıkta gaz molekülleri çok geniş çapta ve kolayca yayılış yaparlar.Bir parfüm ağzı açıldığında yoğun konsantrasyonlu olduğu için havaya geçiş ve yayılışı hızlı olur.Havada düzenli bir yayılış yaparak ortamı eşitlediğinde havadan şişeye bir geçiş olmuş demektir.Birim zaman içerisinde parfüm kutusuna giriş ve çıkış dengelenir.Buna dinamik dengenin kurulması denir.Gaz molekülleri arasında olduğu gibi sıvı ve katı moleküller arasında difüzyon olur.Ayrıca iyonlar ve koloidal partiküllerde difüzyona uğrar.KarbonhidratlarMineral ve tuzlar SıvıSu KolloidProteinLipit Katı Sonuç olarak küçük çaplı moleküller ve iyonlar büyük olanlara göre daha hızlı difüzyon yaparlar.Örneğin bir tuz iyonunu glikoz molekülünden daha hızlı Difüzyon yapar. Ayrıca hidratasyon gücü yüksek olan moleküller ve iyonlar düşük olanlara göre daha yavaş difüzyon yapar.Difüzyonda kütlede önemlidir.Kütlesi fazla olan az olandan daha yavaş difüzyon yapar.Difüzyon Basıncı(DB):Her hangi bir madde moleküllerinin çok yoğun ortamdan daha az yoğun ortama geçebilme yeteneğine denir.Başka bir deyişle bir kapta bulunan çözelti içerisindeki moleküllerin difüzyonlarından kaynaklanan çepere yaptıkları basınca denir.Çözelti içerisinde her hangi bir molekülün DB’si diğer moleküllerin DB’sinden tamamen bağımsızdır.Örneğin içerisinde az miktarda hava bulunan balon CO2 gazıyla dolu bir ortama konulduğunda balonun yavaşça şiştiği görülür.Çünkü ortamdaki CO2 yoğunluğu içeriden kat kat fazladır.Bu olaya da Difüzyon basıncı değişkenliği(DBD) denir.Bu olay bitkilerde çok önemlidir.Çünkü bitkilere gerekli maddelerin sürekli alınması gereklidir. Özellikle stomalarda bir kısım hava girerken bir yandan da başka bir kısımda hava ve su çıkar.Aynı durum hücrelerde de mevcuttur.İşte her maddenin alınmasının ve verilmesinin birbirinden bağımsız olmasını gerçekleştiren olaya DB değişkenliği denir. Yoğunlukları farklı iki sıvı Difüzyon ortamında bir araya gelirse yoğun olan diğerinden su çeker.İşte suyun yoğun olduğu ortamdan az yoğun ortama girişini sağlayan bu kuvvete ise DB farkı(emme kuvveti) denir.Difüzyon ortamındaki Difüzyon hızını(DH) etkileyen en önemli faktörlerden biride Difüzyon direncidir.Çünkü her hangi bir ortamda 2 maddenin birbirine difüzyonu sırasında moleküller arasında mutlaka çarpışma olur.Moleküller ağırlık ve büyüklük bakımından fazla olanlar küçük olanlara direnç göstererek hızlarını artırırlar.O halde büyük ve ağır moleküllerin ortamdaki miktarı ile DD doğru orantılı,DH ile ters orantılır.Moleküller arasındaki DD en düşük olan gazlardır.Dolayısıyla en hızlı hareket eden ve dinamik dengenin kurulmasını en kısa zamanda sağlayan gaz ortamının difüzyonudur.Böylece gazları difüzyonu DB’nin yüksek olduğu ortama doğrudur.Yani DB farkı difüzyonu doğru orantılı olarak etkiler.Öte yandan difüzyonun olduğu 2 ortam arasındaki yol uzunluğunun etkisi ile ters orantılıdır.Difüzyon Basıncı Gradienti(DBG):İki ortam arsındaki DBF’nin 2 ortamı ayıran yola (uzaklığa) oranı olduğundan buna Difüzyon basıncı derecesi denir.O zaman Difüzyon yolunun uzunluğunun artmasından kaynaklanan gelişme Difüzyon olan maddelerin özelliği ile telafi edilir.DBG arttıkça Difüzyon artar.Yol uzadıkça ortamdaki büyüklük artar.Dolayısıyla ortamdaki çözeltini yoğunluğu azalır. Aynı şartlar altında farklı gazların DH’si farklı olur.Bu durum söz konusu gazın yoğunluğu ile ilgilidir.Örneğin Havada oksijen hidrojenden 16 defa fazla olduğu için hidrojenin DH’si oksijenden 4 kat daha fazladır.Grahm yasasına göre gazların difüzyonu yoğunluklarını kare köküyle ters orantılıdır.Ortamın sıcaklığı artıkça kinetik enerjilerinden dolayı Difüzyon hızı artar.Deneysel olarak 1oC’nin artışı karşılığı %2-4 artar.Yine ortamın yoğunluğu Difüzyon hızına ters tepki yapar.Sıvı ortamdaki maddelerin difüzyonu:Bir maddenin suya karşı isteği varsa o madde suda çözünür.Ancak her maddenin kendine öz çözünürlüğü vardır.Çözünürlük kapasitesi ne olursa olsun sıvılarda çözünen maddeler molekül ve iyonlarına ayrıldıkları için kinetik hareketlilik artar.O halde Difüzyon olayı gözlemek mümkün olur.Ancak ister molekül ve iyonlarına ayrılma isterse gözlemlemekteki kolaylık çözünürlük gücüne bağlıdır.Örneğin içerisinde saf su bulunan şekildeki kaba KMnO4 kristali atılırsa kristalin molekül ya da iyonlarının suya difüzyo-nu sudaki rengin değişimiyle anlaşılır.DH hakkın- da bilgi edinmek için başka bir kristalde konulabilir.Kristallerin eriyerek difüzyona başlamaları birbirinden farklı olsa da gene de yavaştır.Çünkü kristallerin molekülleri su tarafından ayrılıp uzaklaştırılması belli bir zamana tabidir.Aynı zamanda DBG azalması moleküllerin hidratasyonu daha büyük iç sürtünmeye neden olmaktadır.Çözeltilerdeki herhangi bir maddenin hızı ve yönü diğer maddelerin hız ve yönüne bağlı değildir.     Gazların difüzyon Hızına Etki Eden FaktörlerSıvıdaki madde parçacıkları da difüzyona etki eder.Kural olarak küçük molekül ve iyonların büyük olanlara göre difüzyon hızı daha fazladır. Örneğin H molekülü glikoz molekülüne göre daha hızlı difüzyon hızına sahiptir.Difüzyona etki eden süre,difüzyon kabının büyüklüğü ve difüzyon yolunun uzunluğu ortam sıcaklığı ve karıştırmadır.Difüzyon olayı bir sıvı içerisinde birden fazla katı madde konulursa çözeltideki katıların moleküllerini difüzyon yönü ve hızı birbirinden bağımsızdır.Çünkü farklı moleküllerin hidratasyon kabiliyeti ve DBF birbirine benzemez.Sıvı bir madde katı bbir ortamda difüzyona uğruyorsa yer çekimi yönünde molekül ağırlığı arttıkça hız artar,azaldıkça azalır.Ancak yer çekimine ters yönde ise parçacıkların difüzyonu molekül ağırlıklarıyla ters orantılıdır.   Sıvını katıya difüzyonu sırasında difüzyon ortamının yoğunluğu ile difüzyon hızı yine ters orantılıdır.   Yoğunluğu aynı olan eşit çaptaki 4 tane deney tüpüne konulmuş jelatin çözeltisi vardır.Aynı laboratuar ortamında aynı anda molekül ağırlıkları farklı a,b,c,d maddeleri tüpe konuluyor. Belli bir deney süresinden sonra molekül ağırlığı bakımından kaplara yer çekimi doğrultusunda tüpe yayılma d > c > b > a şeklindedir.Eğer aynı moleküller molekül büyük-lüğü bakımından deney yapılacak olursa a > b > c > d şeklinde olmalıdır.Diğer bir örnek ise molekül ağırlığı belli olan bir maddenin farklı yoğunluktaki jelatin çözeltilerine olan difüzyonudur Burada da görüldüğü gibi difüzyon hızı ortam yoğunluğu ile ters orantılı olduğu için difüzyonun hızı I.tüpten IV. Tüpe doğru artar.Eğer difüzyon olayı bu kurala uymuyorsa deney hatasının çözeltinin hazırlanmasından kaynaklandığı düşünülür.Buna göre difüzyon hızı difüzyon yapan maddelerin difüzyon ortamındaki yoğunluk farkları ve 2 maddenin değme yüzeyleri ile doğru,difüzyon eden maddelerin molekül ağırlığı ile ters orantılıdır.Yine difüzyon-osmoz olaylarında da zarın kalınlığı,sıvıların basınç farkları,porların yarıçapı ve viskozite ile ilgili olarak değişebilir(Doğru orantılı). 2.Osmoz(Geçişme)Laboratuar ortamında yarı geçirgen canlı sistemlerde seçici geçirgen bir zarla ayrılmış ortamda,su konsantrasyonunun yüksek olduğu ortamdan düşük olduğu ortama doğru geçiş olayıdır.Ya da yoğunlukları farklı 2 çözeltinin zar bulunduğu taktirdeki difüzyon olayıdır.O halde osmoz difüzyonun özel bir durumudur.   Ozmometrede görüldüğü gibi su hemen huniye geçer.Çünkü beherdeki su konsantrasyonu hunininkinden fazladır.Su geçişi arttıkça çözeltinin yoğunluğu azalır.Olay ilerledikçe hacim artışı nedeniyle hunideki çözeltinin yüksekliği manometredeki Hg kolunda yükselme meydana gelir.Osmozis olayı bitkilerde sürekli cereyan eden metabolizmanın bir dönemidir. Hücre zarı ile koful,çekirdek ve diğer organellerin zarları tam anlamıyla seçici geçirgen özelliktedir.Çünkü zarların kimyasal yapıları birbirinden farklı olsa bile birim yapıları aynıdır. Genellikle osmoz 2 çözelti arasında meydana gelir.Su konsantrasyonu az olan çözeltilerin su potansiyelinden daha düşük olduğuna suyun hareketinin yüksek olduğu taraftan düşüğe doğrudur.Ancak aynı şeyi diğer madde molekülleri için söylemek mümkün değildir.O halde saf suyun potansiyeli diğer tüm sıvıların su potansiyelinden daha yüksek olduğu için sıvılar içinde en iyi çözücü ve en hızlı geçiş yapan sudur.Şekildeki zar yarı geçirgen olduğu için şeker molekülleri porun genişliğinden büyük olduğundan su tarafına geçiş yapamaz.Bu durumda şekerin molekülleri porların ağzına gelerek su moleküllerini kendine çeker.Bir süre sonra şeker çözeltisinin yoğunluğu azalarak hacim ve basınç artar.Böylece etkisi zara yansıyan bir osmotik basınç ortaya çıkar.Burada içeriye giren su moleküllerinin kuvveti çözeltinin karşıt kuvvetinden fazla olduğu sürece su girişi olur.Ancak su molekülünün hareketi iç kuvvete eşit olunca olay durur.yukarıdaki osmoz olayında da görüldüğü gibi osmotik basınç zarı geçemeyen moleküllerin büyüklüğü ile değil sayısıyla doğru orantılı olarak artar.     Bitki hücresi en iyi bir osmotik sistem durumundadır.Selüloz çeper sermabl(yarı geçirgen),zar ise seçici geçirgendir.Şekildeki osmometre deneyinde saf su molekülleri huniye geçer.Manometrenin kolundaki cıva düzeyini yükseltmek üzere meydana gelen basınç osmotik basınçtır.Bu basınca emme basıncıda denir.Çünkü olay su konsantrasyonu düşük olan çözeltinin yüksek olan çözeltiden suyu emmesinden dolayı meydana geldiği içindir.Osmotik basıncı meydana getiren çözeltinin potansiyel değerine osmotik değer denir.Dikkate alınacak kadar osmotik değer meydana getiren en önemli maddeler şekerler,organik asitler ve inorganik tuzlardır.Hangisi daha çabuk erirse osmotik değer daha fazladır denir. Osmotik Basıncın Bağlı Olduğu Faktörler Bilindiği gibi osmotik basınç ,belirli bir hacim çözücü için çözünmüş madde moleküllerinin konsantrasyonu ile doğru orantılıdır.Kural olarak çözeltilerde yoğunlukla doğru orantılıdır.Aynı zamanda belli bir düzeye kadar sıcaklık artması da osmotik basıncı artırır.Yapılan deneylerde çözeltilerde gazların hacimlerinde olduğu gibi 1 mol eriyik 22,4 basınç oluşturduğu gözlenmiştir.şekildeki aniden ortaya çıkan sapmanın nedeni çözeltide yoğunluğun artmasıyla çözünen maddenin çözelti içerisinde fazla hacim işgal etmesinden kaynaklanır. Molekül ağırlığı yüksek olan maddelerde işgal edilen alada azalma olmasına yol açar.O zaman bu haldeki bir çözeltide çözünme olayının bulunduğu ortam yoğunlaşacağı için sapmaya neden olur.Diğer bir nedenle suda çözünen maddelerle su arasında bir çekim olayının bulunmasıdır.Bu şekilde suda çözünen madde moleküllerine su molekülleri bağlanır.Adsorbsiyon veya hidratasyon suyu da denilen bu tutulan su molekülünün çapını artırarak hareket alanını azaltır ve eriyerek zaman içinde iç sürtünmenin de boyutunu artırır.Çünkü eriyen maddenin molekül büyüklüğü büyür.Buda suyun hacminin azalmasına yol açar.İşte gittikçe hacmi azalan ortamda sapma meydana gelir.Osmozis veya şişme olayları sonucu bitki hücrelerinin stoma ve kafullardan hücre çeperine yapılan basınca hidrostatik basınç(Turgor basıncı),Hücre çeperinin protoplasta yaptığı basınca da çeper basıncı(EB) denir.Normalde çeper basıncı hidrostatik basınca eşit fakat karşıt bir basınçtır.Turgor basıncıda hücre içindeki sıvının osmotik basıncı yüksek olduğu için su hücreye kolayca girer ve hacim artışı yaparak zarı çepere iter.İşte bu basınçla hücre içerisine başka su moleküllerinin girmesini engellediği için çeşitli minerallerin alımı da durmuş olur.Örneğin,K’yi çok kullana bitkilerde Ca’nın engellenmesi aynı yolla olur.Ancak Bitki bu kez Ca’ya fazla ihtiyaç duyuyorsa yine aynı yöntemle K’yi engeller.Çeper basıncında ise hücre çeperi sert olduğu için hücreyi dengede tutmak amacıyla eşit zıt basınç yapmak zorundadır.İşte osmotik basınç ile turgor basıncı arasındaki farka bağlı su moleküllerini çekebilen asıl kuvvete emme kuvveti(EK) denir.O halde bir hücrenin yoğunluğu ne kadar fazla ise EK’de o kadar fazladır.Kısaca:EK=OB – TB Sonuç olarak TB bitkilere dayanıklılık sağlayan çoğunlukla otsu bitkilere direnç ve diklik kazandıran ama asıl enerjinin üretildiği metabolik bir ortamdır.Solmuş bir bitkinin sulu bir ortamda yeniden eski görünüşünü alması bu olay sayesinde olur. ŞİŞME Difüzyon osmoz yoluyla katı haldeki cisimlerin su alıp hacimlerini artırması olayıdır. Aslında osmoz difüzyonun,şişmede osmozun özel bir şeklidir.Yalnız şişme sırasında şişen ortamlar difüzyon ve osmoz bakımından çok farklılık gösterdiği için bu olaylarda suyun ne kadarının ne içerdiği ölçülemez.Çünkü giren sıvı miktarı belli olsa bile bu sıvının bir kısmı kapiller boşluklara girmektedir.Ancak bu olay şişen maddenin ve şişirici çözeltinin difüzyon basınçları farkı (DBF-emme kuvveti) ilgili olarak ortaya çıkmıştır.Şişen maddenin DBG’si (DBD) düşük olduğu sürece su girmeye devem eder.Ancak her sıvı emilmesi şişme değildir. Çünkü şişmede enerji üretimi ve hacim artışı karakteristiktir.Örneğin tebeşirden bir birkaç parçanın ağırlığı ve hacmi ölçülüp suya konulur.Bir süre sonra bu ölçümler tekrarlanırsa sadece ağırlığın değiştiği görülür.Tebeşir porlu yapıya sahiptir.Bu pordaki hava boşalıp su girer.Ağaç parçası aynı deneye tabii tutulursa ağacın hacmi artar.Miseller kohezyon kuvvetiyle Oysa Miseller kohezyon kuvvetiyle bir aradan tutulduğundan miseller arasına girişi fazla olsa da parçalanmasını önler.Bu da şişmede fazla su alımının sınırı aşmasını engellemesi anlamına gelir.Bir balon cam balonun içine konulursa cam engelleyen bir kuvvet oluşturuyor. Bir cisimde şişmenin meydana gelmesi için başlıca 2 koşulun sağlanması gerekir:a)Şişen maddelerin içerdiği sıvının DB ile şişiricinin DB’si arasında belirli bir fark olması lazım.Şişmenin miktarı bu farka bağlı olarak artar ya da azalır.(Emme Kuvveti) b)Şişen maddenin şişirici sıvıya karşı belli bir ilgisi olması lazım(Adsorbsiyon kuvveti ile olur).Terazide görüldüğü gibi,bir süre sonra terazi dengesinin yani A ve B kefesi tarafından değiştiği görülür.Bu durum NaCl şişede Na+ ve Cl- serbest suyu hidrote etmesinden kaynaklanır.A kefesine terazi dengeye gelene kadar ilave edilen ağırlık B’deki jelatinin almış olduğu fazla suyun ağırlığına eşittir.Başka bir deneyde kuru bezelye tohumu kumpas ile ölçülüp,tartıldıktan sonra dereceli mezürde saf suya konulur.1-2 gün sonra aynı ölçüme tabi tutulursa bütün ölçümlerde artma olacaktır.Tüm şişme olaylarında en çok enerji su alımının başlangıcında meydana gelir.Çünkü bu devrede (Başta emme gücü fazla olduğu için çok yüksek bir emme kuvveti oluşur).Eğer dış güçler şişen cismin hacminin artmasına yani genişlemesine ,(Yurgor artıyor,enerji üretimi artıyor)dış güçler bunu engellemeye çalışırsa en yüksek tepki atm’de (basınçta) meydana gelir.İşte bunlardan ilki çeper basıncı diğeri de Turgor basıncıdır.Örneğin;kurak havalarda kayalar arasında çakılan kuru odunlar yağmur yağdığında kayayı parçalar.Şişme olaylarını günlük en güzel örnekleri yağmurlu havadaki ahşap kapı ve pencerelerin durumudur.Şişmede şişiricinin sıcaklığının önemli etkisi vardır.Sıcak suda daha hızlı fakat , soğuk suda daha yavaş ama fazladır.Çünkü Sıcak su molekülleri ısı enerjisiyle maksimum hareket ederek miseller arasına ani giriş yapar.Bu da permabiliteyi azaltan bir şok etkisi yapar. Yani tahrip eder.O halde şişmede sıcaklığın derecesi çok önemlidir.Çünkü sıcaklık sıvı ortamdaki su moleküllerinin termik hareketlerini artırarak çözeltilerde daha bağımsız davranmayı sağlamaktadır(Sıcaklık artınca molekülleri hareket eder,bağlar kopar ve çarpışma olur).Bu nedenle sıcaklık şişmeye ayrılan süreyi azaltır.Fakat sıcaklık artışı ile birim zamanda şişme yüzdesi azalır. Sıcaklığın artışı belli bir dereceden sonra ters yönde etkiler.Osmotik basınç(EM) şişmeyi azaltan bir başka faktördür.Osmotik basınç ile şişmenin hızı ve miktarı ters orantılıdır.Çünkü osmotik basıncın artması demek çözeltideki çözünen birim madde başına düşen Su molekülleri sayısının azalması demektir.Bu durumda çözeltinin difüzyon basıncı azalır yani çözünmüş madde miktarı arttıkça şişen cisme giren su miktarı azalacaktır. ELEKTROLİTLERDE ŞİŞME Soru:Okaliptus meristemi(1),çimlenmekte olan köknar tohumu(2) ve patates yumrusu vardır. Su kapsamını tespit etmek istersek sıralama nasıl yapılır.Yanıt:Bir ortamda su miktarı ile nişasta miktarı ters orantılıdır.Yumrularda su yoktur. Tohumlarda çimlenme sırasında su miktarı %77 kadar artar.(321)Soru:Sulu ortamda yetiştirilen yumrulu bitkilerde Ca,Cl,S elementleri yumruda çok yaprakta yoktur.Niçin?Yanıt:S proteinleri yapısına giriyor. Elektrolitler iyonik bileşikler olduğu için çözündükleri zaman iyonlarına ayrılırlar. Ayrılan her iyon elektrik yükü taşır.Bu da onların mutlaka su molekülü hidrate ederek su örtüsü ile kaplanacağı anlamına gelir.O halde,elektrolitlerde şişen cisme iyonla birlikte su girer.Bu durum iyonları su tutma kapasitesine bağlı olup şişmenin miktarını düzenler. Görülüyor ki elektrolitlerde şişme suya göre değişiktir.Aslında bu değişikliğe neden olan asıl faktör iyonların elektrik yükleri ve atom ağırlıklarıdır(Çekim arttıkça yüklenme fazla olur,ağırlık artar).Birçok doğal jellerin(yumurta akı,cıvık mantarlar,sitoplazmanın kendisi) miselleri su ile temas ettiğinde ( - ) elektrik yükü kazanırlar.O yüzden temasa geçtiği elektrolitteki (+) katyonlar için bir çekme kuvveti haline gelirler.Onlarda (-) yüklü anyonları çekerler.Her ne kadar şişen madde ile elektrolitik iyonlar arasındaki ilişki bu maddelerin bünyelerine bağlı ise de bu eriyiklerde şişen bir cisimde 2 farklı elektrolit fazı vardır:1)Eğer şişen maddenin yapısı elektrolitlere yeter derecede geçirgen ide misellerin yüzeyi katyonlardan bir tabaka ile örtülüdür.Katyonlar şişen cisme hidratasyon suyunu da götürürler.böylece şişme suyu alınmış olur. İşte iyonların şişmedeki direkt etkisine P.İ.E.(Primer İyon Etkisi) denir.Ayrıca şişen maddeler aynı zamanda elektrolitlerde absorbe olmayan anyonlarla da temastadır.Yani şişen madde elektrolitlerin içeri girmeyen iyonları ile de temas halindedir.İşte içeri girmeyen bu anyonlar-da şüphesiz bir hidratasyon suyu vardır.Bu durum yukarıdaki olayın tersini ortaya çıkarır. Çünkü bu kuvvet ile su arasında rekabet başlar.Yani dıştaki anyonlar içerideki misellerden su çeker.Bu olaya da sekonder iyon etkisi denir.Şişmede başlangıçta EK’den dolayı hızlı bir giriş vardır.Her giren suyu bağlayıp gitti.Orada kalanların suyu içeri girenlerden fazla olunca dışa-rıdakiler suyu çeker.Denge sağlanana kadar.(Toprağın bitkiden su çekmesi)Katıların kazandığı su miktarını iyonların sayısı değil hidratasyon güçleri belirler.Yani miktardan ziyade absorbe olan veya olmayan iyonların hidratasyon kuvvetleri arasındaki fark belirler.Örneğin,önce eritilen sonra kurutulan jelatinden alınan silindirler.şemadaki eriyiklere konulduğunda en fazla şişme KI da meydana gelir.Çünkü bu eriyik serisinde atom ağırlığı en fazla olan iyondur. H2O KCl NaCl LiCl KBr KI%Şişme 100 103 109 114 120 ∞ 2)Eğer şişen maddenin yapısı elektrolitlere karşı yarı geçirgense hem anyonlar hem de katyonlar şişen cisim ile su için rekabete girer.Bu olay cismin emmek istediği suyun engellenmesi durumuna dayandığı için S.İ.E. vardır.O zaman yapıları yoğun olan cisimler tuz eriyiklerinde saf sudakinden daha fazla şişer.Bu durumda şişmede azalma katyonların giriş yeteneğiyle ters orantılıdır.Örneğin aynı büyüklükte ayrı tüpe eşit miktarda keten tohumu konularak her birinin üzerine 2’şer mol saf su,KCl,NaCl,LiCl bir deney süresi sonunda şemadaki gibi su dışındaki çözeltilerden KCl’de en fazla şişme olmuştur.Çünkü K’nın atom ağırlığı fazla,hidratasyon örtüsü ise azdır.En az şişme ise LiCl’de görülmüştür.Çünkü Li’nin Saf Su KCl NaCl LiClŞişme% 57 46 43 36           Durumu K’nın Tam tersidir.NaCl’de Na’nın özellikleri Li ve K’nın ikisi arasında olduğun için orta durumda bir değişme olmuştur.Demek ki bu deneyde de zarın yarı geçirgen olması sonuçları etkileyen en önemli faktördür.Sonuç olrak görülüyor ki,su metabolizmasıyla ilgili bu üç olay birbirini tamamlar niteliktedir.Çünkü genelde birinin nedeni ve sonucu ötekisidir. Bazen bu iki olay aynı anda gerçekleşebilir.Örneğin,Şişme olayı difüzyonun özel bir şeklidir. Çünkü bitki çeperini oluşturan her biri 2000 kadar glikoz molekülünden oluşan miseller arsına suyun girmesi difüzyon olayıdır.Aralarına su giren misellerin şişme miktarı kohezyon kuvve-tiyle kontrol edildiği için turgordur.tebeşir ve süngerin boşluklarının su ile dolmasının bu olayla ilgisi yoktur.Kısaca şişmede kontrollü(tepkili) hacim artışı karakteristiktir.Çünkü su alınmasına rağmen yerde kalan su yeterli değildir.Bu durumda şişen madde şişiriciden sıvı alıp boşluklarını doldurduğundan şişiricinin miktarı azaldığı için süreklilik göstermez.Her ne kadar şişerek azalan hacmi telafi gibi görülse de boşluklardaki hava yerine girmiş olan su miselleri birbirinden uzaklaştıran sudan bağımsız düşünülmelidir.O halde suya karşı ilgisi olan her madde hiç şişmese de içerisinde bulunduğu sıvıdaki su moleküllerini kendine bağlar. Yani hidratasyon suyu oluştururlar.Madde etrafında düzenli yerleşen bu su molekülleri sıvı içerisinde serbest dolaşan su moleküllerinden daha az hacim işgal eder.Şişme esnasında su molekülleri kendi kinetik enerjilerinin büyük bölümünü kaybederler.Kaybedilen bu kinetik enerji şişme ortamından ısı enerjisi olarak çevreye aktarılır. SU İLETİMİ *İyon AntagonizmasıBitki dünyasında halofit(tuzcul) bitkiler hariç tuz çözeltisi bitkiler için zararlıdır.Ayrıca bir tek tuzdan hazırlanan çözeltiler bir kaçından hazırlanan çözeltilerden daha zararlıdır.Örneğin,buğday fideleri ayrı ayrı 0,12 mol CaCl2 ve 0,12 NaCl çözeltisinde kök gelişimine bırakılmıştır.Aynı fideler 0,12 NaCl+0,0012 CaCl2 çözeltisine konulursa (c) şeklindeki görülür.Çünkü NaCl orta büyüklükte olup Na Hidratasyon suyuyla birlikte protoplazmaya geçer.Eğer ortama eseri Ca bileşiği katılırsa 2 değerlikli olan Ca’nın su örtüsü Na’dan daha fazladır.O halde büyük Ca molekülü içeri giremez.Üstelik sekonder iyon etkisi yapar.Bu durumda su kaybeden hücrelerin kapıları kapanır. Böylece Na iyonları içeri giremez.İşte iyonların birbirine karşı bu etkisine iyon antagonizması denir.Bu olaya bir örnekte Spirogyra deniz alginin metilen mavisinde tam boyanmasıdır.Eğer metilene AlCl3 katılırsa boyama tam olamaz.Bu durum diğer çözeltilerin içeri girip zehir etkisi yapmasını engeller.Olayın esası 2 ya da daha fazla değerlikli iyonların zarı yoğunlaştırdığı bilinmektedir.Zar yoğunlaşması porların kapatılıp.permabl’ın azalmasıdır.Böylece tek değerli iyonların geçmesi önlenir ve şişmeyi artırarak zehir etkisi yapmasını da ortadan kaldırır.İşte tek değerlikli bileşiklerde hazırlanmış çözeltilerin hücreye yaptığı etkiye sinerjistik etki denir.Sonuç olarak bir elementin yaptığı etkiyi ikinci elementin artırmasına sinerjisitk etki denir. Bitki Fizyolojisi Ders Notları Hazırlayan Duygu OKTEN  

http://www.biyologlar.com/bitki-fizyolojisi-ders-notlari-1

İndüklenmiş pluripotent kök hücreler

İndüklenmiş pluripotent kök hücreler

İnsan iPSC'lerinin hücre akıbetini kontrol etmek için kullanılan geniş bir hücre kültürü ortamı koleksiyonu, takviyeleri, biyoaktif küçük moleküller ve büyüme faktörleri sunuyoruz. Aşağıdaki tablo, insan iPSC'lerini farklı hücre soylarına ayırmak için kullanılan en yaygın şekilde kullanılan protokolleri, ortamları ve karakterizasyon antikorlarını vurgulamaktadır.

http://www.biyologlar.com/pluripotent-ozellik-nedir

Rekombinant DNA Teknolojisi

Rekombinant DNA Teknolojisi

Rekombinat DNA teknolojisi ile bir çok canlının genetik yapısı yeniden düzenlenebilmektedir. Bu şekilde, bitkilerden daha verimli ürünler elde edilebilir. Rekombinant DNA teknolojisi, doğada kendiliğinden oluşması mümkün olmayan, çoğunlukla farklı biyolojik türlerden elde edilen DNA moleküllerinin, genetik mühendislik teknolojisiyle kesilmesine ve elde edilen farklı DNA parçalarının birleştirilmesi işlemlerini kapsayan bir teknolojidir. Rekombinant DNA ise; bu işlem sonucu üretilmiş olan yeni DNA molekülüne verilen isimdir ve kısaca rDNA olarak yazılır. Bu alanda yapılan işlemler, kısaca genlerin herhangi bir organizmadan alınarak üretilmesi (klonlama) ve üretilen genlerin gerek temel, gerekse uygulamalı araştırmalar için kullanıması olarak özetlenebilir. Bu teknoloji bugün temel bilimler, tıp, endüstri, hayvancılık, ziraat, çevre mühendisliği gibi alanlarda yaygın bir biçimde kullanılmaya başlamıştır. Tanım ve Amaç Bu teknolojinin bilimsel temeli olan çeşitlenme (rekombinasyon) genetik bir olaydır ve doğada canlılar arasında görülen çeşitliliğin önemli nedenlerinden birini oluşturur. Rekombinasyon; farklı genotipteki bireyler arasında eşleşmeler söz konusu olduğunda, ana-babaya ait kalıtsal özelliklerin dölde değişik gruplanmalar halinde bir araya gelmesine yol açan olaylar dizisidir. Bu olay moleküler düzeyde, farklı nükleotid dizilerine sahip iki DNA molekülünün homoloji gösteren bölgeleri arasındaki parça alış-verişi sonucunda meydana gelen yeni gruplamalardır. Bunun için DNA molekülleri arasında kırılmalar meydana gelir ve kırılma bölgelerinde DNA molekülleri arasında parça alış-verişi oluşur. Sonuçta orijinal durumdaki DNA moleküllerine tam olarak benzemeyen ve onlara ait nükleotid dizilerini kısmen taşıyan rekombinant DNA molekülleri oluşur. Homolog çeşitlenme (rekombinasyon), eşeyli üremeyle genelde mayoz bölünmedeki kromozomal parça değişimi sonucunda meydana gelir. Bakterilerde çeşitlenme farklı işleyişlerle, transformasyon, konjugasyon ve trandüksiyon olaylarıyla görülür. Bu olayların hepsinin temeli DNA molekülleri arasında homoloji olmasına dayanmaktadır. Bu yüzden doğada çeşitlenme, aynı türe ait bireyler arasında ya da çok yakın türler arasında kısıtlıdır. Farklı türler arasında varolan çeşitli düzeydeki eşleşme engelleri farklı türlere ait bireyler arasında genetik bilgi aktarımına, dolayısıyla da rekombinasyona olanak sağlamamaktadır. Rekombinant DNA teknolojisinin tanımı ve kapsamı çeşitli toplumlara ya da biliminsanlarına göre farklılıklar göstermektedir. Bununla birlikte, bu değişik tanımlar arasında hepsindeki ortak yönleri birleştiren, oldukça geniş ve günümüzün modern ölçütlerine uygun bir tanım şu şekilde yapılabilir: Rekombinant DNA teknolojisi, bir canlıdan herhangi bir yolla yalıtılan bir genin uygun bir konağın içerisine sokularak orada çoğaltılmasını ve bazen de ifade edilmesini amaçlayan çalışmalar ait tekniklerin toplamıdır. Belirli bir amaç için doğrudan genetik materyal üzerinde yapılan bu teknolojiyle, in vitro şartlarda genetik materyalde planlı değişiklikler yapılabilmekte, istenilen genlerin istenilen canlıya sokularak, doğal biçimde bulunmadığı bu konakta çoğaltılması ve istenilen ürünü vermesi için nakledilen genin ifadesi sağlanabilmektedir. Bu teknolojiyle, prokaryotik ve ökaryotik gruplara ait türlerin kendi aralarında olduğu kadar, gruplar arasında da gen aktarımları yapmak ve çeşitlilikler meydana getirmek mümkün olmaktadır. Tarihçe Rekombinant DNA teknolojisi özellikle 1960'lı yılların sonlarına doğru DNA ile ilgili bazı enzimlerin etki mekanizmalarının anlaşılması sayesinde gerçekleştirilen bir dizi yöntemleri kapsamaktadır. Bununla birlikte bu süreç 1940'lardan 70'lere kadar moleküler biyolojinin gelişmesini sağlayan bilgi birikimi de rekombinant DNA teknolojisinin temelini oluşturmuştur. Genetik çeşitlenme olaylarının yapay olarak gerçekleştirilmesi esasına dayanan rekombinant DNA teknolojisine (rDNA) ilişkin ilk çalışmalar, 1973 yılında başta Cohen olmak üzere bir araştırma grubunun önderliğinde in vitro koşullarda gerçekleşmiştir. Buna göre doğada eldesi imkânsız olan yeni gen düzenlemelerinin yapılması bu teknolojiyle sağlanabilmekte, bir canlının genotipi önceden belirlenebilmekte ve yönlendirilebilmektedir. In vitro koşullarda oluşturulan yeni DNA moleküllerine önceleri "kimera" (aslan başlı, keçi gövdeli ve yılan kuyruklu mitolojik bir yaratık) adı verilmiştir. Bu kimeralar, birbirleriyle ilişkili olmayan ve farklı kökenler ait genleri içeren rekombinant DNA molekülleridir. Rekombinant DNA teknolojisi 1980'li yıllarda dev adımlarla ilerlemiş ve günümüzde adından en çok bahsedilen ve moleküler genetikte devrim yaratan bir bilim dalı olmuştur. Özellikle 1985'de ortaya atılan bir veya iki hücreden elde edilen DNA'nın birkaç saat içersinde çoğaltılarak 24 saatte genetik tanının konmasına olanak sağlayan Polimeraz zincir tepkimesi (PCR) rDNA teknolojisi için belki en büyük gelişmelerden biri olarak kabul edilebilir. Uygulama Rekombinant DNA teknolojisinde izlenen olayların sırası şu şekilde özetlenebilir: Bir canlıdan elde edilen, istenilen özellikteki (yalıtılmış) DNA parçalarının taşıyıcı özellikteki bir DNA molekülüne (vektöre) bağlanması ve rekombinant DNA eldesi, Rekombinant DNA moleküllerinin uygun bir konak hücreye sokulma (transformasyon, transdüksiyon veya konjugasyon ile) rDNA'nın konak hücrede çoğaltılması (gen çoğaltımı) ve hücre bölünmesi, Yavru hücrelerde yeni genin ifadesi ve ürünün eldesi. Rekombinant DNA teknolojisinde uygulanan yöntemler 3 ana başlık halinde incelenebilir: Klasik uygulamalar Hibritleşme yöntemleri Polimeraz zincir reaksiyon yöntemi Rekombinant DNA teknolojisi uygulamaları özellikle genetik mühendisliği ve biyoteknolojide kullanılımaktadır. Dünya nüfusunun %3-5'nin genellikle tedavi olanağı bulmayan kalıtsal hastalıklardan etkilendiği bilinmektedir. Bu alandaki en büyük ümit ve beklenti genetik bozuklukların gen aktarımı yöntemleriyle düzeltilmesi ya da etkin tedavi yöntemlerinin geliştirilmesidir. Kısa zamanda çok geniş bir uygulama alanı bulan bu yöntemin gerçek değeri önümüzdeki yıllarda çok daha iyi anlaşılacaktır.

http://www.biyologlar.com/rekombinant-dna-teknolojisi

Fotosistem Nedir, Fotosistemler

Klorofil ve karonitoidlere sadece plastidlerde rastlanır. Bunlar fotokimyasal reaksiyon üniteleridir ve “renkmaddesi bütünü” veya “fotosistem” diye adlandırılır ve birarada bulunurlar. Kloroplastı tilakoid renk membranlarının içine yerleşen bu maddelerden her biri, 300 renk maddesi molekülünden oluşur. Bir fotosistemdeki tüm renk maddesi molekülleri ışık enerjisini emer; ama buenerjiyi sistemde sadece bir tane aktif klorofil molekülü, gerçek fotosentez reaksiyonu için fotokimyasal olarak kullanır. Bu da “klorofil a “dır. Bu aktif klorofil molekülüne fotosistemin “TEPKİME (^REAKSİYON) Merkezi” denir. Fotosistemin diğer renk madde molekülleri, ışık enerjisinin yakalanıp reaksiyon merkezine nakline yarar. Fotosistem bir huni modeli olarak düşünülebilir Işık, en üstteki renk madde molekülüne isabet ederek, onu harekete geçirir. (Biyoteknoloji genetik mühendisliği) Enerji buradan alttaki renk maddesi molekülüne taşınır ve tekrar iletilir. Bunu izleyen molekül, öncekine göre daha az aktivasyon enerjisine sahiptir. Bu, çok az emilim farkına yol açar ve reaksiyon merkezine hedeflenen şekilde enerji naklini sağlar. Buna “IŞIK TOPLAMA TUZAĞI” denir. Böylece çok düşük miktarda ışık da yakalanabilir ve fotosentez kazancı artırılır. Işık enerjisini emen ve emilen enerjiyi reaksiyon merkezine taşıyan renk maddesine “ANTEN PİGMENTİ” denir. (fotosistem 1) Işık toplama tuzağı modeline göre reaksiyon merkezi, huninin tabanında bulunur. Krolofil-a molekülü protein molekülüne bağlanması ile diğer klorofil moleküllerinden ayrılır. Bağ emilmeyi etkiler ve kırmızı renk bölümündeki maksimum emilmeyi belirler. İki farklı fotosistem vardır. Bunlardan ” Fotositem I” reaksiyon merkezi olarak maksimum emilmenin 700 nm olduğu bir klorofil-a protein kompleksi içerir. Bu nedenle buna “P700″ denir. Fotosistem II “P680″ emilim maksimumunun 680 nm olduğu bir klorofil-a protein kompleksi içerir. (fotosistem 2) Dalga boyu 500-550 nm arasındaki yeşil ışık, klorofil tarafından emilemez. Et­ki tayfı, bu dalgaboyu basamaklarında bile, fotosentezin yüksek olduğunu gösterir. Burada aslında, karotinoidler enerjiyi emer ve klorofile taşır. Böylece bu ışık enerjilerinden yararlanılır ve spektrumun fotosentetik olarak etkisiz olduğu “yeşil boşluğu” denen kısmı oldukça daralır.

http://www.biyologlar.com/fotosistem-nedir-fotosistemler

Apoptozis ve kaspazlar

Apoptozis, organizma tarafından düzenlenen enerji bağımlı hücre ölümüdür. Programlı hücre ölümü olarak da adlandırılan bu süreç, doku homeostazının korunmasında kritik bir role sahip olduğu gibi, fetal gelişim ve erişkin dokulardaki pekçok fizyolojik olayda da önemli rollere sahiptir. Apoptozis terimi ilk kez 1972 yılında Kerr ve arkadaşları tarafından kullanılmıştır (1). Kerr, fizyolojik olarak ölen hücrelerin çekirdeklerinde yoğunlaşmış kromatin parçalarını gözlemlemiş ve organellerin iyi korunduğunu fark ederek bu olayı büzüşme nekrozu olarak adlandırmıştır. Apoptosis terimi köken olarak "ayrı düşmek" anlamına gelmektedir (1). ve hücre kaybını belirtmek amacı ile kullanılmıştır. Apoptotik ölüm sinyali alan hücrenin kromatini yoğunlaşmaya başlar. Benzer şekilde sitoplazma da yoğunlaşmaya ve hücrenin boyutları küçülmeye başlamıştır. Bir süre sonra hücre apoptotik cisimcik denilen daha küçük parçalara bölünür. Bu parçacıkların en büyük özelliği, fragmente olmuş nükleusların ve parçalanan hücreye ait tüm yapıların plazma membranı ile kaplanarak immün sistemi enflamasyon yönünde uyarmamasıdır. Apoptotik cisimcikler, yüzeylerinde yeni sinyal yapıları ortaya çıkarır ve bu sinyalin uyarısı ile yandaki hücre tarafından fagosite edilerek ortadan kaldırılır (2,3). Apoptozis normal gelişimsel süreç içerisinde pek çok fizyolojik olayda görev alır. Embriyogenesis (4,6), normal menstruel siklusda endometrial hücrelerinin yıkımı (5), barsak kripta epitelleri gibi sürekli çoğalan hücre gruplarında hücre sayısının dengelenmesi (6), timusun gelişimi sırasında otoreaktif T hücrelerinin ortadan kaldırılması (6), bunlardan sadece birkaçıdır. Apoptotik hücre ölümü regülasyonundaki defektler hücre birikiminin olduğu kanser, restenoz gibi hastalıklara yol açabildiği gibi, hücre yıkımının arttığı otoimmün rahatsızlıklar, nörodejeneratif hastalıklar, Alzheimer gibi rahatsızlıklara da yol açabilmektedir (7,8 ). Son yıllarda yürütülen araştırmalar neticesinde, apoptosisten sorumlu moleküler mekanizmalar açıklığa kavuşmuştur. Bu çalışmalar sonucunda, kaspaz adı verilen, intrasellüler proteazların; apoptosisin gerek direkt, gerekse indirekt morfolojik ve biokimyasal değişikliklerinden sorumlu olduğu ortaya konulmuştur. Kaspazların apoptozla ilk ilişkisi bir nematod olan Caenorhabditis Elegans'ın genetik analizi sırasında ortaya çıkmıştır (9). Kaspazlar apoptotik hücre ölümü esnasında önemli rol oynayan multigen ailesinden oluşan sistein-proteaz grubu enzimlerdir. Kelime olarak "Cysteine Aspartate Specific ProteASEs- CASPASE" olarak türetilmiştir. Öncelikle inaktif proteinler olarak sentezlenen bu enzimler çeşitli yollarla aktive edilmelerinin ardından hücresel hedeflerdeki tetrapeptit motifleri tanır ve substratı, bir aspartat rezidüsünün karboksil tarafından ayırır. Hücre ölümü sırasında meydana gelen pek çok sellüler ve morfolojik değişimler, bu enzimlerin rol oynadığı birtakım süreçler neticesinde gelişir (10). Kaspaz-1, kaspaz ailesinin prototipidir ve önceleri prointerlökin-1-beta'nın biyolojik aktif formuna dönüşümünden sorumlu, ICE (interlökin-1-beta dönüştürücü enzim) olarak da adlandırılan, bir sistein proteaz olarak tanımlanmıştır (11,12). Daha sonraları ise ICE'nin diğer sistein-proteazlardan farklı olarak amid bağının N-terminalindeki p1 pozisyonu olarak bilinen ucunda aspartik asitin mutlak gerekliliğini gerektiren farklı bir sistein-proteaz olduğu keşfedilmiştir. ICE'nin inflamasyondaki rolü geniş bir şekilde aydınlatılırken bir taraftan da hücre ölümünden sorumlu genetik yoldaki rolü ortaya konmuştur (13). Bir nematod olan Caenorhabditis elegans'ın üzerinde yapılan bu çalışmada, hücre ölümü sırasında görev alan genetik yolda ced-3 isimli bir genin kodladığı proteinin hermafroditin gelişimi esnasındaki tüm programlı hücre ölümlerinden sorumlu olduğu görülmüştür. Daha sonraları ise ced-3'ün memelilerdeki ICE'nin bir homoloğu olduğu gözlenmiştir (14,15). Tüm bu bilgilerin ışığında apoptotik hücre ölümleri esnasında meydana gelen özellikli proteolizler ve bu yıkımlar sonucu oluşan biyokimyasal olaylar aydınlatılmaya çalışılmıştır. Memelilerde en az 14 kaspaz tanımlanmıştır (16). Filogenetik analiz sonucunda gen ailesinin ICE (kaspaz-1) ile ilişkili ve ced-3 benzeri olmak üzere iki subgrubu olduğu görülür. Proenzimlerin kısa (kaspaz 3,6,7) veya uzun prodomain barındırmalarına göre de kaspazları daha alt gruplara ayırmak mümkündür. Alternatif olarak bu proteazlar, substrat spesifitelerine göre de gruplandırılabilir (17,18). Günümüzdeki modern yaklaşım ise proteazları üç gruba ayırmaktadırlar (10). (şekil-1). Şekil 1: Proteolitik aktivitelerine göre kaspazlar Grup 1 : Sitokin matürasyonuna aracılık edenler (caspase-1, 4, 5, 13) - ICE ailesi, Grup 2 : Apoptotik hücre ölümü sürecinde efektör görevi üstlenenler (kaspaz-2, 3, 7) - ced 3 ailesi, Grup 3 : Apoptotik hücre ölümünde aktivatörler (kaspaz-6, 8, 9, 10) - ced 3 ailesi (14). Kaspazlar tetrapeptit motiflerini aminoasit spesifitelerine göre tanır ve p4 pozisyonundaki aminoasitlere göre üç spesifik gruba ayrılır. Grup 1 kaspazlar (kaspaz-1, 4, 5, 13) P4 pozisyonunda hidrofobik aminoasitleri tanırlar ve sitokinlerin maturasyonuna aracılık ederler. Grup 2 kaspazların yeğledikleri ayırma noktası hücre ölümü sırasındaki pek çok proteinlerde gözlenir ve bununla ilintili olarak da grup 2 kaspazlar (kaspaz-2, 3, 7) apoptosisin major efektörleri olarak bilinirler. Grup 3 kaspazlar (kaspaz-6, 8, 9, 10) ise P4 pozisyonunda alifatik aminoasitleri tanır ve grup 2 kaspazların aktivasyonunda görev alır (şekil 2). Kaspazlara ek olarak bir serin proteaz olan granzim-B gibi başka proteazlar da kaspaz aktivasyonunda görev alarak ve bazen de kaspazların yerine fonksiyon görerek apoptotik hücre ölümüne katkıda bulunur   Bu sıralanmanın istisnaları da mevcuttur. Örneğin kaspaz-2 kendiliğinden aktive olabilir. Kaspaz-6 efektör proteaz olarak görev alabilir (10).Kaspazlar inaktif üç parçalı proenzimler olarak sentez edilirler. Aktivasyonları sırasında aspartat (P1) - X (P2) bağının ayrılması ile proenzimden, küçük ve büyük subüniteleri içeren aktif enzim oluşur. Ayrılma noktasında aspartatın bulunması kaspazın oto-aktif ya da aktive edilebilir olmasıyla uyumludur. Ayrılma işleminden sonra 2 büyük ve 2 küçük alt üniteden oluşan tetramer yapısına sahip kaspaz yapısı izlenir   Şekil 3: Kaspaz X-ışını kristal yapılanması. Kaspazların tetramer yapısı 2 adet büyük (dışta) ve 2 adet küçük alt üniteden (içte) oluşmuştur. Bu şekilde kaspaz-3 ve onun inhibitörü Ac-DEVD-CHO (sarı) görülmektedir (24). Kaspaz aracılı apoptozisin aktivasyonunda üç ayrı yolun varlığı bilinmektedir; 1. Mitokondri/Sitokrom-C aracılı apoptozis 2. Hücre yüzey reseptörleri aracılığı ile tetiklenen apoptozis 3. Endoplazmik retikulum aracılı apoptozis 1. Mitokondri/Sitokrom-C aracılı Apoptozis: Hücresel stres durumunda mitokondriden, sitokrom c ve apoptotik proteaz aktive edici faktör (Apaf-1) salınarak dATP kofaktörlüğünde prokaspaz-9 molekülüne bağlanır (şekil 4). Bu yolla aktive olan kaspaz-9, prokaspaz-3'ü aktive eden kaskadı başlatır ve devamında sitoplazmada yapısal poteinlerin sindirimi, kromozomal DNA'nın degradasyonu ve hücrenin fagositozu sağlanır (19,20,21). Şekil 4: Sitokrom c ve Apaf-1 aracılı apoptozis Apaf-1 molekülündeki konformasyonel değişiklikler apoptozom oluşumuna ve apoptozisin aktivasyonuna neden olur. Apoptozomun oluşum ve fonksiyon görmesi ise mitokondrial ve sitozolik faktörler tarafından düzenlenir (22). 2. Hücre yüzey reseptörleri aracılığı ile tetiklenen apoptozis: Fas-ligand (Fas-L) ve Tumor necrosis factor (TNF) gibi moleküllerin, hücre yüzeyindeki Fas ve TNF reseptörlerine bağlanmasıyla sitoplazmaya Kaspaz-8'i aktive eden sinyaller yayılır. Kimyasal, fiziksel ya da viral enfeksiyonlarla hasar görmüş hücrelerde, interlökin-1 (IL-1) gibi pro-enflamatuar sitokinlerin etkisi ile hücre yüzey Fas ekspresyonu başlar. Bu süreç Fas antijeninin up-regülasyonu olarak adlandırılır. Bu süreç sırasında sitotoksik T hücreleri de Fas-L yapımı için uyarılırlar ve Fas- FasL bağlanması ile prokaspaz 8 ve 2'nin aktivasyonu sağlanır (23). Böylece hücrenin apoptozise gitmesi indüklenmiş olur (24). Fas-Fas-L etkileşimi FADD (Fas bağımlı ölüm domain proteini) aracılığıyla olur (25) (şekil 5). Bir yandan da, ilk kez granülositlerde keşfedildiği için Granülosit-enzim kelimelerini birleştirerek ifade edilen Granzim B (GrB ), sitotoksik T hücrelerinden salgılanarak GrB reseptörlerine bağlanır. GrB bir serin proteaz enzimidir. Sitoplazma içine alınan GrB, kaspas kaskadı üzerinden apoptozisi başlatır (26,27,28,29). 3. Endoplazmik retikulum aracılı apoptozis: Endoplazmik retikulum (ER), hücre içi kalsiyum dengesi, sentezi ve membran proteinlerinin katlanmasını içeren birçok süreçte kritik öneme sahiptir. Hücre içi kalsiyum seviyeleri yükseldiğinde ER membranında lokalize olan prokaspaz-12 aktifleşir ve sitoplazmaya yönelir. Kaspaz-9 ile karşılıklı olarak etkileşerek kaspaz kaskadını aktive eder (30,31). Kaspasların etkilediği hedef noktalar; DNA hasarının tamirinden sorumlu Poli ADP Riboz Polimeraz (PARP) (9,32), DNA-bağımlı protein kinaz (DNA-PK) (33,34), nükleus membranının integritesini sağlayan laminler (35) ve UlRNP (9), DNA'nın parçalanmasına yol açan nükleazları inhibe eden DNA fragmentasyon faktörü (DFF 45) adlı protein (36), hücre içi kolesterol homeostazisinden sorumlu bir integral protein olan Sterol Düzenleyici Element Bağlayıcı Protein (SREBP-1) (16-37), bir tümör supresör gen olan retinoblastom geni ve hücre iskelet proteinlerinden Fodrin (23) olarak özetlenebilir. Apoptozisi saptamak icin çok çeşitli yöntemler geliştirilmiştir. 1972 yılında, apoptozis terimi ilk kez kullanıldığında hücrenin morfolojik görünümüne göre karar verilmişti. Günümüzde ise morfolojik değerlendirmenin yanı sıra, apoptozise özgü olduğu bilinen bazı aktivasyonların (örn, aktif kaspaz-3 tayini) moleküler düzeyde belirlenmesiyle de apoptosiz saptanabilmektedir. Bu yöntemler şu şekilde sıralanabilir (38): I. Morfolojik görüntüleme yöntemleri 1. Işık Mikroskobu • Hematoksilen Boyama • Giemsa Boyama 2. Floresan Mikroskobu / Lazerli Konfokal Mikroskop 3. Elektron Mikroskobu 4. Faz Kontrast Mikroskobu II. İmmunohistokimyasal yöntemler 1. Anneksin V Yöntemi 2. Tunnel Yöntemi 3. M30 Yöntemi 4. Kaspaz 3 Yöntemi III. Biyokimyasal yöntemler 1. Agaroz Jel Elektroforezi 2. Western Blot 3. Flow Sitometri III. İmmunolojik yöntemler 1. Elisa 2. Flourimetrik Yöntem IV. Moleküler Biyoloji yöntemleri (DNA Microarrays) Günümüzde pekçok çalışmada bu yöntemlerden bir veya birkaçından birlikte faydalanıldığı ve gerek çeşitli çevresel toksinlerin gerekse birtakım hastalıkların dokulardaki etkisini göstermek amacıyla kullanıldığını görmekteyiz. KAYNAKLAR 1. Kerr J.F., Wyllie A.H, Currie A.R. Apoptosis: a basic biological phenomenon with wide ranging implications in tissue kinetics. Br J Cancer 1972; 26 (4): 239-245. 2. Lipponen P, Aaltomaa S, Kosma VM, Syrjänen K. Apoptosis in breast cancer as related to histopathological characteristics and prognosis. Eur J Cancer. 1994; 30A(14): 2068-73. 3. Wyllie AH, Kerr JF, Currie AR. Cell death: the significance of apoptosis. Int Rev Cytol. 1980;68:251-306. 4. Majno G, Joris I. Apoptosis, oncosis, and necrosis. An overview of cell death. Am J Pathol. 1995 Jan;146(1):3-15 5. Hopwood D, Levison DA. Atrophy and apoptosis in the cyclical human endometrium. Pathol. 1976 Jul;119(3):159-66. 6. Cohen JJ. Apoptosis: mechanisms of life and death in the immune system. J Allergy Clin Immunol. 1999 Apr;103(4):548-54. 7. Kiess W, Gallaher B. Hormonal control of programmed cell death/apoptosis. Eur J Endocrinol. 1998 May;138(5):482 - 91. 8. Hetts SW. To die or not to die: an overview of apoptosis and its role in disease. JAMA. 1998 Jan 28;279(4):300-7. 9. Nicholson DW, Thornberry NA. Caspases: killer proteases. Trends Biochem Sci. 1997 Aug; 22(8):299-306. 10. Nicholson DW. Caspase structure, proteolytic substrates, and function during apoptotic cell death. Cell Death Differ 1999; 6:1028-1042. 11. Thornberry NA, Bull HG, Calaycay JR, Chapman KT, Howard AD, Kostura MJ, et al. A novel heterodimeric cysteine protease is required for interleukin-1 beta processing in monocytes. Nature 1992; 356: 768 - 774. 12. Cerretti DP, Kozlosky CJ, Mosley B, Nelson N, Van Ness K, Greenstreet TA, et al. Molecular cloning of the interleukin1 beta converting enzyme. Science 1992; 256: 97 - 100. 13. Ellis RE, Yuan JY and Horvitz HR. Mechanisms and functions of cell death. Annu. Rev. Cell. Biol. 1991; 7: 663 - 698 14. Xue D, Shaham S and Horvitz HR. The Caenorhabditis elegans celldeath protein CED-3 is a cysteine protease with substrate specificities similar to those of the human CPP32 protease. Genes. Dev. 1996; 10: 1073 - 1083 15. Yuan J, Shaham S, Ledoux S, Ellis HM and Horvitz HR. The C. elegans cell death gene ced-3 encodes a protein similar to mammalian interleukin-1 beta-converting enzyme. Cell 1993; 75: 641 - 652 16. Alnemri ES, Livingston DJ, Nicholson DW, Salvesen G, Thornberry NA,Wong WWand et al. Human ICE/CED-3 protease nomenclature. Cell 1996; 87 (2): 171 17. Thornberry NA, Rano TA, Peterson EP, Rasper DM, Timkey T, Garcia-CalvoM, et al. A combinatorial approach defines specificities of members of the caspase family and granzyme B. Functional relationships established for key mediators of apoptosis. J. Biol. Chem. 1997; 272: 17907 - 17911. 18. Rano TA., Timkey T., Peterson EP., Rotonda J., Nicholson DW., Becker JW., et al. A combinatorial approach for determining protease specificities: application to interleukin-1beta converting enzyme (ICE). Chem. Biol. 1997; 4: 149 - 155. 19. Hu Y M, Benedict M A, Ding L Y. Role of cytochrome c and dATP/ATP hydrolysis in Apaf-I-mediatcd caspase-9 activation and apoptosis. EMBO J. 18: 3586- 3595, 1999. 20. Krajewski S, Krajewska M, Ellerby L M, Welsh K, Xie Z, Deveraux Q L, Salvesen G S, Bredesen D E, Rosenthal R E, Fiskum G, Reed J C: Release of caspase-9 from mitochondria during neuronal apoptosis and cerebral ischemia. Proc Natl Acad Sci, USA 96: 5752-5757, 1999. 21. Li P, Nijhawan D, Budihardjo I, Srinivasula SM, Ahmad M, Alnemri ES et al. Cytochrome c and dATP-dependent formation of Apaf-1/caspase-9 complex initiates an apoptotic protease cascade. Cell 1997; 91: 479 - 489 22. Cozzolino M, Ferraro E, Ferri A, Rigamonti D, Quondamatteo F, Ding H, Xu ZS, Ferrari F, Angelini DF, Rotilio G, Cattaneo E, Carrì MT, Cecconi F. Apoptosome inactivation rescues proneural and neural cells from neurodegeneration. Cell Death Differ. 2004 Nov;11(11):1179-91. 23. Nagata S, Golstein P. The Fas death factor. Science. 1995; 267:1449-56. 24. Grell M, Krammer PH, Scheurich P. Segregation of APO- 1/Fas antigen- and tumor necrosis factor receptor-mediated apoptosis. Eur J Immunol. 1994 Oct; 24(10): 2563-6. 25. Bhojani MS., Chen G., Ross BD., Beer DG., Rehemtulla A. Nuclear localized phosphorylated FADD induces cell proliferation and is associated with aggressive lung cancer. Cell Cycle. 2005 Nov;4(11): 1478-81. Epub 2005 Nov 20. 26. Srinivasula SM., Ahmad M., Fernandes-Alnemri T., Litwack G., Alnemri ES. Molecular ordering of the Fas-apoptotic pathway: the Fas/APO-1 protease Mch5 is a CrmA-inhibitable protease that activates multiple Ced-3/ICE-like cysteine proteases. Proc Natl Acad Sci USA. 1996; 93:14486-91. 27. Darmon AJ., Nicholson DW. ,Bleackley RC. Activation of the apoptotic protease CPP32 by cytotoxic T-cell-derived granzyme B. Nature 1995; 377: 446 - 448. 28. Martin SJ., Amarante-Mendes GP., Shi L., Chuang TH., Casiano CA., O'Brien GA., et al. The cytotoxic cell protease granzyme B initiates apoptosis in a cell- free system by proteolytic processing and activation of the ICE/CED-3family protease, CPP32, via a novel two-step mechanism. EMBO J. 1996; 15: 2407-2416. 29. Andrade F., Roy S., Nicholson D., Thornberry N., Rosen A., Casciola-Rosen L. Granzyme B directly and efficiently cleaves several downstream caspase substrates: implications for CTL-induced apoptosis. Immunity 1998; 8: 451-460. 30. Nakamura K, Bossy-Wetzel E, Burns K, Fadel MP., Lozyk M. et al. Changes in endoplasmic reticulum luminal environment affect cell sensitivity to apoptosis. J Cell Biol 2000; 150: 731-740. 31. Rao RV., Hermel E., Castro-Obregon S., del Rio G., Ellerby LM. et al. Coupling endoplasmic reticulum stress to the cell death program: mechanism of caspase activation. J Biol Chem 2001; 276: 869-874. 32. Hirata H., Takahashi A., Kobayashi S., Yonehara S., Sawai H., Okazaki T. et al. Caspases are activated in a branched protease cascade and control distinct downstream processes in Fas-induced apoptosis. J Exp Med. 1998;187:587-600. 33. Casciola-Rosen L, Nicholson DW, Chong T, Rowan KR, Thornberry NA, Miller DK, et al. Apopain/CPP32 cleaves proteins that are essential for cellular repair: a fundamental principle of apoptotic death. J Exp Med. 1996 May 1;183(5):1957-64. 34. Song Q., Lees-Miller SP., Kumar S., Zhang Z., Chan DW., Smith GC. DNA-dependent protein kinase catalytic subunit: a target for an ICE-like protease in apoptosis. EMBO J. 1996;15:3238-3246. 35. Liu X, Kim CN, Yang J, Jemmerson R, Wang X. Induction of apoptotic program in cell-free extracts: requirement for dATP and cytochrome c. Cell. 1996; 86:147-157. 36. Chen WJ, Huang YT, Wu ML, Huang TC, Ho CT, Pan MH. Induction of apoptosis by vitamin D2, ergocalciferol, via reactive oxygen species generation, glutathione depletion, and caspase activation in human leukemia Cells. J Agric Food Chem. 2008 May 14;56(9):2996-3005. Epub 2008 Apr 37. Zou H, Henzel WJ, Liu X, Lutscha A, Wang X. Apaf-1, a human protein hoınologous to C.elegans CED-4, participates in cytochrome c-dependent activation of caspase-3. Celi. 1997;90:405-13. 38. Ulukaya E. Apoptozis ders notları. Uludağ Üniversitesi Tıp Fakültesi, Biyokimya Anabilim Dalı 2003;15-26. Yazışma Adresi: Dr. K. Beril YÜKSEL Dr. Zekai Tahir Burak Kadın Sağlığı Eğitim ve Araştırma Hastanesi Hamamönü / ANKARA Tel: 0 312 310 31 00 e-mail: berilyu@hotmail.com Bu metin dergi.ztb.gov.tr adresinden alınmıştır.   Yüksek organizmalarda hücre ölümü iki farklı mekanizma ile gerçekleşir. Klasik hücre ölümü nekroz olarak adlandırılır.Şiddetli bir travma, zararlı bir uyarı ile meydana gelir. Genellikle gruplar halinde hücreleri etkiler.Morfolojik olarak ER, mitokondride dilatasyon, plazma membranının iyon transportunun bozulması,hücrelerin şişmesi ve lizisi tipiktir.Nükleer kromatin flokulasyonu, DNAnın nonspesifik klavajı, hücrelerin parçalanması ile hücre içeriği ve lizozomal enzimler eksrasellüler ortama dökülür.Bu enzimlerde komşu hücre ve dokuları zedeleyerek inflamatuar yanıta yol açar. Hücre ölümünün diğer şekli Apoptosis genellikle tek tek hücreleri etkiler.Birçok fizyolojik ve patolojik koşulda ortaya çıkar ve genellikle inflamatuar yanıt söz konusu değildir. Müllerian kanalın ve interdigital perdelerin regresyonu, B ve T hücrelerin negatif seleksiyonu, self antijenleri tanıyan immunkompetan hücrelerin delesyonu, hormon bağımlı dokuların, hormon yokluğunda involusyonu gibi birçok fizyolojik olayda rol alır. Apoptosis, hücrelerin öldürülmesinde fizyolojik bir süreçtir.Çok hücreli organizmaların gelişimi, işlevselliğinde çok önemlidir. Bu hücre ölümünün kontrolündeki anormallikler : --Kanser --Otoimmun Hastalıklar --Dejeneratif Hastalıklar oluşumuna neden olur Organizmanın bütünlüğü ve homeostazisi, hücre çoğalması ve farklılaşması yanısıra, hücre ölümü ile sağlanabilir. Apoptosis sinyallenmesi ya hücre içinden gelen tetikleyici olaylar yada ölüm reseptörlerinin ligasyonu gibi hücre dışındaki olaylarla olur.Tüm apoptosis sinyalleyici yollar, proteinleri aspartat rezidülerine bölen, sistein proteazlar (Kaspazlar) ile olan ortak hücre yıkımı işleminde birleşir.Doku transglutaminaz aktivitesi ise proteinlerin çapraz bağlanmasına yol açarak intrasellüler yapıların ekstraselüler alana dökülmesine engel olur. Ölü hücrelerin yıkımı ve uzaklaştırılması, komşu hücrelerin fagozitozu ile olur. Apoptosisdeki Morfolojik Değişiklikler: Elektron mikroskobunda apoptosis esnasında; -Kromatin kondansasyonu -Stoplazmik büzülme -Plazma membran kabarması Apoptosis erken safhasında ER, mitokondri, golgide gözlenebilir değişiklikler olmadığı gösterilmiş olmakla beraber son zamanlarda, mitokondri dış membranında şişme, mitokondrial membran aralıgında sitokrom c ve bir oksidoredüktaz ile ilişkili flavoprotein olan Apopitos İndükleyici Faktör salınımı olduğu bildirilmiştir. Apoptosis esnasındaki moleküler degişiklikler arasında ; -DNA ayrılması -İç ve dış plazma membran yaprakları arasında PS dağılımının randomizasyonu vardır. Bu değişiklikler; -DNA kırılmasında,nukleotitlerin terminal deoksinükleotidil transferaz yolu ile belirlenmesi, -PS in annexin ile boyanması , -Subdiploid DNA içeriği olan hücrenin, DNA ekleyen boyalar ile belirlenmesi ile gösterilebilir. Apoptosisdeki Major Oyuncular: 1-Kaspazlar 2-Kaspazların başlatıcı etkinliğini kontrol eden Adaptor Proteinler 3-TNF-R 4-Bcl-2 proteinleri KASPAZLAR: İnisiatör K. Efektör K. Cytokin Maturasyon Ced-3 C-3 C-1 C-13 C-2 C-6 C-4 C-14 C-9 C-7 C-5 C-10 C-11 C-8 C-12 Bir grup sistein proteaz enzimidir. Apoptosis için gereklidir. Kaynağına yada ölüm uyaranına bakılmaksızın apoptosise giden tüm hücrelerde sistein proteaz aktivitesi tespit edilir. Basulovirus protein P35, tüm kaspazların potent inhibitörüdür. Kaspazlar, apoptosisin son devresindeki hücresel substratların degradasyonundan sorumlu olduğu gibi apoptosisin başlatılmasında da kritik önemi vardır.Memelilerde en az 14 kaspaz vardır.Bunlar tetrapeptit motifleri tanır ve substratı, bir aspartat rezidüsünün karboksil tarafından ayırır. Kaspazlar, düşük intrensik etkinlik gösteren zimojenler olarak sentezlenir.Aktif enzim, 20kD luk subünite ilaveten 10kD luk subünit bulunan bir heterotetramerdir. Kaspaz 8 ve Kaspaz 9, baslatıcı kaspazlardır ve efektör kaspazların aktivasyonunu başlatır.Bazı kaspazlar ise self processingdir. Efektör kaspazlar;-DNA onarım enzimleri -Lamin -Gelsolin -MDM2(P53inhibitörü) -Protein Kinaz Cd , gibi yaşamsal proteinleri ayırmakta ve inaktive etmektedir.Kaspaz yollu proteoliz ile aktive olan enzimlerde vardır.Kaspaz yolu ile aktifleşen DNAase (CAD) normalde bir inhibitöre İCAD(DNA fragmantasyon faktör) a bağlanarak inaktive olmaktadır.Apoptosis esnasında İCAD kaspazlar tarafından ayrılmakta ve bu durum karekteristik internükleozomal DNA ayrılması oluşturur. Aktif endonükleazın salınmasına yol açar. - ADAPTÖR PROTEİNLER: Adaptor proteinler: Apaf-1 Ced-4 RAIDD FADD/MORT1 RIP FLIP1 -Hücre ölüm efektörleri, -Hücre ölüm regülatörleri, -Ölüm reseptörleri, -Bcl-2 gen ailesi , arasındaki bağlantıyı kurarlar. Kaspazlar, TNF-Rleri ve Adaptör Proteinler arasındaki bağlantılar, ölümsahası(DD), ölüm effektör sahası(DED) ve Kaspaz Toplama sahası(CARD) olarak bilinen alanlar arasındaki homotipik etkilesimler yolu ile sağlanmaktadır. DD içeren bir TNF-R üyesinin adaptör proteini çapraz bağlanmasından sonra TNF-R’nin DD ile adaptör proteinin DD i arasındaki homotipik etkileşimler, kaspaz agregasyonuna ve aktivasyonuna izin verir. Kaspaz toplanması ve birikimi adaptör proteinlerde bulunan başka bir alan olan DED yolu ile de olur. DEDler FADD ve Kaspas 8 de de vardır. Bu nedenle CD95in çapraz bağlanması prokaspaz 8, agregasyonu ve FADD yolu ile aktiflenmesi sonucunu doğurabilir. DR --FADD--Kaspas 8, sinyallenmesi , FLİP molekülleri ile bloke edilebilir. FLİP molekülleri prokaspaz 8 in toplanması ve aktiflenmesini önlemektedir. FLİP in, FLİPL ve FLİPS şekilleri vardır. FLİPL daha yaygındır ve prokaspaz 8 e çok benzer.FLİPS ise sadece iki DED içerir. Bütün kaspazlar TNF-R çapraz bağlanma yolu ile aktive olmadığı gibi bütün başlatıcı kaspazlar DED içermezler. Memeli prokaspaz 9 ve prokaspaz 2 ve C.elegans Ced-3 ü aynı zamanda kendi spesifik adaptörü olan Apaf-1 ve Ced-4 te bulunan CARD ler içerir. Kaspaz 8, CD95 yoluyla aktive olurken, Kaspaz 9 Apaf-1 ile aktive olur ve Bcl-2 proapopitotik üyeleri ile kontrol edilir. TNF-R AİLESİ: TNF-R1 CD95 DR3 CAR1 DR4 DR5 NGFRp75 TNF-R üyelerinin pleotropik etkisi vardır. Hücre tipine ve aldığı sinyallere göre proliferasyon ,canlı kalma, farklılaşma yada ölümü tetikleyebilir. Bu reseptörler, TNF ligant ailesine ait ligantlar tarafından aktive edilir. Bu bağlar memrana bağlanmış trimerler olarak sentezlenir, sinyalleme için çok miktarda çapraz bağlanma gerekir. TRAİL/APO-21(TNF ile ilgili apoptosis başlatıcı ligant), Apoptosisi transforme hücrelerde başlatır ve diğer ligantlara kıyasla dokularda daha yaygındır. TRAİL in 4 reseptörü tanımlanmıştır: DR4 , DR5 , DCR1 ,DCR2 . Fakat sadece DR4 ,DR5 apoptosisi başlatır. Diğerleri, intrasellüler ve transmemran bölgeleri yada DD bölgeleri içermediginden apoptosisi başlatamazlar. Bu reseptörler tuzak vazifesi görür. Akciğer ve kolon kanserinde Fasl (DCR3) ye karşı bir tuzak reseptörün çok fazla olduğu gösterilmiştir. Spesifik kaspaz inhibitörleri ve kaspaz eksikliği olan mice’ların fibroblastlarında yapılan deneylerde, kaspaz 8 in , DR4 , DR5 ve DR3 ile oluşan apoptosis için şart olduğunu göstermiştir. BcL-2 ÜYELERİ: Antiapoptotik Proapoptotik Bcl-2 Bax Bcl-xl Bod Boo Bcl-xs Bcl-w Bid A1 Bim Mcl-1 Blk Bak Antiapoptotik Bcl-2 üyeleri, a.a sıraları en az üç dört bölgede benzerlik gösterir. Bcl-2 ye benzerlik gösterirler. Proapoptotik Bcl-2 lerin hepsinde BH3 bölgesi vardır. Antiapoptotiklerde bu bölge yoktur. Bcl-2 proteinlerinin, transmembran bir C terminali vardır. Bu alan nükleer membran, mitekondri dış membranı, ER membrannın sitozolik tarafında yer alır. Bunlar etkileşim bölgeleridir. Bu bölgeler bazılarında sabit iken bazılarında degişebilir. Örneğin, Bax sitozolik bir proteindir, apoptosisde mitokondrial membrana redistribsiyonu olur. Antiapoptotik Bcl-2 üyeleri kaspaz aktivasyonunu önleyerek antiapoptotik etki gösterirler. Proapoptotik Bcl-2ler sinyalleri adaptör proteinlerde yoğunlaştırır, adaptör proteinler ölüm teşvik edici protein kompleksi Apoptosom un tam bileşimidir. Memelilerde,efektör kaspazlarin aktivasyonu iki farklı mekanizma ile olur; 1-Hücre içinde stresle ortaya çıkan sinyallerle başlar. -Timosit ve embriyonik fibroblastlarda, -DNA hasarında, -Steroid,Strausporin tedavisinde, -Büyüme faktörü yoksunluğunda, oluşan apoptosisler genelde böyledir. Burada Apaf-1 ve Kaspaz 9, Kaspaz 3, gereklidir. Bcl-2 antiapoptotik proteinleriyle bloke edilir. Bu ölümler ihmal ölümleri olarak bilinir. 2-Apoptotik sinyallerle, CD95 ve TNF-R yoluyla apoptosis. FADD ve Kaspaz 8 gereklidir. Bcl-2 apoptotik proteinlerle bloke edilemez. Özellikle lenfositlerdeki apoptosis bu yolla olur. Aynı hücrede TNF-R ve Bcl-2 tarafından kontrol edilen yolların aynı anda bulundugu gösterilmiştir ve muhtemelen aralarında bir bağlantı olduğu tespit edilmiştir. Hücre extraktları ile yapılan çalışmalar, Holocytochrom c, dATP, ATP nin Apaf-1 ile olan Kaspaz 9 aktivasyonunu ilerlettiğini göstrmiştir. Ek larak, Holocytochrom c nin, apoptos altındaki hücrelerde mitekondriden stoplazmaya göç ettiği gösterilmiştir. Apoptosis boyunca hücre ölümü bir çok dokuda, hücre diferansiasyonunun farklı aşamasında meydana gelebilir. Apoptosisdeki anormallikler hastalıkların oluşumunda rol alabilir. Antiapoptotik Bcl-2 ekspresyonu fazla olan miceların tümörogenezise eğilimli olduğu gösterilmiştir. Tek başına Bcl-2 daha az onkojendir fakat l-myc ve pim 1 ile sinerjik etki gösterir. Bcl-2 fazla ekspresyonu neoplastik transformasyonda hücrelerin yaşam süresini uzatmada rol alır ve onkojenik kazanılmış mutasyonları kolaylaştırır. Bcl-2 proapoptotik üyeleri tümör supressör gibi görev yapar. Kemoteropatikler ve radyasyon terapisi tm hücrelerinin apoptosisini teşvik eder. Çalışmalar Kaspaz 8 ve Kaspaz 1 dışındaki kaspazların ilaçla teşvik edilmiş apoptosis için esansiyel uyaranlar olduğunu göstermiştir. Kaspaz 8 i olmayan mice ların kemoterapiye ve radyoterapiye daha duyarlı olduğu Kaspaz 9 u olmayanların da yüksek derecede dirençli olduğu gösterilmiştir. Hücrelerin uygunsuz hayatta kalışları sadece tümörogenezis için geçerli değildir. Bağışıklık sistemi yanıtı hızlı hücre proliferasyonu ile karekterize edilir. Anormal şekilde uzatılmış aktive lenfosit yaşamı, etkin lenfokin üretimi ve bulundukları ortama korkunç zararları ile sonuçlanır. Transgenik mice’ların B lenfositlerinde Bcl-2 nin fazla ekspresyonu veya Bim in olmaması, uzamış humoral yanıt ve plazma hücrelerinin patolojik birikimine yol açar(SLE). Apoptosis viruslara ve intersellüler diğer patojenlere karşı savunma mekanizması olarak kullanılır. Bu patojenlerin bir çoğu yaşadıkları hücre ölümüne karşı engelleyici mekanizmalar geliştirmişlerdir. Örn:Adenovirus Protein E1B55 viral replikasyonu sağlarken, hücreninde apoptosisini aktive eder. Bu Apoptosis de iki Adenovirus proteini E1B55(P53homoloğu), E1B19 (Bcl homoloğu) ile bloke edilebilir. Bcl –2 homologlarına ilaveten virusler daha değişik inhibitörler kazanmıştır. Adenovirus---E3-14.7 Kaspaz 8 i inhibe eder. Compox V.---Crm-A Kaspaz 1 ve 8 inhibe eder. İL-1,İNFg,İNFb üretimini inhibe eder.CD95, TNF-R1 tarafından saglanan apoptosisi engeller. Pox V.---TNF-R homologlarını kodlar , TNF ve lenfotoksinlerin yaptığı olayları nötralize eder. Basulovirus ---P35 , bütün kaspazları inhibe eder. Herpes V.8---Bcl-2 homoloğu ORF-16 ve vFLİP ORF-71(prokaspaz 8 inhibisyonu). Bircok virus hem Bcl-2 hem de reseptör aracılı apoptosisi engelleyebilir.

http://www.biyologlar.com/apoptozis-ve-kaspazlar

Koaservat nedir? İlkin Koaservat Yapıları Nasıl Oluşmuştur? Yağların Canlılık Evrimi'ndeki Önemi...

Koaservatlar, "cansız" veya inorganik moleküllerden oluşan, ilk "canlı" (organik moleküllerden oluşan kompleks) özellikli moleküllerdir. Yani Dünya üzerinde var olan, olmuş ve olacak her canlının atası, ilkin hücreler olarak düşünebileceğimiz koaservatlardır. Bunlar, günümüz hücrelerinden çok daha ilkeldirler ve sadece bir zırh ile zırh içerisinde hapsolmuş moleküllerden ibarettirler. Ancak bu zırh belli oranda molekül transferine izin vermektedir; dolayısıyla ilkin bir madde alışverişine de izin vermektedir. Bunlara tekrar döneceğiz. İlkin koaservatların oluşabilmesi için 600 milyon yıllık bir süreç gerekmiştir. Bu süreç, Dünya'nın oluştuğu 4.5 milyar yıl öncesiyle, ilk canlılığın başladığı 3.9 milyar yıl öncesine kadar sürmüştür. Bu süreçte belki bugünkü canlıların atası olan koaservatlar haricinde pek çok canlılığa temel olma potansiyeli olan yapı gelişti; ancak bunların hemen hemen hepsi varlıklarını koruyamadılar ve yok oldular. Ancak bu sayısız denemeden bir grubu, bizim bugün "koaservat" dediklerimiz, yapılarını koruyabilecekleri kadar güçlü ve çevrelerine uygun durumdaydılar. İşte bunlar, Darwin'in deyimiyle "basit bir başlangıçtan, envai çeşitte canlılığa" doğru evrimleşecek ilk basamaktılar. Koaservatların, yani "ilkin hücrelerin" nasıl oluştuğunu anlayabilmek için günümüzde her bir canlıda mutlaka bulunan "hücre"lerin olmazsa olmaz özelliği olan “hücre zarından” bahsetmemiz gerekir. Çünkü bir "hücre", tanımı gereği bulunduğu ortamdan izole olan; ancak onunla alışveriş halinde bulunabilen, canlılık yapı birimidir. Yani izolasyon, burada anahtar kelimedir. Bu izolasyonu anlayabilmek için de “yağ moleküllerini” incelememiz gerekir: Yağlar (lipitler) canlılık için son derece önemli moleküllerdir. Isı sığalarının (bir cismin sıcaklığını 1 santigrat derece arttırmak için gereken ısı enerjisi miktarına denir) diğer moleküllere göre oldukça yüksek olması, yumuşak/darbe emici olmaları, enerji için kullanılabilmeleri, organları korumaları gibi özellikleri haricinde; moleküler anlamda çok önemli bi kimyasal yapıya sahiptirler: Yağ molekülleri, atomlarının diziliminden ötürü (ki aslında bu atomlar “yağ” molekülünü oluşturmak için bu şekilde dizilmezler; tıpkı "canlılık" tanmında olduğu gibi, bu atomları gören ve inceleyen insan türü doğadaki bu kimyasal yapıya “yağ molekülü” demiştir) “amfifilik” yapıdadır. Bu ne demektir? Teknik olarak “amfifilik kimyasallar”, kimyasal bileşimi dahilinde hem hidrofobik, hem de hidrofilik yapıda moleküllere sahip olan kimyasallardır. Peki bu iki yeni terim nedir? “Hidrofobik”, bir molekülün fiziksel ve kimyasal yapısından ötürü, sudan “nefret etmesi” demektir. Daha gerçekçi bir anlamıyla, H2O molekülleriyle arasındaki elektriksel etkileşim sonucu (elektron dizilimlerinden ötürü), su ve hidrofobik maddelerin birbirini fiziksel olarak "itmesi"dir. “Hidrofilik” moleküller ise, kimyasal yapılarından ve molekülün içerisindeki atomların elektron diziliminden ötürü, H2O molekülü ile etkileştiklerinde, suyu kendisine çeken, "su seven" maddelerdir. İşte amfifilik bileşikler, uzun yapıda kimyasallardır ve bunların bir ucunda "hidrofobik", bir ucunda ise "hidrofilik" moleküller yer alır. Gelin bunu bir görselle, daha net olarak anlayalım. Bir yağ molekülüne bakalım: Bu gördüğünüz bir lipit molekülüdür. Burada her ne kadar bu şekilde, “basit” halde çizilmiş olsa da, bir önceki yazımızda da değindiğimiz gibi orjinali aslında aşağıdaki gibi bir atomlar karmaşasıdır: Gördüğünüz gibi yağ dediğimiz yapı uç uca eklenmiş Karbon (C), Hidrojen (H), Oksijen (O) ve Nitrojen (N) atomlarından başka bir şey değildir. Ancak bu molekülün, hayatımızda olmazsa olmaz bir yeri vardır, birkaç önemli özelliğine yukarıda değinmiştik. Peki, yukarıda anlattığımız “amfifilik özellik”, ne işe yarar? Nasıl olur da bu özellik, lipitlere yani yağlara cansızlıktan canlılığın evrimi konusunda kelimenin tam anlamıyla “hayati” bir özellik katar? Bu sorunun cevabını, evinizde, lipit moleküllerini suyun içine atıp su içerisindeki oluşumları incelediğinizde kendi kendinize dahi verebilirsiniz. Bu “amfifilik yapı”, yağların “iki katmanlı” (bilayer) bir yapı oluşturmalarını sağlarlar. Bu, lipidleri önemli kılan ilk özelliktir. Bir diğer büyük önemleri ise, bu oluşturdukları ikili yapının, fiziksel olarak tüm varlıkların potansiyel enerjilerini minimuma indirme eğilimleri sebebiyle, küresel bir halde oluşmasıdır. İlk olarak bu iki tabakalı (bilayer) yapıyı bir görelim: Burada gördüğünüz yapı, sadece lipitlerden oluşmaktadır, yani yukarıda verdiğimiz yağ moleküllerinden. Burada maviler yağ moleküllerini, etrafta çizilmeyen ancak sizin arka planda hayal edebileceğiniz bütün kısımlar ise su moleküllerini, su ortamını temsil etmektedir. Kısaca görselde gördüğünüz lipit molekülleri ağı, suyun içerisinde bulunmaktadır. Göreceğiniz üzere sudan korkan ve uzak duran (hidrofobik) kısmı, su ile mümkün olduğunca temas etmeyecek şekilde, her zaman iç yüzeylere bakacak şekilde dururlar. Öte yandan suyu seven, yaklaşmak isteyen (hidrofilik) kısmı ise, suya mümkün olduğunca yakın olacak şekilde, her zaman dış yüzeylerde bulunurlar. İşte bu şekilde yağ molekülleri, bu şekilde yan yana dizilirler. Bu yapı, bir “iç kısım” ve bir “dış kısım” oluşturacak şekilde, “çift/iki katmanlı” yapıyı oluşturur. Eğer su içerisine attığınız yağ moleküllerini bir süre daha izlerseniz, göreceğiniz yapı şuna benzeyecektir: Bu önemli özellik daha önce de belirttiğimiz gibi tamamen moleküler düzeydeki fizik ile alakalıdır. Yukarıda verdiğimiz yapının küresel hale gelmesi de tamamen Evren'i kontrol eden fizik yasaları ile ilgilidir. Bir cisim, her zaman potansiyel enerjisini en aza düşürmeye çalışır; bu canlı-cansız tüm varlıklar için geçerlidir. Bu yüzden mümkün olduğunca yatay bir pozisyonda uyuruz. Bu yüzden, yerden yüksekte duran cisimler kütleçekim etkisiye yüzeye doğru çekilir ve potansiyel enerjilerini azaltırlar. İşte yine benzer şekilde, bu yüzden üzerinde belirli bir potansiyel taşıyan cisimler mümkünse kıvrılarak küre ya da küreye en yakın geometrik şekle gelirler. Bunun sebebi, potansiyel enerjinin en az küresel geometri üzerinde birikmesidir. İşte aynı sebeple bir yüzey üzerindeki su damlacıkları küresel bir şekil alırlar. Ancak onların küreselliklerini yüzey gerilimi gibi ikincil kuvvetler bozmaktadır. Yağ molekülleri, bir "yüzey"de değil, doğrudan suyun "içerisinde" oldukları için bu kuvvetlerden etkilenmezler. Peki bu özelliğin biyolojik anlamı nedir? Cevap oldukça basittir: Bir “zırh” olması. Koaservat denen ilk hücrelerin (hatta "hücremsiler"in atalarının) ilk olarak evrimleştikleri ortam, kaos halindeki okyanuslar ve bu okyanusların tabanında bulunan, göreceli olarak yüksek sıcaklığa sahip olan volkan bacaları ve etrafıdır. Dünya’nın oluşumundan sonra, milyonlarca yıl boyunca radyasyon, kaos, ısı, ışık, vb. etmenler had safhadadır ve adeta "Dünya'yı dövmektedirler". Bu sebeple, eğer “canlılık” oluşacaksa, bir şekilde “korunması” gerekmektedir. Bu korumanın ilk aşaması, okyanus ile sağlanmıştır. Canlılığın okyanus tabanlarında başlaması çok mantıklıdır, zira okyanus, atmosferin tehlikeli pek çok faktörünü devre dışı bırakmaktadır. Ancak bu da yeterli değildir; çünkü kaotik okyanus ortamında moleküllerin bir düzen içerisinde kalmaları gerekir. Daha doğrusu, eğer ki canlılığa sebep olacak dengeli yapılar oluşacaksa, her zaman bir zırh ile dış ortamdan kendilerini izole edebilen yapılar diğerlerine göre avantajlı olacaktır. Göreceğiniz gibi bir doğa yasası olan Evrim, bizim "cansız" olarak isimlendirdiğimiz moleküler düzeyden başlamaktadır (moleküler evrim) ve Darwin'in deyimiyle "basit bir başlangıçtan, sonsuz bir çeşitliliğe" doğru değişimi sağlamaktadır. Canlılığın Evrimi'ne dönecek olursak, işte bu izole edici koruma görevi, çift tabakalı (bilayer) yağ yapısına ve onun aldığı küresel şekle düşmektedir. Görsellerden görebileceğiniz ve evinizde de deneyebileceğiniz gibi bu moleküller oluşurken, içlerinde bir boşluk bırakırlar. Ayrıca oluşum sırasında, fiziksel etkileşimler veya rastlantılar sonucu etraftaki diğer atom ve molekülleri, bu boşluk içerisine hapsederler. Bu boşlukta da, elbette ki dış sıvı (bizim durumumuzda okyanus suyu) bir miktar da olsa bulunmaktadır ancak artık bu su belirli bir hacme hapsedildiğinden ve kaotik dış ortamdan arındırıldığından, bu sıvı artık kürenin “kendine ait sıvısı” olarak kabul edilebilir. İşte bu hapsolan bölgedeki atomlar ve moleküller, artık kaotik okyanus ortamı yerine, çok daha güvenli ve sakin bir ortam olan lipit küreciğinin içerisinde tepkimeye girmektedirler. Sınırlı bir alanda tepkimeye girebilecek moleküllerin birbirlerini bulma şansları milyonlarca kat artmaktadır; bu da tepkimelerin hızlarını arttırmaktadır. Bu küreler içerisinde yeni moleküller oluşmakta (atomların ve diğer moleküllerin kimyasal tepkimeleri sonucu) ve bu moleküller, belirli fiziksel ve kimyasal yapılarından dolayı, belirli sonuçlar doğurmaktadırlar. Bu sonuçlar, bizim bugün dönüp incelediğimizde "moleküllerin görevi" olarak düşündüğümüz sonuçlardır. Örneğin "solunum" dediğimiz olay sırasında Oksijen molekülleri şekerler ile tepkimeye girdikleri için biz Oksijen'in "görevinin" bu olduğunu düşünürüz. Halbuki Oksijen'in herhangi bir "görevi" yoktur. Oksijen, kimyasal yapısından dolayı gerekli şartlar sağlandığı müddetçe belli başlı moleküller ile tepkimeye girmek zorundadır. Bu, Fizik ve Kimya yasaları ile dikte edilir. Yani canlılığın evriminde bazı moleküller yağ molekülleri içerisine hapsedilmiş ve fiziksel/kimyasal özelliklerinden ötürü belli başlı tepkimeleri sürdürmüşlerdir. Zaten günümüzde, canlılık birimi olan hücrelerin içerisinde olan da bu tepkimelerden farklı bir şey değildir. Tek fark, milyarlarca yıldır süren seçilim sonucunda günümüz hücrelerinde çok daha karmaşık tepkimelerin gerçekleşebiliyor olmasıdır. Ancak başlangıçta, sadece çok basit tepkimeler, bu yağ zırhları içerisinde gerçekleşmekteydi. Aşağıda, laboratuvar ortamında üretilen koaservatların yapısını mikroskop altında görmekteyiz: Burada gördüğümüz, lipit küresi (mikroskopta 3 boyutlu cisimler, 2 boyutlu gözükür, bu sebeple "çember" gibi gözükmektedir) içerisinde birikmiş moleküller ve atomlardır. Günümüzdeki hücrelere ne kadar da benziyorlar, değil mi? Şimdi bir de modern (günümüzde var olan) bir hayvan hücresine bakalım: Farklı ölçeklerde çekilmiş bu iki mikroskobik fotoğraf, evrimin çok güzel bir örneğidir aslında. Gördüğünüz gibi üstteki basit yapıdaki koaservat, kendisinden yaklaşık 2 milyar yıl sonra gelen, günümüzdeki modern hayvanlarda -ve tabii ki dolayısıyla bizde de- bulunan hücrelerin temellerini atmıştır (bilgi: bizler de dahil olmak üzere Hayvanlar Alemi'nde bulunan tüm ökaryotik hücrelerin atası, Dünya’nın oluşumundan 2.6, koaservatların oluşumundan 2 milyar yıl sonra evrimleşmiştir). Hala günümüzdeki hücrelerde, yukarıdaki koaservatların yapısını görmekteyiz. Günümüzde Miller-Urey Deneyi (ve sonrasında yapılan 460'ın üzerinde tekrar deneyi) sayesinde biliyoruz ki, cansızlık denen varlık formundan, canlılık denen varlık formuna geçmek için tek gereken, doğru şartlarda pek çok deneme-yanılma ve uzun bir zamandır. Bu doğru şartlar da, fiziksel ve kimyasal yapılar tarafından, doğa koşulları ile sağlanır. Bunların günümüzde deneylerle gözlenmesi sonucu, artık biliyoruz ki, Abiyogenez Kuramı, bilimsel gerçekleri ortaya koymaktadır. Bahsettiğimiz Miller-Urey Deneyi (ve sonrasındaki tüm deneyler) sonucu, ilkin Dünya şartlarındaki oranlarda koyulan karbon, hidrojen, azot, vb. moleküllerden, Dünya’nın ilk şartlarındaki gibi şimşekler, radyasyon, vb. (ki ısı reaksiyonları hızlandırır) ortamda bugün “canlı” olarak nitelendirdiğimiz varlıkların yapısındaki moleküller evrimleşebilmektedir. Bunlara daha sonraki yazılarımızda tekrar geleceğiz. Buraya kadar okyanus tabanlarında hücrelerin atası olacak koaservatların nasıl "basit bir başlangıçtan" yola çıktığını net bir şekilde ortaya koyduk. Bundan sonraki yazılarımızda, bu lipit tabakası içerisinde ne gibi bir gelişim olduğunu ve bu gelişim sonucunda günümüzdeki hücrelerin nasıl evrimleştiğini adım adım takip edeceğiz. Umarız faydalı olabilmiştir. Saygılarımızla. ÇMB (Evrim Ağacı) www.evrimagaci.org

http://www.biyologlar.com/koaservat-nedir-ilkin-koaservat-yapilari-nasil-olusmustur-yaglarin-canlilik-evrimindeki-onemi-

İlk DNA nasıl oluştu? - Retrovirüsler, "Önce-RNA Hipotezi" ve "RNA Dünyası Kuramı"

İlk DNA nasıl oluştu? Ayrıca sayfamız üyelerinden Sayın Sabit Yurd şöyle bir ricada bulundu: RNA dan DNA sentezini biraz daha açabilir misiniz? Evrim Ağacı olarak kendisine şöyle bir cevap vermek istiyoruz ve rica üzerine yazımıza RNA'dan DNA sentezini de katıyoruz; ayrıca bu cevabımızı, Canlılığın Evrimi yazı dizimizin 6. yazısı olarak ekliyoruz: Sayın Hasret RaTz Güneş, İlk önce bu güzel ve temel sorunuz için size teşekkür ediyoruz ve bu cevabı anlayabilmeniz için öncelikle notlarımız arasında bulunan "Canlılığın Evrimi" başlıklı, 5 yazıdan oluşan yazı dizimizi okumanızı tavsiye ediyoruz. Çünkü temel bilgiler orada serpiştirilmiş durumda bulunmakta. Burada ise daha spesifik bir cevap arayacağız; doğrudan DNA ile ilgili olarak... Bu konu, uzun süre bilim insanlarının aklını meşgul etmiş ve pek çok hipotezin ortaya atılmasına, onlarca deneyin düzenlenmesine, konu hakkında pek çok tez yazılmasına sebep olmuştur. Günümüzde ise bir hipotez, hepsinden ileri bir yerde bulunmaktadır: "Önce-RNA Hipotezi" Bu ne demektir, ona bir bakalım: Bir grup bilim adamı, DNA olmaksızın RNA'nın sentezlenemeyeceğini, dolayısıyla proteinlerin üretilemeyeceğini, dolayısıyla canlının varlığını sürdüremeyeceğini ileri sürmüştür. Bu, bilim dünyasının Biyoloji'nin Merkezi Dogması olarak isimlendirdiği "kural"dır. Bu kurala göre DNA, RNA'yı sentezler; RNA da proteinleri sentezler. Hiçbir zaman proteinlerden RNA, RNA'dan da DNA üretilemez. Dolayısıyla canlılığın başlangıcında ilk önce oluşması gereken, DNA'dır. Buna, "Önce-DNA Hipotezi" denmiş ve uzunca bir süre DNA'nın nasıl oluşabileceği üzerine araştırmalar yürütülmüştür. Ancak daha sonra, retrovirüs dediğimiz ve ana genetik materyali canlılar gibi DNA değil de RNA olan virüslerin yapısı anlaşıldığında, "Önce-DNA Hipotezi" çok derin yaralar alarak akılda soru işaretleri bırakmıştır. Sonrasında gelen yeni bulgularla da bu hipotezden uzaklaşılmaya başlanmıştır. Önce-DNA Hipotezi'ne göre, DNA tam olarak açıklanamayan ancak temel kimyasal tepkimeler dahilinde, doğal fiziksel itki-tepki kuvvetlerine göre, bu şekilde sarmal bir halde üretilmiş ve sonrasında, yine yapısı gereği RNA sentezleyerek işlevini sürdürmüştür. Ancak bu hipotezin, pek çok açığı bulunmaktadır. Bunların en önemlisi de, DNA'nın bir katalizör yani kimyasal tepkimelerin aktivasyon enerjisinin düşürücü etkiye sahip kimyasal özelliği bulunmamaktadır. Bu da, bu kadar kompleks moleküllerin oluşabilme ihtimalini çok düşürmektedir. Çünkü, katalizör olan bir ortamda birkaç saniyede gerçekleşecek bir tepkime, katalizör olmadığında günler, haftalar, yıllar ve hatta yüzlerce yıl alabilmektedir. Önce-DNA Hipotezi savunucuları, ilk canlının oluştuğu ortam koşullarını katalize edici bir faktör olarak ileri sürseler ve bu şekilde bu karşı-tezi çürütmeye çalışsalar da, yaptıkları açıklamalar bilimsel açıdan pek de tatmin edici değildir. Ancak sonradan yapılan yeni bir keşif, zaten neredeyse tüm soru işaretlerini ortadan kaldırmaya yetmiştir: Ribozim (ribozyme) isimli bir RNA parçası ve aynı zamanda da enzim keşfedilmiştir. Ribozim, "ribonükleik asit enzimi"nin kısaltılmışıdır. Ribozim, aslında temel olarak bir RNA molekülüdür. Bu molekülün üçüncül (tetriary) yapısı (daha fazla bilgi için proteinlerin yapısal özelliklerine bakmanızı tavsiye ederiz) sayesinde, kalıtım materyali haricinde, aynı zamanda bir enzim olarak çalışmakta ve kimyasal tepkimelerin aktivasyon enerjisini düşürebilmektedir. Ribozim kimyasal yapısından ötürü, ortamda kendisini oluşturacak ve yazı dizimizin önceki yazılarında bahsettiğimiz temel Hayat Molekülleri'nden olan nükleotitler bulunduğu sürece, kendi kendisini üretme tepkimesini tetikleyecek bir yapıdadır. Buna, bilim dünyasında oto-katalizör denmektedir. Dolayısıyla canlılığın başlangıcında, aktivasyon enerjisi düşürülmemiş; ancak çevre etkisi altında normalden daha kolay gerçekleşebilen bir kimyasal tepkime sonucunda, tek bir ribozim bile üretilirse, sonrasında bu ribozimin kendisinin üretimini sağlayan tepkimeyi hızlandıran özelliği sayesinde sınırsız sayıda ribozimin oluşması sadece dakikalar alacaktır. Dolayısıyla Önce-RNA Hipotezi dahilinde, ilk oluşan molekül bir ribozimdir, bu enzim doğal süreçlerle milyonlarca yıllık bir deneme-yanılma ve seçilim süreci sonucunda oluşmuştur, sonrasında kendisini üreterek hızla çoğalmıştır. Koaservatlarda genetik materyal rolünü görmeye başlamış, böylece koaservat içerisindeki kimyasal bütün tepkimeleri koordine edecek olan molekül oluşmaya başlamıştır. Sonrasında bu enzim-RNA yapısı, RNA'nın oluşumunu tetiklemiştir ve buradan da geri-transkripsiyon denen ve "merkezi dogma"nın hatalı olduğunu gösteren tepkime sayesinde RNA'dan DNA üretilebilmiştir. Biyoloji'deki "central dogma" (merkezi dogma) denen yapıyı özetleyecek olursak: 1) DNA, kendisini ve RNA'yı üretebilen moleküldür. 2) RNA, DNA'yı üretemez ancak proteinleri sentezleyebilir. 3) Proteinler, ne RNA'yı ne de DNA'yı sentezleyebilir. Sadece sentezlenirler. Daha önce de bahsettiğimiz gibi retrovirüslerin keşfi, bu dogmanın ikinci maddesinin ihlal edilebildiğini göstermiştir. Retrovirüsler, yapılarında var olan RNA'yı kullanarak DNA sentezlerler. Bunu yapan enzimse reverse transcriptase denen bir enzimdir. Biraz karmaşık olan ve temel Biyoloji bilgisi gerektiren bu olayı kabaca özetlemekte fayda görüyoruz. Bunu anlamak için, günümüzde bu işlemi halen gerçekleştirebilen varlıklar olan ve canlı sayılmayan retrovirüsler (4. sınıf virüsler) ve onlardaki RNA'dan DNA sentezini inceleyebiliriz: 1) Özel bir tRNA, RNA üzerinden çiftlenmenin başlaması için gereken öncül molekül olarak RNA'nın "birincil bağlanma bölgesi" denen kısmına bağlanır. 2) Sentezlenecek olan tamamlayıcı şeridin ilk parçaları, bu öncül molekülün bağlandığı birincil bağlanma bölgesinin hemen yanında bulunan R ve U5 denen bölgeye bağlanır ve bunların ikizleri, öncül molekülün peşinde üretilir. 3) RNAz H denen bir enzim, DNA'yı üretecek olan RNA'nın bu R ve U5 bölgelerini parçalar. 4) Bu işlem sonrasında, öncül molekül RNA'nın öteki ucuna geçer ve peşinden kopyalanmış R ve U5 parçalarını da sürükler. Bu parçalardan R isimli kısım, RNA'nın diğer ucundaki R ile bağ kurar. 5) Bu işlemden sonra RNA hızla kopyalanır ve tek bir şerit olan RNA'dan, ikincil ve kendisinin ikizi bir şerit elde edilir. Bu, aynı zaman "eş DNA"nın (üretilecek olan DNA) ilk şeridi olur. Bu sırada RNAz H enzimi, ana RNA'nın büyük bir kısmını parçalar. 6) İlk şerit üretildikten sonra, otomatik olarak virüs içerisindeki RNA, ikinci şeridin oluşumunu tetikler. 7) İlk baştakine benzer bir sıçrama sonucunda, RNAz tarafından parçalanan RNA'nın yerine, ilk şeridi tamamlayan ikinci şerit üretilir. Böylece tek şeritli RNA'dan, çift sarmal olan DNA üretimi tamamlanır. Bu olay, ilk bakışta karışık ve "moleküllerin kendi kendine yapamayacakları kadar karmaşık bir iş" gibi gözükse de, sorun "canlılık" kavramındaki hatalı tanımımızdan kaynaklanmaktadır. Şu nokta anlaşılırsa, sorun ortadan kalkar: "Canlı", bu yukarıda saydığımız gibi veya daha da karmaşık moleküler tepkimeleri gerçekleştirebilen varlıklar değillerdir. Tam tersine, bu yukarıda saydığımız gibi veya daha karmaşık moleküler tepkimelerin gerçekleştiği atomlar ve moleküller bütününe biz dönüp baktığımızda "canlı" diyoruz. Buradaki ufak farkı yakalayabildiğinizde, aklınızdaki pek çok sorun ortadan kalkacaktır. Daha ayrıntılı bilgi için, "canlılık" ve "cansızlık" kavramıyla ilgili bundan önceki yazılarımıza bakılabilir. Ancak sonuç olarak, RNA, bu yöntemlerle ve muhtemelen başlangıçta daha basit ve karmaşık olmayan; ancak daha çok hataya meyilli olan yöntemlerle DNA'yı üretebilmektedir. İşte bu da bizi RNA Dünyası Kuramı'na götürür. Bu kurama göre, daha önce bahsedildiği gibi, sadece 1 adet ribozim enzimi kimyasal ve fiziksel tepkimeler dahilinde doğal şartlar altında var olmuştur ve Doğal Seçilim sayesinde, bu yapı kendisinin üretimini sağladığı için seçilmiş ve varlığını sürdürmüştür. Bu sayede, kısa sürede Dünya'ya RNA molekülleri hakim olmaya başlamıştır. Hele ki yağ moleküllerinin su içerisinde self-organization denen bir diğer bilimsel kuram dahilinde, daha önce açıkladığımız basamaklardan geçerek bir zırh oluşturmaları ve RNA'ların bu zırh içerisine hapsolması, onları daha da avantajlı hale getirmiştir. İşte koaservat dediğimiz ilk "canlı" yapıların genetik materyal kazanmaları da bu şekilde gerçekleşmiştir. Ribozim ve bunun sayesinde üretilen RNA molekülüne sahip olan koaservatlar, genetik materyalin düzenleyici rolünden ötürü çok daha avantajlı konuma geçmişlerdir ve herhangi bir genetik materyale sahip olmayanlara karşı üstünlük sağlamışlardır. Genetik materyal, bir hücre (ya da daha basit olarak koaservat) içerisindeki bütün tepkimelerin bilgisini depolayan yapıdır. Dolayısıyla genetik materyalin kazanılması, hücre içerisinde düzenli olarak gerçekleşecek tepkimelerin başlamasından daha önce olmuş olmalıdır. Daha sonra, genetik materyale vee bu sebeple de düzenli bir şekilde yaşamlarını sürdürüp çoğalmayı başarabilen bu koaservatlar gittikçe gelişerek tek hücreli canlıları meydana getirmişler ve bunların 3.8 milyar yıllık evrimleri sonucu da günümüzdeki modern canlılar meydana gelmiştir. Önce-RNA Hipotezi, pek çok açıdan desteklenmektedir. Örneğin, canlılık Dünya'da, Dünya'nın var olmaya ve soğumaya başladığı 4.5 milyar yıl öncesinden yaklaşık 600-700 milyon yıl önce (bundan 3.8 milyar yıl kadar önce) var olmaya başlamıştır. Bu 600-700 milyon yıllık uzun süreçte, Dünya üzerinde sonsuz sayıda kimyasal tepkime gerçekleşmiştir. Miller-Urey Deneyleri ile ispatlandığı ve 462 farklı üniversitede de günümüzde sınandığı, geliştirildiği ve başarılı bulunduğu üzere, o günlerin şartlarında oluşan sayısız organik molekül, birbirleriyle birleşmiş, ayrılmış, tekrar birleşmiş ve sınırsız sayıda deneme-yanılma yapılmıştır. Sonunda daha kararlı yapıda olan bileşimler varlıklarını korumuşlardır ve cansızlıktan canlılığın oluşumu bu şekilde, minik adımlarlra, 600-700 milyon yılda gerçekleşmiştir. Bu süre, bir ribozimin var olabilmesi için fazlasıyla yeterli bir süredir. Zaten bir tanesi var olduktan sonra, sınırsız sayıda ribozyim ve dolayısıyla RNA molekülünün olması işten bile değildir. RNA var olduktan sonra, gerek diğer moleküllerle tepkimeler, gerekse de yine deneme-yanılma ve buna bağlı seçilim sonucu DNA molekülü oluşabilmiştir. Zaten RNA var olduktan sonra, DNA'nın var olması için sadece aralarında kimyasal çekim olan (Adenozin ile Timin'lerin ve Guaninler ile Citozin'lerin karşılıklı geldiği) RNA dizilimleri birleşmesi yeterli olmuştur. İşte bu, genetik kalıtımın ve dolayısıyla Evrim'in gerçek anlamda başladığı noktadır. Ancak daha önceki yazılarımızda da görüldüğü gibi Evrim Mekanizmaları'ndan ve doğa yasalarından biri olan Doğal Seçilim, bundan öncesinde de moleküler düzeyde etkilidir. Umarız açıklayıcı olabilmiştir. Saygılarımızla. ÇMB (Evrim Ağacı) www.evrimagaci.org

http://www.biyologlar.com/ilk-dna-nasil-olustu-retrovirusler-once-rna-hipotezi-ve-rna-dunyasi-kurami

Bakterilerin sınıflandırılması

Bakterilerin sınıflandırılması türler arasında bulunan akrabalık ilişkilerine göre yapılan ökaryot sınıflandırılmasına pek benzemez. Bakteriler için tür kavramı genetik bir gerçeklikten çok kavramsal bir anlayıştan kaynaklanır. Bugün bilinen binlerce türün sınıflandırılması herşeyden önce benzerliklere dayanır. Bu bakteri sistematiği kurmak için kullanılan ölçütler sitofizyozlajik özelliklerin tümüne dayalı bir hiyerarşiden kaynaklanır. Üç türlü sınıflandırma sistemi vardır: D.H. Bergey tarafından yapılan “Amerikan” sistematiği N.A.Krassilnikov tarafından önerilen “Rus” sistematiği ve A.R.Pretev tarafından 1933’te ortaya atılan “Fransız” sistematiği Bu üç sistemde her tür mesela hayvanların ve bitkiler uluslar arası iki sözcüklü bir isimle adlandırılır. Buradaki ilk terin türün ait olduğu cinsi ikinci terim ise türü belirtir: Escherichiacoli Fransiz A.R.Pretov tarafından önerilen sistematik dört şube öngörür. Özbakteriler (Eubacteria) Bunlar basit farklılaşmış değişik şekiller gösteren bakterilerdir. Küresel silindirik veya sülfür içeren inklüzyon granüllerinden yoksundurlar. Bu şube iki sınıfa ayrılır: Üçer takımdan oluşan sporlanmasızlar ve gene üç takımdan oluşan sporlananlar. Mikro Bakteriler (Myro bacterial) Çomak şeklindedir; bazıları dallanmış ve yabancı miselyumlu olabilir. Bunlar üç sınıfa ayrılır. Actinomycetales sınıfındakiler bazen ilkel bir yabancı miselyum taşır ve genellikle hareketsizdir. İki takım halinde incelenir. Actina bacteriales ve mycobacteriales. Yaşam çevrime boyuncaa üç evre (büyüme uyumaüreme) geçiren Myxobacteriales sınıfındakiler de üç takıma ayrılır. Myxococales angia bacteriales ve osperangiates. Üçüncü sınıf olan Az-oto bacteriales karmaşık bir yaşam çevrimi gösterir. Algo bakteriler (Algo bacteria)= Bunlar suda yaşayan mavi su yosunlarına yakın bakterilerdirler. Kamçıları yardımıyla veya kayarak hareket eder. Çoğu kendi beslektir. Fotosentez yapar ve çoğu aneerabi olarak yaşayabilir. Bu şube iki sınıfa ayrılır: Demiroksitten bir kılıfta kapla olan iki takımdan (Chiomydobacteriales ve caulo bacteriales) oluşan siderobacteriales ile kükürt ve ışığa ihtiyaç duyan ve bitkisel karakterli hücrelerden oluşan Thiobacteriales. Bu sınıfta üç takıma ayrılır. ; Chodobacteriales (kırmızı hücreler). Chlorobacteriales(fotosentez) yapan sülfo bakteriler) ve beggiatoales (renksiz sülfo bakteriler) Protozoo bakteriler (Protozoobacteria)= Bu spiral şekilli bakteriler helisel(sarmal) sürünmeye veya burgu gibi dönmeyle hareket ederler. Bu şubedekilerin hepsi bir arada toplanır: Spirochetales. Bunların hücresel yapısı eksen iplikçiyleriyle kuşatılmıştır. Dönme ve bükülme hareketlerine elverişlidir. Hepsi kendibeslektir ve bazıları insanlar ve hayvanlar için asalak veya patojendir (hastalık yapıcı) GENETİK ASALAKLAR Amerikalı biyolog Barbara MoClintack 1940’lı yıllarda mısırda tanelerin yer yer rensizleşmesine yol açan mutasyonların meydana geldiğini saptamıştı. Bu mutasyonların mekanizması ancak 1960’lı yıllarda anlaşıldı. Kromozomlar üzerinde yer değiştirilebilen “sıçrayan genler”’in söz konusu mutasyona yol açtığı belirlendi ve bu genlere transpazon adı verildi. Transpozanlar mısır tanesinin rengini belirleyen bir genin içine girdiğinde o geni etkisiz hale getirmekte kramozomun bir başka bölgesine sıçradığında ise gen tekrar eski etkisine kavuşmaktadır. Bakterilerde iki çeşit transpozan bulunur. Bunların en basitleri takılma transpozonlarıdır; bunların kısa nükleotit zincirinde yalnız bir transpozaz enzimini kaldırmaya yarayan genetik bilgi bulunur birde zincirin iki ucunda tekrarlanan birer dizilim vardır. En karmaşık transpozanlarsa yaklaşık 5000 nükleotitten oluşur ve üzerinde bir çok transpozaz enzimini kodlamaya yarayan baz dizilimlerinden başka bir de bakterilerinin antibiyotiğe dirençli olmasını sağlayan gen dizilimleri bulunur. Bakteri tarnspozanları çoğu zaman plazmatitlerin üzerinde yer alır. Plazlerle birlikte çoğalarak bakterileri antibiyotiklere karşı dirençli hale getirir ve plazmitlerle birlikte başka bakterilere aktarıldığında o bakterilere de aynı özelliği kazandırır. PLAZMİTLER Bakterilerde değirmi biçimde bir tek kramozom bulunur. Ama bazen bu kromozoma ek olarak 1 ila 50 kadar çember biçiminde küçük DNA molekülünede rastlanır. Bunlar plazmitlerdir. Plazmitler bakteri kromozomundan mağımsız olarak eşlenebilir ve bir veya birden çok gen içerir. Bu genlerden bazılarına “F faktörleri” denir. F faktörleri iki bakterinin bir araya gelecek genetik varlıklarının bir bölümünü değiş tokuş etmesini sağlar. Bakteri kavuşması denen bul olgu eşeyli üremeye benzetilebilir. Diğer genlerse tekrarlanan baz dizilimleriyle sonlanan transpozonlar transpozaz dizilimleri ve direnç genleridir. Gerektiğinde mesela antibiyotik tedavisi gören bir hastanın hücrelerindeki bakteri plazmitleri bakteri kromozomundan bağımsız olarak çoğalır ve F faktörlerinin uyarısıyla bir araya gelen bakterilerden birinden diğerine aktarılarak yayılır. Böylelikle plazmitler bakteri kolonilerinin antibiyotikten zarar görmesini engeller. Bu nedenle mesela belsoğukluğuna yol açan gonokok gibi birçok patojen (hastalık yapıcı) bakteri türü antibiyotiğe karşı dirençli hale geldiğinden bazı cinsel yolla bulaşan hastalıkların tedavisi güçleşebilir. Ama bazı plazmitler bakteri için yararlı gen taşımaz. Bu plazmitlerin bakteride asalak bir yaşam sürer. Bakteri onlardan bir yarar sağlamadığı gibi onlar olmaksızın da çoğalabilir. Böyle olmakla birlikte plazmitler genetik mühendislerinin vazgeçilmez araçlarındandır onlara dışarıdan yabancı genler eklenerek klonlaştırma çalışmaları yapılabilir.

http://www.biyologlar.com/bakterilerin-siniflandirilmasi

Bakteri ve Virus Hucresi Yapisi

Bakteri ve Virüslerde Kalıtım Moleküler genetikte bakteri ve virüslerin kullanılması ile önemli sonuçlar elde edildi. Molekülerbiyolojik bilgilerin çoğu bağırsak bakterisi Escherichia coli ve onun virüslerinden kazanıldı. E. coli küçük bir ortamda rahatça kultive edilebilir. Döl üretme potansiyeli yüksek olup, anlaşılır ve derli toplu bir genoma sahip olduğu için genetik obje olarak çok uygundur. Tek bir E. coli hücresi 10 saatte 1 milyardan daha fazla döl üretebilir. Besi ağarında gelişen yaklaşık 4 mm büyüklükteki bir koloni yaklaşık 10 milyar bakteri içerir. Bir E. coli hücresinin tek bir kromozomu olup, onun da yaklaşık 2000 ya­pısal geni bulunur. Bakteri Hücresi Yapısı Bakteriler ışık mikroskobunda büyük büyütmede küre, çubuk veya helezon şek­lindeki yapılar olarak tanınır. E. coli her iki ucu yuvarlak, 2 fim uzunluğunda ve 0,5 um çapında bir çubukcuktur. E. coli preparatlarınm elektron mikroskobu altında incelenmesi ile bunların yüksek hücrelerin sahip olduğu tipik organelleri taşımadığı anlaşılır. Örneğin bunlarda ne gerçek bir hücre çekirdeği ne “mitokondri” ve “endo-plazmik retikulum” veya “diktiyozom” bulunur. Bakterilerin hücre tipi PROSİT olarak da adlandırılır. Yüksek organizmalardaki hücre tipine EUSIT denir. Prositlerin tek bir kromozomu vardır. Bu kromozom yüksek organizasyonlu canlıların kromozomlarındaki HİSTON proteini taşımaz. Prositler buna ilaveten ekstrakromozal DNA halkası da taşır ve buna PLAZMID adı verilir. Bakteri kromozomu daha çok halka şeklinde tek bir DNA molekülüne sahiptir. Bakterilerde gerçek bir hücre çekirdeği yoktur. Bunlara PROKARYONT da denir. Hayvan, bitki ve mantarlar ÖKARYONT olup çekirdeklerinin bir membranı vardır Bakteri hücresi çeperinde MUREIN denen ve sadece bakterilerde rastlanan şeker ve aminoasitten oluşan bileşik, dev bir ağsı molekülün meydana getirdiği madde bulunur.

http://www.biyologlar.com/bakteri-ve-virus-hucresi-yapisi

Yağların Canlılardaki Önemi ve İlk Koaservat Yapılarının Oluşumu

Dünya üzerinde yaşamış, yaşayan ve bildiğimiz kadarıyla yaşayacak olan her canlının atası olan koaservatlar (ilk hücre öncesi formları) ve bunların oluşumlarını inceleyeceğiz. Önceki yazılarımızda da açıkladığımız gibi "canlı" dediğimiz varlık formunun oluşabilmesi, bazı biyokimyasal tepkimelerin gerçekleştirilebilmesine ve sürerliliğine bağlıdır. İşte bu yazımızda bu sürerliliğin adım adım nasıl kazanıldığını görecek ve dıştan baktığımızda "cansız" dediğimiz bir varlık formunun nasıl olup da, ne biçimlerden geçerek, hangi noktada "canlı" olduğunu göreceğiz. Bu büyüleyici yolculukta aynı zamanda birçok yan bilgi vererek sizlerin canlılığa bakış açısını daha bilimsel bir temele oturtmaya çalışacağız Yine bir önceki yazımızdan da hatırlayacaksınız ki canlıları cansızlardan ayıran tek özellik, Dünya üzerindeki ilk maddesel başlangıçtan sonra, yeryüzündeki maddelerin (ve hepsine "cansız" dediğimiz maddelerin) farklı yönlere doğru geçirdikleri kimyasal evrim'dir. Yani Dünya üzerinde var olan maddelerin bir kısmı, bulundukları çevrenin zorunlu kıldığı bir kimyasal evrim sürecinden geçmiş ve çok çeşitli, sayısız maddenin oluşumunu sağlamışlardır. Başlangıçtaki maddelerin bir diğer kısmı ise yine bulundukları çevrenin onlara dikte ettiği şekilde, belli bir yönde toplanarak, sayısız deneme-yanılma ve seçilimden geçmiş ve sonunda bizim "canlılık" olarak isimlendirdiğimiz madde formuna ulaşmışlardır. Bu varlık formula ilgili bilmemiz gereken en önemli nokta, daha önce de bahsettiğimiz gibi esasında yapıtaşları bakımından tamamen "cansız" olmaları; ancak organizasyonları ve bu organizasyon dahilinde sahip oldukları aktivitelerden ötürü bizim "canlı" olarak kategorize ediyor olmamızdır. Bu noktada aslında onların organizasyonlarının ve aktivitelerinin de tamamen cansız moleküller tarafından yürütüldüğünü unutmayın. Kısaca "canlılık" bir skala gibidir. Aslında her şey cansızdır; ancak bir noktadan sonra, organizasyon ve aktivite özelliklerine sahip olabilen cansız varlıklara biz "canlı" demekteyiz. Bunun da tek amacı doğada gördüğümüz farklı varlık tiplerini kategorize edebilmektir. Bu madde formları; ya da ilkin canlılar, 4 milyarlık bir değişim süreci sonrasında doğayı ileri düzeyde algılayabilecek bir hayvan türü olan insanı evrimleştirebilmiştir. Bu hayvan, etrafındaki varlıkları incelemiş ve az önce değindiğimiz kriterlere göre kimini "canlı", kimini "cansız" olarak isimlendirmiştir. Yani buradan da görebileceğiniz gibi aslında doğada canlı ya da cansız diye bir ayrım bulunmamaktadır; sadece farklı yönlere doğru gelişmiş atomlar ve moleküller bütünleri ya da yığınları bulunmaktadır. Şimdi hep birlikte, Evren'de, çoğunlukla yıldızlarda üretilen elementlerin Dünya gibi bir gezegende yoğunlaşmasından sonra bizim "canlılık" olarak isimlendirdiğimiz varlık formuna doğru geçirdikleri moleküler (kimyasal) evrim'i adım adım izleyelim: 4.57 Milyar Yıl Öncesine Bir Yolculuk... Koaservatlar, "cansız" veya inorganik moleküllerden oluşan, ilk "canlı" (organik moleküllerden oluşan kompleks) özellikli moleküllerdir. Yani Dünya üzerinde var olan, olmuş ve olacak her canlının atası, ilkin hücreler olarak düşünebileceğimiz koaservatlardır. Bunlar, günümüz hücrelerinden çok daha ilkeldirler ve sadece bir zırh ile zırh içerisinde hapsolmuş moleküllerden ibarettirler. Ancak bu zırh belli oranda molekül transferine izin vermektedir; dolayısıyla ilkin bir madde alışverişine de izin vermektedir. Bunların oluşumundan önce dünyanın ilk yıllarını inceleyelim. İlkin koaservatların oluşabilmesi için 700 milyon yıllık bir süreç gerekmiştir. Bu süreç, Dünya'nın oluştuğu 4.57 milyar yıl öncesiyle, ilk canlılığın başladığı 3.8 milyar yıl öncesine kadar sürmüştür. Bu süreçte belki bugünkü canlıların atası olan koaservatlar haricinde pek çok canlılığa temel olma potansiyeli olan yapı gelişti; ancak bunların hemen hemen hepsi varlıklarını koruyamadılar ve yok oldular. Ancak bu sayısız denemeden bir grubu, bizim bugün "koaservat" dediklerimiz, yapılarını koruyabilecekleri kadar güçlü ve çevrelerine uygun durumdaydılar. İşte bunlar, Darwin'in deyimiyle "basit bir başlangıçtan, envai çeşitte canlılığa" doğru evrimleşecek ilk basamaktılar. Koaservatların oluşumunu ve evrimini anlayabilmek için, belki de o dönemin ortamına sizi götürmemizde fayda var. Düşünün ki son derece kaotik ve tehlikeli bir ortamdasınız. Dünya sürekli bir bombardıman altında. Srbest halde oksijen olmadığı için Ozon tabakası henüz oluşmadı. Dünya, sadece göktaşları tarafından değil, aynı zamanda Güneş'ten ve uzayın derinliklerinden gelen elektromanyetik ve UV diye adlandırılan radyoaktif ışınımların etkisi altında. Dünya üzerinde açık hava ile temas halindeki her şey ama her şey bu bombardımandan nasibini alıyor. Dünya'nın sıcaklığı bugünkü normallerden kat kat yüksek. Ortalama sıcaklık 70-80 °C arasında olduğu tahmin edilmektedir. Güneş gören tarafı sürekli aşırı sıcakken ortalama 160 °C, karanlık kalan tarafı çok soğuk ortalama -20 °C. Günümüzde Merkür gezegenine benzemektedir. Dolayısıyla gece ve gündüz sıcaklık farkları akıl almaz derecede yüksek. Üstelik Dünya, günümüzde olduğundan çok daha hızlı dönüyor ve dolayısıyla muhtemelen günlerin uzunlukları 16 saat dolaylarında. Yukarıdaki figürde temsil edildiği gibi atmosfer günümüzdeki atmosferimizin aksine bileşimindeki gazlardan dolayı mars gibi kırmızımsı görünüyordu. Atmosfer oldukça zehirli ve kalınlığından dolayı atmosfer basıncı oldukça yüksekdi. Böyle bir ortamda insan gibi bir canlıyı anında öldürecek zehirli gazlar mevcut. Günümüzdeki atmosferin aksine kayaçlara bakarak dünyadaki ilk gazların yoğun halde metan (CH4), amonyak (NH3), karbondioksit (CO2), Hidrojen sülfid (H2S), su buharı ve az miktarda da helyum (He), kükürdioksit (SO2), klorür (Cl2) olduğunu anlıyoruz. Dünya, gerek kuyruklu yıldızlardan, gerekse de yerin derinliklerinden gelen suyun buharlaşması ve atmosferin üst katmanlarında tekrar yoğunlaşması sonucu sürekli yağmur ve fırtına altında. Ancak yağmurla birlikte yer yer atmosferdeki klorür, karbondioksit ve kükürdioksit gazları su buharıyla birleşerek hidroklorik asit, karbonik asit ve sülfirik asit yağmuru şeklinde yağıyordu. Yağan bu asit yağmurları zaman içerisinde kayalardaki Na ve Ca gibi iyonları serbest bırakıp tuz dediğimiz molekülleri oluşturdular. Böylece bu yağmurlar hem dünyayı soğutarak bir kabuk oluşturuyor hemde yeryüzünde uçsuz bucaksız karaların hiç gözükmediği bir okyanus oluşturuyordu. İlkel dünyamızın bu acımasız ve ağır şartlarını gösteren temsili figür aşağıda gösterilmiştir: Dünya'mızın "mükemmel" bir "düzen" içerisinde olduğunu sanan insanlar o günleri eğer görseydi büyük ihtimalle kendisine başka bir yuva arayışına girerdi. Zira Dünya için kullanılabilecek son sıfatlardan biri "düzenli" idi. İşte bu kaos ortamı içerisinde, birçok olay da süregelmekteydi. Bunların birçoğu yüksek radyoaktivitenin etkisi altında bozunan atomların etkileriydi. Dünya, dediğimiz gibi sürekli "dövülmekteydi". Sürekli yağan yağmurların etkisiyle artık hemen her yer sular altındaydı. Ve henüz tek bir canlılık bile bulunmamaktaydı. Ancak bu kaotik ortam içerisinde çok ilginç bir adım atıldı. Yeni oluşan ve yukarıdan Güneş ve uzaydan gelen UV ışınları yani radyoaktif ışınların, aşağıdan ise magma tabakasının sıcak etkisi altında kalan okyanusların derin tabanlarında bir hareketlilik oldu. Bu hareketlilik, ilkel Dünya koşullarında, okyanuslarda (ve geri kalan her yerde) bulunan moleküllerin farklı biçimlerde bir araya gelmesinden kaynaklanıyordu. Bu ilkel koşulların etkisi altında, küçük moleküller bir araya gelerek daha büyük molekülleri oluşturmaya başladılar. Okyanusun (ve geri kalan her yerin) her bir köşesinde, sürekli bir yapım ve yıkım sürmekteydi. Bu yapım ve yıkım oldukça rastlantısaldı; çünkü bir an için, bir bölgede hangi moleküller bulunuyorsa, onlar tepkimeye girmektelerdi. Bu sayısız olasılık dahilinde, belki katrilyonlarca yeni ve büyük molekül tipi oluştu. Ancak bunlardan özellikle biri, bizim konumuz açısından önem arz etmekteydi. Canlılığın İlk Adımı: Lipit Çift Katmanlı Zırh Koaservatların, yani "ilkin hücrelerin" nasıl oluştuğunu anlayabilmek için günümüzde her bir canlıda mutlaka bulunan "hücre"lerin olmazsa olmaz özelliği olan “hücre zarından” bahsetmemiz gerekir. Çünkü bir "hücre", tanımı gereği bulunduğu ortamdan izole olan; ancak onunla alışveriş halinde bulunabilen, canlılık yapı birimidir. Yani izolasyon, burada anahtar kelimedir. Bu izolasyonu anlayabilmek için de “yağ moleküllerini” incelememiz gerekir: Yağlar (lipitler) canlılık için son derece önemli moleküllerdir. Isı sığalarının (bir cismin sıcaklığını 1 santigrat derece arttırmak için gereken ısı enerjisi miktarıdır) diğer moleküllere göre oldukça yüksek olması, yumuşak/darbe emici olmaları, enerji için kullanılabilmeleri, organları korumaları gibi özellikleri haricinde; moleküler anlamda çok önemli bi kimyasal yapıya sahiptirler: Yağ molekülleri, atomlarının diziliminden ötürü “amfifilik” yapıdadır. Bu ne demektir? Teknik olarak “amfifilik kimyasallar”, kimyasal bileşimi dahilinde hem hidrofobik, hem de hidrofilik yapıda moleküllere sahip olan kimyasallardır. Peki bu iki yeni terim nedir? “Hidrofobik”, bir molekülün fiziksel ve kimyasal yapısından ötürü, sudan “nefret etmesi” demektir. Daha gerçekçi bir anlamıyla, H2O molekülleriyle arasındaki elektriksel etkileşim sonucu (elektron dizilimlerinden ötürü), su ve hidrofobik maddelerin birbirini fiziksel olarak "itmesi"dir. “Hidrofilik” moleküller ise, kimyasal yapılarından ve molekülün içerisindeki atomların elektron diziliminden ötürü, H2O molekülü ile etkileştiklerinde, suyu kendisine çeken, "su seven" maddelerdir. İşte amfifilik bileşikler, uzun yapıda kimyasallardır ve bunların bir ucunda "hidrofobik", bir ucunda ise "hidrofilik" moleküller yer alır. Bahsettiğimiz bu ilk yağ molekülleri aslında günümüzdekine benzer fosfolipitlerdi. Gelin bunu bir görselle, daha net olarak anlayalım. Bir fosfolipit molekülüne bakalım: Gördüğünüz gibi yağ dediğimiz yapı uç uca eklenmiş Karbon (C), Hidrojen (H), Oksijen (O) ve Nitrojen (N) atomlarından başka bir şey değildir. Yapısında 2 molekül yağ asidi, 1 molekül gliserol, 1 molekül fosfat ve serin amino asidinden meydana gelmekteydi. Böyle fosfolipit moleküllerine fosfatidilserin adı verilir. Ancak bu moleküller günümüzdeki canlılarda çok daha fazla çeşitte evrimleşmişlerdir. Mesela fosfotidikolin adı verilen ve neredeyse her canlıda görülen bu yapıda farklılık olarak serin amino asidi yerine kolin adı verilen bir molekül yer alır. Az önce bahsettiğimiz koşullar altında atomlar termodinamik yasalarına uygun olarak kimyasal bağlar yaparak bahsettiğimiz yağ moleküllerini oluşturmuşlardır. Bunun olabilirliği günümüzde yüzlerce farklı deneyle ispatlanmıştır. Ancak oluşan bu molekülün hayatımızda olmazsa olmaz bir yeri vardır, birkaç önemli özelliğine yukarıda değinmiştik. Peki, yukarıda anlattığımız “amfifilik özellik”, ne işe yarar? Nasıl olur da bu özellik, lipitlere yani yağlara cansızlıktan canlılığın evrimi konusunda kelimenin tam anlamıyla “hayati” bir özellik katar? Bu sorunun cevabını, evinizde, lipit moleküllerini suyun içine atıp su içerisindeki oluşumları incelediğinizde kendi kendinize dahi verebilirsiniz. Bu “amfifilik yapı”, yağların “iki katmanlı” (bilayer) bir yapı oluşturmalarını sağlarlar. Bu, lipidleri önemli kılan ilk özelliktir. Bir diğer büyük önemleri ise, bu oluşturdukları ikili yapının, fiziksel olarak tüm varlıkların potansiyel enerjilerini minimuma indirme eğilimleri sebebiyle, küresel bir halde oluşmasıdır. İlk olarak bu iki tabakalı (bilayer) yapıyı ve liposome adı verilen oluşmuş şekili bir görelim: Burada gördüğünüz yapı, sadece lipitlerden oluşmaktadır, yani yukarıda verdiğimiz yağ moleküllerinden. Burada maviler yağ moleküllerini, etrafta çizilmeyen ancak sizin arka planda hayal edebileceğiniz bütün kısımlar ise su moleküllerini, su ortamını temsil etmektedir. Kısaca görselde gördüğünüz lipit molekülleri ağı, suyun içerisinde bulunmaktadır. Göreceğiniz üzere sudan korkan ve uzak duran (hidrofobik) kısmı, su ile mümkün olduğunca temas etmeyecek şekilde, her zaman iç yüzeylere bakacak şekilde dururlar. Öte yandan suyu seven, yaklaşmak isteyen (hidrofilik) kısmı ise, suya mümkün olduğunca yakın olacak şekilde, her zaman dış yüzeylerde bulunurlar. İşte bu şekilde yağ molekülleri, bu şekilde yan yana dizilirler. Bu yapı, bir “iç kısım” ve bir “dış kısım” oluşturacak şekilde, “çift/iki katmanlı” yapıyı oluşturur. Eğer su içerisine attığınız yağ moleküllerini bir süre daha izlerseniz, göreceğiniz yapı şuna benzeyecektir: Bu önemli özellik daha önce de belirttiğimiz gibi tamamen moleküler düzeydeki fizik ile alakalıdır. Yukarıda verdiğimiz yapının küresel hale gelmesi de tamamen Evren içerisinde geçerli olan fizik yasaları ile ilgilidir. Bir cisim, her zaman potansiyel enerjisini en aza düşürmeye çalışır; bu canlı-cansız tüm varlıklar için geçerlidir. Bu yüzden mümkün olduğunca yatay bir pozisyonda uyuruz. Bu yüzden, yerden yüksekte duran cisimler kütleçekim etkisiye yüzeye doğru çekilir ve potansiyel enerjilerini azaltırlar. İşte yine benzer şekilde, bu yüzden üzerinde belirli bir potansiyel taşıyan cisimler mümkünse kıvrılarak küre ya da küreye en yakın geometrik şekle gelirler. Bunun sebebi, potansiyel enerjinin en az küresel geometri üzerinde birikmesidir. İşte aynı sebeple bir yüzey üzerindeki su damlacıkları küresel bir şekil alırlar. Ancak onların küreselliklerini yüzey gerilimi gibi ikincil kuvvetler bozmaktadır. Yağ molekülleri, bir "yüzey"de değil, doğrudan suyun "içerisinde" oldukları için bu kuvvetlerden etkilenmezler. Bu yağ moleküllerinin özelliğinin biyolojik anlamı nedir? Cevap oldukça basittir: Bir “zırh” olması. Peki Bu fosfolipit yağ molekülleri prebiyotik ortamda nasıl meydana geliyordu? Önceki konularımızda hidrotermal bacalarda yaşamın oluşumunu incelemiştik. Hidrotermal bacalar bugün dahi adeta bir canlı organizma fabrikası gibidir. Bu hidrotermal bacaların yapısını incelediğimizde demir sülfür (FeS2) yada bakır sülfür (CuS) gibi yapılardan oluştuğunu görüyoruz. Ayrıca Magmadan sürekli olarak metan, karbondioksit ve hidrojen gazının çıktığını daha önceden söylemiştik. İşte bu demir sülfür yapılara adeta tutkal gibi karbondioksit gazı tutunur ve etraftaki su moleküllerinden yada serbest haldeki hidrojen gazını yakalayarak karboksil (COOH) denilen yapıları oluşturur. Tüm bu tepkimelerde sıcaklığın etkisi büyüktür. Sıcaklık tepkime hızını arttıran önemli bir etkendir. Kimya bilgimize biraz dönecek olursak bilindiği gibi karbon atomu 4 elektron vermek isteyen bir atomdur. Bu özelliğinden dolayı katalizör görevi gören demir sülfüre tutunduğunda oksijenle yaptığı çift bağlardan birisini kaybeder. Oksijen atomu da (-2) değerlilik gösteren yani elektron almak isteyen bir elementtir. Dolayısıyla çift bağını kaybetmiş oksijen atomu elektron almak ister. Oksijen atomu bu elektron ihtiyacını da etrafında ki serbest halde dolanan elektron vermeye meyilli hidrojen atomlarından karşılar. Karboksil yapının oluşmasıyla etrafta bulunan metan (CH4) gazlarınının yakalamaya başlar ve CH3COOH, CH3CH2COOH yada CH3CH2CH2COOH gibi yapılara dönüşmeye başlar. Bu yapılara yağ asitleri denmektedir. Tüm bu bahsettiğimiz kimyasal tepkimelere Fischer Tropsch reaksiyonu denir. Ayrıca fosfolipit yapıların omurgasını oluşturan ve bir tür alkol olan gliserolünde prebiyotik ortamlarda önceki konularımızda nasıl oluştuğunu anlatmıştık. Ancak ilk oluşmaya başlayan koaservat yapılarında en fazla 6, 8 yada 10 karbonlu yağ asitleri kullanılmaktaydı. Günümüzde canlıların kullandığı yağ asitlerini gösteren figür aşağıda görülmektedir. Serin amino asidi en temel amino asitlerden birisi oluşu ve glisin amino asidine formaldehit molekülüne kimya kanunlarına göre bağ yaparak kolaylıkla oluşabileceğini biliyoruz. Bu bilgileri de verdikten sonra tekrar konumuza dönelim. Koaservat denen ilk hücrelerin (hatta "hücremsiler"in atalarının) ilk olarak evrimleştikleri ortam, kaos halindeki okyanuslar ve bu okyanusların tabanında bulunan, göreceli olarak yüksek sıcaklığa sahip olan volkan bacaları ve etrafıdır. Dünya’nın oluşumundan sonra, milyonlarca yıl boyunca radyasyon, kaos, ısı, ışık, vb. etmenler yukarıda da anlattığımız gibi had safhadadır ve adeta "Dünya'yı dövmektedirler". Bu sebeple, eğer “canlılık” oluşacaksa, bir şekilde “korunması” gerekmektedir. Bu korumanın ilk aşaması, okyanus ile sağlanmıştır. Canlılığın okyanus tabanlarında başlaması çok mantıklıdır, zira okyanus, atmosferin tehlikeli pek çok faktörünü devre dışı bırakmaktadır. Hatta teknik bir bilgi vermemiz gerekirse, uzaydan gelen radyokaktif ve genel olarak günümüz canlılığına zarar verebilecek ışınlar, okyanusun yüzeyinden 15 santimetreden daha aşağısına inemezler. Ancak bu da yeterli değildir; çünkü kaotik okyanus ortamında moleküllerin bir düzen içerisinde kalmaları gerekir. Daha doğrusu, eğer ki canlılığa sebep olacak dengeli yapılar oluşacaksa, her zaman bir zırh ile dış ortamdan kendilerini izole edebilen yapılar diğerlerine göre avantajlı olacaktır. Göreceğiniz gibi bir doğa yasası olan Evrim, bizim "cansız" olarak isimlendirdiğimiz moleküler düzeyden başlamaktadır (moleküler evrim) ve Darwin'in deyimiyle "basit bir başlangıçtan, sonsuz bir çeşitliliğe" doğru değişimi sağlamaktadır. Canlılığın Evrimi'ne dönecek olursak, işte bu izole edici koruma görevi, çift tabakalı (bilayer) yağ yapısına ve onun aldığı küresel şekle düşmektedir. Görsellerden görebileceğiniz ve evinizde de deneyebileceğiniz gibi bu moleküller oluşurken, içlerinde bir boşluk bırakırlar. Ayrıca oluşum sırasında, fiziksel etkileşimler veya rastlantılar sonucu etraftaki diğer atom ve molekülleri, bu boşluk içerisine hapsederler. Bu boşlukta da, elbette ki dış sıvı (bizim durumumuzda okyanus suyu) bir miktar da olsa bulunmaktadır ancak artık bu su belirli bir hacme hapsedildiğinden ve kaotik dış ortamdan arındırıldığından, bu sıvı artık kürenin “kendine ait sıvısı” olarak kabul edilebilir. İşte bu hapsolan bölgedeki atomlar ve moleküller, artık kaotik okyanus ortamı yerine, çok daha güvenli ve sakin bir ortam olan lipit küreciğinin içerisinde tepkimeye girmektedirler. Sınırlı bir alanda tepkimeye girebilecek moleküllerin birbirlerini bulma şansları milyonlarca kat artmaktadır; bu da tepkimelerin hızlarını arttırmaktadır. Bu küreler içerisinde yeni moleküller oluşmakta (atomların ve diğer moleküllerin kimyasal tepkimeleri sonucu) ve bu moleküller, belirli fiziksel ve kimyasal yapılarından dolayı, belirli sonuçlar doğurmaktadırlar. Bu sonuçlar, bizim bugün dönüp incelediğimizde "moleküllerin görevi" olarak düşündüğümüz sonuçlardır. Örneğin "solunum" dediğimiz olay sırasında Oksijen molekülleri şekerler ile tepkimeye girdikleri için biz Oksijen'in "görevinin" bu olduğunu düşünürüz. Halbuki Oksijen'in herhangi bir "görevi" yoktur. Oksijen, kimyasal yapısından dolayı gerekli şartlar sağlandığı müddetçe belli başlı moleküller ile tepkimeye girmek zorundadır. Bu, Fizik ve Kimya yasaları ile dikte edilir. Yani canlılığın evriminde bazı moleküller yağ molekülleri içerisine hapsedilmiş ve fiziksel/kimyasal özelliklerinden ötürü belli başlı tepkimeleri sürdürmüşlerdir. Zaten günümüzde, canlılık birimi olan hücrelerin içerisinde olan da bu tepkimelerden farklı bir şey değildir. Tek fark, milyarlarca yıldır süren seçilim sonucunda günümüz hücrelerinde çok daha karmaşık tepkimelerin gerçekleşebiliyor olmasıdır. Ancak başlangıçta, sadece çok basit tepkimeler, bu yağ zırhları içerisinde gerçekleşmekteydi. Burada gördüğümüz, lipit küresi (mikroskopta 3 boyutlu cisimler, 2 boyutlu gözükür, bu sebeple "çember" gibi gözükmektedir) içerisinde birikmiş moleküller ve atomlardır. Günümüzdeki hücrelere ne kadar da benziyorlar, değil mi? Şimdi bir de modern (günümüzde var olan) bir hayvan hücresine bakalım: Farklı ölçeklerde çekilmiş bu iki mikroskobik fotoğraf, evrimin çok güzel bir örneğidir aslında. Gördüğünüz gibi üstteki basit yapıdaki koaservat, kendisinden yaklaşık 2 milyar yıl sonra gelen, günümüzdeki modern hayvanlarda -ve tabii ki dolayısıyla bizde de- bulunan hücrelerin temellerini atmıştır (bilgi: bizler de dahil olmak üzere Hayvanlar Alemi'nde bulunan tüm ökaryotik hücrelerin atası, Dünya’nın oluşumundan 2.6, koaservatların oluşumundan 2 milyar yıl sonra evrimleşmiştir). Hala günümüzdeki hücrelerde, yukarıdaki koaservatların yapısını görmekteyiz. Günümüzde Miller-Urey Deneyi (ve sonrasında yapılan 460'ın üzerinde tekrar deneyi) sayesinde biliyoruz ki, cansızlık denen varlık formundan, canlılık denen varlık formuna geçmek için tek gereken, doğru şartlarda pek çok deneme-yanılma ve uzun bir zamandır. Bu doğru şartlar da, fiziksel ve kimyasal yapılar tarafından, doğa koşulları ile sağlanır. Bunların günümüzde deneylerle gözlenmesi sonucu, artık biliyoruz ki, Abiyogenez Kuramı, bilimsel gerçekleri ortaya koymaktadır. Bahsettiğimiz Miller-Urey Deneyi (ve sonrasındaki tüm deneyler) sonucu, ilkin Dünya şartlarındaki oranlarda koyulan karbon, hidrojen, azot, vb. moleküllerden, Dünya’nın ilk şartlarındaki gibi şimşekler, radyasyon, ısı vb. ( ısı reaksiyonları çok daha hızlandırır) ortamda bugün “canlı” olarak nitelendirdiğimiz varlıkların yapısındaki moleküller evrimleşebilmektedir. Bunlara daha sonraki yazılarımızda tekrar geleceğiz. Buraya kadar okyanus tabanlarında hücrelerin atası olacak koaservatların nasıl "basit bir başlangıçtan" yola çıktığını net bir şekilde ortaya koyduk. Sadece ilkin koaservatların nasıl bir ortamda, nasıl Dünya koşullarında, ne tip bir adımla, tamamen doğal süreçlerle nasıl var olabildiklerini açıklamaya çalıştık. Bu noktada aklınıza şu sorular geliyor olabilir: Peki bu ilkin yapılar nasıl kendiliğinden oluştu? Nasıl oldu da doğa, cansızlıktan canlılığa giden adımların atılmasını sağladı? Atomlar ve moleküller ne tip formlar almaları gerektiğini nereden "biliyorlardı"? İşte bu soruların cevaplarını bir sonraki yazımızda ele alacağız ve koaservatların bu ilkin yapılarının tam olarak nasıl var olduğunu göreceğiz. Ondan sonraki yazılarımızda, bu lipit tabakası içerisinde ne gibi bir gelişim olduğunu ve bu gelişim sonucunda günümüzdeki hücrelerin nasıl evrimleştiğini adım adım takip edeceğiz. Alıntılar yapılmıştır. Yaşamın Kökeni. Kaynakça : 1.Chyba, C., P. Thomas, L. Brookshaw and C. Sagan. Cometary delivery of organic molecules to the early Earth. Science, 249:366–73, 1990. 2.Huber, C. and G. Wächtershäuser. Peptides by activation of amino acids with CO on (Ni, Fe)S surfaces and implications for the origin of life.Science, 281:670–2, 1998. 3.Beck, A., R. Lohrmann and L. Orgel. Phosphorylation with inorganic phosphates at moderate temperatures. Science, 157(3791):952, 1967. 4.Allen, W. and C. Ponnamperuma. A possible prebiotic synthesis of monocarboxylic acids. Currents in Modern Biology, 1(1):24–8, 1967. 5.Hargreaves, W., S. Mulvihill and D. Deamer. Synthesis of phospholipidsand membranes in prebiotic conditions. Nature, 266(5597):78–80, 1977. 6.McCollom, T., G. Ritter and B. Simoneit. Lipid synthesis under hydrothermalconditions by Fischer-Tropsch-type reactions. Origins of Life andEvolution of the Biosphere, 29(2):153–66, 1999.

http://www.biyologlar.com/yaglarin-canlilardaki-onemi-ve-ilk-koaservat-yapilarinin-olusumu

Bakteri hücreleri arasında haberleşme (Cell-to-cell communication: quorum sensing)

Yakın zamana kadar tek ve çok hücreli organizmaları ayırmada önemli bir fark çok hücrelilerde hücrelerarası iletişimin olmasıydı. Yüksek canlılarda hücreler arasında sinyallerin gelip gitmesi, karmaşık sinyal yollarının olması onları tek hücrelilerden ayıran bir özellikti. Şimdi ise aynı türden yada farklı türlerden bakterilerin kendi aralarında haberleşebildiğini biliyoruz. Üstelik bu özellik bakterilerin yaşamsal fonksiyonlarıyla yakından ilişkili. Bir tek hücreli, etraftaki kendine benzer hücreleri nasıl algılıyor? Bu haberleşme için bakteriler kendi ürettikleri sinyal moleküllerini kullanıyorlar. Bu sinyaller komşu bakterinin zarından geçer ve bu sinyallerin miktarı arttığında ortamdaki bakteri sayısıda artmış demektir. İşte bu şekilde bakteriler kendi sayılarını algılayabilmekte. Bu algılamaya Quorum sensing denir. Quorum-sensing mekanizması, türe özgü davranışı hep birlikte sergilemeyi, bu davranışı ortaya koymada zamanlamanın ayarlanmasını, çevresel şartlar sık sık değiştiğinde bu değişikliklere hızlı yanıt verebilme imkanını sağlar. Ki bu özellikler bakterinin adaptasyonunda ön sıradaki özellikler. Bakteriler QS için hangi sinyal moleküllerini kullanır? Bilgimiz dahilinde olanlar Açil Homoserin Lakton (AHL) türevleri, oligopeptitler ve bu sınıflara girmeyen bazı moleküller. Gram negatif bakterilerde Açil homoserin laktonlar; Gram pozitif bakterilerde ise oligopeptitler etkili. Türe özgü davranışlar nelerdir? Sporulasyon, toplu kaçış, konjugasyon, hücre bölünmesi, antibiyotik üretimi, biyolüminesans, lag fazından çıkma, biyofilm oluşumu, nodül sayısını sınırlama, virülans faktörlerinin salgılanması, ekstrasellüler proteaz üretimi, ekzoenzimlerin üretimi. Quorum-sensing mekanizması: aynı türe ait bakteriler arasında olabildiği gibi, farklı bakteri türleri arasında vede Prokaryot canlı ile ökaryot konağı arasında da olabilmektedir. Salgılanan moleküler ve kullanılan algılama düzeneğine göre 3 tip quorum-sensing mekanizması vardır: Gram (-) bakterilerde LuxI homologları denilen bazı enzimler türe özgü AHL moleküllerini katalizler. Bu AHL’lar LuxR tipi transkripsiyonel düzenleyiciler tarafından algılanır. Gram (+) bakterilerde ise sinyal iletimi için oligopeptitlere bağlı olarak iki-bileşenli fosforlama zinciri kullanılır. (Örneğin Bacillus subtilis’de iyi araştırılmıştır). Üçüncü ve son mekanizma “Hibrit sistem”dir. Vibrio harveyi modelide denir. Burada hem oligopeptidleri görürüz hemde LuxI/LuxR tipi proteinler hücre içinde sinyal yolunda görev alır. İki tip sinyal üretilir: LuxLM tarafından AI-1 ve LuxS tarafından; AI-2 sinyal molekülleri. AI-1 molekülü tür içi sinyalleşmeyi sağlarken; AI-2 (LuxS) türler arası sinyalleşme de görev alır. Türler arası sinyalleşmeye “cross-talk” da denir. Farklı türler arası sinyalleşmede çeşitli kanıtlar vardır: 1.AI-2 sinyalinin bir çok farklı türde bulunması 2.Streptococcus gordonii ve Porphyromonas gingivalis türleri birarada diş plakları oluşturmakta ve bunun için AI-2 sinyalini kullanmaktadır. 3.Pseudomonas aeroginasa LuxS geni taşımasa da AI-2 sinyaline yanıt vermekte ve patojenik özellikleri artmaktadır. 4. P. aeruginosa AHL sinyalleri ökaryotik hücrelere girebilmekte ve bu hücrelerde aktif olarak immün yanıtı değiştirebilmektedir. Özellikle 3-0-C12-HSL, kemokin interlökin 8 8IL-8) in üretimini stimüle etmektedir. Staphylococcus ’larda biyofilm oluşturma, Agrobacterium’da bitkilerin enfeksiyonu yada P. aeroginosa enfeksiyonları tümüyle bakteriler arası sinyalleşmeye bağlıdır. Bu nedenle QS önümüzdeki yıllarda bakterilerin girdiği her alanda öncelikli çalışma konularından birini oluşturacaktır. Sinyalleri kontrol ederek üretim ve enfeksiyonların önlenmesine kadar pek çok konuda yenilikler beklenmektedir. (Ayrıntılı bilgi için : Henke,J.M., Bassler, B.L. (2004) Bacterial Social Engagement, Trends in Cell Bio. 14 (11): 648-656)   Quorum Sensing-I (Yeterli Çoğunluk Algilanmasi) Bakterilerin dunyasina baktigimizda, onlarin da insanlar gibi birbirleriyle iletisim kurdugunu, konustuklarini farkederiz. Aslinda bakterilerin cok gelismis sosyal bir hayati oldugu soylenebilir. Mesela topluluk halinda yasamayi tercih ederler; kucuk topluluklar (clusters) ve hatta biyofilmler olustururlar, yasama ortami olarak yiyecegin bol oldugu mekanlari secerler, cogalirlar, nufuslarini belli bir sinirin ustune cikarmazlar, cunku cogalmaya devam ederlerse acliktan oleceklerini bilirler. Bazi patojen (vucuda zararli) bakteriler, insan vucuduna girdikten sonra belli bir sayiya ulasmadan zehirli maddeler sentezleyip kendilerini ele vermezler, ve dahi saldiriya gecmezler. Cunku vucuttaki bagisiklik sistemi hucrelerinin (mesela akyuvarlar) onlari oldurebilecek kuvvette oldugunu bilirler; ama sayilari belli bir degerin ustune ciktiginda hucuma karar verecek kadar da akillilardir. Peki tum bu sosyal davranislari nasil oluyor da kucucuk bir bakteri (~1-10 μm) yapabiliyor? Gunumuzde bir cok hastaliga sebep olan ve milyonlarca insanin olumunden sorumlu olan bakterilerin zekasinin olmadigini soylemek dogru olur mu? Şekil: Biyoluminesant Vibrio Fischeri Bakterisi Bu sorularin cevabini gercekten biliyor muyuz? Tam olarak bilmesek bile bu davranislari aciklayabilecek bazi mekanizmalar mevcut. Bunlarin basinda da bence “Quorum Sensing” geliyor. Quorum Sensing’i bakterilerin birbirleriyle iletisim kurma, dolayisiyla sayilarini kontrol etme ve buna bagli olarak fizyolojik ve patojenik ozelliklerini degistirme mekanizmasi olarak tanimlayabiliriz. (Quorum: yeterli cogunluk, salt cogunluk) Quorum Sensing-II (Yeterli Çoğunluk Algilanmasi) Merakla beklenen "Quorum Sensing" mekanizmasini acikliyoruz. Asagidaki sekilde en basit quorum sensing modeli gosterilmistir. Bu quorum sensing mekanizmasi Vibrio Fischeri adli bakteriye aittir. Her bakterinin kendine ozgu bir quorum sensing mekanizmasi vardir ama genelde birbirlerine benzerler ve temel prensipler aynidir. Vibrio fischeri adli bakteri okyanuslarda bulunur ve eger sayilari coksa ortama biyoluminisans ile isik verdigini goruruz, ama sayilari az iken ortama isik vermezler. Burdan anliyoruz ki, vibrio fischeri aslinda kendi nufusunun ne oldugunu biliyor ve buna gore ortama isik yayiyor veya yaymiyor. Gelelim vibrio fischeri quorum sensing mekanizmasina: Simdi yukardaki sekle baktiginizda gorusunuz ki sistemde iki farkli protein var: LuxI ve LuxR. LuxI adli protein 3-oxo-C6-HSL [kisaca HSL(homoserin lakton) diyelim biz] adli molekulun sentezinden sorumludur. Lux R adli protein ise, HSL molekulune baglanir ve LuxR-HSL kompleksini olusturur. Bu kompleks de LuxI sentezini hizlandirir. Bu sistemde HSL molekulu aslinda otokatalizor gibi davranir. Cunku ortamda HSL molekulunun sayisi arttikca, LuxR-HSL kompleksinin miktari artar, kompleksin miktari arttikca bakteri daha fazla LuxI yapar, LuxI’in sayisi arttikca da bakteri daha fazla HSL sentezler. Mukemmel bir pozitif geri besleme halkasi (positif feedback loop) aslinda... Vibrio fischeri'nde LuxI proteini yapildikca, yaninda ayni zamanda lusiferaz enzimi de sentezlenmektedir ki, bu da biyoluminisanstan, yani isigin olusmasindan sorumludur. Dolayisiyla, ortamda HSL miktari fazla ise, bu ortamda LuxI yapimi hizli olur ve bakteri ortama cok miktarda isik yayar. HSL molekulleri bakteriden disariya ve iceriye kolayca diffuzyona ugrayabilen kucuk molekullerdir. Yani bir bakteri HSL sentezlediginde, HSL molekullerinin bir kismi ortama da verilir. Bu HSL molekullerini algilayan bakteriler bir araya gelirler, cogalirlar. Boylece bakteriler sayilarini bir yerde artirmis olurlar. Peki bakterilerin sayilari artinca ne olur? Yerel bir bolgede HSL derisimi artmis olur, yani bakteriler daha fazla LuxI sentezlemeye baslar ve bunun sonucu olarak ortama isik verirler. Ve bakteri sayisi belli bir degerin altindayken ortama verilen isik o kadar azdir ki, gorulemez; fakat belli bir eşik degerinin ustune ciktiginda ise ortama cok fazla isik vermeye baslarlar. Vibrio fischeri adli bakteri quorum sensing sistemi ile ortama isik verip vermeyecegini kontrol ediyor. Bazi zararli bakteriler ayni sistemi kullanarak, saldiriya gecip gecmeyeceklerini kararlastiriyor, kimi bakteriler yine ayni sistemi kullanarak biyofilm olusturup olusturmayacaklarina karar veriyor ve kimileri ise zehirli madde salinimini kontrol ediyor. Vibrio fischeri quorum sensing modeli biraz karisik gibi gorunse de, su ana kadar bulunmus en basit quorum sensing sistemidir. Aslinda tepkime kinetiginden baska bir sey olmayan bu quorum sensing sistemi, bir bakterinin sosyal yasamini aciklayabiliyor. Kaynak: www.kimyasanal.net

http://www.biyologlar.com/bakteri-hucreleri-arasinda-haberlesme-cell-to-cell-communication-quorum-sensing

REKOMBİNANT DNA TEKNOLOJİSİ , KLONLAMA VE VEKTÖRLER

Bu teknolojinin bilimsel temeli olan çeşitlenme (rekombinasyon) genetik bir olaydır ve doğada canlılar arasında görülen çeşitliliğin önemli nedenlerinden birini oluşturur. Rekombinasyon, farklı genotipteki bireyler arasında eşleşmeler söz konusu olduğunda, ana-babaya ait kalıtsal özelliklerin dölde değişik gruplanmalar halinde bir araya gelmesine yol açan olaylar dizisidir. Bu olay moleküler düzeyde, farklı nükleotid dizilerine sahip iki DNA molekülünün homoloji gösteren bölgeleri arasındaki parça alışverişi sonucunda meydana gelen yeni gruplamalardır. Bunun için DNA molekülleri arasında kırılmalar meydana gelir ve kırılma bölgelerinde DNA molekülleri arasında parça alışverişi oluşur. Sonuçta orijinal durumdaki DNA moleküllerine tam olarak benzemeyen ve onlara ait nükleotid dizilerini kısmen taşıyan rekombinant DNA molekülleri oluşur. Homolog çeşitlenme (rekombinasyon), eşeyli üremeyle genelde mayoz bölünmedeki kromozomal parça değişimi sonucunda meydana gelir. Bakterilerde çeşitlenme farklı işleyişlerle, transformasyon, konjugasyon ve trandüksiyon olaylarıyla görülür. Bu olayların hepsinin temeli DNA molekülleri arasında homoloji olmasına dayanmaktadır. Bu yüzden doğada çeşitlenme, aynı türe ait bireyler arasında ya da çok yakın türler arasında kısıtlıdır. Farklı türler arasında varolan çeşitli düzeydeki eşleşme engelleri farklı türlere ait bireyler arasında genetik bilgi aktarımına, dolayısıyla da rekombinasyona olanak sağlamamaktadır. Rekombinant DNA teknolojisinin tanımı ve kapsamı çeşitli toplumlara ya da biliminsanlarına göre farklılıklar göstermektedir. Bununla birlikte, bu değişik tanımlar arasında hepsindeki ortak yönleri birleştiren, oldukça geniş ve günümüzün modern ölçütlerine uygun bir tanım şu şekilde yapılabilir: Rekombinant DNA teknolojisi, bir canlıdan herhangi bir yolla yalıtılan bir genin uygun bir konağın içerisine sokularak orada çoğaltılmasını ve bazen de ifade edilmesini amaçlayan çalışmalar ait tekniklerin toplamıdır. Belirli bir amaç için doğrudan genetik materyal üzerinde yapılan bu teknolojiyle, in vitro şartlarda genetik materyalde planlı değişiklikler yapılabilmekte, istenilen genlerin istenilen canlıya sokularak, doğal biçimde bulunmadığı bu konakta çoğaltılması ve istenilen ürünü vermesi için nakledilen genin ifadesi sağlanabilmektedir. Bu teknolojiyle, prokaryotik ve ökaryotik gruplara ait türlerin kendi aralarında olduğu kadar, gruplar arasında da gen aktarımları yapmak ve çeşitlilikler meydana getirmek mümkün olmaktadır. Rekombinant DNA teknolojisi özellikle 1960'lı yılların sonlarına doğru DNA ile ilgili bazı enzimlerin etki mekanizmalarının anlaşılması sayesinde gerçekleştirilen bir dizi yöntemleri kapsamaktadır. Bununla birlikte bu süreç 1940'lardan 1970'lere kadar moleküler biyolojinin gelişmesini sağlayan bilgi birikimi de rekombinant DNA teknolojisinin temelini oluşturmuştur. Genetik çeşitlenme olaylarının yapay olarak gerçekleştirilmesi esasına dayanan rekombinant DNA teknolojisine (rDNA) ilişkin ilk çalışmalar, 1973 yılında başta Cohen olmak üzere bir araştırma grubunun önderliğinde in vitro koşullarda gerçekleşmiştir. Buna göre doğada eldesi imkânsız olan yeni gen düzenlemelerinin yapılması bu teknolojiyle sağlanabilmekte, bir canlının genotipi önceden belirlenebilmekte ve yönlendirilebilmektedir. In vitro koşullarda oluşturulan yeni DNA moleküllerine önceleri "kimera" (aslan başlı, keçi gövdeli ve yılan kuyruklu mitolojik bir yaratık) adı verilmiştir. Bu kimeralar, birbirleriyle ilişkili olmayan ve farklı kökenler ait genleri içeren rekombinant DNA molekülleridir. Rekombinant DNA teknolojisi 1980'li yıllarda dev adımlarla ilerlemiş ve günümüzde adından en çok bahsedilen ve moleküler genetikte devrim yaratan bir bilim dalı olmuştur. Özellikle 1985'de ortaya atılan bir veya iki hücreden elde edilen DNA'nın birkaç saat içerisinde çoğaltılarak 24 saatte genetik tanının konmasına olanak sağlayan polimeraz zincir tepkimesi (PCR) rDNA teknolojisi için belki en büyük gelişmelerden biri olarak kabul edilebilir. Rekombinant DNA teknolojisinde izlenen olayların sırası şu şekilde özetlenebilir; Bir canlıdan elde edilen, istenilen özellikteki (yalıtılmış) DNA parçalarının taşıyıcı özellikteki bir DNA molekülüne (vektöre) bağlanması ve rekombinant DNA eldesi, Rekombinant DNA moleküllerinin uygun bir konak hücreye sokulma (transformasyon, transdüksiyon veya konjugasyon ile) rDNA'nın konak hücrede çoğaltılması (gen çoğaltımı) ve hücre bölünmesi, Yavru hücrelerde yeni genin ifadesi ve ürünün eldesi. Rekombinant DNA teknolojisinde uygulanan yöntemler 3 ana başlık halinde incelenebilir; Klasik uygulamalar Hibritleşme yöntemleri Polimeraz zincir reaksiyon yöntemi. Rekombinant DNA teknolojisi uygulamaları özellikle genetik mühendisliği ve biyoteknolojide kullanılımaktadır. Dünya nüfusunun %3-5'nin genellikle tedavi olanağı bulmayan kalıtsal hastalıklardan etkilendiği bilinmektedir. Bu alandaki en büyük ümit ve beklenti genetik bozuklukların gen aktarımı yöntemleriyle düzeltilmesi ya da etkin tedavi yöntemlerinin geliştirilmesidir. Kısa zamanda çok geniş bir uygulama alanı bulan bu yöntemin gerçek değeri önümüzdeki yıllarda çok daha iyi anlaşılacaktır.

http://www.biyologlar.com/rekombinant-dna-teknolojisi-klonlama-ve-vektorler-1

BAKTERİ GENETİĞİ

Canlıların tüm özelliklerinin, kalıtsal olarak nesilden nesile aktarıldığı öteden beri bilinen bir gerçektir. Yaşamın temel maddeleri kabul edilen nükleik asitler (DNA=deoxyribonucleic acid, RNA=ribonucleic acid) üzerinde yapılan incelemeler, kromozom haritalarının çizilerek, özellikle mikroorganizmalar arasındaki ilişkilerin ortaya konmasında, tüm canlıların sayısız özellik ve biyolojik fonksiyonlarının açıklanmasında yardımcı olmuştur. Çalışmalar ökaryotik ve prokaryotik yapıya sahipolan tüm hücrelerde, genlerin replikasyonu ve fonksiyonundan sorumlu olan yapının DNA olduğunu göstermiştir. RNA genomuna sahip genuslarda ise bu görev RNA’dadır. Tüm canlılarda genlerin replikasyonu (eşleştirilmesi) ve çalışma prensipleri aynı temele dayanmakla birlikte, kromozomların biçim ve bölünme sırasında gösterdikleri birtakım değişiklikler (mitoz, mayoz) gibi aralarında bu temeli bozmayan bazı farklar bulunabilir. Nükleik Asitlerin Yapısı: 1. Deoksiribonükleik Asid (DNA): DNA molekülleri, nükleotid adı verilen yapıtaşlarından meydana gelen iki polinükleotid iplikçiğinin, sarmal biçimde birbirine bağlanması ile oluşan oldukça büyük moleküllerdir. Nükleotidlerin yapısında, - bir pürin veya pirimidin bazı, - 5 karbonlu bir şeker (pentoz) - ester bağı oluşturan fosfat molekülü üç temel eleman bulunur. Pürin bazları Adenin (A) ve Guanin (G), pirimidin bazları ise Sitozin (S) ve Timin (T)’den oluşmuştur. Pentoz molekülü DNA’da deoksiriboz, RNA’da ise riboz yapısındadır; nükleik asitler şekerlerin yapılarına göre adlandırılır. Pürin veya pirimidin bazlarının pentoz molekülleri ile yaptıkları bileşiklere nükleosid adı verilir. Nükleosidler şeker (pentoz) moleküllerinin yapısında bulunan karbon atomlarının, pürin veya pirimidin yapısındaki nitrojen atomlarına bağlanması suretiyle oluşturulurlar. Nükleosidlerin pentoz molekülleri arasında (5¢ ® 3¢ yönünde), fosforik asidin ester bağları oluşturmasıyla da nükleotidler meydana gelir. Nükleotidlerin polimerizasyonu ile oluşan DNA iplikciği bir polinükleotid olup, DNA molekülü bu özelliğe sahip iki iplikciğin yan yana gelip, hidrojen bağları ile bağlanması sonucu meydana gelen sarmal bir yapıdır. Hidrojen bağları Adenin ile Timin arasında iki (A=T), Sitozin ile Guanin arasında ise (CºG) adet olacak şekilde belli kurallara göre gerçekleşir. O halde bir DNA molekülündeki Adenin miktarı Timin miktarına, Sitozin miktarı da Guanin miktarına eşit olmaktadır. Ancak bir DNA molekülünde bulunan A+T miktarı, C+G miktarı ile eşit değildir. (A+T)/(C+G) oranı, her canlı türü için özgül olup değişmez niteliktedir. Bu nedenle bu özellikten mikroorganizmaların sınıflandırılmasında yararlanılmakta, G+C’nin tüm DNA molekülüne oranı birbirine yakınlık gösterenler aynı cins ve türe dahil edilmektedir. Bir DNA molekülündeki pürin ve pirimidin bazlarının (A, T, C, G)sayısı ve diziliş biçimi, her canlı varlık için değişmeyen ve özgüllük gösteren bir genetik yapı özelliğidir. Bunun doğal bir sonucu olarak doğada milyonlarca farklı canlı türü ve bu türlerin herbirinin birbirine benzemeyen bireyleri (fenotip) bulunmaktadır. Bir canlının fenotipini belirleyen ve sayıları binlerce olabilen biyolojik özellik ve fonksiyonlarının her biri de spesifik genetik yapısının bir ürünüdür. Yani her bir biyolojik özellik ve fonksiyondan “gen” adı verilen genetik birimler sorumludur. Genler sorumlu oldukları fonksiyonlarısentez ettirdikleri enzimlerle gerçekleştirmektedir. Belli sayı ve sıra ile yan yana gelen aminoasidlerin polimerizasyonu sonucu oluşan herbir protein molekülünün, gen üzerinde spesifik bir kodlama düzeni vardır.Protein molekülü ile ilgili kodlama, pürin ve pirimidin bazları içeren nükleotidlerin üçlü gruplar halinde dizilmesi ile sağlanmaktadır. Her biri bir aminoasidi kodlayan bu üçlü gruplara (taban üçlüsü=triplet) genetik dilinde kodon adı verilmektedir. Proteinlerin yapıtaşı olan aminoasid türlerinin sayısı yirmi olup, pürin ve pirimidin bazlarının üçlü gruplar halinde yan yana gelmeleri sonucuoluşacak olan kodon sayısı daha fazladır. Yapılan çalışmalar 64 değişik kodon oluşabileceğini göstermiştir. DNA molekülünü oluşturan iki polinükleotid iplikçiği birbirinden ayrılabilir ve herbir iplikçik, önceden karşısında bulunan ve kendisini tamamlayan diğer iplikçiği yeniden ve aynen oluşturabilme yeteneğindedir. Başka hiçbir molekülde bulunmayan bu özellik sayesinde, üreme sırasında birbirinden ayrılan iki polinükleotid zinciri (iplikçik), karşıtı olan diğer zinciri sentezleyerek aynı yapı ve özellikte iki DNA molekülü meydana getirebilmektedir. Bu olaya replikasyonyani DNA’nın kendi kendini eşletmesi adı verilir. Bakterilerde DNA’nın Replikasyonu: E. coli ve S. typhimurium ile yapılan çalışmalar, bakteri kromozomlarının çember biçiminde olduğunu göstermiştir. DNA sarmalının replikasyonu “replication origin” adı verilen bir noktadan başlamaktadır. DNA bu nokta aracılığı ile mezozoma bağlanmış olup, mezozomda replikasyon için gerekli enzimler bulunmaktadır. Replikasyonun hücrenin bölünmesi ile birlikte, düzenli bir biçimde gerçekleşmesi ise kromozomun belli bir yerinde bulunan özgül bir genin denetimi altındadır. Replikasyonda önce, mezozomdan itibaren iki DNA iplikçiği birbirinden ayrılmaya başlar ve ayrılan polinükleotid iplikçiklerinden 5¢ uçlusu, mezozomun yakınındaki ikinci bir noktaya bağlanır. Çember biçimindeki DNA (bakteri kromozomu) saatin ters yönünde dönerken, polinükleotid iplikçikler de bir yandan birbirinden ayrılıp, diğer yandan da ayrılan her bir iplikçik hemen kendi karşılığını (tamamlayıcı iplikçik) sentezlenir. DNA’nın dönüşü tamamlanıp iki polinükleotid iplikçiğin ayrılması tümüyle gerçekleştiğinde, bakteri içinde birbirinin tıpatıp benzeri olan iki DNA sarmalı oluşmuştur. Bu sırada uzayan bakteri hücresinde, ana bakteri DNA’sının iplikçiklerinin sitoplazma zarında bağlı olduğu noktalar (mezozom)da birbirinden uzaklaşmışlardır. Bunu takiben önce sitoplazmik zar, arkasından hücre duvarı içeriye doğru girinti yapar. Böylece bakteride transvers (uzayan bakteriyi enine ikiye bölen) bir membran ve duvar yapımı, dış tabakalardan içeriye doğru tamamlanarak içinde yenisentezlenen nükleer materyal bulunan iki yavru hücre oluşur. Bakterilerde her ne kadar mitoz mekiği bulunmuyorsa da, transvers membran o şekilde oluşur ki, DNA’nın replikasyonu ile meydana gelen iki yeni kromozomdan her biri yavru hücrelere gider ve bu hücreler birbirinin tıpatıp benzeri olur. DNA’nın replikasyonu sırasında bir takım enzim ve proteinler görev almaktadır. Replikasyonun başlangıcında, başlatma kompleksi (initation complex) adı verilen ve replikasyon noktası ile DNA giraz ve RNA polimeraz gibi enzimlerin de aralarında bulunduğu, çeşitli proteinler uygun yerlerde birikir. Oluşan polinükleotid zincirlerinin uzaması DNA polimeraz III, uç kısımlarından bağlanması ise DNA ligaz enzimleri aracılığı ile gerçekleşir. Bakterilerdeki kromozomal DNA’nın replikasyonu ile ilgili kurallar, ekstrakromozomal (kromozom dışı) DNA elemanları (plazmid, bakteriyofaj) için de geçerlidir. Bu şekilde, hücre içinde kromozomal DNA’dan bağımsız olarak bulunan ve kendi kendine replike olabilen DNA yapısındaki birimlere replikonadı verilir. DNA üzerindeki genler gelişi güzel dizilmeyip, belirli bir düzen içinde bulunurlar. Birbiri ile ilişkili olanlar genellikle “operon” adı verilen gen gruplarını oluştururlar. Operonlarda birbiri ile çok yakın ilişkili bunların bir arada uyumlu çalışmalarını sağlayan yardımcı genler de bulunur. Bir DNA molekülünün uzunluğu, bin baz çiftini tanımlayan kilobase pairs (kbp) ile ifade edilir. DNA molekülünün ikinci önemli özelliği ise, gerektiğinde üzerinde bulunan nükleotid sırasına uygun özellikte ribonükleik asid (RNA) molekülleri oluşturularak, hücrenin biyolojik fonksiyonlarını yönetmektir. 2. Ribonükleik Asid (RNA). Yapısı genel olarak DNA molekülne benzer. DNA’dan farklı olarak yapısında deoksiriboz yerine riboz, Timin (T) yerine onun gibi bir pirimidin olan Urasil (U) bulunur. Ayrıca RNA molekülü çift iplikli bir sarmal olmayıp, tek iplikli bir polinükleotid zincirinden oluşmuştur. Bununla birlikte, bu iplikçiğin kendi üzerine katlanıp, karşılıklı gelen pürin ve pirimidin bazlarının (A-U ve C-G) birleşmesi sonucu, yer yer çift katlı RNA bölgeleri meydana gelir. Hücre içinde üç tip RNA bulunur: - Mesaj ileten RNA (mRNA) - Ribozomal RNA (rRNA) - Transfer RNA (tRNA) Mesaj ileten RNA (mRNA) Her biri ayrı bir protein molekülünü yapımından sorumlu olan genlerdeki bilginin, proteinlerin yapım yeri olan ribozomlara ulaştırılması gerekir. DNA ‘da bulunan ve her biri ayrı bir amino asidin yapımından sorumlu olan üçlü pürin ve pirimidin bazlarının karşısına , uygun bazların gelmesiyle (A-U, C-G, G-C v.s.) oluşan nükleotidler, mRNA’yi meydana getirirler. DNA’nın tek iplikçiğinin kalıp olarak kullanılıp, RNA polimeraz enzimi aracılığı ile mRNA’nın oluşması işlemine transkripsiyon (kopya çıkarma) adı verilir. Genler böylece, oluşturdukları mRNA’ya kendilerinde bulunan protein yapımı ile ilgili bilgiyi aktarmış, yani yapılması istenen proteinin kalıbını vermiş olur. Ribozomal RNA (rRNA): Hücredeki tüm RNA’nın yaklaşık %80’nini oluşturan rRNA, ribozomlardaki proteinlere bağlı olarak bulunur. Yapılarında protein ve rRNA bulunan ribozomlar, biri büyük diğerii küçük iki alt birimden oluşmuşlardır. Bakterilerde büyük birim 50S, küçük birim 30S total ribozom 70S büyüklüğünde olduğu halde, ökaryotik hücrelerde büyük birim 60S, küçük birim 40S ve total ribozom ise 80S büyüklüğündedir. Transfer RNA (tRNA). Bakterilerde genetik materyalin küçük veya büyük bir bölümü bir bakteriden diğerine çeşitli mekanizmalar aracılığı ila aktarılıp, sonunda önemli genetik değişiklikler oluşabilmektedir. Verici bakteriden alıcı bakteri hücresine, bakteri genomunun aktarılması sonucu her iki bakteri hücresinin genetik özelliklerini birlikte içeren melez bakteriler meydana gelirler. Bakterilerde görülen bu olaylar sırasında, yüksek canlılarda olduğundan farklı olarak, iki hücrenin çekirdeklerinin tümü birleşmemekte, alıcı bakterinin kromozomu yalnız belli bir bölüm için diploid (benzer genlerden çift dizi taşınması) duruma geçmektedir. Kısmi bir zigot oarak da nitelendirilen melez bakteride, verici hücreden alınan genetik materyale ekzogenot, bunun alıcı hücredeki karşılığına ise endogenot denir. Alıcı bakteri DNA’sının replikasyonu sırasında, ekzogenot da replike olur ve aralarında meydana gelen çaprazlaşmalar sonucu, alıcının DNA’sına vericiden gelen ekzogenot eklenir. Bu bakteriden oluşacak yavru bakteriler, alıcı hücrenin genomuna taşırlar. Verici bakteriden aktarılan bir DNA segmentinin alıcının genomuna girip, alıcı bakteriye birtakım yeni özellikler kazandırması mümkündür. Böylece meydana gelen olaya rekombinasyon (yeni bileşim), oluşan melez bakteriye rekombinant (yeni bileşen) adı verilir. Bakteride rekombinasyon olayları üç ana mekanizma ile meydana gelmektedir: 1. Transformasyon 2. Transdüksiyon 3. Konjugasyon Transformasyon: Herhangi bir aracı (ikinci bir canlı hücre veya bakteriyofaj) bulunmaksızın, verici bakteri tarafından ortama bırakılmış olan DNA’nın alıcı bakteri tarafından alınarak oluşan bir rekombinasyon türüdür. Verici bakterinin DNA’sı ortama, genellikle bakterini kendiliğinden parçalanıp erimesi veya bazı kimyasal maddeler aracılığı ile ekstraksiyonu sonucu salınır. Bu genetik materyalin alıcı hücre tarafından alınabilmesi için, deoksiribonükleaz enziminin etkisinden korunmuş olması ve alıcı hücrenin DNA moleküllerini hücre içine alabilecek yeteneğinin bulunması gerekir. Transformasyon olayının mekanizması çok iyi bilinmemekle birlikte, gözlemler alıcı bakterinin ancak büyük DNA segmentlerini (4x105’den büyük) ortamdan alabildiğini, çift iplikli DNA’nın tek iplikli DNA’ya oranla daha büyük bir sıklıkla hücre içine alınabildiğini göstermiştir. Ayrıca bu olayda, alıcı bakterilerin yüzeylerinde bulunan DNA tanıma bölgelerinin de rol oynayabileceği bildirilmiştir. Bu konu ile ilgili çalışmaların çoğu pnömokoklar üzerinde yapılmış olmakla birlikte, Haemophilus influenzae, Bacillus subtilis, Neisseria gonorrhoeae, Escherichia coli gibi bakterilerde ede transformasyon gözlendiği bildirilmiştir. Transformasyon sonunda, alıcı bakterilerde kapsül, flajella oluşumu ile değişik enzimatik reaksiyonlar gözlenebilmektedir. Transdüksiyon: Bir bakteriye ait DNA segmentlerinin, bir bakteriyofaj aracılığı ile diğer bir bakteriye aktarılması olayıdır. Bakteriyofajlar, bakterilerin zorunlu parazitleri olup, ancak canlı bakteri hücreleri içinde replike olabilirler ve bu ilişki sonucu çoğunlukla içinde çoğaldıkları bakterinin parçalanıp erimesine yol açarak, bir başka bakteriyi enfekte etmek üzere serbest kalırlar. Bakteriyofajlar genellikle kendileri için spesifik olan bakteri hücrelerine kuyrukları ve kapsidleri ile yapıştıktan sonra (adsorbsiyon), faj genomu (DNA veya daha az sıklıkla RNA yapısında) bakteri içine girer. Bunu takiben, bakteri hücresinin biyolojik fonksiyonları yeni fajların yapımı doğrultusunda yönledirilir. Yani bir yandan faj DNA’sı (veya RNA genomu), diğer taraftan da fajın yapısal proteinleri bakteri hücresi tarafından, bakteriyofaj genomundaki bilgiler doğrultusunda sentezlenir. Kısa sürede bakteri hücresinin içinde, yeni sentezlenen faj birimleri birbiriyle birleşip olgun bakteriyofajları oluştururlar. Sonunda bakteri hücresinin erimesiyle, fajlar serbest hale geçerler ve yeni bakterileri enfekte ederler. Bazı bakteriyofajlar ise konak bakteri hücresini eritmeyip onunla birlikte ortak bir yaşam sürdürürler. Bu yaşam biçiminde faj DNA’sı, bakteri DNA’sı ile birleşip bütünleşmiştir (profaj). Bakteri DNA’sının replikasyonu sırasında, onunla bütünleşmiş olan faj DNA’sı da replike olur ve meydana gelen yavru bakterilerin genomu ana bakterilerinkine benzer. Genomlarında profaj taşıyan bakteriler hayatlarını bu şekilde sürdürebilirler. Ancak profajın bakteri DNA’sından ayrılıp, bakteri hücresi içinde bağımsız olarak replike olması sonucu, yeni oluşan faj partikülleri nedeniyle konak bakterilerin eridikleri de gösterilmiştir. Profaj ile biyolojik bir denge içinde yaşayan ancak dengenin herhangi bir nedenle bozulması halinde, sonunda kendisini de ölümüne yol açacak olan bakteriyofajları oluşturabilen böyle bakterilere lizojenik bakteri, konak bakteri ile birlikte ortak bir yaşam süren bakteriyofaja da temperate (ılımlı=iyi huylu) faj adı verilmektedir. Özetle belirtmek gerekirse, transdüksiyonda bir bakteriyofaj aracılığı ile bakteriden bakteriye genetik materyal veya bir DNA segmenti aktarılmakta böylece alıcı bakteri, verici bakteriye ait bazı özellikleri kazanmaktadır. Salmonella, Shigella, Escherichia, Pseudomonas, Vibrio, Proteus cinsleri başta olmak üzere birçok gram negatif bakteri ile bazı gram pozitif bakterilerde (Bacillus, Corynebacterium cinsleri, stafilokok ve streptokokların bazılarında) transdüksiyon sonucu rekombinasyon oluşmaktadır.Transdüksiyonun değişik iki tipi bilinmektedir: 1. Lokalize (kısıtlı) tarnsdüksiyon:Bu tipte transdüksiyon yapabilen ılımlı fajların en iyi bilinen örneği E.coli’nin l (lambda) fajıdır. Bu nedenle bu tip transdüksiyona l fajı tipi transdüksiyon da denmektedir. Bu bakteriyofaj girdiği bakterinin (E.coli) kromozomunun hep aynı bölgesine yapışıp entegre olduğu için, yeni bakteriye daima aynı DNA segmentini ve aynı özelliği aktarır. 2. Jeneralize (kısıtlanmamış) transdüksiyon: Konak bakterinin tüm genleri alıcı bakteriye aktarılma bakımından eşit şansa sahiptir. Konjugasyon: Genetik materyalin bir bakteriden diğerine bu iki bakteriningeçici teması sonucu aktarılmasıdır. Birçok enterik bakterinin konjugasyon yaptığı bilinmektedir. E. coli bakterisinin K12 suşunda yapılan ilk gözlemlerde, bu olayda bazı bakterilerin daima verici, diğerinin ise alıcı özellik gösterdiği saptanmıştır. Bakteriye verici özelliğini, ekstrakromozomal bir DNA segmenti olan F (fertilite=seks) faktörü kazandırır.F faktörünün bulunduğu F+ bakteri, bu faktörü taşımayan F- bakteri ile yan yana gelip F faktörünü aktarabilmektedir. F faktörü bir replikondur. Yani sitoplazma içinde, bakteri kromozomundan bağımsız olarak replike olmakta ve yeni oluşan yavru bakterilere geçebilmektedir. Sonraları F faktöründen başka genetik yapıların da bu çeşit aktarmalarla bakteriden bakteriye geçip, aktarıldığı bakteriye değişik birtakım özellikler kazandırdığı anlaşılmıştır. Bakterilerde kromozoma eklenmeden bulunan, replike olabilen ve aktarıldığı bakteriye birtakım biyolojik özellikler kazandıran DNA segmentlerine plazmid adı verilir. F faktörü de bir plazmid olup, çember biçiminde ve çift iplikli DNA yapısındadır. Bakteri kromozomu gibi bir ucu ile sitoplazmik zara tutunur, kromozomla eş zamanlı fakat ondan bağımsız olarak replike olur. F faktörüne sahip olan bakteri, bu faktörü taşımayan bakteri hücreleri ile yan yana gelip, aralarında köprüler oluşturarak, alıcı hücreye F faktörünü veya aynı zamanda bakterinin kromozomundan bir parçayı aktarbilme yeteneğine sahiptir.Bakteriden bakteriye genetik madde aktarılmasını yöneten tradiye ismlendirilen genler, F faktörü DNA’sında bir operon tarafından düzenlenirler. Konjugasyon bu operondaki bazı genlerin yönetimi altında, bakteride seks pilusu (F fimbriası) adı verilen bir pilusun yapılması ile başlar; yalnız F+ bakterilerde bulunan bir pilustur. İki baketrini yan yana gelip birleşmesi sırasında, F faktörü de bakteri kromozomu gibi replike olur ve DNA’nın çift iplikçikleri birbirinden ayrılır. DNA iplikçiklerinden biri F- olan alıcı bakteriye geçer, diğeri verici bakteri de kalır. Bunu takiben her iki bakteride de bu iplikçiklerin karşıtı olan iplikçikler sentezlenerek iki hücre de F+ olur. F+ bakteriden F- bakteriye, Ffaktörünün aktarılması oldukça yüksek oranda gerçekleşebilir, öyle ki bazen F- hücrelerin tümünün F+ oldukları saptanmıştır. Bununla birlikte, verici bakteriye ait kromozomal DNA segmentlerinin, alıcı bakteriye aktarılma sıklığı oldukça seyrek olmaktadır (10-4-10-5) olmaktadır. Bunun için F faktörünün verici bakteri DNA’sında uygun bir bölgeye yerleşmesi gerekmektedir; böylece F faktörü bakteri DNA’sı ile bütünleşmektedir.Yüksek sıklıkla rekombinasyon yapan (Hfr=high frequency of recombination) hücreler bu şekilde oluşmaktadır. Bu durumda bakteri kromozomunu harekete geçirerek alıcı bakteriye birçok genetik özellik kazandırabilmektedir. Plazmidler: Plazmidler, bakteri hücrelerinin sitoplazmasında, kromozomal DNA’dan bağımsız olarak bulunan ve replike olabilen ekstrakromozomal DNA segmentleridir. Bu genetik elemanlar, bulnudukları ve aktarıldıkları bakteriye birtakım değişik biyolojik yapı ve fonksiyon özellikleri kazandırır. Bakterilerin, plazmidler tarafından kodlandığı bilinen birtakım fenotipik özellikleri arasında, antibiyotiklere, ağır metal iyonlarına, ultraviyole ışınlarına gösterdikleri direnç, çeşitli enzim ve toksinler oluşturma, konak hücreye adherans, kolonize olma, üreaz oluşturma, çeşitli karbonhidratların fermentasyonu sayılabilir. Plazmidler bakteride kendiliğinden oluşmazlar, başka bakterilerden aktarılırlar. Bulundukları bakterilerden, spontan olarak kaybolabilecekleri gibi, plazmid replikasyonunu inihbe eden bazı maddeler aracılığı ile, deneysel olarak da ortadan kaldırılabilirler. Plazmidler bakteriden bakteriye genellikle konjugasyonla aktarılırlar. Bilinen plazmidlerin belli başlı örnekleri, F faktörleri, direnç plazmidleri, stafilokok plazmidleri ve virulans plazmidleridir.

http://www.biyologlar.com/bakteri-genetigi

NÜKLEİK ASİTLER DNA VE RNA

RİBONÜKLEİK ASİT (RNA) RNA'lar ribonukleotitlerinbirbirlerine bağlanması ile meydana gelen tek zincirli nukleik asitlerdir. DNA molekülleri ile kıyaslandığı zaman boyları daha kısadır. Hemen hemen bütün hücrelerde bol olarak bulunmaktadırlar. Gerek prokaryotik gerek ökaryotik hücrelerde genellikle üç ana sınıf RNA'ya rastlanmaktadır. Bunlar mesencır RNA (mRNA), ribozomal RNA (rRNA) ve transfer RNA (tRNA) dır. Bütün RNA'lar tek zincirli özel bir baz dizisine, karakteristik bir molekül ağırlığına sahip ve belirli bir biyolojik fonksiyonu yerine getirmektedir. MESENCIR RNA (mRNA) DNA'da saklı bulunan genetik bilginin, protein yapısına aktarılmasında kalıplık görevi yapan aracı bir moleküldür. mRNA ribozomlara tutunur ve DNA'dan aldığı genetik şifreye göre sentezlenecek proteinin amino asit sırasını tayin etmektedir. Her mRNA molekülü, DNA üzerinde bulunan ve gen adı verilen belirli bir bölge ile komplementerlik göstermektedir. Tek bir ökaryotik hücre yaklaşık 10.000 farklı mRNA molekülü ihtiva etmekte ve bunların her birinden bir veya daha fazla polipeptid zinciri sentezlemektedir. TRANSFER RNA (tRNA) tRNA'lar da ribonukleotidlerin polimerize olması ile meydana gelmiş, çok kıvrımlar gösteren ve tek zincirli yapıya sahip bir RNA çeşididir. tRNA'lar yonca yaprağına benzeyen üç boyutlu yapılarında yer yer çift sarmallı bir durum göstermektedir. Zincirde yer alan ribonukleotid sayısı 70 ile 99 arasında, molekül ağırlığı ise 23.000 ile30.000 dalton arasında değişmektedir. Doğada yer alan 20 aminoasitin her biri için en az bir tRNA molekülü bulunmaktadır. tRNA'lar adaptörlük görevi yaparak bir uçlarına bağladıkları amino asiti, ribozoma tutunmuş mRNA'nın taşıdığı kodono göre polipeptid zincirine dizerler. tRNA'lar üç bazdan meydana gelen antikodon adı verilen uçları ile yine mRNA üzerinde bulunan ve kodon adı verilen bölgeye geçici bağlanarak amino asitlerin mRNA üzerindeki şifreye göre doğru bir şekilde dizilmelerini temin etmektedir. RİBOZOMAL RNA (rRNA) rRNA'lar ribozomların ana yapısal elementi olup yaklaşık olarak ribozom ağırlığının % 65'ini teşkil ederler. Prokaryotik hücrelerde 3 çeşit, ökaryotik hücrelerde ise 4 çeşit rRNA bulunmaktadır. Ribozomal RNA'lar ribozomların yapı ve fonksiyonlarında önemli rpller oynamaktadır. Bunlara ilave olarak ökaryotik hücrelerde iki çeşit RNA daha bulunmaktadır. Bunlardan birincisi heterojen nuklear RNA (hnRNA)'lardır. Bunlar ökaryotik hücrede sentezlenen ve prosese uğramamış öncül mRNA molekülleridir. İkincisi ise küçük nuklear (snRNA)'dır ve yine öncül mRNA moleküllerinin prosese uğraması esnasında ortaya çıkmaktadırlar. DEOKSİRİBONÜKLEİK ASİT (DNA) Genetik olayların hücrede moleküler düzeydeki temeli genetik materyal görevini üstlenen nükleik asitlerin yapı ve özelliklerine dayanır. Nükleik asitlerin iki türü olan deoksiribonükleik asit DNA ve ribonükleik asit RNA temelde aynı yapısal özelliklere sahiptir. Genler, DNA‘daki bazı kimyasal dizilimler olan nükleotidlerden meydana gelmiştir. Çoğunluk kromozomların içersinde bulunurlar. Ayrıca DNA molekülü prokaryotlarda (Bakteriler) kromozom dışı genetik sistem, olan plazmidlerde, Ökaryotik hücrelerde genetik materyalin kromozomlar (Nukleus) dışında temel olarak (hayvan ve bitkilerde) mitokondri ve (sadece bitkilerde ve alglerde) kloroplastlarda bulunduğu bilinmektedir. 1953 yılında Watson ve Crick DNA molekülünün kendine has özelliklere sahip bir çift sarmal yapı halinde bulunduğunu ileri sürdüler. Bu araştırıcıların önerdikleri DNA yapısı o tarihlerde başka araştırıcılar tarafından ortaya konulan DNA ya ilişkin önemli bulgulara dayanmaktadır. Bunlardan biri, Wilkins ve Franklin tarafından, izole edilmiş DNA fibrillerinin X-ray ışınlarını kırma özelliklerinin açıklanmasıdır. Elde edilen X ışını fotoğrafları, DNA nın zincirlerindeki bazların diziliş sırasına bağlı olmaksızın, çok düzenli biçimde dönümler yapan bir molekül olduğunu göstermektedir. Ayrıca TMV (tütün Mozaik Virusu) üzerinde yapılan çalışmalar da DNA ile ilgili çalışmalarda ışık tutmuştur. Bir başka önemli bulguda Chargaff tarafından saptanmıştır. Herhangi bir türe ait DNA nın nükleotidlerine parçalandığında serbest kalan nukleotidlerde adenin miktarının timine, guanin miktarının da sitozine daima eşit olduğunun saptanmasıdır.. Yani Chargaff kuralı‘na göre doğal DNA moleküllerinde adeninin timine veya guaninin sitozine oranı daima 1’e eşittir. (A/T=1 ve G/C=1). İşte Watson ve Crick bu bulguları değerlendirerek böyle özelliklere sahip DNA makro molekülünün sekonder yapısına ait bir model geliştirdiler. Bu modele göre, bir çok sorunun açıklanması yapılabildiğinden dolayı 1962 yılında bu iki bilim adamına Nobel Ödülü verildi. Bu modele göre; DNA molekülü, heliks (=sarmal) şeklinde kıvrılmış, iki kollu merdiven şeklindedir. Kollarını, yani merdivenin kenarlarını, şeker (deoksiriboz) ve fosfat molekülleri meydana getirir. Deoksiriboz ile fosfat grupları ester bağlarıyla birbirlerine bağlanmıştır. İki kolun arasındaki merdiven basamaklarında gelişigüzel bir sıralanma yoktur; her zaman Guanin (G), Sitozin’in (C ya da S); Adenin (A), Timin’in (T) karşısına gelir. Hem pürin (yani adenin ve guanin) ile pirimidin (yani sitozin ile timin) arasındaki hidrojen bağları, hemde diğer bağlar, meydana gelen heliksin düzgün olmasını sağlar. Pürin ve pirimidin bazları, yandaki şekerlere (Riboz), glikozidik bağlarla bağlanmıştır. Baz, şeker ve fosfat kombinasyonu, çekirdek asitlerinin temel birimleri olan nükleotidleri meydana getirmiştir. Dört çeşit nükleotid vardır. Bunlar taşıdıkları bazlara göre isimlendirilirler (Adenin, Guanin, Sitozin,Timin). DNA molekülü kendini oluşturan nukleotidlerin sayısına bağlı olarak, büyüklüğü türden türe değişen, uzun zincir şeklinde bir yapı gösterir. İnsanda bu zincirin uzunluğu açıldığında 2 metreye kadar varabilir. Bütün halinde eldesi zincirin hassas ve kırılgan yapısından ötürü çok güçtür. İki polinükleotid zincirin şeker fosfat omurgaları, ortak bir eksen çevresinde eşit çaplı ve sağ yöne doğru dönümler meydana getirir. Nükleotidlerin bazları molekülün omurgasının iç kısmında bulunur. Bazların konumları sarmalın eksenine 90 derece açı yapacak şekilde konumlanmıştır. Birbirine komşu baz çiftlerinin dönümleri arasındaki uzaklık 3,4A dür. Ayrıca her baz çifti komşusuna 36 derecelik açı yapacak şekilde yerleşmiştir. Buna göre, yaklaşık 10 baz çifti 360 derecelik tam bir dönümü tamamlayacağından, her dönümün boyu 34A dür. İki polinükleotid zincirdeki nukleotidler karşılıklı olarak birbirlerine hidrojen bagları ile bağlanmıştır. Bu bağ fosfor bağları kadar kuvvetli olmadığı için pH değişikliği, sıcaklık basınç gibi faktörlerde kolaylıkla birbirlerinden ayrılabilmektedir. DNA nın kendi kopyasını yapması ve gen anlatımı, nukleotidler arasındaki hidrojen bağlarının ayrılması ile gerçekleşmektedir. Nükleotidler birbirlerine fosfat bağlarıyla bağlanarak, şeker ve fosfat kısımlarının birbirlerini izlediği serilerden oluşan bir omurgaya sahip uzun ve dallanmış polinükleotid zincirlerini meydana getirmiştir. Kovalent ester bağları veya fosfodiester bağları olarak da bilinen bu bağlar son derece kuvvetlidir. Fosfodiester bağlarının varlığı DNA molekülünün tek zincirli yapı halinde iken bile dayanıklı ve stabil yapıda olmasını sağlar. Genetik mühendisliğinin hedeflerinden biri olan klonlama çalışmaları, doğal yolla gerçekleşmesi mümkün olmayan kovalent bağ kırılmalarını gerçekleştirerek yeni türler oluşturma çabalarını içerir. Nukleotidlerin yapısı bazik olmasına karşın oımurgadaki PO4(fosforik asit) grubunun varlığı polinükleotid zincirlerin asit özellikte olmalarına yol açar ve nükleik asit terimi de bu özellikten kaynaklanır. Hidrojen bağları daima bir pürin(A,G) ile bir pirimidin (T,C) bazı arasından meydana gelir. A-T baz çiftinde 2 hidrojen bağı, G-C baz çiftleri arasında ise 3 hidrojen bağı bulunmaktadır. Hidrojen bağlarının özelleşmesi; anahtar kilit modelinini andıran, uygun nukleotid moleküllerinin karşılıklı gelerek birbirlerine yine uygun sayıda hidrojen bağları ile bağlanmasını sağlar. Böylece zincirin bir kolunda bulunan nukleotidlerin dizilişi,karşı kolda bulunan nukleotidlerin dizilişini bir çeşit dikte ve kontrol eder. Tesadüfe bırakmayan bir titizlikle molekül yapısı oluşturulur ve kontrol edilir. DNA molekülünün en önemli özellik iki polinükleotid zincirin birbirinin tamamlayıcısı olmasıdır. Pozitif (+) ve negatif (–) iki polinukleotid zincirlerinin tamamlayıcılık özelliği,genetik materyalin işlevlerini doğru biçimde nasıl yapabildiğinin açıklanması açısından DNA’nın en önemli temel özelliklerinin başında gelir. DNA çift sarmalının dikkate değer ve önemli bir özelliği, molekülü oluşturan zincirlerin birbirlerinden kolaylıkla ayrılabilmesi ve yeniden birleşebilmesidir. Protein sentezi ve Dna replikasyonu (kendi kopyasını oluşturması) bu özellik sayesinde meydana gelebilir. DNA’nın iki zinciri, birbirine sadece H bağları ve hidrofobik etkileşimlerle bağlı olmaları nedeni ile, nükleotidleri arasındaki kovalent bağlardaki herhangi bir kopma olmaksızın çözülebilir (denatürasyon). Aynı şekilde çözülmüş molekülün zincirleri tamamlayıcı bazları arasında H bağlarının oluşumu ile birleşip sarmal yapıyı yeniden oluşturabilir (renatürasyon). Nükleotidler arasındaki fosfor bağlarının kopması nedeniyle nükleotidlerin yerine başka nukleotid veya nukleotid dizisinin geçmesi mutasyonlara yol açar.Bu mutasyonların tek zincirli RNA molekülünde oluşma olasılığı çift zincirli DNA molekülüne göre daha fazladır.Mutasyonların neticeleri ölümcül olabilir. Evrimsel gelişim içinde mutasyonların menfi yada müspet etkileri gözardı edilemeyecek noktadadır. Günümüzde viral hastalıkların başında gelen AIDS’in önüne geçilememesinin en geçerli nedeni genomu tek zincirli RNA olan virusun sürekli mutasyonlar geçirerek kendini sürekli yenilemesi gösterilebilir..

http://www.biyologlar.com/nukleik-asitler-dna-ve-rna

Genler ve Gen Transferi

Çok hücreli bir organizmanın herbir hücresi genellikle aynı genetik maddeyi içerir.DNA molekülleri,hücredeki en büyük moleküllerdir ve çoğunlukla kromozom olarak adlandırılan yapılarda paketlenir.Ökaryotik hücreler genellikle birden fazla,çoğu bakteri ve viruslar ise bir tek kromozoma sahiptir.Bir tek kromozom binlerce gen taşıyabilir.Bir hücrenin tüm genleri ve genler arasındaki DNA'ları,birlikte,hücresel genomu oluşturur. Bir tek kromozomda kaç tane gen vardır ? Tüm dizilimi belirlenmiş prokaryotik genomlardan biri olan Escherichia coli'nin kromozomu 4 638 858 baz çifti uzunlukta dairesel bir DNA molekülüdür.Bu baz çiftleri,proteinler için 4 300 kadar,stabil RNA moleküller için 115 geni oluşturur.Ökaryotlar için bilgilerimiz henüz tamamlanmış değildir.İnsan genomu 3 milyar baz çiftinden oluşur ve 24 farklı kromozomda 32 000 geni kodladığı bilinmektedir. Genellikle her bir bakteri hücresinde sadece bir kromozom vardır.Hemen hemen tümünde,her bir kromozom,her bir genden bir kopya içerir.Ancak rRNA'larda olduğu gibi birkaç gen birçok kez tekrarlanmıştır.Prokaryotlarda,düzenleyici diziler ve genler hemen hemen DNA'nın tümünü kapsar.Bundan başka her bir gen,kodladığı RNA dizisi ya da amino asit dizilimiyle paralellik gösterir . Ökaryotik DNA'daki genlerin organizasyonu yapısal ve işlevsel olarak daha karmaşıktır,ve ökaryotik kromozom yapısının çalışılması sırasında pekçok sürpriz ortaya çıkabilmektedir.Çok kopyalı fare DNA 'sında yapılan testler beklenmeyen bir sonuç ortaya çıkarmıştır.Fare DNA'sının %10 kadarı,her bir hücrede milyonlarca kez tekrarlanmış ve 10 baz çiftinden daha az uzunlukta kısa dizilerden oluşur.Bunlara çok tekrarlanmış dizilimler ya da basit-dizilimli DNA denilir.Tekrarlanmış DNA'ların bir kısmı,evrimsel geçişlerin izi,basit " çöplük DNA" olabilmektedir.Bununla beraber,bunların bir bölümünün işlevsel önemi vardır.Fare DNA'sının kalan %70'i tek kopya ve sadece birkaç kez tekrarlanmış bölümlerden oluşur.Ökaryotik krozomlardaki genlerin çoğu tek kopyalı genlerdir.Basit dizilimli DNA'lara satellit (uydu) DNA da denilir.Çalışmalar, basit-dizilimli DNA'nın,protein ya da RNA şifrelemediğini göstermiştir.Bunların çoğu ökaryotik kromozomlardaki iki önemli yapı ile ilgilidir: sentromer ve telomerler. Ökaryotik kromozomun belirgin bir özelliği onun sentromeridir.Sentromer,hücre bölünmesi sırasında,kromozomu mitotik iğciğe bağlayan proteinler için bir bağlantı alanı olarak iş gören DNA dizisidir.Bu bağlantı,,kromozomların kardeş hücrelere eşit ve düzenli dağıtımı için gereklidir.Biramayası kromozomlarının sentromerleri izole edilmiş ve çalışılmıştır.Sentromer işlevinde gerekli diziler,yaklaşık 130 baz çifti uzunluğa sahiptir ve A=T çiftlerince zengindir.Daha yüksek ökaryotların sentromerik dizileri daha uzundur ve (bira- mayasınınkine benzemeksizin) genellikle basit-dizilimli DNA içerirler.Aynı yönde, 5-10 baz çiftlik bir ya da birkaç dizinin binlerce peşpeşe dizilmiş kopyasından oluşur.Sentromer işlevinde basit-dizilimli DNA'nın kesin rolü,henüz anlaşılamamıştır. 150-300 baz çiftlik, orta sıklıkta tekrarlanan DNA'lar yüksek yapılı ökaryotik genomun her tarafına serpilmiştir.Bu tekrarların bazıları karakterize edilmiştir.Bunların birkaçı,çok düşük sıklıkta genomda hareket eden diziler olan transpozonlara aittir ( ya da bağlantılı olabilir.İnsanlarda,bu tekrarların bir sınıfı (yaklaşık 300 baz çifti uzunluktaki),Alu ailesidir. AluI restriksiyon endonükleaz için bir kopya, tanıma dizisi içermesi nedeniyle bu şekilde adlandırılmıştır.Toplam genomun %1-3'ünü kapsayan yüzbinlerce Alu tekrar dizisi, genomun her tarafına serpilmiştir.Alu ve benzer saçılmış tekrarlar birlikte,insan DNA'sının %5-10 kadarını oluşturur.Bu DNA'ların işlevi henüz bilinmemektedir. Tümünün olmasa da ökaryotik genlerin çoğunun,diğerlerinden farklı ve şaşırtıcı bir yapısal özelliği vardır:nükleotit dizilimleri,polipeptidin amino asit dizilimini kodlamayan bir ya da daha fazla, dizilim arasına giren bölümler içermektedir.Translasyona uğramayan bu dizilimler,genin nükleotit dizilimi ile kodladığı polipeptitin amino asit dizilimi arasındaki bağlantıyı bozmaktadır.Genlerdeki bu tip translasyona uğramayan DNA kesimleri,aradaki dizilimler, ya da intron, ve kodlayan kesimler ise ekson olarak tanımlanırlar.Çok az prokaryotik gen,intron içerir.Bakteriler,DNA viruslarından daha fazla DNA içerirler.Bir tek E.coli hücresi, l bakteriyofaj partikülünün içerdiğinden hemen hemen 100 kat fazla DNA içermektedir.E.coli'nin kromozomu,bir çift- sarmal dairesel DNA molekülüdür. 4,639,221 baz çifti ve 1.7 mm'lik ve E.coli'den 850 kat daha büyük olan bir uzunluğa sahiptir. Ökaryotik Hücreler Prokaryotlardan Daha Fazla DNA İçerir En basit ökaryotlardan biri olan biramayası hücresi,E.coli hücresinden dört kat daha fazla DNA'ya sahiptir.Klasik genetik çalışmalarda kullanılan meyve sineği, Drosophila hücreleri E.coli 'den 25 kat fazla DNA içerir.İnsan ve diğer memeli hücreleri,E.coli'den 600 kez daha fazla DNA'ya sahiptir.Pek çok bitki ve amfibi hücreleri daha fazla DNA içermektedir.Ökaryotik hücreler bakteri hücrelerinden daha fazla DNA içermesine karşın,bir ökaryotik genomda daha büyük oranda kodlamayan DNA bulunur.Her bir milimetresinde 2,500'ün üzerinde gen bulunan E.coli DNA'sı ile karşılaştırıldığında, insan DNA'sının her bir milimetresinde yaklaşık 50 gen vardır. Bu kodlamayan DNA'nın çoğu,ökaryotik kromozom yapısının düzenlenmesinde önemli rol oynayabilmektedir. İnsanın bir tek hücresindeki tüm DNA'nın uzunluğu 2 m kadardır.E.coli'ninki 1.7 mm'dir. Süper kıvrımlaşmaya neden olmasını ve sarmal ayrılmasını biraz daha kolaylaştırmasının yanında,DNA'nın azalmış kıvrımlaşması moleküldeki yapısal değişiklik miktarını kolaylaştırmaktadır.Bunların fizyolojik önemi daha azdır fakat az kıvrılmanın etkilerinin gösterilmesine yardımcıdır.Genellikle birkaç eşleşmemiş baz içeren bir haç oluşumunu anımsarsanız, DNA az kıvrımı,gerekli sarmal ayrılmasının sürdürülmesine yardım eder. Ayrıca,soldan-sağa (sağ el dönüşlü) bir DNA heliksinin kıvrımlaşma azalması, baz diziliminin Z-DNA formuna uyumlu bölgelerinde, kısa gerginlikte sağdan-sola (sol el dönüşlü) Z-DNA'nın oluşmasını kolaylaştırmaktadır. Topoizomerazlar DNA Bağlantı Sayısındaki Değişiklikleri Katalizler DNA'da süper kıvrımlaşma,DNA metabolizmasının pek çok yönünü etkileyen ve tam düzenlenmiş bir işlemdir.Her bir hücre,özgün işlevi DNA'yı kısmen açmak ya da gevşetmek olan enzimlere sahiptir.DNA kısmi açılım uzantısını arttıran ya da azaltan enzimlere topoizomerazlar denilir.Değiştirdikleri DNA özelliği,bağlantı sayısıdır.Bu enzimler, özellikle replikasyon ve DNA paketlenmesi gibi işlemlerde önemli rol oynarlar.İki izomeraz sınıfı vardır.Tip I izomerazlar,iki sarmaldan birini kısa süreli olarak kırıp,kırık olmayan uçlardan birini döndürmek ve kırılan uçları yeniden birleştirmek şeklinde etki gösterirler.Tip II topoizomerazlar,her iki DNA sarmalını kırarlar . Ökaryotik hücreler de tip I ve tip II izomerazlara sahiptir.Topoizomeraz I ve III tip I grubunda yer alır.İki tip II topoizomeraz; topoizomeraz IIa ve IIb,hem pozitif hem de negatif süper kıvrımları gevşetebilmesine karşın, (negatif süper kıvrım nedeni) DNA'da kıvrım azalması yapamaz. Süper kıvrım olmuş DNA molekülleri,bazı yönleriyle benzerlik gösterir.Negatif süper kıvrımlı DNA moleküllerindeki süper kıvrımlar,sağ el konumludur (soldan-sağa) .Bunlar,uzama ve genellikle birden fazla dallanmayla,sıkılaşmadan çok daralma eğilimindedir Kromatin ve Nükleoit Yapı "Kromozom" adı,bir virus,bakteri,ökaryotik hücre ya da bir organel içindeki genetik bilgiyi depolayan nükleik asit molekülünü tanımlamaktadır.Bu,ışık mikroskobunda görüldüğü gibi,boyanmış ökaryotik hücrelerin çekirdeklerinde yoğunlaşmış renkli cisimcikleri de tanımlar.Ökaryotik kromozomlar,somatik hücrelerde çekirdeğin bölündüğü mitozun hemen öncesi ve mitoz sırasında çekirdekte keskin sınırlı cisimler olarak görünmektedir.Bölünmeyen ökaryotik hücrelerde kromatin denilen kromozom materyali,şekilsiz ve çekirdeğin her tarafına rastgele dağılmış olarak gözlenir.Hücreler bölünmeye hazırlanırken,kromatin yoğunlaşır ve türe özgü sayıda iyice belirginleşmiş kromozomlara dönüşür . Kromatin,çok az miktarda RNA ile birlikte,yaklaşık eşit ağırlıkta protein ve DNA içeren ipliklerden oluşur.Kromatindeki DNA, histon denilen proteinlerle çok sıkı bağlanarak, nükleozom denilen yapısal birimlere paketlenmiş ve dizilmiştir.Kromatinde,bazıları özgün genlerin ifadelenmesini düzenleyen,pekçok histon olmayan proteinler de bulunur.Nükleozomal oluşumla,ökaryotik kromozomal DNA,en sonunda ışık mikroskobunda görülen yoğunlaşmış kromozomu oluşturmak için daha ileri düzeyde dizilmiş yapılara paketlenir. Histonlar Küçük ,Bazik Proteinlerdir Histonlar bazik arjinin ve lizin amino asitlerince çok zengindirler (Her ikisi birden tüm amino asitlerin dörtte bir kadarını oluşturur).Ökaryotik hücrelerde molekül ağırlıkları farklı beş temel histon sınıfı bulunur .H3 ve H4 histonları tüm ökaryotlarda yakın benzerlikte amino asit dizilerinden oluşur.Bu,onların işlevlerinin tam anlamıyla korunduğunu gösterir.Örneğin,bezelye ve sığırın H4 histon molekülleri arasında sadece 102 amino asitten ikisi,insan ve bira mayasında sadece 8 amino asit farklıdır.H1,H2A ve H2B histonların dizilimleri ökaryotik türler arasında daha az benzerlik gösterir. Histonların her biri,bazı amino asitlerin yan zincirleri enzimatik yolla metillenerek,ADP-ribozilasyonu,fosforillenme ya da asetillenmeyle değişikliğe uğratıldığından,çeşitli yapıda olabilmektedir.Bu tip değişiklikler,kromatinin yapısal ve işlevsel özellikleri kadar,histonların diğer özelliklerini,şeklini ve net elektrik yükünü etkilemektedir. Nükleozomlar Kromatinin Asıl Düzenleyici Birimleridir Bir "ipliğe dizilmiş boncuk"düzenindeki boncuklar,histon ve DNA bileşiminden oluşur.Boncuk ve bir sonraki boncuğa uzanan bağlaç DNA,nükleozomu oluşturur.Nükleozom,üzerinde kromatinin daha yüksek paketlenme düzeni oluşmasını sağlayan temel birimlerdir.Her bir nükleozom boncuğu sekiz histon molekülü içerir: H2A,H2B,H3 ve H4'ün her biri iki kopyalıdır.Nükleozom boncuklarının aralık düzeni,146 baz çifti sekiz parçalı histon çekirdeğinin çevresine sıkıca sarılmış ve geriye kalanı nükleozom boncukları arasında bağlaç DNA olarak işlevi olan,genellikle toplam 200 baz çiftlik tekrarlayan birimler şeklindedir.H1 histonu,bağlaç DNA'ya bağlanır.DNA'yı parçalayan enzimlerin kromatine kısa süreli uygulanması,bağlaç DNA'nın tercihli olarak parçalanmasına ve parçalanmaktan kurtulmuş olan 146 baz çiftlik DNA içeren histon parçacıklarının serbest kalmasına neden olmaktadır. Bu yapının kapalı görünümü,ökaryotik hücrelerin DNA'da kıvrımı azaltan enzimlerden yoksun olduğu halde ökaryotik DNA’da kısmen açılma nedenini açıklamaktadır.Nükleozomlarda DNA'nın solenoidal sarılmasının,DNA’nın kısmen açılmasıyla (negatif süper kıvrımlaşma) başlatılan bir süper kıvrım biçimi olduğunu anımsayınız.Nükleozom yapısındaki bir histon çekirdeği çevresinde DNA'nın sıkıca sarılması için,DNA'daki yaklaşık bir heliks döngüsünün azalması gereklidir.İn vitro olarak,bir nükleozomun protein çekirdeği gevşemiş kapalı-dairesel DNA'ya bağlandığı zaman bağlanma, yeni bir negatif süper kıvrım oluşturmaktadır.Bununla beraber,bu bağlanma olayı DNA'yı koparmaz ya da bağlantı sayısı değişmez.Böylece negatif bir solenoidal süper kıvrım oluşumuna bağlı olmayan DNA bölgesinde dengeleyici bir pozitif süper kıvrım eşlik etmek zorunda olmaktadır.Daha önce değinildiği gibi ökaryotik topoizomerazlar,pozitif süper kıvrımları gevşetebilmektedir.Bağlı olmayan pozitif süper kıvrımın gevşemesi,sabit (nükleozom histon çekirdeğine bağlı olması nedeniyle) negatif süper kıvrımı bırakır ve bir uçtan diğerine bağlantı sayısının azalmasıyla sonuçlanır.Gerçekten,in vitro olarak saflaştırılmış histonlarda topoizomerazların gerekli olduğu kanıtlanmıştır. Nükleozom çekirdeklerinde DNA'nın histonlara bağlanmasını etkileyen bir başka faktör,bağlı DNA'nın dizilimidir.Histon çekirdekleri DNA'ya rastgele bağlanmazlar,tam tersine kendilerini belirli bölgelerde tutma eğilimindedirler.Bu durum çok iyi anlaşılamamıştır,fakat DNA heliksinde histonların dokunduğu küçük oluktaki A=T baz çiftlerinin bölgesel çokluğuna bağlı olduğu ortaya çıkmıştır.Nükleozomun histon çekirdeği çevresinde DNA'nın sıkıca sarılması için bu noktalarda küçük oluğun sıkışması gerekmekte ve iki veya üç A=T baz çiftinden oluşan bir küme bu sıkışmayı daha uygun duruma getirmektedir. DNA üzerindeki bazı nükleozomların yerleşmesinde başka proteinler de gereklidir.Bazı organizmalarda,özgün DNA dizilimine bağlanan ve böylece hemen bitişikteki nükleozom oluşumunu kolaylaştıran proteinler bulunmuştur.Nükleozom çekirdeklerinin belirgin yerleşimi,bazı ökaryotik genlerin ifadelenmesinde rol oynayabilmektedir . Nükleozomlar Daha Yüksek Düzeyde Birbirini İzleyen Yapılara Paketlenmektedir Bir nükleozom çekirdeğine DNA'nın sarılması DNA uzunluğunu yaklaşık yedi kat kısaltır.Baştan sona kromozomdaki tüm yoğunlaşma,daha ileri düzeydeki düzenlemelerle 10,000 kattan daha fazladır.Çok hassas yöntemlerle saflaştırılmış kromozomlarda,nükleozom çekirdeğinin 30 nm'lik fibril denilen bir yapıda düzenlendikleri ortaya çıkmıştır .Bu paketleme,her bir nükleozomda bir histon molekülüne gereksinim duyar.30 nm'lik fibril organizasyonu,tüm kromozomu kapsamına almaz fakat,diziye özgü (histon olmayan) DNA-bağlı proteinlerin bağlandığı bölgelerle sınırlanmaktadır.30 nm'lik yapının, DNA'nın özel bir bölgesinin transkripsiyonal aktivitesiyle de bağlantılı olduğu ve genlerin transkripsiyon bölgelerinde daha az düzenlendiği belirlenmiştir. 30 nm'lik fibril,ikinci bir kromatin düzenlenmesiyle DNA'da yaklaşık 100 kat sıkılaşma sağlar.Daha ileri katlanma düzeyleri henüz bilinmemektedir.Fakat DNA'nın belirli bölgelerinin bir nüklear (çekirdeksel) iskele ile bağlantıda olduğu belirlenmiştir.İskele bağlantılı bölgeler,20,000 ile 100,000 baz çifti uzunlukta DNA ilmekleriyle ayrılır.İlmekteki DNA, birbiriyle bağlantılı bir gen seti içerebilir.Örneğin,Drosophila'da histon kodlayan tüm gen takımlarının iskele bağlantı bölgeleriyle bağlanmış ilmeklerde kümelenmiş görünmektedir .İskelenin kendisi , özellikle (fibrilin içinde yerleşmiş) çok miktarda H1 ve topoizomeraz II gibi birkaç proteini içerir.Topoizomeraz II'nin varlığı ayrıca,DNA’nın kısmen açılması ile kromatin oluşumu arasındaki bağlantıyı gösterir.Topoizomeraz II,kromatin birleşmesi için önemlidir.Bu enzimin inhibitörleri,hızla bölünen hücreleri öldürebilmektedir.Kanser kemoterapisinde kullanılan bazı ilaçlar,enzimin DNA sarmalını kırmasını teşvik eden fakat kırıkların yeniden birleşmesine izin vermeyen topoizomeraz II inhibitörleridir. Ökaryotik kromozomlarda her birinin sıkılaşma düzeyini belirgin şekilde arttıran ek organizasyon katmanlarının varlığı kanıtlanmıştır.Daha yüksek yapısal düzeni,kromozomdan kromozoma, kromozomun bir bölgesinden diğer bölgesine,ve hücre yaşamının bir anından diğer bir anına göre değişebilir.Bu yapıları açıklamaya uygun bir tek model yoktur.Bununla birlikte,ilke açıktır: ökaryotik kromozomlarda DNA sıkılaşması,kıvrım üzerine kıvrımı gerektirir. Bakteri DNA'sı da Oldukça Organizedir Şimdi özetlenmiş şekilde bakteri kromozomlarının yapısına dönelim.Bakteri DNA'sı,hücre haciminin büyük bir kesimini dolduran ve, nükleoit olarak tanımlanan bir yapı içinde yoğunlaşmıştır .Bakteri hücrelerinin DNA'sı,plazma zarın iç yüzüne bir ya da daha çok noktadan bağlı durumdadır.Nükleoitin yapısı hakkında ökaryotik kromatininden daha az şey bilinmektedir.E.coli' de,yukarıda kromatinde açıklandığı gibi, dairesel kromozomun bir dizi ilmek yapılar olarak düzenlenmiş,iskele benzeri bir yapı görülür.Ökaryotlarda nükleozomlarla sağlanan bölgesel düzenlenmeyle kıyaslanabilecek ,bakteri DNA'sında herhangi bir yapı görülmemektedir.E.coli'de çok miktarda histon-benzeri proteinler bulunur.En iyi karakterize edilmiş örnek,HU olarak bilinen iki-alt birimden oluşan bir proteindir.Ancak bu proteinler dakikalar içinde bağlanır ve ayrılırlar, düzenli ve kararlı yapıda değillerdir.Bakteri kromozomu,bir olasılıkla genetik bilgisine daha kolay ulaşılma gereksiniminn yansıtan, nispeten dinamik bir yapı gösterir. DNA BAĞLANMA MOTİFLERİ Hidrofobik grupları gizleyecek tabaka yapısı oluşturma yetenekleri sınırlı DNA-bağlanma motifleri, ya çok sıkı kararlı bir yapı ya da bir kesimiyle protein yüzeyinden bir çıkıntı oluştururlar. Helix-Turn-Helix . Bu DNA- bağlanma motifi, pekçok prokaryotik düzenleyici proteinin DNA ile etkileşmesinde çok önemlidir.Benzer motifler bazı ökaryotik düzenleyici proteinlerde de oluşmaktadır. Helix-turn-helix motifi,herbiri yedi-sekiz amino asit uzunlukta ve bir b döngüsüyle ayrılmış iki kısa a-helikal segment içinde 20 kadar amino asiti kapsar.Bu yapının kendisi genellikle kararlı değildir; sadece daha büyük bir DNA-bağlanma bölgesinin etkin kısmıdır.İki a-helikal segmentin birisi,genellikle diziye-özgü şekilde DNA ile etkileşen pek çok amino asiti içermesi nedeniyle, tanıma heliksi olarak isimlendirilir.Bu a heliks protein yapısının diğer segmentleri üzerinde yığılarak, proteinin yüzeyinde çıkıntı oluşturur.DNA'ya bağlandığı zaman,tanıma heliksi,büyük oluğun içinde ya da hemen yanında pozisyon alır.Laktoz repressörü,bu DNA-bağlanma motifine sahiptir. Çinko Parmak. Çinko parmaklar,bir tek Zn+2 iyonu ile dördü (dört Cys, ya da iki Cys ve iki His olarak) bağlanmış, 30 kadar amino asit biriminden oluşur. Çinkonun kendisi DNA ile etkileşmez,tersine,çinko ile bağlanması bu küçük yapısal motife kararlılık kazandırır.Yapının iç kısmındaki birkaç hidrofobik yan zincir de kararlılığa yardımcı olur.Çinko parmaklar,pek çok ökaryotik DNA-bağlanma proteininde oluşmaktadır.Bir tek çinko parmağın DNA ile etkileşimi zayıftır.DNA-bağlanma proteini,DNA ile eş zamanda etkileştiğinde,bağlanma sağlamlığını arttıran çok miktarda çinko parmak içerir.Xenopus kurbağasının DNA-bağlı bir proteininde 37 çinko parmak vardır.Prokaryotik proteinlerde, çinko-parmak motifinin çok az örneği bilinmektedir. Proteinlerdeki çinko parmakların DNA'ya bağlanma biçimleri, proteinlere göre değişir.Bazı durumlarda çinko parmaklar,dizilimin ayırtedilmesinde önemli amino asit birimleri içerir.Ancak bazılarının DNA'ya özgün olmayan şekilde bağlandığı görülmüştür (özgünlüğün oluşumunda gerekli amino asitler proteinin herhangi bir bölgesindedir). Çinko parmakların,RNA'ya bağlanma motifleri olarak da işlevi vardır. Örneğin,ökaryotik mRNA'lara bağlanan ve translasyonal repressör olarak etki gösteren bazı proteinler vardır. Homeodomain.Özellikle ökaryotik organizmaların gelişimi sırasında,transkripsiyonal düzenleyiciler olarak işleve sahip bazı proteinlerde, bir DNA-bağlanma bölgesi tanımlanmıştır. 60 amino asitten oluşan bu bölgeye -vücut örüntü (patern) gelişimini düzenleyen homeotik genlerde keşfedilmesi nedeniyle homeodomain denilir - türlerde oldukça korunmuş ve insanı kapsayan çok geniş organizma grubununun proteinlerinde belirlenmiştir..Bölgenin DNA'ya bağlanan kısmı,helix-turn-helix motifiyle bağlantılıdır.Bu bölgeyi kodlayan DNA dizilimi homeobox olarak tanımlanır. Düzenleyici proteinler yalnız DNA'ya bağlanmak için değil,protein-protein etkileşimleri için - RNA polimeraz ile,diğer düzenleyici proteinlerle ya da aynı düzenleyici birimin diğer altbirimleriyle etkileşim için bölgeler de içerir.Örnekler çoğunlukla, çinko parmak motifiyle DNA-bağlanma bölgelerini kullanan ve dimerler şeklinde DNA'ya bağlanan, gen aktivatörleri olarak işleve sahip pekçok ökaryotik transkripsiyon faktörünü kapsamaktadır.Bazı yapısal bölgeler,genellikle DNA'ya bağlanma için bir zorunluluk olan,dimer oluşumunda gerekli etkileşimler için ayrılmıştır. Tıpkı DNA-bağlanma motifleri gibi,protein-protein etkileşimlerine aracılık eden yapısal motifler,birkaç ortak gruptan birine girme özelliğindedirler.İki önemli örnek, lösin fermuar ve bazik helix-loop-helix 'tir.Bu tip yapısal motifler, bazı düzenleyici proteinlerin yapısal aileler şeklinde sınıflandırılmasının temelidir. Lösin Fermuar Bu motif,bir tarafında bir dizi hidrofobik amino asit biriminin yoğunlaşmış olduğu amfipatik bir a helikstir.Hidrofobik yüzey,dimerin iki polipeptidi arasında dokunum alanı oluşturur.Bu a helikslerin çarpıcı özelliği,hidrofobik yüzey boyunca her yedinci pozisyonda, bir tane lösin amino asiti bulundurarak düz bir hat oluşturmasıdır.Araştırmacılar başlangıçta lösin birimlerinin iç içe geçmiş çıkıntılar oluşturduğu (bu nedenle “fermuar” adı verilmiştir) düşüncesinde olmasına karşın biz onların birbiri çevresinde kıvrılan a heliks etkileşimi olarak yan yana uzandıklarını biliyoruz .Lösin fermuarlı düzenleyici proteinler çoğunlukla,DNA omurgasının negatif yüklü fosfatlarıyla etkileşebilen bazik (lys ya da arg) amino asit birimlerinin çok yoğunlaştığı ayrı bir DNA-bağlanma domaini içermektedir.Lösin fermuar motifleri pekçok ökaryotik ve birkaç ökaryotik proteinde bulunmaktadır. Bazik Helix-Loop-Helix Çok hücreli organizmaların gelişimi sırasında,gen ifadelenmesinin denetiminde işe karışan bazı ökaryotik düzenleyici proteinlerde,yaygın başka bir yapısal motif bulunur.Bu proteinler,hem DNA bağlanması hem de protein dimerizasyonunda önemli,yaklaşık 50 amino asitlik korunmuş bir bölge bulundurur.Bu bölge değişken uzunlukta bir ilmek ile bağlanmış iki kısa amfipatik a heliks oluşturabilmektedir.Bu motif (DNA bağlanmasıyla ilgili helix-turn-helix motifinden ayrı),helix-loop-helix’tir.İki polipeptitten oluşan helix-loop-helix motifleri,dimer yapısı oluşturmak için etkileşirler.Bu proteinlerde DNA bağlanması,lösin fermuar motifi içeren proteinlerdeki DNA-bağlanma bölgesine benzer,bazik birimlerce zengin kısa bir amino asit dizilimi aracılığıyla olur. DNA bağlanmasına ve dimerizasyona (ya da oligomerizasyona) ayrılmış yapısal bölgelere ek olarak,pek çok düzenleyici protein,RNA polimeraz ve diğer bağlantısız düzenleyici proteinlerle ya da her ikisiyle de etkileşmek durumundadır.Ökaryotlarda,protein-protein etkileşimleri için en azından üç farklı tipte ek bölgeler karakterize edilmiştir:özellikle çok bulunan amino asitleri yansıtan; glutamince-zengin,prolince-zengin ve asidik bölgeler.Gen işlevinin karmaşık düzenleyici döngülerinin temeli,protein-DNA bağlanma etkileşimleridir.

http://www.biyologlar.com/genler-ve-gen-transferi

HÜCRE VE ORGANİK MADDELER

[color=][/color][color=][/color]İnsanoğlu yapısı gereği sorgulayan ve araştırma yapmayı seven bir varlıktır.Tarih boyunca insanın bu özelliği değişmemiştir.Belki araştırma imkanı ve şartları farklı olmuştur,ancak araştırma sürmüştür.İlk yapılan araştırmalar biyoloji ve gökbilimleri olmuştur.Hakeza yapılan bu araştırmalar,biyolojide sistematik üzerine yoğunlaşmış ve gökbilimlerinde de falcılık üzerine yapılan astroloji üzerine olmuştur. Tarihte bilinen en eski araştırmacı olan Aristo,yapmış olduğu çalışmalar neticesinde sadece biyoloji ilminde değil birçok ilimde temelleri atmıştır.Ancak yapmış olduğu biyolojik çalışmalar daha çok gözle görünen olayları temel almış ve biyolojik olan binlerce canlının sistematiğinin oluşmasına yol açmıştır. Daha sonraki yüzyıllarda gelen bilginlerin araştırmaları ise biyoloji ilminin daha derin bir biçimde ele alınmasını ve bilinmesini sağlamıştır.Mikroskobun bulunması sonucu canlıların yapısı daha iyi ele alınmış ve canlıların çok küçük ve çok karmaşık yapılardan oluştuğu tespit edilmiştir.Ancak karmaşık yapının tespiti mikroskobun geliştirilmesinden sonra olmuştur.Yapılan ilk çalışmalarda görülen yapılar birer odaya benzetilerek odacık manasına gelen “hücre” adı ile adlandırılmıştır. İlk zamanlarda hücrenin basit bir yapı olduğu zannedilmiş ve bu zan nedeniyle yanlış olan abiyogenez hipotezi ve yanlış olan evrim teoremi ortaya sürülmüştür.Ancak zaman içerisinde,mikroskobun gelişmesi ve özelliklede elektron mikroskobunun bulunması ile beraber hücre yapısının çok karmaşık sistemler bütünü olduğu tespit edilmiştir.Bu çalışmalar ve deneylerden sonra bu yanlış hipotez ve teoremlerde rededilmiştir. Hücre ve yapısı ile ilgili çalışmalar,büyük bir sistemler bütününü ortaya koymuştur.Öyleki,sadece hücre zarının bile kompleks yapısı insanı hayrete düşürmüş ve de düşürmektedir. Hücrelerin bir araya gelmesi sonucu dokular,dokuların bir araya gelmesi sonucu organlar,organların bir araya gelmesi sonucu sistemler ve sistemlerin bir araya gelmesi sonucu ise organizma meydana gelmektedir.Organizmada yer alan her bir hücre,diğer hücreler ile uyum içerisinde çalışmakta ve bu sayede organizmadaki denge sağlanmaktadır. Sadece çok hücreli organizmalar değil,tek hücre formasyonuna sahip olan organizmalarda büyük bir denge içerisinde yaşamlarını sürdürmektedir.Bu Denge içerisinde organik besinlerde önemli bir yere sahiptir. Nedir organik besinler? Önce bu soruya cevap verelim…Genel manada hepimizin şahit olduğu olaylardan birisi, sobanın içerisinde yanan kömürü gözlemek olmuştur. Kömürün yanma olayı ise aklımızda bir çok soru ve sorunların cevaplanması gerektiği ifadesini beraberinde getirmiştir. İşte bu soru ve sorunlar yüzyıllar boyunca araştırmacıların aklını kurcalamış ve bunlara cevap aramışlardır. Yanma nedir? Neden gerçekleşir? Daha hızlı yanma var mıdır? Bu gibi sorular yüzlerce yıl boyunca bilginlerin ve bilgin olmayan insanların kafasını kurcalamıştır. Daha önceki yıllarda bilinen tek enerji modelinin ateş olduğu bulunmuş, ancak bu enerji şeklidir diye ifade edilmemiştir. Bu enerji insanların ısınmasında, yemek yapmasında, metalleri eritmesinde faydalı olmuş; ancak olayın matematiksel boyutu ve bilimsel nicelik ile nitelik bulguları yıllarca gizem olmayı sürdürmüştür. Termodinamik adı verilen temellerin yerli yerine oturmaya başlaması ile beraber yanmanın açıklamaları da matematiksel olarak boyut kazanmaya başlamıştır. Yanmanın genel ifadeler içerisinde oksijen ile yanıcı bir maddenin birleşme reaksiyonu olduğu ifadesi; olayın oluşturduğu soru işaretlerinin bir kısmını çözmek için yeterli olmuştur. Bu ifade sonucu sobada bulunan ve bir karbon izotopu olan kömür , oksijen ile birleşerek yanma adı verilen enerji oluşumunu gerçekleştirmektedir. Bu olay sonucunda ise borulardan çıkan karbon integrali maddeler ve sobanın dibinde kalan kül oluşmaktadır. Burada karbon integrali adını verdiğim şeyler arasında karbonmonoksit ve karbondioksit en önemlileridir. Netice itibari ile bir karbon izotopu olan kömürün oksijen ile birleşmesi sonucu, enerji ve artık maddeler oluşmaktadır. Bizim sobada kömür yakmamızın temeli ise, bir organizma olan bizim yaşamımızı sürdürmemiz ve vücutta bulunan proteinlerin ve buna bağlı olarak enzimlerin optimal düzeyde tutulmasını sağlamak içindir. Ancak bizim yaşamamız için sadece ısı yeterli değildir. Bizim yaşamamızı sağlamak için daha önemli olan faktör kendi enerjimizi sağlamak için organik bileşik kullanmamızdır. Kullanacağımız bu organik bileşikleri ise üç grupta sınıflandırabiliriz: Karbonhidratlar, proteinler ve yağlar. Bu üç organik molekülde temelinde aynı amaç için vardır, bu ise canlılığın devamını sağlamaktır. Bu organik bileşiklerin oluşumu ise yine organik varlıklarda gerçekleşmektedir. Böylece bu bileşiklerin temelde üreticiler adı verilen bitkilerden, tüketicilere ve oradan ayrıştırıcılara uzanan döngülerinden bahsetmemiz mümkün hale gelmektedir. İnsan vücudu bu bileşikleri enerji amacı için kullanırken önce karbonhidratları ve sonra yağları tercih etmektedir. Halbuki yağların enerji miktarı fazladır, ancak yanması zor ve uzun olduğu için, daha kolay yanan karbonhidratlar öncelikte birinci sırada yer almaktadır. Ancak yağ dediğimiz moleküller sadece enerji için değil; organizmanın deri altında ve organlar arasında bulunması ile onu soğuktan ve mekanik etkilerden koruması ile dikkate değer öneme haiz olduğu gerçeğini defalarca vurgulamaktadır. Burada enerji modellemesinde ilk önce karbonhidratların ve daha sonra yağların ve en sonunda da proteinlerin kullanılmasını soba örneği ile açıklamak isterim… Kömürün enerjisi fazladır, ancak siz odun yakmadan kömürü yakamazsınız; aynı şekilde yağların enerjisi çoktur, ancak karbonhidratlar bitmeden onları yakmanız mümkün değildir. Eğer vücut proteinleri enerji için yakıyorsa artık o vücut ölüyor demektir, buda çürümüş soba gibidir. Yağ molekülleri genel manada karbon(C), hidrojen(H) ve oksijen(O) atomlarından oluşmaktadır. Bazı yağ moleküllerinde ise bu maddeler yanında fosfor ve azotta bulunmaktadır. Yağların yapısındaki hidrojen miktarı diğer organik bileşiklerinden daha fazladır, bu nedenler enerji miktarı daha fazladır. Yağlar suda ya hiç çözünmez ya da çok az çözünürler. Aseton ve eter gibi organik çözücülerde çözünürler. Yağlar genel olarak dört grupta incelenir: Yağ asitleri, steroidler, fosfolipitler, steroidler ve nötral yağlar. Bunlardan yağ asitleri en basit lipidler olup uzun karbon zincirlerinden oluşmuştur. Karbonlar arasında bağlar tekli ise doymuş yağ asitleri, çiftli bağlar varsa doymamış yağ asitleri adı verilir. Doymamış yağ asitlerinin yüksek sıcaklık ve basınç altında hidrojene tabi tutulması sonucu margarinler elde edilir. [color=]Steroidler[/color] halkalı yapıya sahip olup, zarların yapısına katılır. Ayrıca steroidler vitamin ve hormon olarakta görev yaparlar. Fosfolipidler adı verilen yağlar ise fosfor içerip, zarların yapısına katılırlar. Nötral yağlar ise yağların depo şeklidir ve bir gliserol molekülüne üç yağ asidinin bağlanması sonucu oluşmaktadır.Karbonhidratlar içerisinde en basit molekül yapısına sahip olanlar monosakkaridler dediğimiz daha basit bileşenlere hidroliz edilemeyen şekerler söylenebilir. Bunlar içerisinde aktif grup olarak aldehit taşıyanlara aldoz, keton taşıyanlara ketoz adı verilmektedir. Bu şekerlerde adlandırma karbon sayılarına göre yapılıp üç karbonlu olanlara trioz, dört karbonlu olanlara tetroz, beş karbonlu olanlara pentoz ve altı karbonlu olanlara heksoz adı verilmektedir. Hidrolizlendikleri zaman aynı veya farklı iki monosakkaride ayrılan karbonhidratlara disakkaridler adı verilmektedir. Bunlara verilecek örnekleri ise şöyle sıralayabiliriz; sukroz-glukoz alfa (1-2) fruktoz; laktoz-glukoz beta (1-4) galaktoz; maltoz-glukoz alfa (1-4) glukoz, trehaloz-glukoz alfa (1-1) glukoz; sellobioz-glukoz beta (1-4) glukoz … Hidroliz edildikleri zaman iki ile on arasında monosakkarid oluşturan karbonhidratlara ise oligosakkaridler adı verilmektedir. Bunlara örnek olarak raffinozu verebiliriz. Raffinozun yapısında glukoz , galaktoz ve fruktoz monosakkridleri yer almaktadır. Hidroliz edildikleri zaman on ve daha fazla monosakkaride ayrılan karbonhidratlara polisakkaridler adı verilmektedir. Bunlardan selüloz beta D-glukoz polimerlerinden oluşmuştur. İnsanlarda beta amilaz bulunmadığı için selülozlu sindiremez. Başka bir örnek ise nişastayı verebiliriz. Alfa D-glukoz polimerlerinden oluşmuştur. İnsanlar sindirebilir. Bir başka örnek ise glikojeni verebiliriz. Glikojende alfa D-glukoz polimerlerinden oluşmuştur. Karbonhidratlar çok geniş bir konu olup hala araştırmaların sürmekte olduğu düşünülürse, bir makale ile ifade edilemeyeceği aşikar olur…

http://www.biyologlar.com/hucre-ve-organik-maddeler

Bakteri Genetiği

Canlıların tüm özelliklerinin, kalıtsal olarak nesilden nesile aktarıldığı öteden beri bilinen bir gerçektir. Yaşamın temel maddeleri kabul edilen nükleik asitler (DNA=deoxyribonucleic acid, RNA=ribonucleic acid) üzerinde yapılan incelemeler, kromozom haritalarının çizilerek, özellikle mikroorganizmalar arasındaki ilişkilerin ortaya konmasında, tüm canlıların sayısız özellik ve biyolojik fonksiyonlarının açıklanmasında yardımcı olmuştur. Çalışmalar ökaryotik ve prokaryotik yapıya sahipolan tüm hücrelerde, genlerin replikasyonu ve fonksiyonundan sorumlu olan yapının DNA olduğunu göstermiştir. RNA genomuna sahip genuslarda ise bu görev RNA’dadır. Tüm canlılarda genlerin replikasyonu (eşleştirilmesi) ve çalışma prensipleri aynı temele dayanmakla birlikte, kromozomların biçim ve bölünme sırasında gösterdikleri birtakım değişiklikler (mitoz, mayoz) gibi aralarında bu temeli bozmayan bazı farklar bulunabilir. Nükleik Asitlerin Yapısı:1.  Deoksiribonükleik Asid (DNA): DNA molekülleri, nükleotid adı verilen yapıtaşlarından meydana gelen iki polinükleotid iplikçiğinin, sarmal biçimde birbirine bağlanması ile oluşan oldukça büyük moleküllerdir. Nükleotidlerin yapısında, - bir pürin veya pirimidin bazı, - 5 karbonlu bir şeker (pentoz)- ester bağı oluşturan fosfat molekülü üç temel eleman bulunur. Pürin bazları Adenin (A) ve Guanin (G), pirimidin bazları ise Sitozin (S) ve Timin (T)’den oluşmuştur. Pentoz molekülü DNA’da deoksiriboz, RNA’da ise riboz yapısındadır; nükleik asitler şekerlerin yapılarına göre adlandırılır. Pürin veya pirimidin bazlarının pentoz molekülleri ile yaptıkları bileşiklere nükleosid adı verilir. Nükleosidler şeker (pentoz) moleküllerinin yapısında bulunan karbon atomlarının, pürin veya pirimidin yapısındaki nitrojen atomlarına bağlanması suretiyle oluşturulurlar. Nükleosidlerin pentoz molekülleri arasında (5¢ ® 3¢ yönünde), fosforik asidin ester bağları oluşturmasıyla da nükleotidler meydana gelir. Nükleotidlerin polimerizasyonu ile oluşan DNA iplikciği bir polinükleotid olup, DNA molekülü bu özelliğe sahip iki iplikciğin yan yana gelip, hidrojen bağları ile bağlanması sonucu meydana gelen sarmal bir yapıdır. Hidrojen bağları Adenin ile Timin arasında iki (A=T), Sitozin ile Guanin arasında ise (CºG) adet olacak şekilde belli kurallara göre gerçekleşir. O halde bir DNA molekülündeki Adenin miktarı Timin miktarına, Sitozin miktarı da Guanin miktarına eşit olmaktadır. Ancak bir DNA molekülünde bulunan A+T miktarı, C+G miktarı ile eşit değildir. (A+T)/(C+G) oranı, her canlı türü için özgül olup değişmez niteliktedir. Bu nedenle bu özellikten mikroorganizmaların sınıflandırılmasında yararlanılmakta, G+C’nin tüm DNA molekülüne oranı birbirine yakınlık gösterenler aynı cins ve türe dahil edilmektedir. Bir DNA molekülündeki pürin ve pirimidin bazlarının (A, T, C, G)sayısı ve diziliş biçimi, her canlı varlık için değişmeyen ve özgüllük gösteren bir genetik yapı özelliğidir. Bunun doğal bir sonucu olarak doğada milyonlarca farklı canlı türü ve bu türlerin herbirinin birbirine benzemeyen bireyleri (fenotip) bulunmaktadır. Bir canlının fenotipini belirleyen ve sayıları binlerce olabilen biyolojik özellik ve fonksiyonlarının her biri de spesifik genetik yapısının bir ürünüdür. Yani her bir biyolojik özellik ve fonksiyondan “gen” adı verilen genetik birimler sorumludur. Genler sorumlu oldukları fonksiyonlarısentez ettirdikleri enzimlerle gerçekleştirmektedir. Belli sayı ve sıra ile yan yana gelen aminoasidlerin polimerizasyonu sonucu oluşan herbir protein molekülünün, gen üzerinde spesifik bir kodlama düzeni vardır.Protein molekülü ile ilgili kodlama, pürin ve pirimidin bazları içeren nükleotidlerin üçlü gruplar halinde dizilmesi ile sağlanmaktadır. Her biri bir aminoasidi kodlayan bu üçlü gruplara (taban üçlüsü=triplet) genetik dilinde kodon adı verilmektedir. Proteinlerin yapıtaşı olan aminoasid türlerinin sayısı yirmi olup, pürin ve pirimidin bazlarının üçlü gruplar halinde yan yana gelmeleri sonucuoluşacak olan kodon sayısı daha fazladır. Yapılan çalışmalar 64 değişik kodon oluşabileceğini göstermiştir. DNA molekülünü oluşturan iki polinükleotid iplikçiği birbirinden ayrılabilir ve herbir iplikçik, önceden karşısında bulunan ve kendisini tamamlayan diğer iplikçiği yeniden ve aynen oluşturabilme yeteneğindedir. Başka hiçbir molekülde bulunmayan bu özellik sayesinde, üreme sırasında birbirinden ayrılan iki polinükleotid zinciri (iplikçik), karşıtı olan diğer zinciri sentezleyerek aynı yapı ve özellikte iki DNA molekülü meydana getirebilmektedir. Bu olaya replikasyonyani DNA’nın kendi kendini eşletmesi adı verilir. Bakterilerde DNA’nın Replikasyonu: E. coli ve S. typhimurium ile yapılan çalışmalar, bakteri kromozomlarının çember biçiminde olduğunu göstermiştir. DNA sarmalının replikasyonu “replication origin” adı verilen bir noktadan başlamaktadır. DNA bu nokta aracılığı ile mezozoma bağlanmış olup, mezozomda replikasyon için gerekli enzimler bulunmaktadır. Replikasyonun hücrenin bölünmesi ile birlikte, düzenli bir biçimde gerçekleşmesi ise kromozomun belli bir yerinde bulunan özgül bir genin denetimi altındadır. Replikasyonda önce, mezozomdan itibaren iki DNA iplikçiği birbirinden ayrılmaya başlar ve ayrılan polinükleotid iplikçiklerinden 5¢ uçlusu, mezozomun yakınındaki ikinci bir noktaya bağlanır. Çember biçimindeki DNA (bakteri kromozomu) saatin ters yönünde dönerken, polinükleotid iplikçikler de bir yandan birbirinden ayrılıp, diğer yandan da ayrılan her bir iplikçik hemen kendi karşılığını (tamamlayıcı iplikçik) sentezlenir. DNA’nın dönüşü tamamlanıp iki polinükleotid iplikçiğin ayrılması tümüyle gerçekleştiğinde, bakteri içinde birbirinin tıpatıp benzeri olan iki DNA sarmalı oluşmuştur. Bu sırada uzayan bakteri hücresinde, ana bakteri DNA’sının iplikçiklerinin sitoplazma zarında bağlı olduğu noktalar (mezozom)da birbirinden uzaklaşmışlardır. Bunu takiben önce sitoplazmik zar, arkasından hücre duvarı içeriye doğru girinti yapar. Böylece bakteride transvers (uzayan bakteriyi enine ikiye bölen) bir membran ve duvar yapımı, dış tabakalardan içeriye doğru tamamlanarak içinde yenisentezlenen nükleer materyal bulunan iki yavru hücre oluşur. Bakterilerde her ne kadar mitoz mekiği bulunmuyorsa da, transvers membran o şekilde oluşur ki, DNA’nın replikasyonu ile meydana gelen iki yeni kromozomdan her biri yavru hücrelere gider ve bu hücreler birbirinin tıpatıp benzeri olur. DNA’nın replikasyonu sırasında bir takım enzim ve proteinler görev almaktadır. Replikasyonun başlangıcında, başlatma kompleksi (initation complex) adı verilen ve replikasyon noktası ile DNA giraz ve RNA polimeraz gibi enzimlerin de aralarında bulunduğu, çeşitli proteinler uygun yerlerde birikir. Oluşan polinükleotid zincirlerinin uzaması DNA polimeraz III, uç kısımlarından bağlanması ise DNA ligaz enzimleri aracılığı ile gerçekleşir. Bakterilerdeki kromozomal DNA’nın replikasyonu ile ilgili kurallar, ekstrakromozomal (kromozom dışı) DNA elemanları (plazmid, bakteriyofaj) için de geçerlidir. Bu şekilde, hücre içinde kromozomal DNA’dan bağımsız olarak bulunan ve kendi kendine replike olabilen DNA yapısındaki birimlere replikonadı verilir. DNA üzerindeki genler gelişi güzel dizilmeyip, belirli bir düzen içinde bulunurlar. Birbiri ile ilişkili olanlar genellikle “operon” adı verilen gen gruplarını oluştururlar. Operonlarda birbiri ile çok yakın ilişkili bunların bir arada uyumlu çalışmalarını sağlayan yardımcı genler de bulunur. Bir DNA molekülünün uzunluğu, bin baz çiftini tanımlayan kilobase pairs (kbp) ile ifade edilir. DNA molekülünün ikinci önemli özelliği ise, gerektiğinde üzerinde bulunan nükleotid sırasına uygun özellikte ribonükleik asid (RNA) molekülleri oluşturularak, hücrenin biyolojik fonksiyonlarını yönetmektir. 2.   (RNA). Yapısı genel olarak DNA molekülne benzer. DNA’dan farklı olarak yapısında deoksiriboz yerine riboz, Timin (T) yerine onun gibi bir pirimidin olan Urasil (U) bulunur. Ayrıca RNA molekülü çift iplikli bir sarmal olmayıp, tek iplikli bir polinükleotid zincirinden oluşmuştur. Bununla birlikte, bu iplikçiğin kendi üzerine katlanıp, karşılıklı gelen pürin ve pirimidin bazlarının (A-U ve C-G) birleşmesi sonucu, yer yer çift katlı RNA bölgeleri meydana gelir. Hücre içinde üç tip RNA bulunur: - Mesaj ileten RNA (mRNA)- Ribozomal RNA (rRNA) - Transfer RNA (tRNA) Mesaj ileten RNA (mRNA) Her biri ayrı bir protein molekülünü yapımından sorumlu olan genlerdeki bilginin, proteinlerin yapım yeri olan ribozomlara ulaştırılması gerekir. DNA ‘da bulunan ve her biri ayrı bir amino asidin yapımından sorumlu olan  üçlü pürin ve pirimidin bazlarının karşısına , uygun bazların gelmesiyle (A-U, C-G, G-C v.s.) oluşan nükleotidler, mRNA’yi meydana getirirler. DNA’nın tek iplikçiğinin kalıp olarak kullanılıp, RNA polimeraz enzimi aracılığı ile mRNA’nın oluşması işlemine transkripsiyon (kopya çıkarma) adı verilir. Genler böylece, oluşturdukları mRNA’ya kendilerinde bulunan protein yapımı ile ilgili bilgiyi aktarmış, yani yapılması istenen proteinin kalıbını vermiş olur. Ribozomal RNA (rRNA): Hücredeki tüm RNA’nın yaklaşık %80’nini oluşturan rRNA, ribozomlardaki proteinlere bağlı olarak bulunur. Yapılarında protein ve rRNA bulunan ribozomlar, biri büyük diğerii küçük iki alt birimden oluşmuşlardır. Bakterilerde büyük birim 50S, küçük birim 30S total ribozom 70S büyüklüğünde olduğu halde, ökaryotik hücrelerde büyük birim 60S, küçük birim 40S ve total ribozom ise 80S büyüklüğündedir. Transfer RNA (tRNA). Bakterilerde genetik materyalin küçük veya büyük bir bölümü bir bakteriden diğerine çeşitli mekanizmalar aracılığı ila aktarılıp, sonunda önemli genetik değişiklikler oluşabilmektedir. Verici bakteriden alıcı bakteri hücresine, bakteri genomunun aktarılması sonucu her iki bakteri hücresinin genetik özelliklerini birlikte içeren melez bakteriler meydana gelirler. Bakterilerde görülen bu olaylar sırasında, yüksek canlılarda olduğundan farklı olarak, iki hücrenin çekirdeklerinin tümü birleşmemekte, alıcı bakterinin kromozomu yalnız belli bir bölüm için diploid (benzer genlerden çift dizi taşınması) duruma geçmektedir. Kısmi bir zigot oarak da nitelendirilen melez bakteride, verici hücreden alınan genetik materyale ekzogenot, bunun alıcı hücredeki karşılığına ise endogenot denir. Alıcı bakteri DNA’sının replikasyonu sırasında, ekzogenot da replike olur ve aralarında meydana gelen çaprazlaşmalar sonucu, alıcının DNA’sına vericiden gelen ekzogenot eklenir. Bu bakteriden oluşacak yavru bakteriler, alıcı hücrenin genomuna taşırlar. Verici bakteriden aktarılan bir DNA segmentinin alıcının genomuna girip, alıcı bakteriye birtakım yeni özellikler kazandırması mümkündür. Böylece meydana gelen olaya rekombinasyon (yeni bileşim), oluşan melez bakteriye rekombinant (yeni bileşen) adı verilir. Bakteride rekombinasyon olayları üç ana mekanizma ile meydana gelmektedir: 1.    Transformasyon2.    Transdüksiyon3.    Konjugasyon Transformasyon: Herhangi bir aracı (ikinci bir canlı hücre veya bakteriyofaj) bulunmaksızın, verici bakteri tarafından ortama bırakılmış olan DNA’nın alıcı bakteri tarafından alınarak oluşan bir rekombinasyon türüdür. Verici bakterinin DNA’sı ortama, genellikle bakterini kendiliğinden parçalanıp erimesi veya bazı kimyasal maddeler aracılığı ile ekstraksiyonu sonucu salınır. Bu genetik materyalin alıcı hücre tarafından alınabilmesi için, deoksiribonükleaz enziminin etkisinden korunmuş olması ve alıcı hücrenin DNA moleküllerini hücre içine alabilecek yeteneğinin bulunması gerekir. Transformasyon olayının mekanizması çok iyi bilinmemekle birlikte, gözlemler alıcı bakterinin ancak büyük DNA segmentlerini (4x105’den büyük) ortamdan alabildiğini, çift iplikli DNA’nın tek iplikli DNA’ya oranla daha büyük bir sıklıkla hücre içine alınabildiğini göstermiştir. Ayrıca bu olayda, alıcı bakterilerin yüzeylerinde bulunan DNA tanıma bölgelerinin de rol oynayabileceği bildirilmiştir. Bu konu ile ilgili çalışmaların çoğu pnömokoklar üzerinde yapılmış olmakla birlikte, Haemophilus influenzae, Bacillus subtilis, Neisseria gonorrhoeae, Escherichia coli gibi bakterilerde ede transformasyon gözlendiği bildirilmiştir. Transformasyon sonunda, alıcı bakterilerde kapsül, flajella oluşumu ile değişik enzimatik reaksiyonlar gözlenebilmektedir. Transdüksiyon: Bir bakteriye ait DNA segmentlerinin, bir bakteriyofaj aracılığı ile diğer bir bakteriye aktarılması olayıdır. Bakteriyofajlar, bakterilerin zorunlu parazitleri olup, ancak canlı bakteri hücreleri içinde replike olabilirler ve bu ilişki sonucu çoğunlukla içinde çoğaldıkları bakterinin parçalanıp erimesine yol açarak, bir başka bakteriyi enfekte etmek üzere serbest kalırlar. Bakteriyofajlar genellikle kendileri için spesifik olan bakteri hücrelerine kuyrukları ve kapsidleri ile yapıştıktan sonra (adsorbsiyon), faj genomu (DNA veya daha az sıklıkla RNA yapısında) bakteri içine girer. Bunu takiben, bakteri hücresinin biyolojik fonksiyonları yeni fajların yapımı doğrultusunda yönledirilir. Yani bir yandan faj DNA’sı (veya RNA genomu), diğer taraftan da fajın yapısal proteinleri bakteri hücresi tarafından, bakteriyofaj genomundaki bilgiler doğrultusunda sentezlenir. Kısa sürede bakteri hücresinin içinde, yeni sentezlenen faj birimleri birbiriyle birleşip olgun bakteriyofajları oluştururlar. Sonunda bakteri hücresinin erimesiyle, fajlar serbest hale geçerler ve yeni bakterileri enfekte ederler. Bazı bakteriyofajlar ise konak bakteri hücresini eritmeyip onunla birlikte ortak bir yaşam sürdürürler. Bu yaşam biçiminde faj DNA’sı, bakteri DNA’sı ile birleşip bütünleşmiştir (profaj). Bakteri DNA’sının replikasyonu sırasında, onunla bütünleşmiş olan faj DNA’sı da replike olur ve meydana gelen yavru bakterilerin genomu ana bakterilerinkine benzer. Genomlarında profaj taşıyan bakteriler hayatlarını bu şekilde sürdürebilirler. Ancak profajın bakteri DNA’sından ayrılıp, bakteri hücresi içinde bağımsız olarak replike olması sonucu, yeni oluşan faj partikülleri nedeniyle konak bakterilerin eridikleri de gösterilmiştir. Profaj ile biyolojik bir denge içinde yaşayan ancak dengenin herhangi bir nedenle bozulması halinde, sonunda kendisini de ölümüne yol açacak olan bakteriyofajları oluşturabilen böyle bakterilere lizojenik bakteri, konak bakteri ile birlikte ortak bir yaşam süren bakteriyofaja da temperate (ılımlı=iyi huylu) faj adı verilmektedir. Özetle belirtmek gerekirse, transdüksiyonda bir bakteriyofaj aracılığı ile bakteriden bakteriye genetik materyal veya bir DNA segmenti aktarılmakta böylece alıcı bakteri, verici bakteriye ait bazı özellikleri kazanmaktadır. Salmonella, Shigella, Escherichia, Pseudomonas, Vibrio, Proteus cinsleri başta olmak üzere birçok gram negatif bakteri ile bazı gram pozitif bakterilerde (Bacillus, Corynebacterium cinsleri, stafilokok ve streptokokların bazılarında) transdüksiyon sonucu rekombinasyon oluşmaktadır.Transdüksiyonun değişik iki tipi bilinmektedir: 1.  Lokalize (kısıtlı) tarnsdüksiyon:Bu tipte transdüksiyon yapabilen ılımlı fajların en iyi bilinen örneği E.coli’nin l (lambda) fajıdır. Bu nedenle bu tip transdüksiyona l fajı tipi transdüksiyon da denmektedir. Bu bakteriyofaj girdiği bakterinin (E.coli) kromozomunun hep aynı bölgesine yapışıp entegre olduğu için, yeni bakteriye daima aynı DNA segmentini ve aynı özelliği aktarır. 2.  Jeneralize (kısıtlanmamış) transdüksiyon: Konak bakterinin tüm genleri alıcı bakteriye aktarılma bakımından eşit şansa sahiptir. Konjugasyon: Genetik materyalin bir bakteriden diğerine bu iki bakteriningeçici teması sonucu aktarılmasıdır. Birçok enterik bakterinin konjugasyon yaptığı bilinmektedir. E. coli bakterisinin K12 suşunda yapılan ilk gözlemlerde, bu olayda bazı bakterilerin daima verici, diğerinin ise alıcı özellik gösterdiği saptanmıştır. Bakteriye verici özelliğini, ekstrakromozomal bir DNA segmenti olan F (fertilite=seks) faktörü kazandırır.F faktörünün bulunduğu F+ bakteri, bu faktörü taşımayan F- bakteri ile yan yana gelip F faktörünü aktarabilmektedir. F faktörü bir replikondur. Yani sitoplazma içinde, bakteri kromozomundan bağımsız olarak replike olmakta ve yeni oluşan yavru bakterilere geçebilmektedir. Sonraları F faktöründen başka genetik yapıların da bu çeşit aktarmalarla bakteriden bakteriye geçip, aktarıldığı bakteriye değişik birtakım özellikler kazandırdığı anlaşılmıştır. Bakterilerde kromozoma eklenmeden bulunan, replike olabilen ve aktarıldığı bakteriye birtakım biyolojik özellikler kazandıran DNA segmentlerine plazmid adı verilir. F faktörü de bir plazmid olup, çember biçiminde ve çift iplikli DNA yapısındadır. Bakteri kromozomu gibi bir ucu ile sitoplazmik zara tutunur, kromozomla eş zamanlı fakat ondan bağımsız olarak replike olur. F faktörüne sahip olan bakteri, bu faktörü taşımayan bakteri hücreleri ile yan yana gelip, aralarında köprüler oluşturarak, alıcı hücreye F faktörünü veya aynı zamanda bakterinin kromozomundan bir parçayı aktarbilme yeteneğine sahiptir.Bakteriden bakteriye genetik madde aktarılmasını yöneten tradiye ismlendirilen genler, F faktörü DNA’sında bir operon tarafından düzenlenirler. Konjugasyon bu operondaki bazı genlerin yönetimi altında, bakteride seks pilusu (F fimbriası) adı verilen bir pilusun yapılması ile başlar; yalnız F+ bakterilerde bulunan bir pilustur. İki baketrini yan yana gelip birleşmesi sırasında, F faktörü de bakteri kromozomu gibi replike olur ve DNA’nın çift iplikçikleri birbirinden ayrılır. DNA iplikçiklerinden biri F- olan alıcı bakteriye geçer, diğeri verici bakteri de kalır. Bunu takiben her iki bakteride de bu iplikçiklerin karşıtı olan iplikçikler sentezlenerek iki hücre de F+ olur. F+ bakteriden F- bakteriye, Ffaktörünün aktarılması oldukça yüksek oranda gerçekleşebilir, öyle ki bazen F- hücrelerin tümünün F+ oldukları saptanmıştır. Bununla birlikte, verici bakteriye ait kromozomal DNA segmentlerinin, alıcı bakteriye aktarılma sıklığı oldukça seyrek olmaktadır (10-4-10-5) olmaktadır. Bunun için F faktörünün verici bakteri DNA’sında uygun bir bölgeye yerleşmesi gerekmektedir; böylece F faktörü bakteri DNA’sı ile bütünleşmektedir.Yüksek sıklıkla rekombinasyon yapan (Hfr=high frequency of recombination) hücreler bu şekilde oluşmaktadır. Bu durumda bakteri kromozomunu harekete geçirerek alıcı bakteriye birçok genetik özellik kazandırabilmektedir. Plazmidler: Plazmidler, bakteri hücrelerinin sitoplazmasında, kromozomal DNA’dan bağımsız olarak bulunan ve replike olabilen ekstrakromozomal DNA segmentleridir. Bu genetik elemanlar, bulnudukları ve aktarıldıkları bakteriye birtakım değişik biyolojik yapı ve fonksiyon özellikleri kazandırır. Bakterilerin, plazmidler tarafından kodlandığı bilinen birtakım fenotipik özellikleri arasında, antibiyotiklere, ağır metal iyonlarına, ultraviyole ışınlarına gösterdikleri direnç, çeşitli enzim ve toksinler oluşturma, konak hücreye adherans, kolonize olma, üreaz oluşturma, çeşitli karbonhidratların fermentasyonu sayılabilir. Plazmidler bakteride kendiliğinden oluşmazlar, başka bakterilerden aktarılırlar. Bulundukları bakterilerden, spontan olarak kaybolabilecekleri gibi, plazmid replikasyonunu inihbe eden bazı maddeler aracılığı ile, deneysel olarak da ortadan kaldırılabilirler. Plazmidler bakteriden bakteriye genellikle konjugasyonla aktarılırlar. Bilinen plazmidlerin belli başlı örnekleri, F faktörleri, direnç plazmidleri, stafilokok plazmidleri ve virulans plazmidleridir.

http://www.biyologlar.com/bakteri-genetigi-1

BİYOELEKTRİK - Canlı Sisteminin Elektrikle Olan Birlikteliği

Canlı sistemlerinin birbirleriyle koordine bir şekilde kusursuz çalışabilmesi için elektrik enerjisine ihtiyaç vardır.Aslında canlı vücudunu dev bir fabrikaya benzetebiliriz.Dev bir fabrikada tüm kontrol elektrik sistemleri ve ileri düzeyde elektrik enerjisine ihtiyaç duyan makinelerden oluşur.İşte bu makinelerin çalışabilmesi ve aralarında geniş bir koordinasyon sağlayabilecek bir ağın olabilmesi de bu sisteme yeterli elektrik enerjisinin teminatıyla ve mükemmel bir elektriksel koordinasyonla olabilir.Canlı vücudu ise dev bir fabrikadan çok daha kompleks bir yapıya sahiptir.Bunun için vücudumuzda tıpkı bir fabrika gibi elektrik enerjisini kullanmakta ve bu şekilde hiçbir hataya meydan vermeksizin koordinasyonlu bir şekilde çalışabilmekte ve hayatını sürdürebilmektedir.Bu elektrik enerjisini de bir takım elektro-kimyasal işlemlerle meydana çıkarmaktadır. Canlı bir sitemde neredeyse tüm işlemler elektrikseldir.Canlının en küçük yapı taşı olan küçük bir hücrenin bölünmesinden kaslarımızın hareketine kalbin atışına duyu organlarımızın dış dünyadaki uyarıları alması ve sinir sistemin de bu uyarıların işlenmesine ve cevabının verilip gerek kaslarda gerekse bezler üstünde işlemlerin olmasına kadar bir çok işlem elektro-kimyasal enerjiye ihtiyaç duyar.Biyoloji Biliminde de canlı vücudunun bu mükemmel sistemi yeni bir dalın meydana çıkmasına sebep olmuştur:Biyoelektrik.Biyoelektrik dalında uzmanlaşan ve bu alanda araştırmalar yapan Biyologlar ve Sinirbiyologları da canlıların bu elektriksel sistemlerini daha detayıyla görmeye ve sinir sistemini keşfetmeye çalışmaktadırlar.Bu şekilde ileride canlıların sinir sistemleri daha iyi bir şekilde anlaşılabilmesi ve böylece felç, multiplskleroz gibi hastalıların daha iyi anlaşılması ve kesin tedavi yöntemlerinin geliştirilmesi amaçlanmaktadır. Vücudumuz dev bir sinir ağına sahiptir.Sinir olarak ifade edilen biyoelektronik bu ağlar vücudumuzun her bir noktasına ulaşmıştır.Her bir organdan gelen elekro-kimyasal uyarılarla sinir sistemimizin ilgili bölümleri uyarılır ve uyaranlara karşı gerekli cevap verilerek vücudun koordinasyonu ve bu şekilde homeostasi sağlanmış olur.Bu sinir ağını oluşturan hücrelere baktığımızda Nöronlarla karşılaşırız.Nöronlar çok mükemmel bir dizayna sahiptir.Dendrit olarak ifade edilen kısa ve akson diye adlandırılan uzun lifler ve hücre gövdesinden oluşur.Dendritler impulsları(uyarı) almaya ve hücre gövdesine iletmeye akson ise hücre gövdesinden alarak bir diğer nörona göndermeyle ve taşımayla görevlidir.Akson uzun bir liftir.Bazı aksonların üzerlerinde ranvier boğumlara rastlanır bu boğumlar elektriksel sinyallerin daha hızlı iletilmesini sağlar.Aksonları kaplayan miyelin kılıf da akson gövdesini korumakla ve diğer nöronlardan yalıtmayla görevlidir.Tıpkı bir kablonun üzerindeki plastik kaplama gibi düşünülebilir.MS (Multipl skleroz)Hastalığı da bu yalıtımı sağlayan koruyucu kılıfın zarar gördüğü bir hastalık çeşididir.Sinir sistemlerinin ilettiği elektriksel sinyaller tam olarak yalıtılmadığı için bu hastalarda duyu azalması,kısa süreli hafıza sorunları,denge bozukluğu,hissizlik,konuşma bozukluğu gibi belirtiler meydana çıkar.Sinir ağı bir çok kola ayrıldığı için bazen sinirler arasında bir kopukluk oluşur.Buradan bilgi akışının devam edebilmesi gerekmektedir.Bunun için bu boşlukla karşılaşıldığında elektriksel sinyaller hemen kimyasal sinyallere dönüştürülür ve nörotransmitter olarak adlandırılan bu kimyasal sinyalleri taşıyan kimyasal moleküller sinaps denilen bu boşluklara dökülür.Karşı taraftaki sinir uçlarının kimyasal sinyallerle uyarılması neticesinde karşı taraftaki sinir uçları bu sinyali alır ve tekrar elektro-kimyasal işlemler neticesinde aynı nitelikteki elektriksel sinyale dönüştürerek impulsların gerekli organa götürülmesi sağlanır.Tüm bu olanlar vücudumuzdaki sinir ağında yaşananların aslında kısa bir özeti bile sayılamaz.Tek bir hücrenin de elektriksel güce ihtiyacı vardır.Bunun sağlandığı birim ise Mitokondri organeledir.Mitokondri bu şekilde enerji üreterek hem hücresel boyuttaki işlemler için gerekli olan enerjiyi hem de sistemlerin çalışabilmesi için gereken enerji ihtiyacını karşılar.Mitokondri enerji yi besinlerden kimyasal olarak alıp hücrelerin kullanabileceği ATP(Adenozintrifosfat) molekülüne dönüştürür.Bu şekilde hücre için gerekli enerjiyi üretmiş olur. İşte görüldüğü gibi aslında vücudumuzdaki tüm sistemlerin çalışabilmesi için elektrik enerjisine ihtiyaç vardır.Bu enerji de son derece güzel işleyen bir sistem sayesinde durmaksızın üretilebilmekte ve sistemlerin koordineli olarak kusursuz çalışabilmeleri için en uygun şekilde görev yapmaktadır. Biy.Murat KÖSEDAĞ

http://www.biyologlar.com/biyoelektrik-canli-sisteminin-elektrikle-olan-birlikteligi

Dna Replikasyonu ( Duplikasyon )

Dna Replikasyonu ( Duplikasyon )

DNA'nın replikasyonu DNA'nın kendini eşlemesidir yani bir DNA molekülünden iki DNA molekülü oluşmasıdır.Bir hücre replikasyon geçirip DNA miktarını iki katına çıkaramazsa bölünemez.Bu kural bakteriler ve virüsler için de geçerlidir.

http://www.biyologlar.com/dna-replikasyonu-duplikasyon-

Genler Neden Yapılmışlardır? Genlerin yapı taşları

Kromozomlar (genler) neden yapılmışlardır? Biyolojide kuskusuz çok önemli bir yeri olan Oswald Avery’nin deneyleri bu soruya çok açik ve parlak bir yanit getirdi. Çalismalari, simdi “moleküler biyoloji” dedigimiz modern çagi açti. 1940'larin basinda Avery, iki tarafli zatürreye (akciger iltihasbi) neden olan bakteriyle ugrasiyordu (penisilin bulunmadan önce, en büyük ölüm nedenlerinden biriyldi bu hastalik). Yaptigi deneylerde açiklayamadigi sasirtici sonuçlar buldu. Ölü zatürre bakterileri, kötü niteliklerini, zatürre yapmayan türden canli bakterilere geçirebiliyorlardi. Bu, tehlikeli ölü bakterilerin, canli ve zararsiz bakterileri tehlikeli hale getirebilmeleri demekti.Bu nitlik bir defa geçirilince artik kalici oluyor ve bir zamanlar iyi huylu olan bakterilerin gelecek kusaklarina kalitimla geçiyordu. Hastaliga neden olabilme kapasitesi bir veya bir grup özellekten kaynaklanir. Bu özellikler, genler tarafindan kontrol edilir ve kalitimla geçirilirler. Avery, ölü baterilerin parçalandiklarini, vücutlarinin bilgi tasiyan kimyasal maddeler çikardigini, canli baketirelirn de bulari besin olarak kullandiklarini düsündü. Yani genler, canli bakterilere girip onlarin kalitimlarini belirtiyorlardi. Avery ve arkadaslari, bu gene benzer maddeyi kesin olarak belirlemek üzere çalismaya basladilar. Insan, Tip bilimi için, genlerin kimyasal özelliklerinin bulunmasindan daha önemli bir problem olabilecegini düsünüemez. Ancak bu kesinlikle insanlar, hatta hayvanlar üzerinde de incelenebilecek bir problem degildi. Neyse ki zatürre yapan bakteriler, Avery’e uygun bir sistem getirdiler. Bu iyi ve degerli bir model-deney sistemi örnegi olusturuyordu. Aslinda, bütün genetik bilgi birikimi, 100 yil önce Gregor Mendel’le baslangicindan bugünkü arastirmalara kadar, büyük ölçüde basit deney modellerine dayanir. Bezelyeler, meyve sinektleri, ekmek küfü ve bakteriler... Avery’nin üzerinde çalistigi bakteriler geretik olarak birbirinin tipkisiydi. Baska cinslerle karismamis, safkan bakterilerdi bunlar. Hizla üreyebiliyorlardi öyle ki kalitim özelliklerini birçok kusagin üzerinde izlemek olanakliydi. Zatürreye neden olma yetenekleri, farelere verilerek kolayca ölçülebiliyordu. Avery’nin yaptigi önemli deneyleden biri, probleme açik bir yanit getirdi. Ölü bakterilerden dagilan bir molekül karisimini aldi ve içine DNA’yi “bozan” bir enzim ekledi. DNA’nin bozulmasi, karisimin zararsiz bakterileri zararli bakteriye çevirebilme yetenegine bir son verdi. Buna ek bir deneyle Avery ve arkadaslari, zararsiz bakterileri hastalik yapan bakteriye çeviren maddenin “deoksiribonükleik asit” veya DNA oldugunu kanitladilar. DNA: Deoksiribonükleik Asit Aslinda, DNA’yi Avery bulmadi. Bu isi, Avery’den altmis yil önce Friedrich Miescher adinda bir arastirmaci yapmisti. O ve onu izleyen bilim adamlari bu konuda bir sürü kimyasal bilgi toplamislardi. DNA’nin zinci seklinde birbirine bagli, büyük miktarlarda fosforik asit içeren “nükleotid” denilen moleküllerden olustugu biliniyordu. Bunlar, o zamana kadar hücrede bilinen en büyük moleküllerdi. Avery, DNA’nin kalitimin temel maddesi oldugunu gösterdi. Baska ir deyisle “bir seyi kalitimla geçirmek demek, bir parça DNA aktarmak demektir”. Genler DNA’dir. Bilgi DNA’dir ve DNA bilgidir. Avery’nin ispatindan beri, DNA konusunda bilinenler öyle sasirtici bir hizla artti ki, 1960'larda artik bilginin DNA’da nasil kodlandigini bu bilginin nasil hücre maddesine dönüstügü ve DNA’nin gelecek kusakla paylasilmak üzere nasil kopya edildigini biliyorduk. Bu zorlu yarisa bir çok bilim adami katildi; ama James Watson ve Francis Crick ’in DNA’nin dogru yapisinin ikili sarmal, yani içiçe dönen iki zincir oldugunu düsünüp bulmalari en büyük asamalardan biridir. Öyleyse iste DNA’nin temel özelliklerine bakalim: 1.Molekül zincir seklindedir( Degisik basit molekül çesitlerinin birbirine eklenmesinden olusmus zincir seklindeki madde) 2.Olaganüstü uzun ve son derece incedir.Hücrenin çekirdegi 100 kere büyütülseyydi asagi yukari igne ucu büyüklügünde olacakti, yani gözün ancak seçebilecegi kadar. Ite bu küçücük çekirdek içinde katlanmis durumda bulunan DNA açilirsa, boyu, bir futbol sahasinin boyu kadar olur. 3. Zincirde dört çesit halka vardir (nükleotid denilen moleküller). Isimleri adenilik asit, guanilik asit, sitidilik asit ve timidilik asit; kisaltmalari A. G, C ve T. 4. Bu dört tür halkanin baglanma biçimi, adi bir zincirin halkalari gibi birbirinin aynidir. 5. Halkalarin sasmaz bir düzeni vardir, bu kitaptaki harflerin düzeni gibi. Bundan sonra, zincirler üzerine söyleyecek çok seyimiz olacak. Bir zinciri her resimleyisimizde, buradaki bes biçimden hangisi en uygun, en açiklayicisiysa onu kullanacagiz. Kuskusuz, gerçek zincirlr bizim resimlerde gösterdiklerimizden çok daha uzundur. DNA = Dil = Bilgi Simdi dört çesit halkasi olan bir zincirimiz olsa ve bunun yeni bir bireyin olusmasi için gerekli bütün bilgiyi içerdigini bilsek, bu sirrin halkalarin siralanmasinda veya düzenininde yattigi sonucunu çikarmamiz gerekir. Zincirin bu kadar çok anlam tasimasinin baska bir açiklamasi olamaz. Bilgi, böylece harita veya plan olmak yerine, düz bir yüzey üzerinde iki boyutlu bir seye, daha dogrusu tek boyutlu “yazili” talimat dizinine dönüsür. Burada dille-benzetme (analoji) yapilabilir.DNA alfabesinin dört harfi var, ama bunlarla yazilabelecek mesajlarin sayisi sonsuzdur. Tipki iki harfli Mors alfabesiyle (nokta-çizgi) söylenebileceklerin sinir olmadigi gibi. Kitaplardaki harfler kagit üzerindeki yerlerine göre diziler halinde baglanmislardir. DNA içindeki dört nükleotid halkasi ise gerçek kimyasal baglarla dizi halinde baglanmistir. Belli bir organizma içindeki toplam DNA’da bir kitap gibi düsünülebilir. Bu kitapta, bütün harfler, deyimler, cümleler ve paragfraflar bir zincir olusturacak biçimde birbirine eklidir. Organizmanin bütün bölümleri ve bütün islevleri böylece tanimlanir. Bu organizmanin özdes bir ikizi varsa, o da ayni DNA’lari içerir, ayni kitaptan bir tane daha diye düsünülebilir; ne bir harf, ne bir sözcük farklidir ikisi arasinda. Ayni türün baska bir organizmasi da, gramerda sik sik ve göze çarpici farklar oldugu halde, benzer bir kitabi olusturur. Degisik türlerin kitaplari, içlerinde bir sürü benzer cümleler de olsa oldukça degisik öyküler anlatirlar. Yukaridaki benzetmede zincirin parçalari olan genler, asagi yukari cümlelerin krsiligidirlar. Bir gen, organizmanin belirli bir yapisini olusturan veya islevini gören bir harf (nükleotid) dizidir. Genler, çok uzun bir DNA molekülünde arka arkaya eklenmis cümleler gibidirler. Bir Insan Olusmasi Için Ne kadar Bilgi Gerekli? Bilginin ne oldugunu gördükten sonra isterseniz, canlilari olusturmak için ne kadar bilgi gerektigi üzerine kabaca bir fikir edinelim: 1. Bir bakteri, canli yaratiklarin en basitlerindendir, 2 000 civarinda geni vardir. Her gen 100 civarinda harf (halka) içerir. Buna göre, bir bakterinin DNA’si en azindan iki milyon harf uzunlugunda olmalidir. 2. Insanin, bakteriden 500 kat fazla geni vardir.Öyleyse DNA en azindan bir milyar harf uzunlugundadir. 3. Bir bakterinin DNA’si bu hebsaba göre, her biri 100.000 kelimelik 20 ortaama uzunlukta romana, insanin ki ise bu romanlardan 10.000 tanesine esittir! Dilden Maddeye DNA dilinin anlami, belirli bir canli organizmayi tanimlamasindadir. Baska bir deyisle genler, maddenin, yasamin gerçek özünün, gerçek canli unsurun yaratilmasi için gerekli bilgiyi verirler. DNA dili fizik olarak yasamaya, nefes almaya, hareket etmeye, et üretmeye nasil çevrilebiliyor? Bu soruyu yanitlamadan önce, nelerden yapilmis oldugumuzu bilmemiz gerekir. Proteinler Bu konu zor görünebilir ama aslinda öyle degil. Bizi olusturan en önemli malzeme proteindir denilebilir. Diger yapi maddelerimiz (su, tuzlar, vitaminler, metaller, karbohidratlar, yaglar vb.) proteinlere destek olmak üzere bulunurlar. Proteinler yalnizca kütlemizin (suyu saymazsak) çognu olusturmakla kalmayip, ayni zamanda vücut isimizi, hareketlerimizi ayarlarlar, düsüncelerimizin ve duygularimizin da temelini olustururlar. Kisacasi bizi olusturan ve yaptigimiz her sey proteinlere dayanir. Örnegin, kendimi gözlüyorum: bütün kütlesi proteindir; ne görüyorsam (kürkü, gözleri, hareket etmesi bile) proteindir. Içindeki her syey de proteindir. Ayrica kendime çok özel bir kisilik veren hersey de özel proteinlerle belirlenmistir. DNA’nin yönlendirilmesiyle yapilan proteinler birey olmanin, tek olmanin, bütün türlerin fiziksel temelidir. Metal, otomobil için neyse, protein bizim için odur. Otomobilde baska malzemeler de vardir; ama yapiyi ve islevi saglayan en önemli eleman metaldir. Hem görünüsü, hem de isleme yetenegini belirler. Bir arabanin digerinden farkini; biçimini, niteligi ve metal kisimlarin durumu belirler. Simdi, yeni bir soru ve baska bir ayrintili inceleme için haziriz. Proteinler neden yapilmislardir? Iste özelliklerinin listesi: 1. Zincir moleküldürler. 2. Uzundurlar ama DNA kadar degil. 3. Yirmi çesit protein halkasi vardir. Bunalara amino asitler denir. 4. Yirmi birimin de baglanti biçimi tamamen aynidir. 5.Yirmi birimin veya halkanin düzeni veya dizilis sirasi hassas ve kesindir. Bu düzen, hangi protein oldugunu ve sonuçta islevinin ne oldugunu belirler. Amino asitler, isimlerinin ilk üç harfi eklenmis zincir halkalariyla gösterilirler. Yirmi amino asit sunlardir: fenilalanin, leusin, izoleusin, metyonin, valin, serine, prolin, treoinin, alanin, tirosin,histidin, glutamin, asparajin, lisin, aspartik asit,glutamik asit, sistein, triptofan,arjinin,glisin. Çeviri Bu bes özelligin DNA zincirininkine ne kadar benzedigini gördünüz. Halkalari özel bir düzende olan zincirler, protein alfabesinde yirmi çesit harften olusuyor;DNA alfabesinde ise dört harf var. DNA bilgisinin protein maddesine dönüsmesinin aslinda dildeki gibi bir çeviri islemi oldugu hemen görülebilir. Dört harfli bir alfabedeki harf dizisinden, yirmi harfli bir alfabenin harf dizisine geçilmektedir. Mors dilinden (iki harfli nokta-çizgi alfabesinden) Ingilizce gibi yirmisekiz harfli alfabesi olan bir dile çeviri yapmaya da benzetilebilir bu. Bütün olan biten aslinda bu kadar.Hücerelerin protein zincirleri içinde binlerce çok ufak, son derece basit çeviri makinesi var. Bunlara “ribosomlar” deniyor. Su sekilde çalisirlar: Önce DNA bilgisinin bir bölümü, bir gen, bir enzim (bu islemin hizlanmasina yardim eden bir protein) tarafindan kopye ediliyor. Mesajci RNA (mesajciribonükleik asit) dernilen bu gen kopyasi da bir zincirdir. RNA molekülleri,DNA moleküllerinin hemen hemen ayni zincir moleküllerdir; ama onlar kadar uzun degildirler. Bir DNA molekülü bir çok geni içerir, bir mesajci RNA molekülü ise yalnizca bir tek genin kopyasidir. Bu RNA moleküllerine “mesajci” denir, çünkü genin mesajinin, ribosomlar yolu ile DNA’nin hücredeki yeri olan çekirdekten proteinlerin yapildiklari hücrenin çekirdek disindaki kismina (stoplazma) tasirlar. Gen kopyasi mesajci RNA bir ucunu ribosoma baglar, Ribosom okuyucudur;mesajci RNA’nin içindeki nükleotidlerin (harflerin) dizilisini okur; ama bildigimiz anlamli bir sözcük çikarmak yerine protein çikarir. Bu su sekilde gerçeklesir: Özel enzimler amino asitleri “transfer” RNA (tRNA) denilen küçük bir RNA molekülüne baglarlar. Yirmi amino asitin her biri özel RNA molekülüne baglanir. Amino asite baglanmis tRNA’lar kendilerini ribosoma yöneltirler. Ribosom, gerekli tRNA’yi (bagli amino asitlerle birlikte) o anda mesajci RNA’dan okudugu deyimlere uygun olarak seçer. Yani egere ribosom mesajcidan ala amino asitini (alanin) belirleyen bir grup nükleotid mesajini okumussa, bu amino asitin bagli oldugu gruba uygun nükleotidleri olan bir tRNA seçer. Mesajci nükleotidin, belli bir amino asite uygunlugu, nükleotidlerin dogal uygunluk iliskisine dayanir.Mesajci üzerindeki her nükleotid dizisi, transfer RNA üzerindeki uygun nükleotid dizisiyle mükemmel bir sekilde eslesir. Her yeni aminoasit ve onun tRNA’si ribosoma gelip uygun biçimde yerlestikçe, amino asit kendisenden önce ribosoma gelmis olan amino asitle kimyasay olarak birlesir. Böylece, halkalar sirayla birer birer baglanir. Ribosom mesaji okudukça protein zincirinin boyu durmadan inin okunma ibitince, bütühn protein halkasi serbest birakilir. Böylece yeni bir protein dogmus olur. Bir genboyu DNA’nin içindeki nükleotid dizilisi, bir protein içindeki amino asit dizisini tam olarak belirler. Bir gen, bir protein. Bir gen; bir protein kavrami bizim proteinlerin nasil olustugunu ögrenmemizden çok uzun zaman önce bulunmustu.1930'larda ekmek küfü üzerine bir dizi parlak deney yapan biyokimyaci George Beadle, bir teks gen içindeki degisikyiklerin, bir tek proteinde bozulmaya yol açtigini göstermisti.Buna dayanilarak yapilan çcalismalar bakteri kullanilarak ilerletildi ve genisletildi. Bu büyük çalisma ve burada anlatacagimiz niceleri, herman Müller’in 1920'lerdeki DNA’daki degismelerin (mutasyon), istenildiginde canli sistemleri x-isinlarina tutarak saglanabalecegini gösteren önemli bulusu olmasaydi basarilamazdi. DNA, bir hücrdede bulunan degisik p;roteinler kadar gen içerir (bakteride 2000; insanda 200.000). Protein yapan makinenin bu çeviri islemindeki sasmayan hatasizligi,kuskusuz dikkate deger. bir hücrenin yasamasi için gerekli binlerce proteinin üretilmesinde ancak bir-iki yanlisligüa yer olabilir. Insanlarin yahptigi hiçbir makine, bunun gibi 200 romana esdeger bir yaziyi bu kadar az yanlisla yazamaz. t-RNA’nin Bulunmasi Hocam Paul Zamecnik ve ben, 1956'da transfer RNA’yi birlikte bulduk ve neye yaradigini açikladik. Zamecnik daha önce ribosomlarin, üzerinde proteinlerin biraraya getirildigi strüktürler oldugunu göstermisti.Ben de bu tarihten bir yil önce amino asitlerin özel bir dizi enzimle aktif hale getireilebildigini (yani diger amino asitlerle reaksiyona hazirlandigini) kanitlamistim (bu dördüncü bölümde anlatiliyor). Ama arada eksik bir sey vardi: amino asitlerin baglanabilecegi ve onlara , mesajci RNA’larin gösterdigi yerlere yerlestirilmelerini saglayan kimligi kazandiracak bir sey. Paul Zamecnikle birlikte, hücreler içinde amino asitlere önemli bir yatkilnigi olan, yani onlarla olagandisi bir siklikla baglanabilen küçük RNA molekülleri oldugunu gördük. Proteinin yapilisnida ki eksik olan halkayi buldugumuzu hemen anladik. Bir sürü yogun ve zevkli deneyden sonra, ondan sonraki yilin sonlarina dogru,tRNA’nin protein yapimina katilim yönteminin size daha önce açikladigim oldukça tam bir resimini elde ettik. Zincirlerden Üç Boyutlu Varliklara Buraya kadar öykü yeterince doyurucu; canli mekanizmalar, zincirleri dil olarak kullanirlar. Plandan bitmis üretime geçmek, basit bir çeviri isidir. Ama hala asmamiz gereken bir engelimiz var. Çeviri bir simgeyi baska bir simgeye, tek boyutu tek boyuta, bir zinciri baska bir zincire, nükleotitleri amino asitlere dönüstürülüyor. Zincirden “maddeye” nasil varabiliriz? Protein moleküllerinin görevlerini yerine getirmelerine, dokunabildigimiz, kavrayabildigimiz seylere, tohumlara, çiceklere, kurbagalara, size, bana bir boyuttan üç boyuta siçramak zorundayiz demek ki. Yanit, protein zincirleri içindeki halkalarin yani aminoasitlerin özelliginde yatiyor. Protein molekülleri, zincir olduklari halde asilinda (fiziki olarak) gerçek zincirlerde oldugu gibi üç boyutlu yapilardir. Proteinin yirmi degisik amino asiti, etkisiz simgeler degildirler. Herbirinin kendine özgü kimyasal özellikleri vardir. Bazilari zincirdeki ikiz esleriyle kimyasal baglar yapmayi yeglerken, bazilari daha çok asit, bazilari da alkali özelligini gösterir. Kimi suyu aramak egilimindeyken, kimi de sudan kaçar. bazilari öyle biçimlendirilmislerdir ki zinciri bükebilirler. Birkaç tanesinin de bir proteinin yalnizca bir tek ise yaramasina katkida bulunacak özel marfetleri vardir.Bu amino asitler zincirdeki yerlerine göre zincirin son biçimini belirler. Zincirler tamamlandiklari zaman, bir çesit ip yumagi olusturmak için kendi kendilerine içiçe dolanip katlanirlar. çözülmüs zincirdeki amino asitlerin “sirasi”, molekülün katlanmak için hazir oldugu zaman nasil davranacagini, ne yapacagini “sasmaz” bir sekilde belirler. katlanma biçimi de protein molekülünün seklini, özelliklerini, islevini belirler. Kas proteinler için, bir gen, protein yapar makinelere son bitmis biçiminde katlanabeilecek ve komsu liflerin üzerinedn kayabilecek çok uzun bir protein zinciri yapmasini emreder. Böylece kisalabilen uzun lifler olusur. kan hücrelerindeki oksijen tasiyan protein zinciri hemoglobin, özel bir üç boyutlu katlahnma biçimine sahiptir. Böylece yalnizca kendisine özgü bir yolla oksijeni tutma ve serbest birakma islevini yerine getirebilir. Sonuç olarak herbirini siralanisi, genler içindeki nükleotidlerin siralanisiyla belirlenmis binlerce protein zinciri, özel biçimlerde katlanip, özel islevler elde ederler. Düzen Yaratmak, Çogu Kez Zincir Yapmaktir Birinci bölümde düzen konusunda söylediklerimizi hatirlayin: Yasam, sürekli düzensizlige giden bir evrende düzene yönelik çalisir.Simdi bunun ne demek oldugunu çok daha açikça görebiliriz. Canli olmak, daha önceden sasmaz bir kesinlikle tanimlanmis bir düzenle, halkalari zincire eklemektir. Düzen bir defa kurulunca, son biçimin ve islevin elde edilmesi hemen hemen kendiliginden gelir diye düsünülebilir. Isterseniz, bir parçayi bir baska parçanin önüne koymak kendiliginden sonuca götürüyor diye düsünebilirz bu düzeni. Zayif Kimyasal Baglantilarin Önemi Hücrelerin önemli molekülleri yani DNA,RNA ve proteinler üzerine yapilan bir çalismadan çok ilginç bir genelleme ortaya çikmistir. Aslinda “zayif” kimyasal baglantilar, yasam için son derece önemil islevler tasirlar.Güçlü baglantilar (saglam kovalent baglar), amino asitleri protein içinde birbirine baglayanlar cinsinden veya RNA ve DNA içinde nükleotidleri baglayanlar cinsinden olanlardir.Bunlar zincirin her halkasinda komsuyu sikica tutarlar. Zayif baglantilar ise bütün büyük zincirlerde katlanma noktalarini belirleyen ve molekülün biçimini saglayanlardir. DNA’da iki zinciri,çift sarmali olusturmak iççin birarada tutan nükleotidler arasinda zayif halkalar vardir. Bunlar ileride görecegimiz gibi RNA üretiminde çok greklidirler. Proteinin içinde,onu islevine uygun katlanmis biçimlerde tutan amini asitler arasindaki bagalantilar da zayiftir. Ribosomlar üzerinde yeni protein yapiminda,transfer RNA üzerinde tamamlayici biçimdeki nükleotidlere uydurarak,tam yerlerini “bulurlar”. Bu önemli baglantilarin özelligi,zayi oluslari yüzünden çok kisa sürmeleridir. Görevlerini yaparlar ve sonra kolayca çözülüp yeniden kullanilabilirler. Hayatla Içli Disli Cansiz Varliklar: Virüsler Virüsler ya da DNA’li ya da RNA’li proteinden yapilmislardir. Yani ya DNA ya da RNA biçiminde bilgiyi içerirler ve protein biçiminde birsyelerin yerine geçebilen bir kimlikleri vardir. Ama yardimcisiz kendi kendilerine üreyemezler. Yardim canli hücereler tarafindan saglanir. virüsün proteinleri,onun bir hücre bulup içine girmesine yol açar. Virüs, orada kandini üretecek makinalari;hücrenin makinalarinin bulur. Üreme isini tamamladiktan sonra kendisi ve yeni virüsler,ayni tatsiz isi baska hücrelerde yinelemek üzere o hücreden çikarlar.Bu olaylar sirasinda virüs,”ev sahibi” hücreyi öldürebilir,ona zarar verebilir,degistirebilir veya hiçbir sey yapmaz;bu virüsün ve hücrenin cinsinei baglidir. Bir virüsün hücrede neden olabilecegi önemli bir degisiklik de onu kansere dönüstürmesidir. Bu esrarli olay, en son kanser arastirmalarindaki yogun çabalarin temelinde yatlmaktadir. Hücrelerden daha basit olduklari halde,virüslerin daha ilkel olmadiklarini saniyoruz. çok uzak geçmiste bir zaman, normal hücerelerine parçalariyken kopup kendi asalak “yasama” biçimlerini kurmus olmalari mümkün görünüyor. Virüslerin bagimsiz olarak üreme yetenekleri olmadigi için kendi baslarina canli olduklarini düsünemiyoruz. Ölümlülük ve Ölümsüzlük Simdi,bir bireyin yaratilmasinin bir dizi yazili talimat gerektirdigini biliyoruz. Bunlar milyonlarca yildir dikkate deger bir baglilikla tekrar tekrar kopye edilmislerdir; ama her birey yalnizca birkaç on yil içinde yasar ve ölür. O zaman bu talimatlarin ölümsüz olup olmadiklarini sorabiliriz. En azindan bir biyolog için her hangi bir sey ne kadar ölümsüz olabilirse,genetik bilgi de o kadar ölümsüzdür diyebiliriz. Aslinda ölümlü her birey,gelecek kusaklara geçirilecek tarifnamenin geçici koruyucusudur;sopanin DNA oldugu bir bayrak yarisinda kosucu... Bir birey yasaminin,ancak atalarindan çocuklarina geçirdigi bilgi kadar önemi (Hayatin Kökleri, s:35) vardir. Bazi güveler agizsiz dogarlar ve dogduklari andan baslayarak açiliktan ölüme mahkimdurlar. Tek islevleri,çiftlesip daha çabuk yumurtlayarak güve bilgisini gelecek kusaga geçirmektedir. Eger DNA ölümlünün ölümsüzlügü ise,insanlari inatçi meraki,daha ötesini de sormadan edemez;Bütün bunlar nasil basladi? Baslangiç Hangisi önce geldi, tavuk mu yumurta mi? Bu çok duyulmus bir sorudur ama yanitlanamaz. Yanitlanamamasinin sebebi “tavuk yumurtadan, yumurta tavuktan vs.” diye zaman içinde bitmez tükenmez bir geriye dogru sayis gerektrmesi degil, bu sekilde geriye giderken biriken küçük degisikliklerle tavugun tavukluktan,yumurtanin da yumurta olmaktan çikmasidir.Tavugun bir milyar yil gerilere giden soy agacini incelersek;tüylü arkadasimizi,hayal gücümüzü ne ölçüde zorlarsak zorlayalim adina “tavuk” diyemeyecegimiz atalara baglayan bir degisimle karsilasiriz. Benim tahminim, bir milyar yil önceki tavuk atasinin her halde,toplu igne basindan küçük ve okyanusta yasayan bir yaratik oldugu. Kendi soyumuzu gerilere dogru izlersek,yine buna benzer bir sonuçlar karsilasiriz. Ne kadar geriye gidebiliriz? Bir baslangiç oldugunu düsünmemiz gerek. Bundan önçeki bölümde sözü edilen,DNA’nin ölümsüzlügünü benzetmesine simdi daha iyi bir perspektiften bakmaliyiz.Dünyamizin simdiki canli biçimlerini dogracak tüm bilgiyi tasiyan bu kocaman moleküllerin,çok uzak bir geçmis zamanda, alçakgönüllü bir baslangiçlari olmasi gerek. En iyi tahminlere göre yasam; bundan üç milyar yil önceki Dünya'da basladi.Üç milyar yil önce Dünya'miz iki milyar yasindaydive canlilari barindiracak kadar sogumay baslamisti.Son derece küçük ve oldukça basit deniz yaratiklarinin iki milyar yildan daha eski fosilleri var. Bu fosillesmis yaratiklarin atalari herhalde daha da küçüktü.. En ilkel canli biçimi, belki de bugün bolca bulunan basit tek hücreli canlilara hiç benzemeyen bir tek-hücreydi. Öyleyse bizim yogunlasacagmiz soru su: bir hücre,yasamaya ilk olarak nasil baslamis olabilir, bu asama nasil mümkün olabilir? Soru”hücre nasil yasamaya basladi?” degil;bu hiçbir zaman yanitlanayacak bir sorudur. Çünkü bu olaya taniklik edecek kimse yoktu o zaman; ama yasamin nasil olusabilecegini sormak hakkimizdir. Akillica tahminler ve olasilikilari gösteren deneyler yapabiliriz. Gerekli Maddeler Jeologlarin, paleontologlarin, fizikçilerin,biyologlarin çalismalarina dayanarak,dünyanin üç milyar yil öncesi nasil bir yer olabilecegi konusunda oldukça iyi bir fikrimiz var. Bilim kurgu kitaplari ve filmelri olayi çok canli ve belki de dogru resimliyorlar;lav ve kayalardan olusmus,gri, tümüyle kisir,hiç yesili olmayan manzaralar,patlayan yanardaglar,sivri dag tepeleri,buharlasan denizler,alçak bulutlar,arada çakan simseklerle gürültüyle parçalanan ve sürekli yagan yagmurlar. Herhangi bir canli tarafindan görülmemis ve duyulmamis olaylar. Kuskusuz bu, sizin ve benim için çok sefil bir ortam olurdu. Ürkütücü Ama yasamin baslangici için iyi bir düzendi. Herseyi harekete geçirmek için gerekenler sunlardi: 1. Ilik bir ortam 2. Çok miktarda su 3. Gerekli atomlarin kaynaklari/karbon,hidrojen,oksijen,nitrojen ve fosfor) 4. Enerji kaynagi. Su ve isi, sorun degildi. Dünya sogurken, milyonlarca yillik yagmur okyanuslari doldurmus hala sicak olan Dünya bu okyanusyari isitmisti. Simsekler bol bol enerji sagliyorlardi. Bulutlar aralandigi siralarda da Günes’ten ulraviyole isinlari geliyordu(Bu isinlar o zaman simdi olduklarindan çok daha güçlüydüler, çünkü atmosferimizi sarran ozon tabakasi henüz olusmamisti. Ozon, yeryüzünde bitki yasaminin sonucu olarak yavas yavas birikmis bir oksjijen tabakasidir. Bu tabaka ultraviyole isinlarini geçirmez). Bu kosullar;kuskusuz baslangiçta,en basit birimlerin,bilgi zincirlerinin (DNA) ve hücre maddesi zincirlerinin (protein) olusmasi için yeterince basitti. Ama zincirlerimiz olmadan önce halkalarimizin olmasi gerekir. Önce DNA nükleotidleri ve proteinlerin amino asitleri olusmalidir. Bildigimiz gibi, bu halkalar ufak moleküllerdir. Bunlar, karbon, hidrojen,oksijen,nitrojen ve fosfor elementlerinin kimyasal olarak baglanip düzenlenmeleriyle olusurlar. Basit Moleküllerin Dogusu Öyleyse iste senaryomuz: Deniz suyunda erimis karbon,hidrojen,oksijen,nitrojen ve fosfor içeren basit bilesikler, ultraviyole isinlari ve simseklerle sürekli bombardiman edilmiyorlar. Bu arada bir kismi kalici ve dengede olan,degisik kombinasyonlara da zorlaniyorlar. Islem yüz milyonlarca yil boyunca sürerken,denz, elemanlarinin degisik kombinasyonlari yönünden giderek zenginlesiyor. Yeni moleküller,bu arada nükleotidler ve amino asitler birikiyor. Sonunda denizin son derece bol ve bütün yeni molekül çesitlerini içeren koyu bir çorbaya dönüstügüü bir zaman geliyor.

http://www.biyologlar.com/genler-neden-yapilmislardir-genlerin-yapi-taslari

FERMENTASYON (oksijensiz solunum) NEDİR?

Her canlının yaşamını devam ettirebilmek için enerjiye gereksinimi vardır. Enerji elde etmek için kullanılan yollardan biri fermentasyon yani oksijensiz=anaerobik solunumdur. Kimi mikroorganizma oksijensiz solunumla yaşamak zorundadır. Kimi mikroorganizmalar da yaşam döngülerinin bir kısmında çevresel etkilere bağlı olarak oksijensiz solunum yaparlar. Fakat oksijensiz solunumu kullanan sadece mikroorganizmalar değildir. Örneğin biz insanlar da sıkı bir fiziksel egzersiz sırasında oksijenli solunumun yeterli derecede oksijen sağlayamaması durumunda kaslarımızda oksijensiz solunum yaparız. Canlılarda enerji elde etmek için izlenen yolun ilk adımında, genellikle 6 karbonlu bir şeker olan glikoz parçalanır. (Kimi bakteriler yağ asitlerini ya da amino asitleri de kullanabilirler.) Glikoz çok çeşitli şekillerde fermente edilmektedir. Fakat bunlar aras*nda en çok rastlanan başlıca iki tip fermentasyon vardır: Altı karbonlu glikoz molekülünün iki tane üç karbonlu laktik asite yıkılması. (Homolaktik fermentasyon.) Glikozun bu şekilde yıkıma uğraması, mikroorganizmaların çoğunda ve memelileri de içine alan çok sayıda yüksek organizasyonlu hayvan hücresinde görülür. Bu olaya genellikle glikozun erimesi anlamına gelen glikolizis adı verilmektedir. Bu tepkimeyi formüle şöyle dökebiliriz: C6H12O6 --> C3H6O3 (laktik asit)+ 2 ATP + 2H2O Altı karbonlu glikoz molekülünün, iki tane iki karbonlu etanole ve iki karbon dioksit molekülüne yıkımı. Bu tip oksijenli solunuma “alkolik fermentasyon” denmektedir. Alkolik fermentasyon glikolizle aynı enzimatik tepkimelerden oluşmakta fakat üç karbonlu bileşiğin etanol ve karbon dioksite parçalanması için ek olarak iki enzim tepkimesi daha gerekmektedir. Bu tepkimeyi ise şöyle formüle dökebiliriz: C6H12O6 --> 2 C2H5OH (etanol) + 2 ATP + 2H2O + 2 CO2 Son olarak, sülfür bakterileri gibi kimi canlıların bu saydıklarımızdan daha farklı yollar izleyerek oksijensiz solunum yaptıklarını ekleyelim.

http://www.biyologlar.com/fermentasyon-oksijensiz-solunum-nedir

TRANSPLANTASYON ve İMMÜN YANIT

MHC gen bölgesi 6. kromozom (6p21.31) üzerinde yerleşmiş olup, yaklaşık olarak 4 Mbp lik bir yer kaplar. En uzun haplotype (110-160 kb) DR53 grup haplotiplerdir. Jan Klein 1977 yılında Sınıf I, II ve III olmak üzere ilk tanımlamayı yapmıştır. Günümüzde HLA sınıf III’ e ait olan bölgenin telomerik ucundaki 0.3 Mbp kısmın sınıf IV bölgesi olarak isimlendirilmesi önerilmektedir. Klasik HLA antijenleri sınıf I geni icindeki HLA-A, -B, -C bölgesinde ve Sınıf II geni içindeki HLA- DR, -DQ, -DP bölgesinde kodlanır. Tüm sınıf I genler 3-6 kb, sınıf II genler ise 4-11 kb uzunluktadır. Klasik antijenleri kodlayan genler dışındaki sınıf I bölgesindeki diğer genler: HLA-E, -F, -G, -H, -J, -K, -L olup, bunlar arasından sadece HLA-E,- F,-G eksprese olmaktadır. Sınıf III bölgesinin ise gen yoğunluğu oldukça fazla olup bunların bir kısmı immün sistem ile ilişkili değildir. Sınıf II bölgesinde klasik antijenleri kodlayan genlerin yanısıra HLA-DM, -DN, -DO, TAP1, TAP2, LMP2 ve LMP7 gibi gen bölgeleride bulunmaktadır. İmmunolojik ve nonimmunolojik fonksiyonu olan bir dizi genden oluşan MHC bölgesi ilk kez farelerdeki transplantasyon çalışmaları ile Peter Gorer tarafından 1937 yılında ortaya çıkarılmıştır. Bu genlerin ürünleri olan moleküller 1958 yılında Jean Dausset tarafından (HLA-A2) tanımlamış, aynı yıl van Rood ve arkadaşları HLA-BW4 ve BW6 antijenlerini ve kan transfüzyonu yapılmış kişilerin ve çok doğum yapmış kadınların serumlarında lökositlere karşı oluşmuş antikorları göstermişlerdir. İlk doku antijenleri lökositlerde saptandığı için insan lökosit antijenleri (Human Leukocyte Antigens = HLA) olarak tanımlanmışlardır. Daha sonraki yıllarda eritrositlerin dışında bütün vücut hücrelerinde bulundukları ve çok önemli oldukları anlaşılarak bu grup antijen sistemi MHC molekülleri veya MHC antijenleri olarakta isimlendirilmiştir. MHC genel bir isimdir ve her bir türün ayrı bir MHC simgesi vardır . MHC molekülleri graft rejeksiyonun temel belirleyicileridirler. Bu nedenle aynı MHC moleküllerini eksprese eden bireyler birbirlerinin doku graftlerini kabul edebilirler veya farklı MHC gen bölgelerine sahip bireyler arasında graft rejeksiyonu gelişir. Bu lokusun keşfinden ancak 20 yıl sonra immun cevapta MHC’nin önemi ortaya çıkarılmıştır. Hugh McDevitt ve arkadaşları 1960’larda kobay ve fareler üzerine yaptıkları çalışmalarda basit polipeptidler ile yapılan immunizasyona karşı antikor oluşmadığını ve gelişen immun yanıtsızlığın MHC bölgesinin haritalanması ile otozomal dominant bir özellik olduğunu buldular. İmmun yanıtı kontrol eden genlere de İmmun yanıt genleri (Immune response =Ir ) adı verildi. Ir genlerinin protein yapıdaki antijenlere antikor yanıtında gerekli olan Th (T helper = yardımcı T) lenfositlerinin aktivasyonunu kontrol ettiğini gösterdiler. 1970’lerin sonunda MHC genlerinin protein antijenlere karşı olan esas rolü anlaşıldı. Her iki HLA antijen yapısı da iki yan yana alfa heliksi tarafından oluşturulan, hücre membranına distal konumda benzer bir girintiye sahiptir. Bu girintilere hem kendi antijenlerinden hem de yabancı antijenlerden kaynaklanan peptid antijenleri bağlanır. Böylece HLA antijenleri hem kendi hem de yabancı peptidleri T lenfositlerine sunma görevindeki moleküller olarak immün yanıt oluşumunda kilit bir fonksiyona sahiptir. Ayrıca HLA antijenlerinin kendileri de allogeneik transplantasyon, transfüzyon ve hamileliklerde güçlü immün yanıtları tetikleyebilen, fazlasıyla immünojenik moleküllerdir. MHC Sınıf I molekülleri Sınıf I molekülü a zincirinin b2 mikroglobulin ile non kovalen bağlanmasıyla oluşmaktadır. Alfa zinciri a1 (N terminal), a2 ve a3 olmak üzere üç adet ekstrasellüler domain içerir. MHC sınıf I molekülleri arasında a3 domaini oldukça korunmuş bir yapıdadır ve T lenfositlerindeki CD8 molekülü ile etkileşime giren bölgeyi oluşturmaktadır. Beta 2 mikroglobulin yapısındaki bir adet disülfit bağı ile stabilize edilmiştir. b2- mikroglobulin yokluğunda sınıf I molekülleri hücre membranında eksprese edilmez. Alfa-1 ve alfa-2 domainler 8 adet anti-paralel b strandı ve 2 adet anti-paralel a strandı ile platform oluşturmaktadır. Genel olarak çekirdekli hücrelerde eksprese edilmektedir. Ancak ekspresyon düzeyleri hücreler arasında değişmektedir. Lenfositlerde en yüksek düzeyde eksprese edilirken, Fibroblastlar, kas hücreleri, hepatositler, sperm, oosit, plasental ve merkezi sinir sistemi hücrelerinde sınıf I moleküllerinin ekspresyonu çok düşük ya da dikkate alınmayacak düzeydedir. HLA- C moleküllerinin hücre yüzeyinde HLA- A ve –B moleküllerinden 10 kat daha düşük düzeyde ortaya çıkmaktadır. Ancak HLA-C molekülleride işlevseldir ve NK (doğal öldürücüler ) tarafından tanınmak üzere ilk hedef noktalardır. MHC Sınıf II molekülleri Sınıf II molekülleri a ağır zinciri ile b hafif zincirinin non-kovalent bağlanması ile oluşan bir heterodimerdir. Alfa zincirinde a1 ve a2, beta zincirinde ise b1 ve b2 domainleri bulunmaktadır. Alfa-1 ve alfa-2 domainleri arasında kalan çukur peptid fragmanlarının bağlandığı bölgeyi oluşturmaktadır. Sınıf II molekülleri dendritik hücre, makrofaj, B ve aktive T lenfosit olmak üzere daha sınırlı sayıda hücrelerde eksprese edilmektedir. Transplantasyonda İmmun Yanıt İmmün sistemin birincil görevleri herhangi bir potansiyel infekte edici yabancı materyali tanımak ve birden çok efektör mekanizma yoluyla yanıt vererek yabancı materyali inaktif hale getirmektir. HLA antijenlerinin görevi hem kendi hem de yabancı proteinlerden türevlenen peptid fragmentlerini sunmaktır. Antijen sunum hücreleri (APCler) olarak görev yapan hücre tipleri dendritik hücreler, monositler, makrofajlar, B lenfositleri ve immün regülatör süreçlere katılan diğer hücreleri içerir. Protein moleküllerinin peptid parçalarına ayrılması ve antijenin T hücrelerine sunulması, immünitenin önemli bir bölümünü oluşturur. Sınıf I molekülleri endojen kaynaklı peptidlerin CD8 (+) T lenfositlerine, sınıf II molekülleri ise eksojen kaynaklı peptidlerin CD4 (+) T lenfositlerine sunumunda rol almaktadırlar. Peptidler önce degradasyona uğrar ve peptid fragmanları hücre içinde HLA sınıf I ve II moleküllerine bağlanır. Bu moleküller, bağlanan peptid ile birlikte hücre yüzeyine gelir. Hücrelerde proteinlerin yıkımını sağlayan iki büyük yol vardır. Bunlardan birisi lizozomal asidik ortamda gerçekleşen lizozomal proteolizis diğeri ise ubiquitin- proteasom yıkım yoludur. Çok sayıda ubiquitin ile işaretlenmiş olan protein, çok sayıda alt birimden oluşmuş olan proteaz kompleksi olan proteasom tarafından yıkılır. Ubiquitinin bağlanması ve işaretlenmesi için ATP enerjisi kullanılır. Endojen proteinler ubiquitin ile bağlanarak proteasoma yönlenirler. LMP2 ve LMP7, proteozom kompleksinin bileşenlerini oluşturan peptidleri kodlamaktadır. Proteozom, kısa ömürlü sitoplazmik proteinlerin çoğunun sindiriminde yer almaktadır. Burada 8-10 aa uzunluğunda kısa peptidlere yıkılan endojen proteinler TAP heterodimeri aracılığı ile ER aktarılırlar. TAP molekülleri zarlar arasında, oligopeptid ve daha büyük proteinler gibi farklı maddelerin taşınmasını sağlamaktadır. TAP1/TAP2 molekülleri ER zarında, sitoplazmadan lümene peptid taşıyıp yerleştiren bir kompleks oluştururlar. Taşınmış olan peptidler sınıf I molekülüne yüklenirler. Endoplasmik retikulumdan ayrılan bu yapılar golgi kompleksine gelir oradan taşıyıcı veziküller ile hücre membranına taşınarak sitotoksik T lenfositlerine sunulurlar. Eksojen kaynaklı proteinler (bakteriler gibi) ASH tarafından hücre içine endositik olarak alınıp lizozom ile birleşir ve lizozomal enzimlerin etkisi ile küçük peptidler haline dönüştürülürler. ER’da yeni sentezlenen sınıf II molekülleri invariant chain (Ii) molekülü ile bağlanarak taşıyıcı veziküller ile lizozoma gelir ve füzyon yaparlar. Lizozom icerisinde Ii molekülü küçük peptid haline dönüştürülür ve HLA-DM molekülüde peptid bağlama oluğunda bulunan parçalanmış Ii molekülü ile eksojen peptidin yer değişimini gerçekleştirir. Peptid yüklenmiş olan sınıf II molekülleri hücre membranına taşınarak CD4(+) T lenfositlerine sunulurlar. İmmün tanıma : İmmün yanıtın oluşumunda ilk basamak, kendi-HLA moleküllerince sunulan yabancı peptidin yardımcı T hücrelerince (CD4+ T hücreleri) tanınmasıdır. Tanınmanın sağlanabilmesi için T-hücre reseptörü (TCR) HLA-antijen kompleksine özgü olmalıdır. Hücrelerin birbiriyle teması üzerine TCR, yabancı peptid ve APC üzerinde yer alan MHC molekülünden oluşan trimoleküler bir kompleks meydana gelir. T hücreleri ve APC arasındaki etkileşim diğer lenfositler ve B7, CD40 gibi T hücreleri üzerinde yer alan CD4, CD8, CD28 VE CD11a/CD18 gibi APC hücre yüzey molekülleri (lökosit fonksiyonuyla bağlantılı antijen 1 [LFA-1]) ve interselüler adhezyon molekülü (ICAM-1) desteği ile sağlanır. Hücre yüzey reseptörleri ve sitokinler gibi immün modülatör molekülleri kodlayan genler uyarılır, transkribe edilir ve aktif ürünler vermek üzere translasyon geçirirler. Aktivasyonun erken evrelerinde yanıtlayıcı T hücrelerinin klonal genişlemesi ile sonuçlanan, interlökin 2 (IL-2) ve interferon-g (IFN-g) sitokinleri üretilir. Makrofajlar ve B hücreleri de ek sitokinler ve kemokinler katılarak çalıştırılmıştır ve böylelikle uyarılmış B hücrelerinin yanıtı genişletilerek olgun antikor oluşturan plazma hücrelerine dönüşmeleri sağlanır. İmmün yanıtın hem hücresel hem de hümoral kolları, nakledilen bir organın yabancı HLA antijenleri ile ilişki halindedir. Transplant yerleştirilmesinde, spesifik alloreaktif T hücrelerinin klonlarının allotanıma ve aktivasyonuna, akut rejeksiyon nöbetlerine, greft fonksiyonlarında aksamaya ve kronik rejeksiyona ve son olarak greft kaybına sebep olabilir. Direkt ya da indirekt allotanıma yolları olarak bilinen iki farklı yol, greftte yer alan yabancı HLA antijenlerin immünojenitesini oluşturur. Direkt yolda, donör MHC antijenlerinin tanınmasında spesifik TCR taşıyan alıcı T hücreler, greftin HLA antijenlerini tanırlar ve onlar tarafından direkt olarak aktive edilirler. Yabancı HLA antijeni kendi-HLA ve yabancı antijenin kombine halini taklit eder böylelikle TCR’ler ile başarılı bir şekilde bağlanırlar. Bu arada donör dendritik hücreleri, gratft ile birlikte “pessenger” lökositler olarak gelirler, ve greftten yuvalarına yani alıcı lenf nodlarına geçerler. Lenf nodlarında alıcı T hücreleri donör APCleri’nce sunulan yabancı MHC ve peptidlere yanıt verirler ve prolifere olurlar. Bu aktive olmuş alıcı hücreler daha sonra süzülerek grefte geçerler ve bozulmakta olan greftin biyopsisi sonucunda kolaylıkla gözle görülebilen red süreçlerini başlatırlar. İndirekt tanıma yolu ile oluşan yanıt, donör antijenlerinin alıcı APCleri tarafından işlenmesini ve sunulmasını gerektirir. Bu hem lenf “pessenger” lökositlerce işgal edilen alıcı lenf nodlarında gelebilir hem de greft antijeninin alıcı APCleri tarafından çıkarılan, geri alınan ve işlenen greft sitlerinde meydana gelebilir. Direkt yol grefte karsi verilen ilk yanıtlarda baskındır, indirekt yolun ise zaman geçtikçe red sürecinin sürmesinde ve yolcu lökositlerin bir uyarı olarak yok olduğu süreçte önemli olduğu var sayılmaktadır. Alloantikor yanıt: Transplantasyonun bir sonucu olarak, aktive edilmiş yardımcı T hücreleri B hücreleri ile etkileşime geçebilirler ve onları spesifik donör HLA antijenlerine yönelik alloantikor üretmeleri için stimule ederler. Transplantasyon sonrası bu tip alloantikorlar saptanması eşlik eden hücresel red yanıtının bir işaretidir. Transplantasyonun oluşturduğu uyarıya ek olarak HLA antijenlerine karşı immün yanıtlar, lökosit içeren kan transfüzyonu ile gelen HLA alloantijenlerine maruz kalma ve hamilelik gibi durumlarda oluşur. Birden fazla transfüzyon alan hastalar ve bazı multipar kadınlar HLA antijenlerine bağışıklık kazanabilirler, ve antikorlar ile spesifik HLA antjenleriyle etkileşime giren aktif T hücre klonları üretirler. Transplantları başarısızlıkla sonuçlanan hastalarda reddedilen greftin HLA antijenlerine karşı yüksek düzeyde antikor üretilmektedir. Potansiyel bir alıcı tarafından antikorlar oluşturulduğunda sensitizasyon (hassasiyet) meydana gelir ki bu da uygun bir organ donörü bulmada engel oluşturur. Hastanın sensitize olduğu belirli HLA antijen/leri içeren bir organın transplantasyonu hiperakut red ile sonuçlanabilir. Bu süreçte alıcı antikorları ile donör antijenlerinin oluşturduğu kompleksler anında greft damarlarında koagülasyonu tetikler, bu da grefte ve greft içindeki kan dolaşımının blokajı ve kesilmesi ile sonuçlanır ve böylelikle greft hızla yok edilir. Böbrek, kalp ve pankreas transplantasyonu bekleyen sensitize hastalar için önceden oluşmuş alloantikorlara hedef antijenlere sahip olmayan donörlerin seçimi kesin şarttır.Yabancı HLA antijenleri immün reddi tetiklediklerinden, alıcı ve verici arasında HLA antijen uyumunun sağlanması transplant başarısı için etkin bir stratejidir. Prof. Dr. Mahmut Nezih Çarin İstanbul Tıp Fak. Tıbbi Biyoloji ABD, Transplantasyon Ünitesi KAYNAK: lokman.cu.edu.tr/anestezi/v_cag/new_page_2.htm

http://www.biyologlar.com/transplantasyon-ve-immun-yanit

TERPENLER - TERPETIOİTLER

Terpenler, ya da terpetıoitler, sekonder (ikincil) ürün­lerin en geniş sınıfını oluştururlar. Bu sınıfın çeşitli bileşikleri genellikle suda çözünmezler. Biyosentezleri asetil-CoA ya da glikolitik ara ürünler üzerinden ger­çekleşir. Terpenlerin biyosentezi tartışıldıktan sonra bu kimyasalların herbivorları nasıl uzaklaştırdığı ve buna karşılık bazı herbivorların terpenlerin toksik et­kisinden nasıl kaçındıkları incelenecektir. Terpenler Beş Karbonlu İzopren Birimlerinin Birleşmesi Sonucu Oluşurlar Tüm terpenler, izopentanın dallanmış karbon iskeleti­ne sahip beş karbonlu birimlerden oluşurlar: Terpenler yüksek sıcaklıklarda bozunarak izoprenleri oluşturabildiklerinden, temel yapısal birimleri bazen izopren birimleri olarak adlandırılırlar. Bu nedenle terpenler bazen izoprenoitler olarak adlan­dırılırlar. Geniş kapsamlı metabolik değişiklikler bazen ori­jinal beş karbonlu birimleri ayırt etmeyi zorlaştırsa da, terpenler taşıdıkları bu birimlerin sayısına dayanıla­rak sınıflandırılırlar, iki C, birimli, yani on karbonlu terpenlere monoterpenler, onbeş karbonlulara (üç C. birimli) seskiterpenler, yirmi karbonlulara (dört C5 bi­rimli) ise diterpenler adı verilmektedir. Triterpenkr (30 karbonlu ya da altı C_ birimli), tetraterpenler (40 kar­bonlu ya da sekiz C5 birimli) veya politerpenoitler [(C.)n, n > 8] daha büyük terpenlerdir. Terpenlerin Biyosentezinde İki Metabolik Yol Bulunur Terpenlerin primer metabolitlerden biyosentezinde en azından iki ayrı yol bulunur. Bu yollardan en iyi bilineni olan mevalonik asit metabolik yolunda üç asetil-CoA molekülü adım adım birleşerek mevalonik asiti oluşturur. Bu altı karbonlu anahtar ara ürün daha sonra fosforile, dekarboksile ve dehidrate olarak izopentenil difosfat’ı (IPP22) meydana getirir. IPP, terpenlerin aktifleşmiş beş karbonlu yapı taşı­dır. Son yıllarda IPP nin, kloroplast ve diğer plastidlerde çalışan ve bir seri farklı tepkime içeren metileritrol fosfat (MEP) adlı yolla glikoliz veya fotosentetik karbon indirgeme döngüsünün ara ürünlerinden oluşa­bileceği anlaşılmıştır. Tüm ayrıntıları tam olarak aydınlatılmamakla beraber, burada gliseraldehit-3-fosfat ve piruvattan gelen iki karbon atomunun birleşmesi sonucu IPP’ye dönüşecek bir ara ürün oluşur. İzopentenil Difosfat ve İzomeri Birleşerek Daha Büyük Terpenleri Oluştururlar izopentenil difosfat ve izomeri, dimetilallil difosfat (DPP), terpen biyosentezinin aktifleşmiş beş karbon­lu yapı taşlarıdır. IPP ve DPP’ nin birleşmesiyle daha büyük moleküller oluşur. Öncelikle IPP ve DPP tep­kimeye girerek hemen tüm terpenlerin on karbonlu öncülü geranil difosfatı (GPP) oluştururlar. GPP ardından bir diğer IPP molekülüne bağla­nabilir ve böylece hemen tüm seskiterpenlerin öncülü olan onbeş karbonlu farnezil difosfat (FDP) oluşur. Bir diğer IPP molekülünün bu yapıya (FPP) katılması so­nucu diterpenlerin öncülü olan yirmi karbonlu geranilgeranil difosfat (GGPP) oluşur. Son olarak, iki FPP molekülü birleşerek ya da dimerleşerek triterpenleri (C30) ve iki GGPP molekülü birleşerek tetraterpenleri (C40) oluştururlar. Bazı Terpenler Büyüme ve Gelişmede Rol Oynarlar Belli başlı bazı terpenler bitki büyüme ve gelişmesinde iyi bilinen işlevlere sahiptirler ve bu nedenle sekonder metabolitlerden ziyade primer metabolitler olarak de­ğerlendirilirler. Örneğin, bitkisel hormonların (büyü­me düzenleyicilerinin) önemli bir grubu olan giberellinler diterpendir. Hücre zarlarının temel bileşenleri olan steroller triterpen türevleridir ve fosfolipitlerle etkileşime girerek zar bütünlüğümü sağlarlar. Fotosentezde yardımcı pigment işlevi gören ve fotosentetik dokuları fotooksidasyondan koruyan kırmızı, turuncu ve sarı renkli karotenoitler tetraterpendir. Diğer bir bitkisel hormon, ab sisik asit, bir karotenoit öncülün parçalanması sonucu oluşan seskiterpendir (C15). Dolikol’ler olarak bilinen, uzun zincirli politerpen alkoller hücre çeperlerinde ve glikoprotein sentezin­de şekerlerin taşınmasında işlev görürler. Klorofilin fitol yan zinciri örneğinde olduğu gibi, terpen türevli yan zincirler bazı moleküllerin zara tutunmasına yardımcı olurlar. So­nuç olarak çeşitli terpenler bitkilerde birincil derecede önemli rollere sahiptirler. Ancak bitkiler tarafından üretilen farklı terpen yapıların büyük çoğunluğu se­konder metabolitlerdir ve savunma işlevi gördükleri varsayılmaktadır. Terpenler Birçok Bitkide Herbivorlara Karşı Savunma Görevi Yaparlar Terpenler toksik olduklarından bitkiyle beslenen bir­çok memeli ve böcekler üzerinde caydırıcı etki ya­parlar. Bu nedenle bitki savunmasında önemli roller üstlenirler. Örneğin, krizantem (Chrysanthemum) türlerinin yaprak ve çi­çeklerinde oluşan ve piretroit’Ier olarak bilinen mono- terpen esterler çok çarpıcı böcek öldürücü (insektisidal) bir aktivite gösterirler. Doğada az kararlı olmaları ve memeliler üzerinde önemsenmeyecek düzeyde toksisite göstermeleri nedeniyle, gerek doğal ve gerekse sentetik piretroitler ticari böcek öldürücülerin popüler bileşenleridir. Monoterpenler, çam ve köknar gibi konifer (ko­zalaklı) bitkilerin iğne yaprak, dal ve gövdelerinde bulunan reçine kanallarında birikirler. Bu bileşikler, tüm dünyada koniferlere ciddi zararlar veren kabuk böcekleri (koşniller) de dahil çok sayıda böceklere tok- sik etki yaparlar. Konifer bitkilerin çoğu, monoterpen üretimini artırarak kabuk böceğinin saldırısına karşı koyarlar. Çoğu bitki türü kendilerine özgü kokuları veren ve uçucu ya da eterik yağlar olarak bilinen, uçucu özellikteki mono ve seskiterpenler karışımı içerirler. Uçucu yağların böcek uzaklaştırıcı etkileri iyi bilin­mektedir. Epidermisin dışa doğru çıkıntıları olan salgı tüylerinde sıklıkla bulunurlar ve potansiyel herbivor- larm bitkinin tadına bakmasına fırsat bile vermeden uzaklaştırmaları nedeniyle, toksisite için, bir bakıma, “uyarı işareti” gibidirler. Salgı tüylerinde terpenler, hücre çeperi üzerine özelleşmiş hücre dışı boşluklarda depolanırlar. Bitkilerden buhar distilasyonu ile özütlenebilen uçucu yağlar, besinlerde tat verici olarak ve parfümlerin yapımında kullanıldıklarından ticari açıdan önemlidirler. Son bir araştırma, bitki korumada uçucu terpen­lerin rolü hakkında ilginç bir dönüm noktasını gös­termektedir. Mısır, pamuk, yabani tütün ve diğer türlerde belli başlı mono ve seskiterpenler, böcekler beslendikten sonra üretilmekte ve salınmaktadır. Bu kimyasallar bitki üzerine yumurtalarını bırakan herbivor böcekleri kovmakla kalmaz, aynı zamanda bit­kiden beslenen bu zararlıları öldüren avcı (predatör) ve asalak (parazit) böcekleri çekerek, oluşabilecek za­rarı en aza indirger. Böylelikle uçucu terpenlerin savunma işlevleri sınırlı kalmamakta, aynı zamanda bitkilerin diğer organizmalardan bu konuda yardım görmesini sağlamaktadır. Bitkilerin, kendileri üzerinden besle­nen böceklerin doğal düşmanlarını çekme yeteneği, zararlılara karşı mücadele ve kontrolde ses getirebile­cek yeni bir ekolojik yaklaşımı da gündeme getirmek­tedir. Böceklere karşı geliştirilen, ancak uçucu olmayan terpen yapıda bileşikler arasında limonoit’ler ilk akla gelenlerdir. Bu kimyasallar, limonda acılaştırın mad­deler olarak bilinen bir grup triterpendir (C30). Böcek beslenmesine karşı belki de bilinen en güçlü uzaklaştı­rıcı olan azadiraktin Afrika ve Asya’ da yetişen “Neem” ağacından (Azadirachta indica) elde edilen kompleks limonoittir. Azadiraktinin milyarda 50 (50 ppb) gibi çok düşük bir dozu bile bazı böceklerin kovulması için yeterlidir ve toksik etkileri değişkendir. Memelilerde düşük toksisite göster­diğinden, ticari böcek kontrol ajanı olarak önemli bir potansiyele sahiptir ve günümüzde azadiraktin içeren çeşitli ticari preparatlar Kuzey Amerika ve Hindistan’ da satılmaktadır. İlk kez eğretiotundan (Polypodium vulgare) izole edilen fitoekdizonlar, böceklerde deri değiştirme hor­monlarıyla aynı temel yapıya sahip bir grup bitki steroididir Fitoekdizonları yiyen böceklerde deri değiştirme ve diğer gelişme süreçleri kesintiye uğrar ve çoğu kez ölümle sonuçlanır. Omurgalı herbivorlara karşı aktif olan triterpenler kardenolitleri ve saponinleri de kapsar. Kardenolit’ler glikozit yapıdadırlar (glikozitler, kimyasal yapısına şeker veya şekerlerin bağlı olduğu bileşiklerdir), tatları acıdır ve yüksek organizasyonlu hayvanlar için olduk­ça toksiktirler. İnsanlarda Na+/K+ ile aktive ATPaz’lar yoluyla kalp kası üzerinde çarpıcı etkide bulunurlar. Dikkatle ayarlanmış dozları ise kalp atışını yavaşlatır ve güçlendirir. Yüksük otu (Digitalis) türlerinden elde edilen kardenolitler (ya da kalp glikozitleri) milyon­larca kalp hastasının tedavisinde kullanılan ilaçların vazgeçilmez bileşenleridir. Saponinler, sabun benzeri özelliklerinden dolayı bu ismi almış steroit ve triterpen glikozitlerdir. Mole­kül, yapısında hem yağda çözünür (yani steroit veya triterpenik yapı) hem de suda çözünür (şeker) eleman­ların bulunması saponinlere deterjan özelliği verir ve suyla çalkalandıklannda sabun gibi köpürürler. Saponinlerde görülen toksisitenin sterollerle kompleksler oluşturma özelliklerinin bir sonucu olduğu düşünül­mektedir. Saponinler sindirim sisteminde sterol alınımını da etkileyebilir ya da dolaşım kanına alındıktan sonra hemolize yol açabilirler.

http://www.biyologlar.com/terpenler-terpetioitler

CANLILARIN SINIFLANDIRILMASI

Canlıları, benzerlik ve akrabalık derecelerine göre gruplara ayırmaya sınıflandırma denir. 2 tiptir.a) Suni b) Doğal 1)Suni (Ampirik) Sınıflandırma Canlıların dış görünüşlerine ve yaşadığı ortama bakılarak yapılan sınıflandırmadır. Aristo tarafından yapılmıştır. Canlılar Þ Bitkiler Þ a) Otlar b) Çalılar c) Ağaçlar Þ Hayvanlar Þ a) Havada b) Karada c) Suda Yaşayanlar Yaşayanlar Yaşayanlar Dış görünüş dikkate alındığından nitel gözlemlere dayalı bir sınıflandırmadır. Suni sınıflandırmada analog organlar dikkate alınır. Analog organlar; yapıları farklı ama görevleri (yaptıkları işleri) aynı olan organlardır.Analog organları analoji inceler. Örnek : Kuşun kanadı – Arı kanadı – Sinek kanadı 2)Doğal (Filogenetik) Sınıflandırma Canlıların organ yapılarının benzerliğine, dolayısıyla evrimsel akrabalıklarına bakılarak yapılan sınıflandırmadır. Doğal sınıflandırmada homolog organlar dikkate alınır. Homolog organlar; yapıları aynı ama görevleri farklı olan organlardır.Homolog organları homoloji inceler. Örnek : İnsanın kolu – Kuşun kanadı – Balinanın yüzgeci Organları homolog olan canlılar akrabadırlar.Akraba canlıların proteinlerindeki amino asit dizilişleri, embriyonik gelişim evreleri, boşaltım artıkları da benzerdir. Nicel gözlemlere dayanır. Canlıların sınıflandırılmasında temel alınan bazı özellikler : Hücre tipi ve sayısı (Ökaryot – Prokaryot) (Hücresel organizasyon) Embriyo tabakalarının sayısı (Endoderm – Mezoderm – Ektoderm) Embriyonik örtülerin bulunuşu (Vitellus – Koryon – Amniyon – Allontois) Vücut boşluğu tipleri (Gastrovasküler – Sölom) Simetri şekilleri (Bileteral – Işınsal) Vücutta segmentlerin bulunuşu (Benzer parça) İskeletin bulunuşu (varsa kıkırdak veya kemik) Azotlu boşaltım maddelerinin benzerliği (NH3 – Üre – Ürik Asit) DNA’ daki baz dizilişi Sistemlerin varlığı (Sindirim, solunum, dolaşım vs.) SINIFLANDIRMA BİRİMLERİ Sınıflandırmanın en küçük birimi türdür. Ý Ý Ý Ý Ý Ý Birey sayısı artar. Alem Regnum Ý Ý Ý Ý Ý Ý Benzerlik artar. Hayvanlar Şube Filum Omurgalılar Sınıf Clasis Memeliler Takım Ordo Etçiller Aile Familya Kedigiller Cins Genus Kedi Tür Species Ev Kedisi İlk tür kavramını John Ray kullanmıştır.Ray’ e göre ortak ataları olan benzer bireyler topluluğuna tür denir. Bugünkü anlamda tür; ortak bir atadan gelen, yapı ve görev bakımından benzer organlara sahip, yalnızca kendi aralarında üreyebilen ve kısır olmayan döller meydana getiren canlıların oluşturduğu topluluktur. At ile eşek birbiriyle çiftleşebilmesine rağmen yavruları olan katırın kısır olmasından dolayı farklı tür olarak alınır. Ayrıca katır tür olmadığından dolayı sistematikte yeri yoktur. Kurt ile köpeğin çiftleşmesinden oluşan kurt köpeği üreyebildiği halde kurt ve köpek farklı türdendir. Bilimsel anlamda ilk sınıflandırmayı Carl Linne yapmıştır. Aynı türden olan canlıların; kromozom sayıları, yaşama ortamları, boşaltım ürünleri, embriyonik gelişimleri aynıdır.Protein yapıları ise bir başka canlıya göre birbirine daha çok benzer. Aynı türün bütün bireylerinin kromozom sayısı aynıdır..Ama kromozom sayısı ayı olan iki canlı aynı türden olmayabilir. Örnek : İnsan=46 kromozom ; Moli balığı=46 kromozom Türler yaşadıkları ortamlara adapte olduklarından çeşitlilik gösterebilir. Örnek : Irklar Bir canlının embriyonik gelişimi sırasında önce şube özellikleri, en son ise tür özellikleri ortaya çıkar. Türler iki kelimeyle, diğer birimler tek kelimeyle adlandırılırlar. Tür isminde ilk kelime cins ismi olup, ilk harfi büyük yazılır.İkinci isim ise o türün tamamlayıcısıdır. Felis domesticus Þ Ev kedisi Cins adı Tanımlayıcı ad CANLILAR PROKARYOTLAR ÖKARYOTLAR Elektron mikroskobunun geliştirilmesiyle birlikte biyologlar hücre içi yapıları inceleme fırsatı buldular. Bu araştırmalar sonunda canlılar aleminde iki temel hücre tipi olduğu ortaya çıktı: prokaryotik ve ökaryotik hücre. Yapısal olarak daha basit olan prokaryotik hücre yapısı sadece bakterilerde bulunur. Diğer bütün organizmalar yani protista fungi (mantarlar) bitkiler ve hayvanlar daha karmaşık olan ökaryotik hücre yapısına sahiptir. Her iki hücre tipinde ortak olan özellikler: * Benzer yapıda hücre zarı. * Genetik bilginin DNA aracılığıyla kodlanması ve aktarılması. * Transkripsiyon ve translasyon mekanizmalarının ve ribozomların benzer olması. * Ortak aaaabolik yolların bulunması. (ör: glikoliz) * Kimyasal enerjiyi ATP olarak depolamak için kullanılan mekanizmanın benzer olması (prokaryotların hücre zarında ökaryotların mitokondri zarında). * Benzer fotosenaaa mekanizmaları. * Zar proteinlerini senaaaleme ve hücre zarına yerleştirmede kullanılan mekanizmanın benzerliği. * Benzer yapıda proteazomlar (protein sindiren yapılar). Monera Alemi Protistalar Fungiler Bitkiler Hayvanlar A)PROKARYOT CANLILAR (Monera Alemi) Tamamı tek hücreli, basit yapılı canlılardır. Çekirdekleri ve zarla çevrili organelleri yoktur. Protistlerden bu yönleriyle ayrılırlar. 1) Bakteriler 2) Mavi-Yeşil algler 3) Virüsler 1)Bakteriler Ribozom hariç organelleri yoktur. Bütün bakterilerde hücre zarı ve hücre çeperi bulunur. Çeperin yapısında karbonhidrat, protein ve yağ bulunur.Bazı bakterilerde ise çepere ek olarak polisakkaritlerden meydana gelmiş kapsül bulunur. Hücre zarından oluşan mesozomları vardır.Mesozom, solunum enzimlerinin kullanılarak enerjinin üretildiği yerdir. Fotosentez yapan bakterilerde hücre zarının sitoplazma içinde kıvrımlar yapmasıyla oluşan tilakoidler ve bunların içinde de klorofil bulunur. Kalıtım maddesi DNA’ dır ve halkasaldır.Proteinle kaplı değildir. Her yerde yaşayabilirler.En çok et suyu ve ağarlı besin ortamlarında çoğalırlar. Depo maddesi glikojendir. Şekillerine göre; küre, çubuk, virgül, spiral Gram boyasına göre; gram(+) , gram(-) Solunumlarına göre; Aeroblar, Anaeroblar, Fakültatifler Beslenmelerine göre; a)Saprofitler : Organik maddeleri inorganik maddelere dönüştürürler.Sonuçta besin ve enerji elde edilir.Tabiattaki C, P ve N döngüsünde görevlidirler.Ensim sistemleri iyi gelişmiştir. b)Parazitler : Sindirim enzimleri olmadığı için başka bir canlıya ihtiyaç duyarlar. Hastalık yapanlarına patojen bakteriler denir. c)Fotosentetikler : Sitoplazmalarında serbest klorofil taşırlar.Hidrojen kaynağı olarak H2O, H2S ve H2 gibi maddeleri kullanırlar.Aerob, Anaerob ya da fakültatif olabilirler. d)Kemosentetikler : Organik maddelerin sentezi için gerekli olan enerjiyi inorganik maddelerin oksidasyonundan (oksitlenmesinden) temin eder. Işık ve klorofil gerekli değildir.Nitrit, nitrat, demir ve kükürt bakterileri kemosentetiktirler. Kemosentez sonucu: 1) Bazı zararlı maddeler ortadan kaldırılır. 2) Bitkilerin alabileceği tuzlar oluşturulur. 3) Kimyasal enerji kazanılır. 4) Organik besin sentezlenir. Üremelerine göre ; a)Bölünerek : Bütün bakterilerin esas üreme şeklidir.Amitoz şeklinde uygun bir ortamda 20 dakikada bir bölünürler. b)Sporla : Bazı bakteriler ortam şartları bozulunca endospor oluştururlar.Endospor kalıtım materyallerinin çok az bir sitoplazmayla beraber, sert bir çeperle çevrilmiş halidir. Endosporlarda metabolik faaliyetler minimum seviyededir. c)Konjugasyon : DNA yapısı farklı iki bakteri yan yana gelerek aralarında geçici bir zardan köprü oluştururlar.Bu köprü aracılığı ile DNA parçaları değiştirilir. Bakterilerin çoğu tüketicidir. 2)Mavi-Yeşil Algler Fotosentez yaparlar ama kloroplastları yoktur. Tatlı su birikintilerinde ve göllerde yaşarlar. Sitoplazmalarında yeşil renkli klorofil pigmenti ve mavi renkli fikosiyanin pigmenti bulunur. Yapışkan, jelatinimsi bir dış kılıf ile örtülüdür. 3)Virüsler Protein kılıf ve bir nükleik asitten meydana gelir.Bu yapıya nükleoprotein denir. Virüsün protein kılıfına kapsid, kılıfı oluşturan parçalara kapsomer, yönetici molekülüne ise genom denir. Sitoplazmaları yoktur. Enzim sistemleri olmadığından hücre içi mecburi parazittirler. Enzim sistemleri olmadığından antibiyotiklerden etkilenmezler. En küçük organizmalardır. Hücre dışında kristal yapıda bulunurlar. Özel dokularda çoğalırlar.Her virüsün çoğaldığı belli bir hücre çeşidi vardır. Bunun sebebi ise hücre zarındaki glikoproteinlerin virüslerle birleşebilme özelliği olmasındandır. Virüsler yüksek sıcaklık, ortam pH ı ve radyoaktif ışınlardan etkilenir ve ölürler. 3 tiptir. a)Bitkisel Virüsler : Kalıtım materyali hepsinde RNA dır. Tütün, patates, marul, mozaik virüsleri örnek olarak verilebilir. b)Hayvansal virüsler : Kalıtım materyali bazılarında DNA, bazılarında ise RNA dır.Grip, kızamık, kabakulak, suçiçeği, sarı humma, çocuk felci, uçuklar, siğiller ve aids örnek verilebilir. c)Bakteriyofaj : Kalıtım maddesi DNA’ dır. Sarı humma virüsleri karaciğerde; kuduz virüsleri beyin ve omurilikte ; çiçek, kızamık ve siğil virüsleri deride çoğalırlar. Hücreler virüslere karşı interferon salgılar.İnterferon, hücrelerin virüslere karşı ürettikleri bağışıklık maddesidir.Bu nedenle kabakulak, kızamık gibi hastalıkları geçirenler kolay kolay bu hastalıklara yakalanmazlar. Retrovirüsler; RNA bulundururlar.Hücre içine girdiklerinde önce özel bir enzimle (Reverztranskriptoz) RNA’ yı çift zincirli DNA’ ya dönüştürür.Sonra ise hücre DNA’ sını ele geçirerek işini yaptırır ve hücrenin kanserli hücreye dönmesine sebep olur. Canlı bir hücreye giren virüs şu etkilerden birini gerçekleştirir. Hücre içinde çoğalarak hücrenin parçalanmasına sebep olmasına lizis denir. Hücrenin DNA sına yapışarak hücrenin şeklinin değişmesine sebep olmasına transformasyon denir. Hücrenin aşırı ve düzensiz bir şekilde çoğalmasına sebep olmasına reprodüksiyon denir. Virüsün canlılık özellikleri Yönetici molekül taşırlar. Çoğalırlar. Enzim bulundururlar. Özel protein yapıları vardır. Virüsün cansızlık özellikleri Kristalleşirler. Sitoplazmaları yoktur. Hücre zarı ve ribozomları yoktur. Metabolik reaksiyonları yapamazlar.

http://www.biyologlar.com/canlilarin-siniflandirilmasi

DNA nın Replikasyonu Duplikasyonu

DNA'nın kendini eşlemesinde üç farklı replikasyon teorisi öne sürülmüştür. Bunlar;Konservatif,Semikonservatif ve Dispersif replikasyon teorileridir.Konservatif teoriye göre yeni DNA molekülünde ana DNA molekülünden hiçbir parça bulunmaz. Semikonservatif teoride, yeni DNA molekülünün bir ipliği eski DNA molekülüne aitken diğeri yeni sentezlenmiştir.Dispersif teoriye göre ise yeni DNA molekülünde hem ana DNA molekülünün parçaları, hemde yeni sentezlenen parçalar bir mozaik halinde bulunurlar. SEMİKONSERVATİF DNA REPLİKASYONU Replikasyonun gerçekleşebilmesi için; * Kalıp DNA * Deoksinükleosittrifosfatlar * Mg+2 * Replikasyon enzimleri gereklidir. Kalıp DNA;oluşacak yeni DNA molekülünün,anlamlı şifre taşıyabilmesi için gereklidir. Deoksinükleosittrifosfatlar;oluşacak yeni DNA molekülünün yapıtaşlarıdırlar.Deoksinükleositdifosfat ve deoksinükleositmonofosfatlar polimerize olamazlar Mg+2;DNA polimeraz ve primaz enzimlerinin kofaktörüdür.Hücrede Mg olmazsa bu enzimler inaktiftir. REPLİKASYON ENZİMLERİ 1.)DNA POLYMERASE :Bu enzimler kalıp ipliği 3'-5' yönünde okuyarak, 5'-3' yönünde sentez yaparlar.Bu enzimlerin polimerizasyonu başlatma yetenekleri yoktur,ancak başlamış olan polimerizasyonu devam ettirebilirler. DNA polimerazın baktrilerde,1,2,3, ökaryotlarda ise alfa,beta ve gama olarak isimlendirilen altbirimleri vardır.Bakteriyal ve ökaryotik DNA polimerazlar, birbirlerinden farklı, büyüklük ve fonksiyonlara sahiptirler. 2.)DNA LIGASE :Sentezlenmiş olan DNA ipliği parçalarını,birinin 5' P ucu ile diğerinin 3' OH ucu arasında fosfodiester bağı kurarak birbirine bağlar. 3.)TOPOISOMERASE :DNA molekülünün süper heliks yapısını çözen enzimdir. 4.)PRIMASE (RNA POLYMERASE) :Polimerizasyonun başlaması için gerekli olan primer yapısını sentezleyen enzimdir.Primer RNA karakterinde bir nükleotid zinciridir.Primaz primeri sentezledikten sonra polimerizasyonu DNA polimeraz devam ettirir. 5.)HELICASE :Bu enzimler bazlar arasındaki hidrojen bağlarını kopararak iki ipliğin birbirinden ayrılmasını sağlarlar. 6.)EXONUCLEASE :Nükleotid yıkımı yaparak, polinükleotid ipliğinin depolimerize olmasını sağlayan enzimlerdir.RNA yapısındaki primerlerin yapıdan çıkarılması DNA polimeraz 1'in 5' eksonükleaz etkisi ile olur. 7.)PRIMOSOME :Primozom kompleksi replikasyonun başlangıç yerini bulur ve primazın görevini yapabilmesi için gerekli şartları hazırlar. Mehmet Oflaz

http://www.biyologlar.com/dna-nin-replikasyonu-duplikasyonu

DNA - RNA İlişkisi

RİBONÜKLEİK ASİT (RNA) RNA'lar ribonukleotitlerin birbirlerine bağlanması ile meydana gelen tek zincirli nukleik asitlerdir. DNA molekülleri ile kıyaslandığı zaman boyları daha kısadır. Hemen hemen bütün hücrelerde bol olarak bulunmaktadırlar. Gerek prokaryotik gerek ökaryotik hücrelerde genellikle üç ana sınıf RNA'ya rastlanmaktadır. Bunlar mesenger RNA (mRNA), ribozomal RNA (rRNA) ve transfer RNA (tRNA) dır. Bütün RNA'lar tek zincirli özel bir baz dizisine, karakteristik bir molekül ağırlığına sahip ve belirli bir biyolojik fonksiyonu yerine getirmektedir. MESSENGER RNA (mRNA) DNA'da saklı bulunan genetik bilginin, protein yapısına aktarılmasında kalıplık görevi yapan aracı bir moleküldür. mRNA ribozomlara tutunur ve DNA'dan aldığı genetik şifreye göre sentezlenecek proteinin amino asit sırasını tayin etmektedir. Her mRNA molekülü, DNA üzerinde bulunan ve gen adı verilen belirli bir bölge ile komplementerlik göstermektedir. Tek bir ökaryotik hücre yaklaşık 10.000 farklı mRNA molekülü ihtiva etmekte ve bunların her birinden bir veya daha fazla polipeptid zinciri sentezlemektedir. TRANSFER RNA (tRNA) tRNA'lar da ribonukleotidlerin polimerize olması ile meydana gelmiş, çok kıvrımlar gösteren ve tek zincirli yapıya sahip bir RNA çeşididir. tRNA'lar yonca yaprağına benzeyen üç boyutlu yapılarında yer yer çift sarmallı bir durum göstermektedir. Zincirde yer alan ribonukleotid sayısı 70 ile 99 arasında, molekül ağırlığı ise 23.000 ile30.000 dalton arasında değişmektedir. Doğada yer alan 20 aminoasitin her biri için en az bir tRNA molekülü bulunmaktadır. tRNA'lar adaptörlük görevi yaparak bir uçlarına bağladıkları amino asiti, ribozoma tutunmuş mRNA'nın taşıdığı kodono göre polipeptid zincirine dizerler. tRNA'lar üç bazdan meydana gelen antikodon adı verilen uçları ile yine mRNA üzerinde bulunan ve kodon adı verilen bölgeye geçici bağlanarak amino asitlerin mRNA üzerindeki şifreye göre doğru bir şekilde dizilmelerini temin etmektedir. RİBOZOMAL RNA (rRNA) rRNA'lar ribozomların ana yapısal elementi olup yaklaşık olarak ribozom ağırlığının % 65'ini teşkil ederler. Prokaryotik hücrelerde 3 çeşit, ökaryotik hücrelerde ise 4 çeşit rRNA bulunmaktadır. Ribozomal RNA'lar ribozomların yapı ve fonksiyonlarında önemli rpller oynamaktadır. Bunlara ilave olarak ökaryotik hücrelerde iki çeşit RNA daha bulunmaktadır. Bunlardan birincisi heterojen nuklear RNA (hnRNA)'lardır. Bunlar ökaryotik hücrede sentezlenen ve prosese uğramamış öncül mRNA molekülleridir. İkincisi ise küçük nuklear (snRNA)'dır ve yine öncül mRNA moleküllerinin prosese uğraması esnasında ortaya çıkmaktadırlar. DEOKSİRİBONÜKLEİK ASİT (DNA) Genetik olayların hücrede moleküler düzeydeki temeli genetik materyal görevini üstlenen nükleik asitlerin yapı ve özelliklerine dayanır. Nükleik asitlerin iki türü olan deoksiribonükleik asit DNA ve ribonükleik asit RNA temelde aynı yapısal özelliklere sahiptir. Genler, DNA‘daki bazı kimyasal dizilimler olan nükleotidlerden meydana gelmiştir. Çoğunluk kromozomların içersinde bulunurlar. Ayrıca DNA molekülü prokaryotlarda (Bakteriler) kromozom dışı genetik sistem, olan plazmidlerde, Ökaryotik hücrelerde genetik materyalin kromozomlar (Nukleus) dışında temel olarak (hayvan ve bitkilerde) mitokondri ve (sadece bitkilerde ve alglerde) kloroplastlarda bulunduğu bilinmektedir. 1953 yılında Watson ve Crick DNA molekülünün kendine has özelliklere sahip bir çift sarmal yapı halinde bulunduğunu ileri sürdüler. Bu araştırıcıların önerdikleri DNA yapısı o tarihlerde başka araştırıcılar tarafından ortaya konulan DNA ya ilişkin önemli bulgulara dayanmaktadır. Bunlardan biri, Wilkins ve Franklin tarafından, izole edilmiş DNA fibrillerinin X-ray ışınlarını kırma özelliklerinin açıklanmasıdır. Elde edilen X ışını fotoğrafları, DNA nın zincirlerindeki bazların diziliş sırasına bağlı olmaksızın, çok düzenli biçimde dönümler yapan bir molekül olduğunu göstermektedir. Ayrıca TMV (tütün Mozaik Virusu) üzerinde yapılan çalışmalar da DNA ile ilgili çalışmalarda ışık tutmuştur. Bir başka önemli bulguda Chargaff tarafından saptanmıştır. Herhangi bir türe ait DNA nın nükleotidlerine parçalandığında serbest kalan nukleotidlerde adenin miktarının timine, guanin miktarının da sitozine daima eşit olduğunun saptanmasıdır.. Yani Chargaff kuralı‘na göre doğal DNA moleküllerinde adeninin timine veya guaninin sitozine oranı daima 1’e eşittir. (A/T=1 ve G/C=1). İşte Watson ve Crick bu bulguları değerlendirerek böyle özelliklere sahip DNA makro molekülünün sekonder yapısına ait bir model geliştirdiler. Bu modele göre, bir çok sorunun açıklanması yapılabildiğinden dolayı 1962 yılında bu iki bilim adamına Nobel Ödülü verildi. Bu modele göre; DNA molekülü, heliks (=sarmal) şeklinde kıvrılmış, iki kollu merdiven şeklindedir. Kollarını, yani merdivenin kenarlarını, şeker (deoksiriboz) ve fosfat molekülleri meydana getirir. Deoksiriboz ile fosfat grupları ester bağlarıyla birbirlerine bağlanmıştır. İki kolun arasındaki merdiven basamaklarında gelişigüzel bir sıralanma yoktur; her zaman Guanin (G), Sitozin’in (C ya da S); Adenin (A), Timin’in (T) karşısına gelir. Hem pürin (yani adenin ve guanin) ile pirimidin (yani sitozin ile timin) arasındaki hidrojen bağları, hemde diğer bağlar, meydana gelen heliksin düzgün olmasını sağlar. Pürin ve pirimidin bazları, yandaki şekerlere (Riboz), glikozidik bağlarla bağlanmıştır. Baz, şeker ve fosfat kombinasyonu, çekirdek asitlerinin temel birimleri olan nükleotidleri meydana getirmiştir. Dört çeşit nükleotid vardır. Bunlar taşıdıkları bazlara göre isimlendirilirler (Adenin, Guanin, Sitozin,Timin). DNA molekülü kendini oluşturan nukleotidlerin sayısına bağlı olarak, büyüklüğü türden türe değişen, uzun zincir şeklinde bir yapı gösterir. İnsanda bu zincirin uzunluğu açıldığında 2 metreye kadar varabilir. Bütün halinde eldesi zincirin hassas ve kırılgan yapısından ötürü çok güçtür. İki polinükleotid zincirin şeker fosfat omurgaları, ortak bir eksen çevresinde eşit çaplı ve sağ yöne doğru dönümler meydana getirir. Nükleotidlerin bazları molekülün omurgasının iç kısmında bulunur. Bazların konumları sarmalın eksenine 90 derece açı yapacak şekilde konumlanmıştır. Birbirine komşu baz çiftlerinin dönümleri arasındaki uzaklık 3,4A dür. Ayrıca her baz çifti komşusuna 36 derecelik açı yapacak şekilde yerleşmiştir. Buna göre, yaklaşık 10 baz çifti 360 derecelik tam bir dönümü tamamlayacağından, her dönümün boyu 34A dür. İki polinükleotid zincirdeki nukleotidler karşılıklı olarak birbirlerine hidrojen bagları ile bağlanmıştır. Bu bağ fosfor bağları kadar kuvvetli olmadığı için pH değişikliği, sıcaklık basınç gibi faktörlerde kolaylıkla birbirlerinden ayrılabilmektedir. DNA nın kendi kopyasını yapması ve gen anlatımı, nukleotidler arasındaki hidrojen bağlarının ayrılması ile gerçekleşmektedir. Nükleotidler birbirlerine fosfat bağlarıyla bağlanarak, şeker ve fosfat kısımlarının birbirlerini izlediği serilerden oluşan bir omurgaya sahip uzun ve dallanmış polinükleotid zincirlerini meydana getirmiştir. Kovalent ester bağları veya fosfodiester bağları olarak da bilinen bu bağlar son derece kuvvetlidir. Fosfodiester bağlarının varlığı DNA molekülünün tek zincirli yapı halinde iken bile dayanıklı ve stabil yapıda olmasını sağlar. Genetik mühendisliğinin hedeflerinden biri olan klonlama çalışmaları, doğal yolla gerçekleşmesi mümkün olmayan kovalent bağ kırılmalarını gerçekleştirerek yeni türler oluşturma çabalarını içerir. Nukleotidlerin yapısı bazik olmasına karşın oımurgadaki PO4(fosforik asit) grubunun varlığı polinükleotid zincirlerin asit özellikte olmalarına yol açar ve nükleik asit terimi de bu özellikten kaynaklanır. Hidrojen bağları daima bir pürin(A,G) ile bir pirimidin (T,C) bazı arasından meydana gelir. A-T baz çiftinde 2 hidrojen bağı, G-C baz çiftleri arasında ise 3 hidrojen bağı bulunmaktadır. Hidrojen bağlarının özelleşmesi; anahtar kilit modelinini andıran, uygun nukleotid moleküllerinin karşılıklı gelerek birbirlerine yine uygun sayıda hidrojen bağları ile bağlanmasını sağlar. Böylece zincirin bir kolunda bulunan nukleotidlerin dizilişi,karşı kolda bulunan nukleotidlerin dizilişini bir çeşit dikte ve kontrol eder. Tesadüfe bırakmayan bir titizlikle molekül yapısı oluşturulur ve kontrol edilir. DNA molekülünün en önemli özellik iki polinükleotid zincirin birbirinin tamamlayıcısı olmasıdır. Pozitif (+) ve negatif (–) iki polinukleotid zincirlerinin tamamlayıcılık özelliği,genetik materyalin işlevlerini doğru biçimde nasıl yapabildiğinin açıklanması açısından DNA’nın en önemli temel özelliklerinin başında gelir. DNA çift sarmalının dikkate değer ve önemli bir özelliği, molekülü oluşturan zincirlerin birbirlerinden kolaylıkla ayrılabilmesi ve yeniden birleşebilmesidir. Protein sentezi ve Dna replikasyonu (kendi kopyasını oluşturması) bu özellik sayesinde meydana gelebilir. DNA’nın iki zinciri, birbirine sadece H bağları ve hidrofobik etkileşimlerle bağlı olmaları nedeni ile, nükleotidleri arasındaki kovalent bağlardaki herhangi bir kopma olmaksızın çözülebilir (denatürasyon). Aynı şekilde çözülmüş molekülün zincirleri tamamlayıcı bazları arasında H bağlarının oluşumu ile birleşip sarmal yapıyı yeniden oluşturabilir (renatürasyon). Nükleotidler arasındaki fosfor bağlarının kopması nedeniyle nükleotidlerin yerine başka nukleotid veya nukleotid dizisinin geçmesi mutasyonlara yol açar.Bu mutasyonların tek zincirli RNA molekülünde oluşma olasılığı çift zincirli DNA molekülüne göre daha fazladır.Mutasyonların neticeleri ölümcül olabilir. Evrimsel gelişim içinde mutasyonların menfi yada müspet etkileri gözardı edilemeyecek noktadadır. Günümüzde viral hastalıkların başında gelen AIDS’in önüne geçilememesinin en geçerli nedeni genomu tek zincirli RNA olan virusun sürekli mutasyonlar geçirerek kendini sürekli yenilemesi gösterilebilir... Kaynak:www.bilimvesaglik.com

http://www.biyologlar.com/dna-rna-iliskisi

Gen Nakli Nedir ?

İstenilen özellikte organizma yaratmak amacıyla istenilen genleri kromozomlara ekleme yöntemlerini kapsayan uğraşların tümü genetik mühendisliği çatısı altında toplanmaktadır. Gregor Mendel’in özellikle bezelye bitkileri üzerinde yaptığı çaprazlama çalışmalarının amacı temel genetik kurallarını keşfetmekti. Elde edilecek bulgularla doğanın imkan verdici en üstün kalitedeki ürünü çok sayıda elde fikrine de hizmet ediyordu. Fakat yapılan çalışmalar ayni tür içindeki bitkiler ile kısıtlı kalmaktaydı. Yıllar boyunca organizmalar da istenilen niteliklerin elde edilmesi çalışmaları tür içinde kısıtlı kalmış ve büyük ölçüde rastlantıya dayanmıştır Bu kısıtlamanın bilincine varan araştırmacılar çalışmalarını tür engelini kırma yolunda çabalara yöneltmiştir. Genetik mühendisliği diye bir terimin kullanılmadığı ve bugünkü anlamda çalışmaların henüz yapılmadığı yıllarda özellikle bitki ıslahçıları çeşitli teknikler geliştirerek doğal olarak eşleşmeyen türlere ait organizmalar arasında gen aktarımları (yapay tozlaştırma) gerçekleştirmişlerdir. Elde ettikleri rekombinant bireyleri eşeyli üreme(çiftleşme) yöntemi ile üretmeyi başarmışlardır. Bu şekilde doğal olarak meydana gelemeyen gen kombinasyonları elde etmeye yönelik uğraşlar bir anlamda genetik mühendisliğinin başlangıcı olarak kabul edilebilir. 1960’li yıllarda somatik (2n kromozoma sahip vücut hücreleri=diploid) hücrelerin birbirleriyle kaynaşabildiği (Füzyon yöntemi) ortaya konulmuş ve genetiğin biliminin bir alt birimi olan somatik hücre genetiğine dayanarak gen aktarım çalışmaları somatik hücre düzeyine indirilmiştir. Bu çalışmalar eşeyli üremenin dışındaki yollardan yararlanılan ilk çalışmalardı. 1970’li yılların başında ise o yıllara kadar oluşan temel ve teknik bilgilerin birikiminin yardımıyla amaçlanan genetik yapıya uygun gen kombinasyonu yaratılmasına yönelik çalışmalar moleküler düzeye inmiştir. DNA nin üç boyutlu moleküler yapısının keşfi replikasyon rekombinasyon yeteneklerinin aydınlatılması genin işlevsel tanımının yapılması gen anlatımının ve düzenlenmesi işlevlerini açıklığa kavuşturmuş böylelikle rekombinant DNA teknolojisinin gelişimine de ön ayak olmuştur. Rekombinant DNA teknolojisi gen klonlamasi DNA klonlamasi genetik manipülasyon ve en popüler olarak da genetik mühendisliği terimleri bir çok bilim adamı tarafında çoğunlukla es anlamlı olarak kullanılmaktadır.Genetik Mühendisliği; genetik analiz yapmak ya da istenilen özellikte organizma geliştirmek amacıyla bir tür içinde veya farklı türlere ait organizmaların genleri üzerinde planlı yürütülen çalışmalardır. Bu teknolojinin uygulama alanları temelde ekonomik bakımdan önemli organizmaların ve onların özelliklerinin geliştirilmesini kapsamaktadır. Genetik mühendisliğinin etkilediği uygulama alanlarının başında endüstri gelmektedir. Çeşitli endüstriyel ürünlerin (ilaçbesin vb.) istenilen nitelikte ve bol miktarda elde edilmesine yönelik çalışmalar endüstri sektörünün bu teknolojiye büyük yatırımlar yapmasına yol açmıştır. Tipta özellikle kalıtsal hastalıkların tanısının konmasına olanak sağlamakta ve bu hastalıkların tedavisi açısından da ileriye yönelik ümit vermektedir. Tarım ve hayvancılıkta da istenilen niteliklere sahip bitki ve hayvanların yetiştirilmesinde büyük ölçüde kullanılmaktadır. Bunlara ek olarak çevre kirlenmesinin önlenmesi madencilik vb. daha bir çok alanda genetik mühendisliğinden yararlanılmaktadır. Bir Amerikan firması mısır yada daha başka tahılların köklerinde yasayan Pseudomonas fluorescens türü bakteriye normalde toprakta yasamayan ama böcek öldürücü bir zehir sentezleyebilen Bacillus thuringiensis adli bakterinin zehir kodlayan gen bölgesini eklemiştir. Genetik yapısı değiştirilerek tarlalara bırakılan Pseudomonas fluorescenstahılların köklerine zarar veren mayıs böcekleriyle mücadelede çiftçilerin en büyük yardımcısı olmuştur.Tarımcılıkta etkin başarıların elde edilmesinde büyük katkısı olan genetik mühendisliği ayni basariyi hayvancılık sektöründe henüz sağlayamamıştır. Bunun nedeni genetik araştırmacıları henüz naklettikleri genin kromozomda nereye girdiğini kontrol edememeleri dolayısıyla da yanlış proteinlerin sentez edilmesidir. Yanlış proteinler üretilen hayvanların fizyolojilerinde ve morfolojilerinde istenmeyen olumsuz sonuçların görülmesine sebep olur.Rekombinant DNA teknolojisinde izlenen olaylar dizisi geneldebir organizmadan elde edilen ve içinde istenilen geni taşıyan DNA parçalarının taşıyıcı özellikte bir DNA molekülüne bağlanarak rekombinant DNA oluşturulması rekombinant DNA moleküllerinin uygun bir konak hücreye sokularak orada çoğaltılmasıdır. Çoğaltılan genler (DNA parçalar) ile kitaplıklar oluşturulmaktadır. Bu olaylar dizisine genel olarak gen klonlamasi adi verilir ve neticede çeşitli genlere ait bir kitaplık oluşturulur. Genetik Mühendisliğinde yürütülen çalışmaların aşamaları sırasıyla şöyledir: Gen izolasyonu: İstenilen geni taşıyan DNA parçalarının elde edilmesidir. Bu amaç için çeşitli yollar kullanılır. Bunlardan biri izole edilip saflaştırılmış DNA moleküllerini çift zincirli yapılarını bozmadan parçalamaktır. Bunun için özel enzimler kullanılmaktadır. Bu enzimler DNA molekülünde özel nükleotid dizilerini tanır ve orada kesmeler yapar. Rekombinant DNA moleküllerinin oluşturulması: İzole edilen geni taşıyan DNA parçalarının çoğaltılmasını sağlamak üzere onlara taşıyıcılık görevi yapacak uygun DNA moleküllerine bağlanmasıyla elde edilen moleküllere rekombinant DNA adi verilmektedir. Buna göre genetik mühendisliğinde rekombinant DNA kavramı doğal olarak birlikte bulunmayan (farklı kökenli) DNA molekülleri arasında laboratuar koşullarında yaratılmış yeni bir düzenlemeyi (birliği) ifade eder. Geni taşıyacak DNA molekülleri virüs DNAları plazmidler ve cosmidlerdir. Uygun bir hücreye sokulması: Rekombinant DNA moleküllerinin konak hücreye sokulmasında vesiküller veya küçük ve suda erimeyen lipit(yağ) yapısında cisimler olan lipozomlar kullanılır. Lipozomlar hücrelerle(özellikle hayvan hücresi) kolaylıkla kaynaşır ve DNA hücre içinde serbest duruma geçer. Son yıllarda mikroenjeksiyon tekniği başarıyla kullanılmaktadır. Genin konak hücre içine çok ince iğne ile enjekte edilmesidir. Bakteriyofajlarin (Virüs) konak hücrelere de kendini esleyebilmesi esasına dayanarak genin virüs içine yerleştirilip rekombinant DNA molekülünün oluşturulması ve istediğimiz geni taşıyan fajın konak hücreye girmesi ile sağlanır. Bu yönteme Transfeksiyon adi verilmektedir. Çoğaltılan genlerin seleksiyonu: Konak hücrede istenilen genin bir çok kopyası oluşturulmasından sonra bu genlerin izole edilmesi gerekmektedir. Bunun için daha önceden radyoaktif olarak işaretlenmiş genler(marker) kullanılmaktadır. Bu işaret geni U.V. ışığının altında kendini belli edeceğinden kolaylıkla yeri saptanabilmektedir. Saptanan gen özel enzimler yardımı ile yabancı genden arıtılır ve saf olarak elde edilir. Bir diğer yöntem ise genin anlatım yapması ile konak hücrede fenotipik (gözlemlenebilen özellikler Ör:hücrede mavi renk plakları oluşturması) değişikliler oluşturması ile klonlanan hücreler ile klonlanmayanlar birbirlerinden ayrılabilir. Bütün bu işlemlerden sonra gen bankaları (genom kitaplığı) oluşturulur. Kitaplık bir organizmanın tüm genotipini DNA dizilerinin tümünü yada bir kısmını içeren DNA klonlari topluluğudur. 1997 Şubat ayında kuzu Dolly’i ortaya çıkaran klonlama teknolojisi ve ertesi yıl insana ait embriyonik kök hücresi kültürü oluşturulması genetik mühendisliğinde iki büyük atilimi gerçekleştirmiştir. Özellikle embriyonik kök hücreleri blastosistlerden kişiye özel organ ve dokuların üretilmesi ile organ bağışında sürekli olarak sorun yaratan doku uyuşmazlığı sorununun ortadan kalkması bu beklentiye temel oluşturuyor. Tedavi amaçlı klonlama fikrinden tam uyum içindeki yeni dokuların yaratılması düşüncesine geçiş ile yeni umutlar doğmuştur. Bu yöndeki çalışmaların neticeye ermesi ile bireyin kendi hücrelerinden üretilmiş organların nakli ile hasarlı organların değişimi mümkün olacaktır. Farklı histolojik karakterleri sergileyen hücrelerimizin aslında ortak bir DNA programına sahip olması klonlama tekniklerine gerek kalmaksızın nükleotid dizilerde yapılacak değişikliklerle arzu edilen tipte hücrelerin elde edilebilmesi mümkün olacaktır.

http://www.biyologlar.com/gen-nakli-nedir-

HIV'E MOLEKÜL ENGELİ

Teksas Üniversitesi kimyagerleri, insan DNA’sına 16 gün boyunca bağlı kalabilecek spesifik bir dizilime sahip molekül üretmeyi başardı. Molekülün, AIDS’e neden olan virüs ve kanser gibi genetik hastalıkların önüne geçilmesinde devrim niteliği taşıdığı belirtildi. Bilim insanları, yapılan keşfin, hatalı DNA’ların tedavi edilmesinde rol oynayacak ilaçlar üretilmesinde kullanılabileceğini düşünüyor. Teksas üniversitesi kimyageri ve biyokimya uzmanı Brent Iverson, “Eğer DNA’yı sarmal şeklinde bir merdiven olarak düşünürseniz, ürettiğimiz molekülü ileride merdivendeki basamakların arasına sokabileceğiz” dedi. Iverson, amaçlarının DNA zincirinceki spesifik bir gen dizisini aktif hale getirmek veya onu devre dışı bırakmak olduğunu belirtti ve şu örneği verdi: “HIV'i ele alalım. Virüsün canlılarda kalıtımı sağlayan genetik birimler olan kromozom üzerinde nerede bulunduğunu tespit etmek için ürettiğimiz molekülü kullanmak istiyoruz... Günümüzde HIV'i ilaçlarla tedavi etmeye çalışıyoruz. Ancak HIV, DNA’daki varlığını sürdürüyor. Ürettiğiniz molekül, HIV'i sessizce takip ederek onu kaynağında etkisiz hale getirebilir.” BAŞKA ÇALIŞMALARA İHTİYAÇ VAR Meslektaşlarıyla yaptığı çalışmanın sonuçları Eylül ayında Nature Chemistry dergisinde yayımlanan Iverson, devrim niteliğindeki gelişmeye rağmen, önlerinde hala aşılması gereken birçok engel olduğunu söyledi. Sentezlenen molekülün doğrultusunda üretilecek ilaçların, hücrelerin içine girebilmesi ve organizmalardaki tüm genetik bilgiyi barındıran genom içindeki spesifik DNA dizisini bulması gerekecek. Molekül bir sonraki aşamada, hatalı DNA dizisini tedavi etmesi için gereken süre boyunca spesifik dizine bağlı kalmak zorunda. Iverson, “DNA’nın bir ilaç için spesifik bir hedef olabileceğini düşünmek zor. Ancak bilim dünyasına bunun gerçekleşebileceğini göstereceğiz” dedi. SENTEZLEME İŞLEMİ NASIL YAPILDI? Iverson ve ekibi, DNA dizilerine bağlanabilen molekülü sentezlemek için 10 yıldan uzun bir süredir üzerinde çalıştıkları naphthalenetetracarboxylic diimide (NDI) molekülünü temel aldı. Çalışmada yer alan Amy Smith, “NDI birimlerini küçük parçalara böldük. Parçalar üzerinde yaptığımız reaksiyonlarla onların büyümesini sağladık ve istediğimiz düzende bir araya getirdik. Ardından ortaya çıkan parçaları bölerek istediğimiz molekülü elde ettik” ifadesini kullandı. Smith, NDI molekülüne ait parçalar üzerinde son derece kolay çalışabildiklerini belirterek, DNA dizinlerine daha uzun süre bağlı kalacak ve biyolojik anlamda etkin olacak moleküller üretebileceklerini” söyledi. Araştırmacılar, bir legonun parçalarını bir araya getirmeye benzettikleri genetik işlemin, ileride tıp dünyasına büyük katkılar sağlamasını bekliyor

http://www.biyologlar.com/hive-molekul-engeli

TRİPLET YAPIDAKİ NÜKLEOTİDLERİN SIRALANIŞI

Nasıl ki bir sanat sanatkâr sahibini gösteriyorsa bir harfte elbette ki kâtibine işaret eder. Dolayısıyla amino asitlerin dizilişi DNA’nın varlığını ortaya koymaktadır. Buradan hareketle nükleotid dizilişinin anlam kazanabilmesi için DNA ile birlikte incelenmesi gerekmektedir. Nitekim triplet yapıda nükleotidlerin dizilişi hakkında Nrenberg, Mathei ve Khorona birbirlerinden bağımsız olarak çalışmışlar ve birbirlerini destekleyen sonuca ulaşmışlardır. Nrenberg, tripletin ribozom içerisinde belirli bir cins amino asidi özel şekilde zincire bağlamalarından hareket ederek bir liste çıkarmıştır. Bilindiği üzere amino asit molekülleri birbirleriyle peptit bağlarıyla bağlanarak protein yapılı polipeptit zincirleri oluştururlar. Zaten birbirinden farklı protein moleküller değişik sayıda veya değişik cins amino asitlerin farklı şekillerde dizilmesiyle meydana gelmektedir. Khorona ise bu bilgilerden hareketle yapay RNA’lar elde edip, bunların şifrelendiği amino asitleri bulmuştur. Derken bu verilere dayanarak yine aynı listede verilen DNA kelimelerin karşılığı olan aminoasitler elde edilmiştir. Anlaşılan listedeki tablo incelendiğinde bir amino asidin 4 harf, bazen 6 değişik harfle şifrelendiği görülecektir. Örneğin; S-U-G triplet kodu lösini şifrelemekte, U-S-G ise serini şifrelemekte. Dahası var; bunlardan başka valin, treonin, alanin, anjinin ve glisin 4 değişik tipte şifrelenirler. Ayrıca bazı şifreler aminoasitlere yönelik değil başka anlamları belirtmek için görev yapmaktadır. Şurası muhakkak 20 çeşit amino asidi bağrında taşıyan 100 amino asitlik bir proteinin tesadüfen meydana gelme ihtimali 1 rakamının arkasına 100 tane sıfır koymak gibi bir hesapla karşı karşıya kalmak demektir. Hatta bu iş ayrıca atom seviyesinde hesaplandığında tüm hesapların altüst olacağı muhakkak, artık rakamların bile gücü yetmeyeceği bir tablo görülecektir. Bazı araştırıcılar genetik kodların birbiri üzerine taşan şifrelerden söz etmişlerdir. Neyse ki bu fikri çürüten doneler Wıllıam Wıttman’ın Tütün mozaik virüsü üzerinde yaptığı denemelerle gün yüzüne çıkmıştır. Şöyle ki; virüs RNA’sındaki bazı nükleotidler kimyasal işlemlerle değiştirildiğinde protein yapımında yalnız bir aminoasidin değiştiği görülmüştür. Proteinlerde 2 amino asit değiştiğinde ise bunların kesinlikle yan yana bulunmadıkları tespit edilmiştir. Birbiri üzerine taşan üçlü grubun herhangi bir nükleotidi yanında diğer bir üçlü gruba ait yan yana iki aminoasidin değişmesi beklenirken, tam tersi böyle bir şey olmadığı gibi şifrelerin birbiri üzerine taşması olayı da gerçekleşmemiştir. Netice itibariye DNA’da 64 adet üçlü kodonluk kader yazısı DNA enformasyonun bir kelimesine denk düşüp, böylece hücre enformasyon bakımdan herhangi bir darlık veya kıtlık çekmemektedir. Kıtlık bir yana aksine bolluk, cömertlik diyebileceğimiz kendinden gayet emin, garanti içerisinde yüzmektedir. Maalesef evrimciler farklı canlı türlere ait DNA şifrelerin veya protein yapıların birbirine benzer olduğundan dem vurup, kendilerince kod dünyasını evrime uyarlama çaba içerisine giriyorlar. Hatta maymun DNA’sının insan DNA’sıyla uyumlu olduğundan bahsedip insanın atası diye sunmaya çalışıyorlar. Oysa insanda 46 kromozom, şempanze ve gorilde ise 48 kromozom vardır. Şayet DNA bazında uyumluluğu evrime delil olarak gösterilecekse maymundan ziyade bunun için daha çok patates iyi örnek olabilirdi. Çünkü patatesin kromozom sayısı insanın kromozom sayısına eşit olup, her ikisi de 46 kromozomdur. İşte bu örnekten de anlaşıldığı üzere bu tip benzetmeleri evrime delil olarak sunmak büyük bir hata olduğunu gösteriyor. Hakeza Adli Tıp ve Polis kriminal laboratuarlarında gerek olay yeri incelemeleri gerekse nesep davalarıyla ilgili davalarda STR gen bölgelerinin tespitine yönelik çalışmalar sonucunda; tek tipte erkek ve kadın karakterli DNA tiplemelerin yanı sıra cinayet ve tecavüz gibi konularla alakalı karışım halde (mix) DNA profilleri(genomları) elde edilmektedir. Elde edilen STR gen dizilimi sayesinde kişilerin profilleri ortaya çıkabiliyor. İşte bu gen dizilimleri sayesinde nesep davalarında çocuğun ebeveynleri belirlenebilmekte, ayrıca cinayet ve tecavüz gibi olaylarda şüpheli şahıslara ait DNA profillerin karşılaştırılmasıyla birlikte birçok olay aydınlatılabiliyor. Yani dünyada ne kadar insan varsa bir o kadar kişiye has DNA tiplemeleri söz konusudur. Zira tek yumurta ikizlerin haricinde hiç kimsenin DNA tiplemesi bir başkasının DNA tiplemesi ile tıpa tıp aynı olmaz. Dolayısıyla DNA tiplemelerinde kaç gen bölgesiyle çalışılırsa çalışılsın mutlaka kişinin kendine özgü bir DNA tiplemesi mevcuttur. Bu tipleme kişinin aynı zamanda aidiyet kimliğidir. Nitekim kişiye has DNA diziliminin bir başka kişiyle aynı olma ihtimali yok denecek kadar azdır. Madem canlılık için belli bir dizilim gerektiriyor o halde tüm evrende yaşayan tek bir canlıya özgü (bir defaya mahsus) bir dizilim mevcuttur. Bu nedenle bir kişiye ait DNA tipleme rakamlarını tesadüfen dizilimini oluşturma ihtimali, bir maymunun bilgisayar klavye tuşlarına bastığında hiç hata payına meydan vermeden iki satır cümle yazma ihtimali kadar zayıftır diyebiliriz. DNA CÜMLELERİ (Genler) VE CİLTLER (Kromozomlar) Canlı sistem son derece kompleks bir yapıya sahip. Dolayısıyla herhangi bir sistemin tesadüfen kendi kendine oluştuğunu söylemek akla ziyan bir tavırdır. Madem harflerin dizilişinden kelimeler, kelimelerden cümleler meydana geliyor, o halde bu misalden hareketle hücre içerisinde birtakım biyokimyasal faaliyetler DNA molekülü üzerinde şifrelenmiş kodlara göre sıralanacaktır. Bu yüzden DNA’ya bilgisayar gözüyle bakılmaktadır. Çünkü artık Sibernetik çağda cümleler ikili sistemle çalışıp, 0 ve I sembollerle(evet-hayır) karşılık bulmakta. Böylece bu ikili sistem sayesinde ciltler dolusu eser bir anda bilgisayar ekranına yansıyabiliyor. Hatta yabancı dilin çevrimi bile bu ikili sistem vasıtasıyla anında yazılıma çevrilebiliyor. Anlaşılan hiçbir sistem kendi kendine çoğalamadığı gibi aynı zamanda hiçbir sistem kendi kendine çarkını döndürememekte, mutlaka sistemin işlemesi için yönetici bir gene ihtiyaç vardır. Nitekim canlı organizma DNA molekülü tarafından yönetilip, başsız değildir. İşte bu hiyerarşik düzen içerisinde DNA üzerinde dizili birçok kodon daha büyük çapta enformasyon (bilgi) birimine dönüşüp bir başka geni meydana getirebiliyor. Diğer taraftan insan DNA’sında bir milyondan fazla gen var olup, mevcut genlerin çoğu uzun veya kısa bir protein moleküllerle temsil edilir. Bazı genler ise daha başka görevler için kullanılır. Bu yüzden her bir ayrı protein şifresi taşıyan genlere strüktürel gen denmektedir. Dolayısıyla mRNA bu şekilde strüktürel genlerin birer komplamenter kopyası olarak iş görür. Ayrıca DNA’nın kontrolünde belli bir vazifeye yönelik iş gören binlerce enzim adeta seferber olup her biri DNA zincirinde bir gene karşılık kodlanmaktadır. Şimdi bu gerçekler ortada iken hala DNA molekülün tesadüfen sentezlendiği söylenebilir mi? Bu kadar komplike işleyen mekanizmaya hala tesadüfi deniyorsa, bu kadarına da pes doğrusu demekten başka daha ne diyebiliriz ki. Evrimciler yukarıda bahsi geçen hususlarda iddialarını ispatlayamayacaklarını fark etmiş olsalar gerek ki bu sefer kompleks yapıların ansızın değil, aşama aşama zaman içerisinde ortaya çıkabileceklerini ileri sürmeye başlamışlardır. Yani sıkıştıklarında işi zamana havale etmeyi yeğliyorlar. Daha da işi ileri götürerek bir sistem birinci basamaktan ikinci basamağa, daha sonra üçüncü basamağa doğru ilerlediğini söylemekteler. Daha da hızını alamayıp her basamakta çevresine uyum sağlayanların ayakta kalıp yoluna devam edebileceklerini, her hangi bir basamakta takılanlar ise zararlı kabul edilip bir üst basamağa terfi edemeyeceklerini, böylece basit konumda kalacaklarını dillendirirler. Bu arada ön kabullerine dayanak teşkil etsin diye mutasyon ve tabii seleksiyonu tezlerini güçlendirmek adına kurtarıcı temel esas alırlar. Oysa kendi ön yargılarını doğru kabul etsek bile seleksiyonla iki faydalı mutasyon taşıyan kuşağı oluşturmak hiçte kolay bir iş değil. Bir kere bu iş için takriben bir milyon yeni kuşak geçmesi gerekir ki; bu havanda su dövmek gibi bir şeydir. Maalesef evrimciler mutasyon ve doğal seleksiyona olduğundan fazla misyon yüklemiş gözüküyorlar. Yale üniversitesinden Dr. Harold J. Morowitz en basitinden bir canlının hayatını idame ettirebilmesi için minimum 239 çeşit proteine gerek olduğunu ortaya koymuştur. Hatta bugün itibariyle bilinen en küçük bakteri cinsi olan Mycoplasma hominis (H 39’un) için 60 çeşit amino aside ihtiyaç olduğu artık bir sır değil. Üstelik DNA’nın toplam uzunluğu canlıdan canlıya değişebiliyor da. Örneğin bir bakteriofaj DNA’sı 10 mikro litre uzunluğunda olup, bakterilerde 1 mm, memelileri de ise 10 cm olarak hesaplanmıştır. Keza bazı araştırmacılara göre insan DNA’sı 100 cm uzunluğunda olduğu belirlenmiştir. İşte bu sıraladığımız rakamlardan hareketle 10 mikro litre uzunluğunda bir bakteriofaj DNA’sında 3x104 nükleotid’in (harf) var olacağı hesaplanmaktadır. Ortaya çıkan bu veri normal bir kitap için 3x103 harfli bir sayfaya tekabül eden bir rakamdır. Yani bir bakteriofaj DNA’sı 1000 sayfalık 1 cilt demektir. Bir başka ifadeyle canlıların büyüyüp çoğalmaları için gereken bilgi yığını veri tabanı görevi yüklenmiş nükleik asit moleküllerinde muhafaza edilmektedir. Dolayısıyla bu bilgi yığını sayesinde nükleik asitler kromozomları oluşturmak üzere bir çift heliks şeklinde birbirlerine kenetlenip bağlanırlar. Memeli hücrelerinde durum daha farklıdır. Nitekim 100 ciltlik insanda yaklaşık her biri 1000 sayfa olmak üzere hücrelerinde 1000 ciltlik enformasyon taşırlar. Gerçekten de insan DNA’sı 1000 ayrı ciltlik 46 ayrı kromozoma pay edilmiştir. Anlaşılan tüm organizmaya ait hayatsal faaliyetler belli bir plan çerçevesinde kimyasal, fiziksel, psikolojik yönden işlerlik kazanması genetik enformasyon liderliğinde ve denetimi altında vuku bulmaktadır. Hatta bu muazzam enformasyon deposu bilim adamlarınca bir canlının alın yazısı olarak kabul görür. Ayrıca hücreyi yöneten genetik enformasyon; “—Bireysel enformasyon —Toplumsal enformasyon” diye kategorize edilmektedir. Hücre kendi organellerinin işleyişinde bizatihi yine kendisinin ürettiği beslenme, büyüme ve bölünme gibi unsurlar etken olup, bu tür kendi ihtiyaçlarına hükmeden faktöre bireysel enformasyon denmektedir. Zira bireysel ve bağımsız yaşama karakterinde olan hücreler mikroplara has özgü bir durumdur. Ancak gelişmiş yapıda canlıların bünyesinde bazen doku nizamının bilincine uymayan bir takım hücreler var ki, bunlar hepimizin korkulu rüyası diye algıladığımız kanser hücresinden başkası değildir. Toplumsal bilinç ise insan, bitki ve hayvanların hücrelerine özgü bir yaşama tarzıdır. Zira bir başka hücrenin diğer hücrelere ve çok hücreli organizmanın bütünü ile ilişki kurması bir tür sosyal dayanışma örneğidir. İşte sosyal dayanışmanın gereği tüm organizma hiyerarşik yönetime itaat edip gerektiğinde ona katkıda bulunmak için canhıraş çalışmaktadır. Bu yüzden genetik enformasyon grubunda hücrenin taşıdığı ortak model toplumsal enformasyon olarak sahne almaktadır. Ancak burada toplumsal enformasyonun bir bitki hücresiyle beyin hücre arasında kimyasal yönden kısmi bir farkın olmasından hareketle her ikisi de aynı orijinlidir deme handikap’ına düşmemelidir. Şayet böyle bir yanlışa düşersek hücre arasındaki asıl farkın her hücre yapısında kodlu olan matematik programıyla ayırt edildiğinden habersiziz demektir. Hücrenin yaşlanma sürecine girdiğinde her iki grup enformasyona ait genler gerektiğinde eylemli gruba alınıp çalıştırılır da. Fakat sırası geldiğinde işi bitenler eylemsizleştirilip yok edilirler. Yeter derecede büyüyen ve yapısı tamamlanan bir organda ise hücre bölünmeleri yavaşlar ve ancak ölen hücrelerin bıraktığı boşluk yenileriyle doldurulur. Demek ki hücreler organizmaların verdiği sinyallere asla duyarsız kalmayıp hiyerarşik düzene mümkün mertebe itaat etmekteler. Tabiî ki bu durum toplumsal enformasyon sayesinde olmaktadır. Ancak bir de unutkanlık denen olay var ki, bu tamamen vücudun protein sentezleme kabiliyetinin hız kesmesi veya yitirmesiyle ilgili bir husus olsa gerektir. Nitekim protein sentezi durağanlaşmaya başladıkça yeni işlemler eskilerden daha çabuk unutulur hale gelmektedir. Canlı denen varlık kendi iç mekanizmasını belli limitler içerisinde koruyabilen ve kapalı sistemden oluşan ve aynı zamanda denge ayarına göre tanzim edilmiş homeostasis bir yaratıktır. Dolayısıyla canlı kendini dış etkenlerden bağımsız olarak soyutlayıp değişkenliğini dengede tutabilen bir donanıma sahip özelliktedir. Zaten kan basıncı, vücut sıcaklığı, nabız atım sayısı, kan şekeri gibi belli sabit değerler denge durumunun bir göstergesidir. Şayet bu denge ayarları normal değerler arasında seyretmezse vücut alarm vermeye başlamış demektir. Mesela vücut hararetinin 36,5 santigrat derecede olması gerekirken 40 santigrat derecelere çıkması veya kan şeker düzeyinin % 90–110 mili gram olması lazımken 250 miligram seviyelere yükselmesi gibi arızalar (semptomlar) normal homeostatik sınırların aşılması anlamına gelir ki, bu hastalık demektir. Dahası enformasyon kayıtlarında bir hücrede bağımsız bireysel enformasyon kaybedilmiş bozulmuşsa o artık hücrenin ölümcül hastalığa yakalanması an meselesidir. Neyse ki bu arızı durum tüm organizmaya sirayet etmemekte, bilakis ölen hücrenin yerine bir başkası devreye girmektedir. Şayet bir hücrenin toplumsal enformasyonu kaybolmuşsa çoğu kez kontrolsüz üremeler baş gösterir. Bunun sonucunda organizma içerisine hücre anarşizmi doğup (sarkom) kanser hücresinin oluşumuna kapı aralar. Kanser hücresi de tıpkı bir bağımsız hücre gibi doku sorumluluğundan uzak başıboş bir hücre görünümü sergiler. Canlılarda şifrenin universal olması ( genetik şifre tüm canlılarda ortaktır) Hücrelerdeki genetik şifrelerin nasıl meydana geldiği, ne şekilde değişikliğe uğradığı konusunda evrimciler cevap vermekten aciz durumdadırlar. Zaten onlar matematikle pek barışık sayılmadıklarından şifre ismi geçtiği anda belli ki yüzleri solmakta. Her şeyi program veya şifre dâhilinde açıklamak onlar için kâbustur adeta. Bu yüzden biyolojik hadiselere tesadüfî demek işlerine geliyor. Çünkü analitik çaba gerektirmiyor. Genetik şifre her canlı türü için aynı olmayıp, ancak belirli bir organizma için sabit kabul edebiliriz. Bazı araştırıcılar birbiriyle yakınlığı olmayan canlılara ait şifreleri karşılaştırmak amacıyla birtakım deneyler yapmışlarda. Şöyle ki; —Hayvansal virüslerin nükleik asitlerden hazırlanan preparatlarla bakterileri enfekte etmeyi denemişler. Bu durumda bakteri hücresi tıpkı bir bakteri virüsü tesiri altındaymış gibi virüse ait polipeptit sentez ettiği gözlemlenmiştir. Fakat bu deneyle yeni bir tür ortaya çıkmamaktadır. Yüce yaratıcının yarattığı orijinal malzemeyle ortaya birtakım şeyler koyma çabası olmaktan başka hiç bir işe yaramayan bir denemeden öteye geçememiştir. — Bitkilerde hastalık yapan virüslere ait nükleik asitleri bakteri virüslerin özütlerinden hazırlanan yapay unsurlarla karıştırıldığında normal biyolojik fonksiyonlarına devam etmekle beraber biyolojik donanım aynı kalıp evrimleşme söz konusu değildir. Belli ki kendi keyfince üreme denilen bir hadise yok ortada. Var olan bir gerçek var, o da tüm canlı hücrelerde biyolojik nizamı âlem orijinal halde yoluna devam etmesidir. — Çok değişik kökenli elemanların bir araya getirilmesiyle hazırlanmış yapay ortamlar sanki tek bir türe ait hücre yapısı gibi davranmakla birlikte, şu da bir gerçek Yüce Yaratıcı benzer fonksiyonlar için benzer yapılar yaratmış olabiliyor. Dolayısıyla her tür kendi içinde genleri değişmeyeceğine göre aynı canlıdan asla farklı canlı meydana gelmeyecektir. —Değişik organizmaların hücrelerinden hazırlanan ortamlara yapay bir mRNA aktarılınca birbirlerine uyan sonuçlar alınsa da yine asla yeni bir tür canlının meydana gelmesi söz konusu değildir. Kaldı ki deney metodunu evrime uygulamak hiçte öyle kolay gözükmemektedir. Nitekim Evrimci Theodosius Dobzhansky; deney metoduyla milyonlarca sürebilecek bir olayın açıklanmasına yetecek sürenin bir araştırmacının ömrünü aşabileceğini itiraf etmek zorunda kalmıştır. Matthaei ve Schoek iki bilim adamı insan plasentasından hazırladıkları hücresiz yapay ortamda 64 kod sözcüğün en az 27’sinin hem insan, hem de E. Coli için müşterek (ortak) gibi gözüksede elde edilen bu tür bulgularla tüm canlıları kapsayan bir universal (müşterek) aidiyet kodun var olduğu anlamı çıkmaz. Her şeyden öte embriyolojik süreç her canlıda farklı seyretmektedir. Dolayısıyla embriyonun gelişmesi esnasında ne ceninin (fetus) geçirmiş olduğu embriyolojik safhalar (ontogeni) ne de bir başka canlıya ait embriyolojik benzerlikler evrime delil olamaz. Üstelik ortada homolog canlılara ait ortak ata fosilleri yok ki, böyle bir iddia da bulunulabilsin. Çünkü birçok müşterek kombinezonlardan hareketle aynı atadan geldiğimiz varsayımına delil teşkil etmediği gibi bütüncül durum ortaya koyamamaktadır. Zira ne kurbağa insan DNA’sı, ne de insan kurbağa DNA’sıdır. Dolayısıyla evrim varsayımları hep görüş olarak kalacaktır. Dahası canlılar dünyasında türler arasında benzerliklerin varlığı ortak atadan meydana geldikleri anlamına gelmez. Üstelik benzerliklere balıklamasına dalıp mal bulmuşçasına sevinenler her nedense canlılar arasında bariz bir şekilde görülen farklılıkları gördüklerinde teğet geçmektedirler. Şayet birbirine benzer iki canlı veya birçok benzer canlılar aynı atadan gelmişlerse bunların birbirine dönüşünü gösteren bir silsile serisi, aynı zamanda birbirleri arasında geçişlerin nerede noktalandığı ve terfi ettiği kademeye nerede başladığını gösteren bir delil ortaya koyulmalıdır. Madem canlılar arasındaki üniversallıktan (birliktelik) söz ediyorlar o halde aminoasitlerin tRNA’daki seçme (kodon tanıma) alanlarını uzaysal yapıları arasındaki uygunluk tanımı mı yapmak lazım, yoksa canlıların evrimleşmesi ile ilgili olduğuna dair görüş mü belirtmek gerekir. Elbette bu tür varsayımlarla bir yere varılamaz. Zira genetik kodon anlamını değiştiren mutasyonlar hemen hemen öldürücü olduklarından evolosyon sırasında eklendikleri varsaysak bile baskın halde gün yüzüne çıkamayacaklardır. O halde tüm bu anlatımlardan yola çıkarak biyolojik şifreyi şöyle özetliyebiliriz: —Her bir şifre bir üçlü nükleotid grubundan meydana gelmiştir. —Her üçlü kodon müstakil (özeldir) olup, nükleotidlerin üst üste birikmesi söz konusu değildir. — Birçok aminoasitler birden fazla üçlü kodon tarafından yönetilir. —Belirli bir üçlü kodon birden fazla amino asidi yönetemez. Üçlülerin sadece bir amino asidi yönettiği bulunmuştur. İstisna olarak U-U-U üçlüsünün fenil alaninden başka pek az miktarda lösini de yönettiği belirlenmiştir. —Bazı şifreler aminoasitleri kodlayamadığı durumlarda bunlar protein sentezinin başlatılması ve sonlanması gibi diğer işlerde kullanılır. — Her canlı organizmada aynı aminoasitler aynı üçlü kodonlar tarafından yönetilir. Hatta yapılan araştırmalar sonucu E. Colinin de diğer canlıların aminoasitleri gibi kendine özgü üçlü kodonlu olduğu belirlenmiştir. Hücre çekirdeğine giren ve DNA’ya katılan yeni birimler Mutasyonlar Canlılarda gen kombinasyonlarının dışındaki diğer sebeplerle ve ani olarak meydana gelen kalıtsal değişmelere mutasyon denmektedir. Yani mutasyon terimi genellikle kromozom yapısı değişmeleri veya kromozom sayısı değişmeleri, ya da genlerin yapısındaki fiziksel ve kimyasal değişmeleri ifade etmek için kullanılmaktadır. Fakat gel gör ki evrimciler tarafından mutasyona olduğundan daha fazla misyon yüklenip yeni bir canlı türün doğuşuna neden olan bir hadise gözüyle bakılmaktadır. Bir başka ifadeyle mutasyon gibi arızalı bir yapıya bilge kavramının bile yetişemeyeceği bir anlam yüklemekteler. Hâsılı her canlı tipin genetik yapısı kendine özgü olup mutasyonla ne bir canlı eksilmiş ne de yenisi türemiştir. Üstelik kendi keyfince üreme denilen bir hadise de yok zaten, tam aksine tüm canlı hücreler biyolojik nizamı çerçevesinde iş görmektedir. Kromozom yapısı değişmeleri Kromozom yapısı değişmeleri kendiliğinden meydana geldiği gibi radyometrik sebeplere bağlı olarak x ışınları, ultraviole ışınları, gama ışınları ve çeşitli kimyasal maddeler kullanılmak suretiyle suni olarak ta oluşabiliyor. Söz konusu bu etkenlerden herhangi birisine maruz kalan hücre kromozomu enine veya daha fazla noktadan kopabiliyor. İşte bu kopmalar kromozom üzerinde bir takım yapısal değişmeler doğurmaktadır. Ancak mutasyona bağlı olarak meydana gelen bu tür kopmalar milyonda bir görülen ani değişiklikler olup asla evrime delil teşkil etmez. Çünkü söz konusu mutasyona uğramış genetik yapı bütünüyle değişikliğe uğramadığı gibi ortaya yeni bir canlı tür koyamamakta. Defisiyens ve Delesyon Her ikisinin de ortak noktası kopma olup, aynı zamanda kromozomların parça (segment) kaybetmesi olayı olarak bilinmekteler. Yani herhangi bir nedenle kromozomun ucundan bir parça kopar veya kaybolursa bu olaya defisiyens, aradan bir parça kopar ve kaybolursa buna da delesyon adı verilir. Defisiyensle kromozomun tek yerden kopan kısmın aradan çıkmasıyla birlikte kalan uçlar tekrar birleştiği gözlemlenmiştir. Dolayısıyla her iki halde de sentromer ihtiva etmeyen kısımlar hücre içerisinde görev yapamaz konumuna düşüp ortamdan kaybolurlar. İngiltere kıyılarındaki Man adasında yaşayan kuyruksuz kedi (Manx) evrimcilerin dikkatini çekmiş olacak ki onun adeta kuyruksuz oluşundan medet ummuşlardır. Oysa söz konusu bu kedi birileri tarafından kuyruğu kesilmesi sonucunda kuyruksuz hale dönüşmüş değil. Belli ki kuyruğa has bir genin kopması veya kaybetmesiyle alakalı bir durum var ortada. Bir kere mevcut geni kaybetmeye dur, elbet bu durumda Manx kedisinin kuyruksuz doğmasından gayet tabii bir olay daha ne olabilir ki. Çünkü ortada kaybedilmiş gen söz konusudur. Bu olayda asla evrimleşme süreci yoktur. Malum olduğu üzere evrimciler öteden beri hem insan, hem de kuyruksuz maymunların (apes) bundan takriben 3 milyon önce ortak bir atadan türedikleri iddiasında bulunmuşlardır. Bu yüzden fosil hominoidler kuyruksuz maymun ve insan için söylenile geldi, hominoidler ise yarı insan bir yaratık için kullanılan bir kavram olarak dile getirildi hep. Oysa bu tür kavramlarla evrimciler insanı insanlıktan çıkarıp hem atasını hem de kendisini hayvanlaştırmak isteseler de böyle bir ortak atayı gösteren herhangi bir fosilin yokluğu değim yerindeyse uykularını kaçırıyor. Kısaca evrimcilerin insanın atası diye ilan ettikleri maymunların kuyruklarının zamanla körelerek insanda kuyruk sokumu halinde oluştuğunu söylemek büyük bir yanılgıdır. Kaldı ki; maymun kuyruğu sayesinde bir fındık tanesinden küçük yiyecekleri bile toplayabiliyor. Yani bir noktada kuyruk parmak görevi yapmaktadır. Ayrıca bazı maymunlarda apandisitin olmaması da evrim açısından başka bir handikap teşkil etmektedir. Inversiyon Bir kromozomdan kopan bir parçanın koptuğu yerde 180 derece dönmesinin ardından yapışmasına inversiyon denmektedir. İnversiyonun delesyondan farkı kopan segmentin ters bir dönüşle eski yerine dönmesidir. Yani orijinal kromozomda genlerin dizilişi A, B, C, D, E, F, G şeklinde olduğu halde inversiyon neticesinde A, B, C, F, E, D, G halini alırlar. Duplikasyon Bir kromozomun belli bir kısmında gen sayısını iki veya daha fazla artırması olayıdır. Yani duplikasyon delesyonun aksine bir parça çoğalması demektir. Dahası duplikasyonla homolog kromozomların herhangi bir noktasının birbirine temas etmesinden sonra o noktada bir kopmayla birlikte yeniden birleşip ilave parçalar eklenmektedir. Translokasyon Translokasyon homolog olmayan kromozomlara ait kaybolan kromozom parçasının taşınıp veya yer değiştirmesiyle birlikte başka bir kromozoma yapışma olayıdır. Demek ki farklı homolog çiftlerine ait kromozomların birbirini kat etmesi bu temas noktasında bir kopmaya sebep olabiliyor. Yani bu kopan parçalar bir translokasyon sürecinden geçip sonunda anomali halde birleşebiliyor. KROMOZOM DEĞİŞMELERİ Bitki ve hayvanlar âleminde kromozom sayısı cinsten cinse, hatta türden türe değişiklik göstermekle beraber her türün kendi içerisinde kromozom sayısı sabit kalmaktadır. Genellikle her canlı hücresi kendi türü için karakteristik özellik göstermektedir. Bu yüzden eşeyli üreme gösteren canlılarda gametlerin ihtiva ettiği kromozomlara takım veya genom adı verilmektedir. Genomların sayısı “n” ile gösterilip haploit (monoploit) özelliktedir. Somatik hücrelerin gametleri ise iki misli kromozom ihtiva ettiğinden kromozom sayısı 2n olmaktadır. Yani diploittirler. Fakat bir kısım canlılarda diploid (2n) kromozom sayısının değişebildiği belirlenmiştir. O halde bu arızi değişmeleri muhtelif kısımlara ayırarak inceleyebiliriz. Euploidi Bir takımda yer alan kromozomların birden başlayıp tam katlı yükselmesi ya da tam tersi o kromozom takımının organizmada tek bir defa bulunması olayı euploidi diye tanımlanır. Bir başka ifadeyle kromozomlar bu olayla birlikte hem monoploid hem de poliploid şeklinde sahne alabiliyor. Dolayısıyla bu iki tipi şöyle izah edebiliriz: Monoploidi Nadiren bazı hayvan ve bitki hücrelerinde sadece bir takım veya n kromozom ihtiva edip buna monoploid denmektedir. Örneğin bal arılarında erkek fertler döllenmemiş yumurtaların gelişmeleriyle meydana gelir. Keza deneysel olarak temparetür şartlarına maruz kalan Tritirus yumurtaları ise gelişme kaydedip monoploid fertler meydana getirirler. Poliploidi Bir takımda yer alan kromozomlar sayıca 3 veya daha fazla kata yükselmesi olayı poliploidi adını alır. Bu olay neticesinde 3n, 4n, 5n gibi artış kaydeden n katlarda kromozomlu fertler meydana gelebiliyor. Bunlar sırasıyla triploid, tetraploid, pentaploid vs. diye tanımlanır. Poliploidi fertler; Mayoz bölünme sonucu kromozom sayısının yarıya indirgenmesiyle birlikte en az somatik hücrelerin sayısı kadar genoma sahip gametlerin teşekkül etmesiyle oluşan fertlerdir. Aynı zamanda bu tip fertler zigotun ilk bölünmesi esnasında enine çeperin teşekkülüne mani olmak suretiyle kromozom sayısı iki kat yükselmesi sayesinde meydana gelirler. Bu arada Poliploidi fertlerde kendi içerisinde birtakım türlere ayrılmaktadır. Şöyle ki; —Autopoliploidi (Autoploidi) Autopoliploidi de mevcut olan genlerin hepsi aynı türden meydana gelir. Şayet bir diploid ferdin toplam genomu AA ise autopoliploid fertler 4A, 6A, 8A, 10A şeklinde tezahür edecektir. Yine autopoliploidi de mevcut genlerin bir kısmı aynı türden diğer bir kısmı ise başka türden meydana gelebiliyor. Mesela AA ve BB genomları taşıyan iki fert çaprazlanırsa AB genomu taşıyan bir zigottan diploit bir fert hâsıl olacaktır. Şayet bu zigotun kromozom sayısı 2, 3, 4 katına çıkarılırsa 2AB (AA BB), 4AB(AAAABBBB) gibi alloploid fertler oluşacaktır. — Endopoliploidi Endopoliploidi endomitoz adı verilen olayın bir neticesinde doğmaktadır. Nitekim bazen farklılaşmış ya da bölünme yeteneğini kaybetmiş hücrelerde çekirdek zarı kaybolmadığı halde kromozomların uzunlamasına bölünerek sayılarını 2 veya daha fazla kat sayıya yükselttikleri görülmüştür. Ancak bu olayda iğ iplikleri teşekkül etmez. Bu yüzden endomitozla oluşan kromatidler birbirinden ayrılarak bağımsız kromozom halini alırsa bu olaya endopoliploidi (polisomati) denir. Şayet birbirine yapışık kalıp kromatid paketlerinden ibaret dev kromozom haline dönüşürlerse bu olaya ise politeni denmektedir. Zira Politeni, Dipter (örneğin Drosophila) larvalalarının tükürük bezlerinde sık sık görülebiliyor. — Autopoliploidy Bir takımda yeralan kromozomlardan birinin veya birden fazla türün genom sayısının artırması autopoliploidly adını alır. Dolayısıyla bu tip fertler autopoliploidy gametlerin normal haploid sayıdan daha fazla veya eksik sayıda kromozom ihtiva eden gametlerin ürünü olarak ortaya çıkmaktadır. (Non-dujuntion olayı ile meydana gelen gametlerde birinde kromozom sayısı n+1, diğerinde ise n–1 şeklindedir) Bu arada Autopoliploidy kendi içerisinde, monozomi, nullisomi ve polisomi olarak tasnif edilir. Şöyle ki; —Monozomi Monozomi; diploid bir fertte tek bir kromozomun tamamlanmamış veya eksik olması olayıdır. Böyle bir fert non-dısjunctıon olması dolayısıyla bir kromozom eksik olan bir gametin (n–1), normal bir gametle birleşmesi neticesinde meydana gelir. Böylece n–1 x n = (2n–1) şeklinde formüle edilen monosomik durum turner sendromu olarak sahne alır. —Nullisomi Nullisomi; bir canlıda bir kromozom sayısının homologu ile beraber eksik olması olayıdır. Böyle oluşan diploit fertler 2n–2 ile gösterilir. Dahası Nullisomik fertler nondısjunctıon olayı sonucu aynı çeşit kromozomunu kaybetmiş olan 2 gametin birleşmesiyle meydana gelip, bu durum n–1 x n–1 = (2n–2) şeklinde formüle edilir. —Polisomi Polisomi; bir takımda yer alan kromozomlardan bir veya birkaçının sayısını yükseltmesi olayıdır. Tabiî ki polisominin de trisomi, tetrasomi, hiperploidi ve hipoploidi çeşitleri vardır. Şöyle ki; Trisomide diploit fertte bulunan kromozomlardan bir tanesi daha fazladır. Yani 2n+1 şeklinde formüle edilip mesela insanda trisomik fertler n+1 =24 ve n =23 kromozomlu gametlerin birleşmesiyle meydana gelmektedir. Dolayısıyla genel itibariyle trisomik fertlerde kromozom sayısı 47 olmaktadır. Tetrasomide diploid bir ferdin kromozomundan bir tanesi 4 kez sahne almaktadır. Nitekim böyle fertler 2n+2=48 formülü ile gösterilir. Hipoploidi polisomi olayının yüksek katsayı poliploidlerinde yer alan kromozomlardan bir tanesinin diğerlerine nazaran daha az yansıması şeklinde tezahür etmektedir. Böylece bu durum 4n–1, 5n–1 diye kategorize edilir. Fazla olanı ise hiperploidi adını alır.Nitekim hiperploidiyetrizomiler, hipoploidiye de turner sendromu örnek gösterilebilir. Gen Mutasyonları Her ne kadar DNA yazısı kromozom âlemi içerisinde sıkıca paketlenmiş, ayrıca protein kılıflarlara sarılmış moleküler nükleotid bazların çift zincirin karşılıklı kutuplarına birbirlerine sıkıca tutunup korunmuş durumda olsalar bile yine de bizim bilmediğimiz birçok bozucu, dağıtıcı ve yıkıcı faktörlerin risk oluşturması muhtemeldir. Yani nükleotid moleküllerin gerek kendine özgü termik titreşimleri, gerek kimyasal ve elektriksel etkenler, gerekse başka moleküllerle çarpışması veya ortamdan geçen radyasyon etkisi gibi birtakım sebepler DNA üzerinde bazı kayıplara yol açabiliyor. Mesela buna benzer daha nice etkiler sonucunda kanatsız sinek veya şekli bozulmuş bitki meydana gelebiliyor. Tabii bu demek değildir ki evrimleşme sonucu yeni bir canlı meydana gelmiştir. Belli ki bu tip istisnai durumlar kurulu programa zarar vermekten öteye geçemiyor. Sonuçta genler mikro âlemde öyle harükülade işler yapıyorlar ki aradan kaç nesil geçerse geçsin canlının tümünde değişiklik oluşturmadan orijinal haline sadık kalabiliyorlar. Zaten genler hücrelerin başkomutanı olup, onların direktifleriyle canlılar kararlılıklarını sürdürebiliyor. Maazallah balık baştan kokarsa vay o hücrenin haline. Beynimizin en kolay yaptığı iş belki de olumsuz olan her ne varsa onu derhal programlayabilmesidir. Madem öyle beynimize olumlu sinyal gönderip kendimize pekâlâ pozitif bir bakış açısı kazandırabiliriz. Bunun için evvela kendimizi olumlu düşünmeye veya her şeye güzel bakmaya alıştırmak, sonra dilimizi olumlu cümleler kurmaya alıştırmak gerekmektedir. Çünkü tatlı söz yılanı bile deliğinden çıkarabiliyor. Bundan da öte eline, diline, beline sahip olan isterse kâinata meydan okuyabiliyor da. O halde kul olmanın idrakiyle dua ederken “Allah’ım hayırlı değilse üniversiteyi bana kazandırmayı nasip etme” yerine “Allah’ım bana hayırlı üniversiteler kazanmayı nasip eyle” tarzında hiçbir kayda ve şarta bağlı kalmaksızın ümit dolu bir dil kullanmakla beyin programını olumlu kılabiliriz. Yani siz siz olun kullanacağınız cümlelerinizde asla olumsuz ve karamsar kelimelere yer vermeyin. Hani bir söz vardır ya “Güzel gören güzel düşünür, güzel bakan güzel görür, güzel rüya gören mutlu olur” diye. İşte bu tür akıl dolu sözler hepimizin kulağına küpe olsun ki, bak o zaman gerçek hayat nedir farkına varabilelim. Bir DNA zincirin halkasında herhangi sebepten ötürü bir harf kaybının olması kayda değer önemli zarar sayılmaz. Çünkü hemen o noktada iki şerit birbirinden ayrılıp, sağlam olan zincir kendisine bir komplamenter kopya imal edebiliyor. Böylece eski komplementer DNA şeride karşılık gelen yeni şeridin yardımıyla tekrar kayıplar giderilmiş olur. Fakat öyle istisnai durumlar var ki; DNA rejenerasyonunu (yenilenmesi) imkânsız kılan bozulmalar sonucu DNA’nın her iki halkasında cereyan eden kopma veya kaymalar düzeltilememektedir. Dahası rejenerasyona hizmet edecek orijinal enformasyon her iki şeritte izini kaybedebiliyor. İşte bu rejenere edilmeyen kısım ya da aslına çevrilemeyen değişmiş bölüm kendi başına arızalı şekliyle kalıp hücrenin hayatını sonlandıracak noktaya kapı aralayabiliyor. Derken bu arızalı durum hücreden hücreye nesiller boyu ilerleyip adına mutasyon deriz. Şurası muhakkak genetik kodlarda meydana gelen değişmeler istisnai türden değişmeler olup, bu tip durumlar daha çok arızı yapıların birbirini tetiklemesiyle ortaya çıkmaktadır. Anlaşılan genler üzerindeki ardı ardına cereyan eden zincirleme kazalar mükemmel bir yapı ortaya koyamadığından adeta evrimi can evinden vurmaktadır. Her ne hikmetse tabiat ana veya onların putlaştırdığı tesadüf tanrısı genetik kodlarla rasgele kumar oynayıp bir dizi felaketlere kapı açamaması bir başka gerçeği ortaya koymaktadır. Şöyle ki; bu hepimizin bildiği, fakat evrimcilerin bilmediği ilahi nizamın kolay kolay tarumar edilemeyeceği gerçeğidir. Gerçekten biyolojik nizamın tepesinde bu denli kompleks canlı varlıkları oluşturan genetik kodların kararlılıklarını sürdürmesi kayda değer bir olaydır. İşte bu yüzden her an her saniye sessiz ve derinden etkileyecek denilen tarayıcı doğal ayıklamanın ( doğal seleksiyonun) hışmına uğramadan biyolojik nizamın yoluna devam etmesi evrimcileri şaşkına döndürmektedir. Tüm bu şaşkınlıklarına rağmen hala tabii seleksiyonu piramidin tepesine oturtup güya faydalı değişiklikleri muhafaza eden ya da zarar verici faktörleri ayıklayan bilinçli bir varlıkmış gibi ilan etmekten geri kalmıyorlar. Onlar bildiklerini okuya dursunlar, Japonyalı bilgin Motoo Kimura bir insanda hücre molekülünün birkaç senede bir kez farklılaşma geçirebileceğini hesaplamıştır. İngiliz genetik bilim adamı John Burdon Sanderson Halden ise insan neslinin ancak ve ancak 1000 senede bir molekül değişikliğine uğrayabileceğini ortaya koymuştur. Tabii bu hesaplamalar evrimcileri üzmektedir. Şöyle ki; bu tür hızlı değişimin tabii seleksiyonla olduğunu varsaydığımızda insan türünün dünya sahnesinden kalkması demektir. Dolayısıyla böylesine mutasyondan bile hızlı bir şekilde işleyen bu süreç beklentilerine cevap vermemektedir. Yani bu durumda ya mutasyon denilen mekanizma bir şekilde tetiklenip hızlı işletilecek, ya da faydalı mutasyonu faydasız mutasyondan ayırabilecek kabiliyette olduğu söylenilen tabii seleksiyona dur denip ara sıra ona tatil yaptırılacak. Belli ki evrimciler mutasyon, seleksiyon derken gel-gitler içerisinde kıvranarak iki arada bir derede sıkışmış şaşkın ördeğe dönüşmüş durumdalar. İsterseniz kromozom üzerinde anlık değişmeleri tiplendirip kısaca göz gezdirebiliriz. Bilindiği üzere bir genin kromozom üzerindeki yeri değiştirmeksizin onun (A-G) baz moleküllerinde meydana gelebilen değişmelere gen mutasyonu (nokta mutasyon veya mikro mutasyon) denmektedir. O halde bu tariften hareketle moleküler seviyedeki bu tür mutasyonları 4 grupta incelemek mümkündür. Şöyle ki; —Transversiyon (çapraz aktarmalar) Mutasyon sonucu bir pürin bazının yerini bir pirimidin, bir pirimidin bazının yerini ise bir pürin almışsa bu tip tek bazlık değişkenlik gösteren mutasyonlara transversiyon denir. Mesela A = T veya G=S çifti yerine T= A veya S= G çiftinin geçmesi birer transversiyon örneğidir. —Transisyon(geçiş) Bir genin herhangi bir yerindeki A=T çifti yerine G=S çifti, ya da T=A çifti yerine S=G çifti geçmesi şeklinde tek bazlık değişmeye (nokta mutasyon) transisyon denir. Bu tip mutasyonlarda bir pürin bazının (A,G) yerini başka bir pürin bazı alırken, bir primidin bazının yerini de başka bir pirimidin bazı alabiliyor. —Delesyon Bir veya daha fazla nükleotid çiftinin DNA molekülünden koparak eksilmesi şeklinde tezahür eden mutasyondur. Eksilme yalnız molekülün uç kısmında değil orta kısmın herhangi bir yerinde olabiliyor. Hatta kopan kısım aradan çıktıktan sonra kalan uçlar tekrar birleşebiliyor. Bu arada nükleotid eksilmesi herhangi bir gende oluşmuşsa o gene ait şifre olumsuz yönde etkilenebiliyor. —Inversiyon Delesyonun tersi bir mutasyon şekli olup, DNA molekülüne fazladan bir veya birkaç nükleotid çift girebiliyor. Böylece bu tip eklenme hangi gende olmuşsa o genin şifresinde hasara yol açması kaçınılmazdır. Ayrıca yukarda bahsettiğimiz 4 tip gen mutasyonun varlığı genetik çaprazlamalar ışığında açıklığa kavuşmuş olup, mikroskobik olarak şimdiye kadar gözlenememiştir. MUTAGENLER (DNA’yı mutasyona uğratan genler) Çeşitli ışınlar, bazı kimyasal maddeler, temparetür şoklar veya diğer etkenler genler üzerinde mutasyona neden olduklarından bu tür faktörlere mutagen denmektedir. Şöyle ki mutagenler; “—Sıcaklık — PH —Radyasyon —Kimyasal Bileşikler” diye dört grupta toplanır. Sıcaklık Yüksek sıcaklık moleküllerin kinetik enerjisini artırmak suretiyle mutasyona sebep olabiliyor. PH derecesi Ortamın PH derecesi moleküller arası etkileşimlerde ve özellikle tautomerik (pronitron değişmesi) dönüşümlerde önem arz ettiğinden, PH derecesinin mutasyon hızını etkilemesi gayet tabiidir. Her şeye rağmen şu da bir gerçek; moleküllerin hızla hareket edip birbirleriyle çarpıştıkları bir ortamda bile moleküler kazalar ve yanlışlıkların olma ihtimali sıfır denecek kadar düzeyde seyretmektedir. Radyasyon Mor ötesi ve X ışınları gibi kısa dalga boylu ışınlar enerji yönünden yüksek radyasyonlu moleküllere çarptıklarında birtakım arızı değişiklikler oluşturabiliyor. Nitekim bu tip ışınlar DNA molekülü üzerinde delesyon ve inversiyona yol açan kopmalar sebep olduğu gibi, baz çifti dönüşümler (tautomerik oluşumlar) görülebiliyor. Kimyasal Bileşikler Kimyasal maddelerden bir kısmı DNA molekülü üzerinde transisyona (Nıtroz asit, 5 Brom urasil, 2 amino purin, hidroksiamin gibi) neden olurken bazıların da transversiyona yol açmaktadır (etiletan, sülfanot gibi). Diğer bir kısmında ise delesyon veya inversiyona neden olmaktadır (Akridin türevleri gibi). Tautomerik dönüşümler DNA zincirinde A=T ve G=S’in karşılıklı bir plan dâhilinde eşlemesi fiziko kimyasal bakımdan uygunluk göstermektedir. Yani adenin-timin arasında eşleşme 2 hidrojen bağıyla gerçekleşirken, guanin-sitozin arasında gerçekleşecek eşleşme içinse 3 hidrojen bağı devreye girmektedir. Ancak keto grubu taşıyan guanin ve timin ile amino grubu taşıyan adenin ve sitozinin eşleşme esnasında bir molekül bağ değişik formatta bulunabiliyor. Buna göre tautomerizasyon dönüşüm sonucunda bir molekülün proton ve elektronları yeniden dizildiklerinde alışılagelen A, G, S, T formun dışında başka bir form teşekkül edebiliyor. Bu durumda tautomerik formda 1 hidrojen atomunun bağlandığı noktada yerinin değişmiş olduğu görülecektir. Hatta bir hidrojen atomunun yerinin değişmesiyle birlikte karbon üzerindeki tek bağların çift bağ, bazı çift bağların ise tek bağ haline dönüşmesini beraberinde getirdiği gözlenmiştir. Bir an için DNA replikasyonu sırasında tautomerik yapıdaki bazı nükleotidlerin ortamda bulunduğunu düşünelim. Böyle bir durumda nükleotidler arasındaki eşleşmeler ister istemez değişecektir. Normal şartlarda DNA replikasyonu A=T, G=S şeklinde veya T=A, S=G şeklinde eş yaparak gerçekleşir. Fakat tautoremik oluşumlarda bu böyle değildir. Şöyle ki sitozinin tautomerik formu adeninle eşleşir, timinin tautomerik formu guaninle, adenin tautomerik formu sitozinle, guaninin tautomerik formu ise timin ile eş yapar. Derken normal formda bulunan bir adenin karşısına bir sitozin geçmiş olur. Daha sonraki aşamalarda ise sitozin normal formuna geçerek yeniden guaninle eş yapar. Böylece tilkinin dolanıp dolaşacağı kürkü dükkanı misali başlangıçta DNA molekülünün bir noktasında kopan A=T, G=S baz çiftleri yine S=G ve A=T şeklinde aslına dönüşmüş olurlar. Kimyasal Mutagenlerin etkileri Kimyasal mutagenler DNA baz molekülleri üzerinde değişikliklere yol açan maddelerdir. Mesela molekül yapısında bir bazlık değişim meydana geldiğinde söz konusu molekül doğrudan bir baz çifti oluşturamamaktadır. Baz analogları Baz analogları DNA baz moleküllerine benzeyen moleküller olması hasebiyle DNA eşleşmesi sırasında normal bazlara oranla çok daha kolay tautomerik dönüşüme neden olabiliyor. Böylece DNA yapısında bu durum mutasyon ihtimalini artıracaktır. Bu arada kimyasal mutagenleri örneklendirebiliriz. Şöyle ki; Nitröz Asit (HNO2) Özellikle Nitröz Asitbakteri, maya ve faj gibi mikroorganizmaların DNA baz molekül yapısında değişiklik yapan bir madde olup, aynı zamanda HNO2 amino grubu taşıyan bazları oksidatif deaminasyona uğratabiliyor. Yani DNA’daki amino grupları (NH2) yerine hidroksil (OH) grupları devreye girmektedir. Eğer bir DNA molekülü Nitröz asitle muamele edilirse örneğin halkanın altıncı karbonunda bir amino grubu hipoksantin haline çevrilebiliyor. Böylece Keto grubu taşıyan hipoksantin üzerinde mutasyon meydana gelmiş olur. Aynı şekilde yine HNO2 vasıtasıyla DNA’nın sitozin değişimi gerçekleşebiliyor. Keza oksidatif deaminasyon sonucu urasil guaninle eşleşmeyip adeninle çift yapacağından mutasyona sebep olabiliyor. 5- urasil -brom bazı Baz analoğu olarak kabul edilen bu gibi bileşiklerin kimyasal yapısı bazların genel yapısına çok benzediğinden böyle moleküller DNA’daki bazların yerine rahatlıkla alabiliyorlar. Örneğin 5-Brom urasil timine benzediğinden DNA ikileşmesi sırasında timin yerine kullanılabiliyor. Bu bileşiğin timinden tek farkı, timinin beşinci karbona bağlı olan metil grubu yerine brom atomunun bulunmasıdır. Urasilde ise aynı yerde hidrojen (H) atomu bulunur. İşte urasil üzerinde hidrojen atomunun brom ile yer değiştirmesiyle birlikte 5-brom urasil bazı meydana gelmektedir. Zaten bundan dolayı 5-Brom urasil olarak adlandırılır. Anlaşılan 5-Brom urasil timine benzediğinden adeninle eş yapabilmenin yanı sıra, tam olarak timinin yerini tuttuğunda ise mutasyona sebep olabiliyor. Belli ki bu tip bileşikler ancak normal durumunda iken enol form haline geçebiliyor. Mutasyon Hücrenin hayatını nasıl etkiler? Evrimciler ne akla hizmet ediyorlarsa mutasyonun hayat verdiğine inanmaktalar. Oysa kazın ayağı hiçte öyle değil. Düşünsenize bir örümceğin (Tarantula’nın) gayet kendini iyi koruyabilecek yeteneğe, hatta bazen arıları bile zehriyle öldürebilecek donanıma sahip olduğu halde kendisine yaklaşan eşek arısının kendisini uyuşturup yararlanmasına izin verebiliyor. Ya eşek arısına ne dersiniz, baksanıza o da avını nokta atışı diyebileceğimiz isabetle sinir merkezlerinin yerini belirleyip kendisinden iki kat daha üstün zehre sahip örümcek üzerinde operasyon yapabiliyor. Anlaşılan ortada hem Tarantula, hem de eşek arısı açısından doğal seleksiyona katkıda bulunacak bir durum gözükmemektedir. O halde bu durumda güçlü örümcek karşısında eşek arısının soyunun tükendiğini söyleyebilir miyiz? Elbette hayır. Çünkü her iki halde de canlı kompleks yapı kendine özgü bir tarzda muhafaza edilerek evrime meydan okumakta. Zaten her şeye evrim mantığından bakarsak bir kere doğal seleksiyonun başarılı olması için mutlaka faydasız (zararlı) mutant genlere karşı baskın olması icap eder. Bu da yetmez faydalı mutant genler az sayıda üreyip, ekonomik kullanılmaları icap etmektedir. Kaldı ki bir bireyin faydalı mutasyona maruz kaldığını varsaysak bile, o fert önce genetik yapısında oluşan öldürücü genleri yok etmesi gerekir. Daha sonra o birey çiftleşen alt grubun popülâsyonun da üstün konuma geçmesini sağlayacak bir üreme kabiliyeti sergilemesi lazım ki, mutant özellikler popülâsyona transfer edilebilsin. Maalesef uygulamaya baktığımızda faydalı zannedilen mutasyonun kendisine faydası yok ki başkasına faydalı olabilsin. Canlıların bir kısmı değişik şartlara ayak uydurma yeteneklerini yitirdiklerinde ya nesli kesilmekte ya da sınırlı değişiklikle hayatını devam ettirmekte. Keza mutasyona uğramış DNA zinciri eski zincirden 1 nükleotidlik bakımdan farklı olsa bile bu küçük değişiklik ancak hücre üzerinde etkili olabiliyor. Dahası böyle değişmeye maruz kalan bir hücre diğer hücrelerle yarışma yeteneğini ya artırır ya da azaltmaktadır. Şayet mutasyon yararlı bir mutasyonsa diğer organizmalardan daha büyük yaşama şansına sahip olacağından, bu durum oğul döllere aktarılırken bir baz ileri veya bir baz geri olacak şekilde geçmektedir. Şu bir gerçek popülasyon içerisinde varlığını hissettirecek, hatta tüm popülasyonu daha da mükemmel hale getirecek bir mutasyon hadisesinin gerçekleşmesi mümkün gözükmemektedir. Üstelik faydalı değişmelerin faydasızlara üstün hale geçmesi için bir plan ve bir program gerektirir ki evrimcilerin zaten plan ve programla hiçbir zaman işi olmamıştır. Zira onların işbirlikçisi kafalarında putlaştırdıkları tesadüf mitidir. Oysa en basitinden bir canlının kendisinden bir üst canlıya evrimleşmesi için trilyon rakamların üstünde birbiri ardına gerçekleşen mutasyon aşamalarına ihtiyaç vardır. Ne var ki en ilkel canlıdan daha yüksek canlılara gidildikçe işler daha da karmaşık hale gelip, bu karmaşık ritmi artmasıyla birlikte yeni bir türün ortaya çıkma ihtimalini diskalifiye etmektedir. Zaten düşünen bir insan için karmaşıklık keşmekeş değil, tam aksine mükemmeliyet demek, dogmatik kafa için ise tam bir kargaşa ve tesadüfî olay demektir İçerisinde enzim, nükleik asit, şeker vs. karışımın bulunduğu steril ortamda hazırlanmış bir organik bileşikler ekstraktı düşünelim. Sonra bu karışımı katalizleyecek dışardan elektrik kıvılcımıyla oluşabilecek bir enerji kaynağını varsayın, işte önünüzde duran bu malzemeye hangi metodu uygularsanız uygulayın asla yeni bir canlı ortaya çıkmayacaktır. Nitekim bu tür denemelerin geçmişten günümüze kadar uzun yıllar denendiği artık bir sır değil. Gelinen nokta itibariyle protein moleküllerinin en ilkelinde bile yaklaşık 1500 parçanın varlığı tespit edilmiştir. Dolayısıyla organik çözelti içeren bir kazana bu proteini karıştırdığımızda bu ortamda 1500 parçayı hem toplayıp sentezleyecek,

http://www.biyologlar.com/triplet-yapidaki-nukleotidlerin-siralanisi

Moleküler klonlama

Moleküler klonlama, Gen çoğaltımı veya Gen klonlaması, rekombinant DNA moleküllerinin uygun bir konak hücreye sokularak orada çoğaltılması işlemine verilen addır. Rekombinant DNA teknolojisi genelde, bir organizmadan elde edilen ve içinde istenilen geni taşıyan DNA parçalarının, taşıyıcı özellikte bir DNA molekülüne bağlanarak rekombinant DNA (cDNA) oluşturulması, rekombinant DNA moleküllerinin uygun bir konak hücreye sokularak orada çoğaltılmasını kapsayan bir süreci izlemektedir. Bu sürecin tanımlanmış bir DNA dizisinin yalıtımı (izolasyonu) ve daha sonrasında bunun birçok kopyasını in vivo koşullarda üretme aşamalarını kapsayan kısmı ise gen klonlamasıdır. Klonlama, çoğunlukla gen içeren DNA parçalarının kuvvetlendirilmesi için kullanılsa da, DNA'nın promotorlar, kodlanmamış diziler, kimyasal sentezlenmiş oligonükleotidler gibi kısımlarını ve nadiren kırılmış DNA'yı kuvvetlendirmek için de kullanılabilir. Bu süreçte konak hücreler çoğaldıkça rekombinant DNA molekülleri döllere geçerler ve yavru hücrelerde de kopya sayılarını arttırırlar. Çok sayıda hücre bölünmesini takiben oluşan bir klonda hücrelerin her birinde istenilen geni taşıyan cDNA moleküllerinin bir ya da daha fazla sayıda kopyası bulunur. Buna göre, gen klonlaması (ya da DNA klonlaması) tek bir genden kökenlenen ve hepsi birbirinin ayn olan bir DNA populasyonu elde etmektedir. Bu teknolojiyle ayrıca çoğu kez klonlanmış bir genin kendisi için yeni konakta ifade edimin (ekspresyonun) sağlanmasıyla ürünün eldesi de amaçlanmaktadır. Moleküler klonlama, biyoloji deneylerinin ve yüksek oranda protein üretimi gibi teknolojik uygulamaların çoğunda yarar sağlamaktadır.

http://www.biyologlar.com/molekuler-klonlama

GELECEĞİN MİMARI "BİYOTEKNOLOJİ"

GENETİK MÜHENDİSLİĞİ İstenilen özellikte organizma yaratmak amacıyla istenilen genleri kromozomlara ekleme yöntemlerini kapsayan uğraşların tümü, genetik mühendisliği çatısı altında toplanmaktadır. Gregor Mendel'in özellikle bezelye bitkileri üzerinde yaptığı çaprazlama çalışmalarının amacı temel genetik kurallarını keşfetmekti. Elde edilecek bulgularla doğanın imkan verdici en üstün kalitedeki ürünü çok sayıda elde fikrine de hizmet ediyordu. Fakat yapılan çalışmalar ayni tür içindeki bitkiler ile kısıtlı kalmaktaydı. Yıllar boyunca organizmalar da istenilen niteliklerin elde edilmesi çalışmaları tür içinde kısıtlı kalmış ve büyük ölçüde rastlantıya dayanmıştır Bu kısıtlamanın bilincine varan araştırmacılar çalışmalarını tür engelini kırma yolunda çabalara yöneltmiştir. Genetik mühendisliği diye bir terimin kullanılmadığı ve bugünkü anlamda çalışmaların henüz yapılmadığı yıllarda özellikle bitki ıslahçıları çeşitli teknikler geliştirerek doğal olarak eşleşmeyen türlere ait organizmalar arasında gen aktarımları (yapay tozlaştırma) gerçekleştirmişlerdir. Elde ettikleri rekombinant bireyleri eşeyli üreme(çiftleşme) yöntemi ile üretmeyi başarmışlardır. Bu şekilde doğal olarak meydana gelemeyen gen kombinasyonları elde etmeye yönelik uğraşlar, bir anlamda genetik mühendisliğinin başlangıcı olarak kabul edilebilir. 1960'li yıllarda somatik (2n kromozoma sahip vücut hücreleri=diploid) hücrelerin birbirleriyle kaynaşabildiği (Füzyon yöntemi) ortaya konulmuş ve genetiğin biliminin bir alt birimi olan somatik hücre genetiğine dayanarak, gen aktarım çalışmaları somatik hücre düzeyine indirilmiştir. Bu çalışmalar eşeyli üremenin dışındaki yollardan yararlanılan ilk çalışmalardı. 1970'li yılların başında ise, o yıllara kadar oluşan temel ve teknik bilgilerin birikiminin yardımıyla, amaçlanan genetik yapıya uygun gen kombinasyonu yaratılmasına yönelik çalışmalar moleküler düzeye inmiştir. DNA nin üç boyutlu moleküler yapısının keşfi, replikasyon, rekombinasyon yeteneklerinin aydınlatılması, genin işlevsel tanımının yapılması, gen anlatımının ve düzenlenmesi işlevlerini açıklığa kavuşturmuş, böylelikle rekombinant DNA teknolojisinin gelişimine de ön ayak olmuştur. Rekombinant DNA teknolojisi, gen klonlamasi, DNA klonlamasi, genetik manipülasyon ve en popüler olarak da genetik mühendisliği terimleri bir çok bilim adamı tarafında çoğunlukla es anlamlı olarak kullanılmaktadır. Genetik Mühendisliği; genetik analiz yapmak ya da istenilen özellikte organizma geliştirmek amacıyla, bir tür içinde veya farklı türlere ait organizmaların genleri üzerinde, planlı yürütülen çalışmalardır. Bu teknolojinin uygulama alanları, temelde, ekonomik bakımdan önemli organizmaların ve onların özelliklerinin geliştirilmesini kapsamaktadır. Genetik mühendisliğinin etkilediği uygulama alanlarının başında endüstri gelmektedir. Çeşitli endüstriyel ürünlerin (ilaç,besin vb.) istenilen nitelikte ve bol miktarda elde edilmesine yönelik çalışmalar endüstri sektörünün bu teknolojiye büyük yatırımlar yapmasına yol açmıştır. Tipta ,özellikle kalıtsal hastalıkların tanısının konmasına olanak sağlamakta ve bu hastalıkların tedavisi açısından da ileriye yönelik ümit vermektedir. Tarım ve hayvancılıkta da istenilen niteliklere sahip bitki ve hayvanların yetiştirilmesinde büyük ölçüde kullanılmaktadır. Bunlara ek olarak, çevre kirlenmesinin önlenmesi, madencilik vb. daha bir çok alanda genetik mühendisliğinden yararlanılmaktadır. Bir Amerikan firması, mısır yada daha başka tahılların köklerinde yasayan Pseudomonas fluorescens türü bakteriye, normalde toprakta yasamayan, ama böcek öldürücü bir zehir sentezleyebilen Bacillus thuringiensis adli bakterinin zehir kodlayan gen bölgesini eklemiştir. Genetik yapısı değiştirilerek tarlalara bırakılan Pseudomonas fluorescens, tahılların köklerine zarar veren mayıs böcekleriyle mücadelede çiftçilerin en büyük yardımcısı olmuştur. Tarımcılıkta etkin başarıların elde edilmesinde büyük katkısı olan genetik mühendisliği, ayni basariyi hayvancılık sektöründe henüz sağlayamamıştır. Bunun nedeni genetik araştırmacıları, henüz naklettikleri genin kromozomda nereye girdiğini kontrol edememeleri dolayısıyla da yanlış proteinlerin sentez edilmesidir. Yanlış proteinler, üretilen hayvanların fizyolojilerinde ve morfolojilerinde istenmeyen olumsuz sonuçların görülmesine sebep olur. Rekombinant DNA teknolojisinde izlenen olaylar dizisi genelde,bir organizmadan elde edilen ve içinde istenilen geni taşıyan DNA parçalarının, taşıyıcı özellikte bir DNA molekülüne bağlanarak rekombinant DNA oluşturulması, rekombinant DNA moleküllerinin uygun bir konak hücreye sokularak orada çoğaltılmasıdır. Çoğaltılan genler (DNA parçalar) ile kitaplıklar oluşturulmaktadır. Bu olaylar dizisine genel olarak gen klonlamasi adi verilir ve neticede çeşitli genlere ait bir kitaplık oluşturulur. Genetik Mühendisliğinde yürütülen çalışmaların aşamaları sırasıyla şöyledir: Gen izolasyonu: İstenilen geni taşıyan DNA parçalarının elde edilmesidir. Bu amaç için çeşitli yollar kullanılır. Bunlardan biri izole edilip saflaştırılmış DNA moleküllerini çift zincirli yapılarını bozmadan parçalamaktır. Bunun için özel enzimler kullanılmaktadır. Bu enzimler DNA molekülünde özel nükleotid dizilerini tanır ve orada kesmeler yapar. Rekombinant DNA moleküllerinin oluşturulması: İzole edilen geni taşıyan DNA parçalarının çoğaltılmasını sağlamak üzere onlara taşıyıcılık görevi yapacak uygun DNA moleküllerine bağlanmasıyla elde edilen moleküllere rekombinant DNA adi verilmektedir. Buna göre, genetik mühendisliğinde rekombinant DNA kavramı doğal olarak birlikte bulunmayan (farklı kökenli) DNA molekülleri arasında ,laboratuar koşullarında yaratılmış, yeni bir düzenlemeyi (birliği) ifade eder. Geni taşıyacak DNA molekülleri virüs DNAları, plazmidler ve cosmidlerdir. Uygun bir hücreye sokulması: Rekombinant DNA moleküllerinin konak hücreye sokulmasında vesiküller veya küçük ve suda erimeyen lipit(yağ) yapısında cisimler olan lipozomlar kullanılır. Lipozomlar hücrelerle(özellikle hayvan hücresi) kolaylıkla kaynaşır ve DNA hücre içinde serbest duruma geçer. Son yıllarda mikroenjeksiyon tekniği başarıyla kullanılmaktadır. Genin konak hücre içine çok ince iğne ile enjekte edilmesidir. Bakteriyofajlarin (Virüs) konak hücrelere de kendini esleyebilmesi esasına dayanarak genin, virüs içine yerleştirilip rekombinant DNA molekülünün oluşturulması ve istediğimiz geni taşıyan fajın, konak hücreye girmesi ile sağlanır. Bu yönteme Transfeksiyon adi verilmektedir. Çoğaltılan genlerin seleksiyonu: Konak hücrede istenilen genin bir çok kopyası oluşturulmasından sonra bu genlerin izole edilmesi gerekmektedir. Bunun için daha önceden radyoaktif olarak işaretlenmiş genler(marker) kullanılmaktadır. Bu işaret geni U.V. ışığının altında kendini belli edeceğinden kolaylıkla yeri saptanabilmektedir. Saptanan gen özel enzimler yardımı ile yabancı genden arıtılır ve saf olarak elde edilir. Bir diğer yöntem ise genin anlatım yapması ile konak hücrede fenotipik (gözlemlenebilen özellikler Ör:hücrede mavi renk plakları oluşturması) değişikliler oluşturması ile klonlanan hücreler ile klonlanmayanlar birbirlerinden ayrılabilir. Bütün bu işlemlerden sonra gen bankaları (genom kitaplığı) oluşturulur. Kitaplık bir organizmanın tüm genotipini DNA dizilerinin tümünü yada bir kısmını içeren DNA klonlari topluluğudur. 1997 Şubat ayında kuzu Dolly'i ortaya çıkaran klonlama teknolojisi ve ertesi yıl insana ait embriyonik kök hücresi kültürü oluşturulması genetik mühendisliğinde iki büyük atilimi gerçekleştirmiştir. Özellikle embriyonik kök hücreleri blastosistlerden, kişiye özel organ ve dokuların üretilmesi ile organ bağışında sürekli olarak sorun yaratan doku uyuşmazlığı sorununun ortadan kalkması, bu beklentiye temel oluşturuyor. Tedavi amaçlı klonlama fikrinden tam uyum içindeki yeni dokuların yaratılması düşüncesine geçiş ile yeni umutlar doğmuştur. Bu yöndeki çalışmaların neticeye ermesi ile bireyin kendi hücrelerinden üretilmiş organların nakli ile hasarlı organların değişimi mümkün olacaktır. Farklı histolojik karakterleri sergileyen hücrelerimizin aslında ortak bir DNA programına sahip olması, klonlama tekniklerine gerek kalmaksızın, nükleotid dizilerde yapılacak değişikliklerle arzu edilen tipte hücrelerin elde edilebilmesi mümkün olacaktır. *Bu yazı micmuss2.sitemynet.com/ sitesinden alınmıştır. KLONLAMA* Klon, birbirinin tıpatıp benzeri canlılara denir. Klonlama, mevcut bir canlının çeşitli yöntemlerle bir benzerinin kopyalanması işidir. İlk kez 1997 yılında Dolly adında bir koyun başarılı bir şekilde kopyalanmıştır. Basit bir anlatımla klonlama çekirdeği çıkartılmış yumurta hücresine, kopyalanacak canlının genetik materyalinin aktarılması esasına dayanır. ABD'nde bilim adamları, etik komiteleri ve politikacılar reproduktif klonlamanin, yani insan kopyalanmasının yasaklanması konusunda görüş birliğinde iken terapotik klonlama ise farklı değerlendirilmekte: Bilim adamları somatik hücre çekirdek transferi (somatic cell nuclear transfer: SCNT) yolu ile terapotik klonlamanin tıp alanında önemli tedavi yöntemlerini beraberinde getireceğine inanırken, etik komiteleri ise terapotik klonlamanin da sonuçta kaçınılmaz olarak reproduktif klonlama ya yol açacağına inandıkları için yasaklanması gerektiği görüsündeler. Bilim adamları, hastalıklı doku ya da organın yerine konulabilecek ve kişinin bağışıklık sistemi tarafından kabul edilecek doku ve organların klonlamasi ile Parkinson ve Alzheimer gibi norodejeneratif hastalıklar dahil pek çok hastalığın tedavisinde etkili olacak teropatik klonlamanin yasaklanmasının tıp alanında önemli gelişmelere engel olacağını düşünürken, yasa-yapıcılar ve etik komiteleri, yeni ilaç ve tedavi yöntemlerinin geliştirilmesinde insan kök hücrelerini içermeyen klonlama yöntemleri üzerinde çalışmaların yoğunlaştırılması gerektiği görüsündeler Tün bu görüş ayrılıkları, 1998 yılında Dr. John Gearhart (John Hopkin's University) ve Dr. James Thompson (University of Wisconsin)'in, birbirlerinden bağımsız olarak, insan pluripotent (her türlü özelleşmiş hücreye dönüşebilen) kök hücrelerini izole ettiklerini açıklamalarıyla daha da yoğunlaştı. Dr. Thompson in-vitro olarak büyütülmüş embriyodan alınmış hücreleri, Dr. Gearhart ise kürtajla alınmış fetustan elde edilen primordial hücreleri kullanmıştı ki insan kök hücre çalışmaları ile ilgili itilaflara yol açan da bu hücrelerin elde ediliş sekli idi. Otoritelerce kabul edilen su ki "insan embriyosu, döllenme anından itibaren kişi haklarına sahiptir ve embriyoya zarar veren veya onu yok eden her aktivite insan hayatini sonlandırmış kabul edilir." Kök hücre elde edilmesi sadece embriyodan elde edilen hücrelerle sinirli olmayıp insan kök hücreleri için alternatif kaynaklar ile ilgili çalışmalar yoğun bir şekilde devam etmekte. Yetişkin insan kök hücreleri, insan yağ hücreleri ve plasenta potansiyel kaynaklar olmakla beraber embriyonik kök hücreleri, plastisitesi diğer hücrelere göre daha fazla olduğu için tercih edilmekte. Temel olarak kök hücreleri aşağıdaki kaynaklardan biri yolu ile elde edilebilir: * Seçimli kürtajı takiben elde edilen insan fetus dokularından, * In-vitro fertilizasyon (IVF) ile elde edilmiş ve kısırlık için tedavi edilen çiftler tarafından daha fazla ihtiyaç duyulmayan embriyolardan, * Araştırma amacı ile bağışlanmış gametlerle in-vitro fertilizasyon (IVF) yolu ile elde edilen embriyolardan, * Aseksüel olarak somatik hücre transferi ya da yetişkin insan hücresi çekirdeğinin, çekirdeksiz bir insan ya da hayvan yumurtasına yerleştirildiği benzer bir klonlama tekniği ile elde edilen embriyolardan. *Bu yazı micmuss2.sitemynet.com sitesinden alınmıştır.

http://www.biyologlar.com/gelecegin-mimari-biyoteknoloji

Mast hücresi

Mast hücresi veya mastosit,(mikroskobik görüntü) bazik boyalarla boyanan, histamin ve heparin açısından zengin granüllere sahip bir hücredir. Bağışıklık sisteminde önemli bir rolü vardır, özellikle alerji ve anafilaksideki yeriyle tanınır. Mast hücreleri kemik iliğinde köken alır ve dolaşıma öncü hücreler olarak girerler. Daha sonra değişik dokulara yerleşip, farklı olgun mastosit tiplerine farklılaşırlar (değişirler). Vücuttaki dokularda, özellikle kan damarları ve sinirlere yakınında bulunurlar. Dışarısıyla direkt temasın olduğu solunum ve sindirim sistemi ve deri gibi yüzeylerin altında büyük sayılarda bulunurlar. Mast hücreleri çeşitli kimyasal, fiziksel veya biyolojik uyarılarla aktive olurlar. Aktive olduklarında sentezlemiş oldukları mediatörleri salgılarlar. Mast hücreleri genellikle alerjik reaksiyonlarda oynadıkları rol ile tanınmakla beraber; kazanılmış bağışıklık (immünite), doku tamiri, pıhtılaşma, fibrinoliz ve anjiogenez gibi durumlarda da rol almaktadır. Ayrıca mast hücreleri paraziter enfeksiyonlarda da önemli bir rol alırlar. Özellikleri Mast hücreleri genellikle yuvarlak veya oval şekilde, 10-30 μm çapındadırlar. Sahip oldukları salgı granülleri 0.3-2.0 μm çapındadır. Mast hücreleri yine bağışıklık sisteminde yer alan ve kanda bulunan bazofil granülositlerine benzerler. Benzerlikleri dolayısıyla mast hücrelerinin yerleşmiş bazofil hücreleri olduğu varsayımı ortaya atılmıştır. Fakat daha sonraki bulgular mast hücrelerinin kemik iliğinden köken aldığını göstermiştir. Bazofil hücreleri kemik iliğinden olgunlaşmış olarak ayrılırken mast hücreleri olgunlaşmamış (immatür) olarak ayrılırlar. Dokuların yanına yerleşince olgunlaşır, farklı olgun mast hücrelerine farklılaşırlar. İki tip mast hücresi tanımlanmıştır; bağ dokularında bulunan mast hücreleri ve mukozal mast hücreleri. Mukozal mast hücrelerinin aktiviteleri T hücrelerine bağımlıdır. Bağ dokularında bulunan mast hücreleri çok sayıda bazofilik granüller içerir. Mast hücreleri fagositoz yapar, antijen işler, sitokin üretir, vazoaktif madde salgılarlar. Fagositoz yaparak bakterileri öldürebildiği bilinse de bu etkisi fagositlerden daha azdır. Fizyoloji Mast hücreleri membranlarında Immünoglobulin E (IgE) reseptörlerinin yanı sıra, Immünoglobulin G (IgG) ve kompleman reseptörleri bulunur. Mast hücrelerinin membranında bulunan FcεRI isimli yüksek afiniteli IgE reseptör bulunur. Yüksek afinitesi yüzünden IgE molekülleri bir kez bağlandıktan sonra ayrılamazlar, bunun sonucunda da mast hücreleri IgE ile kaplanır. IgE antikorları B hücreleri tarafından üretilir. Alerjik reaksiyonlarda, mast hücreleri bir allerjen, zaten hücreye bağlanmış olan, bir IgE'ye bağlanana kadar inaktif kalırlar. Allerjenler genellikle protein veya polisakkarittirler. Allerjen mast hücresinin yüzeyindeki IgE'ye moleküllerinin Fab kısmına bağlanır. Bulgulara göre iki veya daha fazla IgE molekülüne antijenlerin bağlanması (yani çapraz bağların oluşması) sonucu mast hücresi aktive olur (etkinleştirilir). Aktive olduktan sonra mast hücreleri hızlıca granüllerini ve çeşitli hormonal mediatörleri interstitiuma salarlar. Farklı formlardaki (IgE dışındaki, kompleman sistemi gibi) aktivasyon süreçleri de mümkündür, tanımlanmıştır. Histaminin yapısı Aktivasyon sonucu hücrelerarası (interselüler) ortama salınan moleküllerden bazıları: Granüllerde önceden sentezlenip depolananlar: histamin proteoglikanlar, başlıca heparin serin proteazları Uyarılardan sonra sentezlenip derhal serbest bırakılan: prostaglandin D2 lökotrien C4 sitokinler Ayrıca, tümör nekrozis faktör alfa (TNF-α) mast hücrelerinde hem önceden sentezlenip depolanmakta, hem de aktive olan hücrelerde sentezlenmektedir.

http://www.biyologlar.com/mast-hucresi

DNA Replikasyonunda Rol Alan Enzimler

DNA molekülünün replikasyonunda, DNA zincirinin uzatılmasını DNA polimerazlar katalizlemekle birlikte, replikasyonda rol alan başka enzimler de bulunmaktadır. Bu enzimler ve özellikleri ise: i. DNA Primaz: Replikasyon sırasında, DNA polimerazın DNA zinciri sentezini başlatabilmesi için kullandığı RNA primerleri, DNA primaz adı verilen özel RNA polimerazlar tarafından sentezlenir (bkz. kısım 4.3). Bu enzim çoğunlukla DNA’ya bağlanır, fakat kalıp olmaksızın da primer sentezini başlatabilir. İn vitro substrat olarak, NTP veya dNTP’ları kullanabilir ve DNA kalıbının tamamlayıcısı olan 10-15 nükleotid uzunluğundaki primerleri sentezler. ii. DNA ligaz: DNA ligaz veya kısaca ligaz adı ile bilinen bu enzimler, bütün hücrelerde bulunmaktadır ve replikasyonda kritik bir role sahiptirler. DNA ligazlar, nükleik asitlerin onarım ve rekombinasyonlarında önemli bir rol oynarlar. Bilinen bütün DNA ligazlar, DNA’da bulunan bir kırıktaki komşu deoksiribonükleotidlerin 5' P ve 3' OH grupları arasında fosfodiester bağının oluşumunu katalizlerler. Bütün ligazların gereksinimi, ligasyon için yan yana gelen iki DNA molekülünün uçlarında en az bir fosfat kalıntısına gereksinim duymasıdır. Bu enzimler, serbest durumdaki tek zincirli iki DNA parçacığını birbirine bağlayamazlar, bu DNA zincirlerinin çift sarmal yapıdaki bir DNA molekülünün parçaları olması gerekir (ligazlar hakkında daha detaylı bilgi için bkz. kısım 13.1.2). iii. DNA Helikaz: Replikasyon çatalına yakın yerden DNA molekülüne bağlanarak repilasyonu yapılacak olan DNA zincirlerini birbirinden ayırır. iv. Deoksiribonükleazlar (DNaz’lar): DNA zincirlerinde nükleotidler arsındaki fosfodiester bağlarını kırarak DNA’nın hidrolizine yol açarlar. Endonükleaz ve eksonüklez aktivitesi gösteren DNaz’lar ise daha detaylı olarak sırasıyla kısım 13.1.1. ve 13.1.7’de daha detaylı olarak ele alınmıştır. v. DNA giraz (topoizomeraz II): Lineer DNA moleküllerinde ikili sarmalın çözülmesi, molekülün kendi ekseni etrafında dönmesiyle teşvik edilir ve kolaylaşır. Fakat kapalı, dairesel DNA moleküllerinin çözülmesi esnasında moleküldeki negatif dönümler azalırken, pozitif süper dönümlerin de sayıları artmaya başlar. Pozitif süper dönümlerin artması ise replikasyon çatalının ilerlemesine engel teşkil eder. Bu sorunun giderilmesi, yani pozitif süper dönümlerin yok edilmesi ise DNA giraz tarafından sağlanır (bkz. kısım 2.3.1.2.1.). DNA giraz, DNA omurgasındaki fosfodiester bağlarını önce kesip sonra kapatarak pozitif süper dönümleri yok eder ve reaksiyon sırasında ATP’ye gereksinim göstermez. DNA giraz bu aktivitesine ek olarak, ATP’nin hidrolizi yardımı ile kapalı halka şeklindeki DNA’da negatif süper dönümler de meydana getirebilir. Bu dönümler ise ana molekülün replikasyon çatalındaki çözülmesini teşvik eder. DNA replikasyonu esnasında görev alan enzim ve proteinlerin adları ve fonksiyonları ise Tablo 4.2’de özetlenmiş olarak verilmektedir. Enzim-protein Aktivite Hücredeki fonksiyon Restriksiyon endonukleaz DNA ligaz DNA polimeraz I DNA polimeraz III DNA giraz (topoizomeraz II) DNA helikaz DNaz DNA metilaz Primaz (RNA polimeraz) Topoizomeraz I DnaA DnaB (rep protein) DnaC SSBP DNA’yı spesifik baz sekanslarından keser. DNA moleküllerini ekler. Büyümekte olan DNA nükleotidlerine bağlanır, primer RNA’yı uzaklaştırır. Büyümekte olan DNA nükleotidlerine bağlanır, her eklenen nukleotidin doğruluğunu kontrol eder. DNA katlanmasını artırır, süper katlanmayı sağlar. Replikasyon çatalına yakın yerden DNA’ya bağlanır. DNA’yı nükleotidlerine parçalar. DNA bazlarını metiller, böylece endonukleaz aktivitesini inhibe eder. DNA kalıbını kullanarak kısa RNA zincirlerini sentezler. Katlanmış olan DNA’yı açar. DNA’da tekrarlanan dizilere bağlanarak açık kompleks oluşturur. Helikaz aktivitesi gösterir DnaB ile kompleks oluşturur Tek zincirli yapıyı sabitleştirir. Yabancı DNA’yı parçalar. Replikasyonu tamamlar. DNA tamiri esnasında DNA’daki boşlukları doldurur, primerleri uzaklaştırır. DNA’yı replike eder. DNA’nın kompakt yapısını korur. DNA zincirlerini ayırır. DNA’yı parçalar. Hücresel DNA’yı metilleyerek hücrenin kendi nukleazlarından korur. DNA polimerazların gereksinimi olan RNA primerlerini oluşturur. DNA katlanmasının doğru olarak korunmasına yardım eder. Replikasyonun başlamasında görev alır. Replikasyon çatalının oluşumunu sağlar. Replikasyonun başlamasında görev alır. DNA zincirinin açılan bölgelerinin stabilizasyonunu sağlar 4.3. Prokaryotik DNA Replikasyonunun Temel İlkeleri DNA molekülünün replikasyonu ile ilgili problemlerin en basit ifadesi: DNA ikili sarmalının her bir zincirinde yan yana yer alan baz sekanslarının doğru olarak duplikasyonu sonucunda yeni DNA moleküllerinin oluşumu sağlanmalıdır. Hücre, çok kompleks görünen bu problemi çözmek için mükemmel bir sistem olan komplementer baz eşleşmesi sistemini geliştirmişitr. Daha önceki kısımlarda da ele alındığı gibi, adenin bazı spesifik olarak timin ile, sitozin ise guanin ile komplementer oluşturmaktadır (bkz. kısım 1.4.1.1). Şayet, DNA ikili sarmalı açılırsa, her bir diziye komplementer olan yeni dizi sentezlenecektir. Kısım 1.7.1.1’de incelendiği gibi replikasyon, senikonservatif replikasyon mekanizması ile gerçekleştirilmektedir. 1956’lı yıllardan günümüze kadar yapılan replikasyon çalışmalarının moleküler seviyede nasıl gerçekleştiği ve olaya katılan moleküller hakkındaki bilgilerin hemen hemen tamamı prokaryotlardaki araştırmaların sonuçlarına dayanmaktadır. Bu nedenle, günümüzde konuya ilişkin bilgilerin çoğu prokaryotik DNA replikasyonuna aittir. Bundan dolayı, çift sarmallı DNA molekülünün replikasyonunun anlaşılabilmesi için en kolay yol ise gerçek bir örneğin seçilmesi olacaktır. E. coli ile yapılan replikasyon çalışmaları, replikasyonun temel ilkelerinin aşağıdaki gibi olduğunu ortaya koymuştur: i. DNA replikasyonu, kromozom üzerinde belirli ve spesifik nükleotid dizilerinin bulunduğu orijin noktalarından başlar ve yine belirli bitiş-tamamlama noktalarında tamamlanır. Bakteri ve virüs kromozomlarında, genellikle bir orijin (başlama) bir tane de bitiş noktası bulunmaktadır. E. coli’nin dairesel olan kromozomunun replikasyon orijininde ise yaklaşık olarak 300 baz çifti bulunmaktadır ve bu orijin noktası, replikasyonu başlatan proteinler tarafından spesifik olarak tanınmaktadır. Son yıllardaki araştırma sonuçlarına göre, E. coli’de oriE olarak adlandırılan başlangıç bölgesinde, replikasyonun başlatılabilmesi için en az 6 proteinden oluşan bir kompleksin görev aldığı anlaşılmıştır. Tek bir ökaryotik kromozomda ise, çok sayıda orijin noktası vardır ve bunlar birbirlerine 30-40 kbp uzaklıktadırlar. Ökaryotik kromozomlarda çok sayıda orijin noktalarının bulunmasının tek nedeni ise sadece ökaryotik DNA moleküllerinin prokaryotlarınkine oranla çok daha uzun olması değildir. Bunun nedenlerinden birisi, belki de ökaryotik DNA polimerazlarının prokaryotlardaki DNA polimerazlar kadar hızlı sentez yapamamalarıdır. Orijin bölgelerindeki çözülmeler ise temelde, bu bölgeya bağlanan protein kompleksi içerisinde yer alan DNA helikaz enzimleri tarafından sağlanır. Bu proteinler, DNA molekülünün çözülmesi için gerekli olan enerjiyi ATP’nin hidrolizinden sağlarlar. Çözülmenin oluşumunda ilk aşama, DnaA proteininin orijin noktasındaki yaklaşık 300 bp’lik bir bölgede yer alan AT’ce zengin ve tekrarlanma gösteren iki ayrı diziye bağlanmasıdır. Bu bağlanma sonucunda DNA, bu noktalarda açık bir kompleks oluşturur. Daha sonra ise DnaB ve DnaC proteinleri, bu açık kompleks ile etkileşime girerek DnaB’nin helikaz aktivitesi ile DNA molekülünün tam olarak çözülmesi sağlanır. DnaB, büyük bir olasılıkla potansiyel replikasyon çatalının tek zincirli yapısını tanıyarak DnaA’nın yerini almakta ve DNA molekülünün esas çözülmesini gerçekleştirmektedir. ii. Replikasyonun bir yönü vardır. Replikasyon, kromozom üzerinde belirli bir yerden (orijin) başlar ve her iki yönde birbirine zıt olarak ilerler (Şekil 4.5 ve 4.6). Dairesel DNA moleküllerinde iki yölü devam eden replikasyon ise teta yapısı olarak adlandırılan karakteristik yapının oluşmasına yol açar (Şekil 4.5). İç kısımda bir ilmeği kapsayan bu yapı, bakterilerdeki DNA molekülünün replikasyon sırasında dairesel yapısını koruduğunu göstermektedir. Aynı zamanda, yeni DNA zincirleri sentezinin ana moleküldeki bölgesel çözülmelerle sıkı ilişki gösterdiğini de kanıtlamaktadır. Replikasyonun bizzat devam ettiği bölgelerde, atasal DNA zincirleri birbirlerinden ayrılıp, yeni zincirlerin sentezi için kalıplık ederler. Replikasyon çatalı (Şekil 4.7) adını alan bu bölgelerin sayısı ve başlama noktasına olan uzaklıkları, replike edilen DNA’nın uzunluğuna göre değişir. Replikasyon çatalında DNA ikili sarmalı helikaz adı verilen özel bir enzim ile açılarak DNA molekülünün kısa, tek zincirli bölgeler oluşturması sağlanır. Helikaz, ATP’ye bağlı bir enzim olup, ATP moleküllerini hidroliz ederek replikasyon çatalının ilerlemesini sağlamaktadır. Kapalı halka şeklindeki DNA moleküllerinin çözülmesi esnasında, negatif dönümlerin azalarak pozitif süper dönümlerin sayısının giderek artmasıyla ortaya çıkan ve çatalın ilerlemesini engelleyen topolojik sorun ise DNA giraz (topoizomeraz II) tarafından giderilir. DNA giraz ise çatalın ilerlemesi esnasında ortaya çıkan pozitif süper dönümleri giderir (bkz. kısım 4.2.3). Replikasyon çatalında açılmış olan tek zincirli DNA bölgeleri ise tek zincir bağlama proteinleri (SSBP = Single Strand Binding Protein) ile kaplanarak, molekül içi H bağlarının oluşması önlenmektedir. Bu proteinlerin, DNA zincirinin şeker-fosfat omurgasına bağlandığı ve tutunma noktalarındaki bazların çeşidiyle ilişkili olmadığı düşünülmektedir. Şekil 4.5: Dairesel DNA moleküllerinin orijin noktalarından başlayarak iki yönlü ilerleyen replikasyonu Yunan alfabesindeki teta () harfine benzer bir ara ürün oluşturduğu için bu ara ürün teta formu olarak adlandırılmaktadır (Madigan ve ark.’dan). Şekil 4.6: Orijin noktasından itibaren DNA replikasyonunun iki yönlü olarak ilerlemesi (Alberts ve ark.’dan modifiye edilerek çizilmiştir). Şekil 4.7: E. coli’de replikasyon çatalının şeması (Alberts ve ark.’dan). iii. DNA molekülünün sentezini, yani nukleotidlerin birbirine eklenmesini katalizleyen enzimler DNA polimerazlar olarak adlandırılırlar. Bütün DNA polimeraz enzimleri, yeni DNA molekülünün sentezini 5' 3' yönünde gerçekleştirmektedirler. E. coli’de üç tip DNA polimeraz enzimi bulunmakta olup bunlar, DNA polimeraz I, II ve III olarak adlandırılırlar (bkz. kısım 4.2.1). Replikasyon çatallarında kalıp DNA zincirlerine komplementer olarak sentezlenecek yeni DNA zincirinin sentezi, primer RNA’lar ile başlatılır. Bilinen hiçbir DNA polimeraz enzimi, kalıp DNA zincirlerinin karşısında yeni bir DNA zincirinin sentezini başlatamamaktadır. Çünkü, tüm DNA polimeraz enzimleri, bir kalıp DNA’dan başka serbest 3' OH grubu taşıyan bir primer (başlatıcı) moleküle de gereksinim duyarlar. Halbuki, RNA polimeraz enzimleri bir başlatıcı moleküle ve serbest 3' OH grubuna gerek duymadan RNA sentezini başlatabilmektedirler (bkz. kısım 5.1). Onun için, orijin noktalarında DNA zincirleri birbirlerinden ayrılır (Şekil 4.5 ve 4.6) ve ayrılan her bir DNA zincirinin karşısında, RNA polimeraz (primaz) enzimi küçük bir RNA ipliğinin (yaklaşık 10-15 nükleotid uzunluğunda) sentezini başlatır. Primer sentezini katalizleyen primaz, tek zincirli DNA’daki özel dizileri tanıyan bir RNA polimerazdır. Primazın fonksiyonunu etkin bir şekilde yapabilmesi için 6-7 kadar proteinle bir kompleks oluşturması gerekmektedir. Primer sentezi için gerekli reaksiyonlara katılan bu protein kompleksine primozom adı verilir. Primozom, DNA boyunca hareket ederek tek zincir bağlama proteinlerinin yerini alır ve bu şekilde primaz için uygun başlangıç noktası tanınır. Primaz, kalıp DNA’yı kullanarak yaklaşık 10-15 bazlık kısa bir RNA primeri sentezlemeye başlar. RNA primerinin sentezi sırasında, hangi ribonükleotidlerin hangi sırada yer alacakları, kalıp DNA’da Okazaki başlangıç noktalarında bulunan nükleotidler tarafından belirlenir. Ribonükleotidlerin sayısı 10-15 nükleotide ulaşınca, primer RNA’nın 5' 3' yönündeki sentezi de tamamlanmış olur (Şekil 4.6 ve 4.7). Daha sonra, bu primer RNA’nın 3' OH ucuna, DNA polimeraz III enziminin katalizörlüğünde deoksiribonükleotid monomerleri eklenmeye başlar ve bu sentez replikasyon çatalının sonundaki bitiş noktasına kadar devam eder. iv. DNA nükleotidleri, büyüyen yeni DNA zincirinin 3' OH ucuna DNA polimeraz III enziminin katalizörlüğünde tek tek eklenerek zincirin yapısına katılırlar. Böylece, DNA sentezi 5' 3' yönünde devam eder. DNA sarmalında iki zincirin birbirine zıt yönde parelel olması nedeni ile (3'5' veya 5'3') bu zincirleri kalıp olarak kullanan bir replikasyon kompleksi, yeni zincirlerin sentezini de birbirlerine zıt yönde yürütmek zorundadır. Teorik olarak, 3' 5' yönündeki kalıp DNA zincirinin üzerinden yeni DNA zincirinin sentezi, RNA primerleri yardımı ile başlatılıp 5'3' yönünde ve kesintisiz bir şekilde devam ettirilebilir. Fakat, DNA’nın 5' 3' yönlü öteki zinciri kalıp olarak kullanılırken, yeni sentezlenecek zincirin yönü 5'  3' yönünde, buna karşılık genel büyüme 3' 5' yönünde gerçekleştirilmek zorundadır. Acaba bu nasıl başarılmaktadır? Bu sorunun cevabı, bakteri ve faj kromozomları üzerine yaptığı otoradyografik çalışmalar sonucu, Okazaki ve arkadaşları (1968) tarafından verilmiştir. Okazaki’ye göre, yeni sentezlenen DNA, 1000-2000 (7-11S) baz uzunluğundaki kısa iplikçikler (Okazaki parçacıkları) halinde sentezlenmektedir ve bu DNA parçacıkları daha sonra birbirlerine eklenerek uzun zincirleri meydana getirmektedir. Okazaki parçacıkları, replikasyon çatalı bölgesinde çok kısa bir süre bulunurlar. Replikasyon devam ettikçe, DNA ligaz tarafından kovalent olarak birbirine bağlanan Okazaki parçacıkları yavru zincirlerden birisini oluştururlar. Diğer zincir ise kesintisiz olarak sentezlenir. Böylece, 5' 3' yönlü kalıp DNA zinciri üzerinden yine 5'3' yönlü yeni DNA sentezi sağlanmaktadır (Şekil 4.6 ve 4.7). Kesik kesik yapılan bu DNA sentezi işlemi için de, yine 3' OH uçlu primer RNA’lara gereksinme vardır. Gerçekten de Okazaki kendi adı ile anılan bu parçacıkların 5' uçlarında 10-15 nükleotid uzunluğunda RNA primerlerinin varlığını göstermiştir. Bu primer RNA’nın 3' OH ucuna, DNA polimeraz III enziminin katalizörlüğünde deoksiribonükleotid monomerleri eklenmeye başlar. DNA polimeraz III, daha önce sentezlenen Okazaki parçasının başlangıç kısmına yaklaşınca yerini DNA polimeraz I enzimine bırakır. DNA polimeraz I enzimi, bir taraftan önündeki primer RNA iplikçiğini monomerlerine parçalarken (3'  5' eksonukleaz aktivitesi göstererek) bir taraftan da boşalan yerlere deoksiribonükleotidlerin bağlanmasını kataliz eder. RNA primerinin yok edilmesi ile DNA parçaları arasında meydana gelen boşluklar yine DNA polimeraz I tarafından onun zincir uzatma ve nick translation* aktivitesi ile doldurur. Buna göre DNA polimeraz I, nükleotidleri DNA parçalarının 3' ucuna eklerken aynı anda da RNA primerini 5' 3' eksonukleaz aktivitesiyle parçalar. DNA polimeraz I, en son primer RNA nükleotidini de kırdıktan sonra yerini DNA ligaz enzimine bırakır. Böylece, parça parça sentezlenmiş olan yeni DNA parçalarının 3' ve 5' uçlarının birbirlerine fosfodiester bağları ile bağlanması, DNA ligaz enzimi tarafından katalizlenir. Bu ekleme, kalıplık eden DNA zincirindeki baz sırasının komplementeri olacak şekilde, aradaki boşluklara yeni deoksiribonükleotidlerin doldurulması ile yapılmaktadır. Buradan da anlaşılmaktadır ki, DNA yapısından çıkarılan RNA primerlerinin replikasyondaki görevi, DNA sentezini başlatmaktan ileri gitmemektedir. v. Tek ve dairesel bir kromozoma sahip olan bakterilerde replikasyon, aynı anda zıt yönde ve yaklaşık olarak aynı hızda devam eder. Zıt yönde ilerleyen replikasyon çatalları bir yerde karşılaşırlar. Örneğin, E. coli’de bu karşılaşma yeri trp geni (E. coli genom haritasının 25. dakikasında) yakınında olmaktadır. Bu nokta ise replikasyon başlangıç yerinin (oriE) hemen hemen tam karşısına gelmektedir. Buna göre, replikasyonun sona ermesi için özel tamamlanma işaretleri gerekli olmayabilir. Bununla beraber, yeni sentezlenmiş olan DNA moleküllerinin ayrılması kendiliğnden gerçekleşmez. Çünkü, bu moleküller birbirlerine yaklaşık olarak 20-30 kadar dönümle bağlı kalırlar. Bu iç içe geçmiş olan halkaların birbirinden ayrılması, topoizomeraz II benzeri enzimlerin (bkz. kısım) çift zincir kırıkları oluşturması ve sonra da çift sarmalları birbirinin içinden geçirip kırıkları kapatmalarıyla mümkün olmaktadır. Bunun dışında, replikasyonun başlama ve uzama reaksiyonları için gerekli proteinler oldukça iyi bilindiği halde, tamamlamayla ilişkili proteinler ve şayet varsa, terminus bölgedeki dizi spesifikliği hakkında henüz hiç bir bilgi bulunmamaktadır. Sürekli ve kesikli sentez özellikleri, zincirlerin ilerleme hızlarını bir ölçüde etkileyeceği için, 5'  3' yönünde ve kesintisiz olarak sentezlenen zincire önde giden zincir, Okazaki parçacıklarından oluşan 3' 5' yönündeki zincire ise arkadan gelen zincir denmektedir. Semikonservatif replikasyon mekanizması, replikasyon sırasında DNA zincirlerinin birbirlerinden ayrılıp, her birisinin sentezlenecek yeni zincirler için kalıplık ettiğini açıklamakta, fakat DNA sentezinin gerek fiziksel olarak ve gerekse moleküler düzeyde nasıl yürütüldüğü konusunda pek bir açıklık getirmemektedir. Son yıllarda yapılan çalışmalar, bu olayın yalnızca karmaşık olduğunu göstermekle kalmayıp, aynı zamanda mutasyon ve DNA onarımı gibi önemli hücresel olaylarla olan ilişkisini de ortaya koymaktadır (bkz. mutasyonlar ve DNA onarımı). Replikasyon çatalında açılan atasal DNA zincirlerinin kalıp olarak kullanılmasıyla, biri sürekli olarak (3'5' zincirine komplementer olanı) diğeri parça parça, (5'3' zincirine komplementer olanı) iki yeni DNA zinciri sentezlenir. Sentezlenen biri yeni ve biri eski DNA zincirinde A ile T ve G ile C karşı karşıya gelerek aralarında hidrojen bağları kurulur (bkz. kısım 1.4.1.1). Böylece, çift sarmallı bir atasal DNA molekülünden yine çift sarmallı iki DNA molekülü sentezlenmiş olur. Tüm bu olaylar Şekil 4.5; 4.6 ve 4.7’de görülmektedir. E. coli polimeraz II enziminin DNA replikasyonuna katılmadığı bilinmektedir. Buna rağmen, bu enzim Arkebakteriler ve Ökaryotlardaki temel kromozomal DNA polimeraz enzimine oldukça benzemektedir. Replikasyon çatallarında DNA sentezi gerçekleştirilirken DNA molekülünün heliks yapısı da değişmekte ve kıvrım açıcı ve topoizomeraz enzimleri aracılığı ile DNA molekülü modifiye edilmektedir (bkz. kısım 1.4.1.2). DNA, replikasyonla kendisinin kopyasını meydana getirebildiği gibi transkripsiyon ile de taşıdığı bilgiyi m-RNA’ya aktarabilir. m-RNA daki bilgi ise translasyon ile protein sentezine dönüştürülür. DNA’nın tüm bu işlevlerine ise sentral dogma denir (bkz. Şekil 1.2). 4.4. Lineer Genetik Elementlerin Replikasyonu DNA replikasyonunun aşamaları incelenirken, dairesel DNA molekülleri ele alınmış bulunmaktadır. Prokaryotik organizmalar arasında dairesel DNA molekülleri oldukça yaygın olup, plazmidlerin çoğu ve bazı viral genomlar da dairesel olarak bulunmaktadır. Kromozomal DNA’lar ister dairesel ister lineer olsun, neredeyse bütün replikasyon basamakları birbirinin aynıdır. Buna rağmen, lineer kromozomların replikasyonunda dairesel kromozomların replikasyonunda rastlanmayan bir problem bulunmaktadır. Bu problem ise, her DNA molekülünün iki ucunda yer alan 5' uçlarıdır. Problemin daha iyi anlaşılabilmesi için Şekil 4.9’a bakmak yararlı olacaktır. Şekil 4.9’daki diyagramın sol ucunun lineer bir DNA molekülünün gerçekten bir ucu olduğunu düşünelim. Bu uçta yer alan 5' ucu ile başlayan dizinin komplementer zincirinin sentezini başlatan primer RNA molekülü, çok kısa dahi olsa ve bu primeri uzaklaştıran spesifik enzimler bulunsa dahi bütün DNA polimeraz enzimlerinin aktivite gösterebilmesi için serbest 3' OH ucuna, yani bir primere gereksinim duyması nedeni ile hiçbir DNA polimeraz enzimi bu primer RNA molekülünü buradan uzaklaştırarak bunun yerine deoksiribonükleotidleri ekleyemeyecektir. Bu nedenle, bu primer RNA’nın yeni sentezlenen DNA zincirinden uzaklaştırılması için hiçbir şey yapılmayacak olursa, DNA molekülü her replikasyon sonunda bir miktar kısalacaktır. Oysa ki lineer olan genetik elementler bu problemi çok net bir şekilde çözmüşlerdir. Şekil 4.8: DNA sentezinin başlangıcı esnasında oluşan RNA-DNA kombinasyonu (Madigan ve ark.’dan). Gerçekte bu problemin çözümü çok farklı şekillerde gerçekleştirilmektedir. Lineer kromozoma sahip olan bazı virüsler, kromozom uçlarında yer alan yapışkan uçlar aracılığı ile kromozomlarını replikasyondan önce dairesel duruma getirebilmektedirler (bkz. Şekil 1.13). Bazı virüsler ise kromozomlarının uçlarında tekrarlamalı dizilere sahiptirler. Bu virüslerde, farklı DNA moleküllerinin uçlarında yer alan tekrarlamalı dizilerin birbirine eklenmesini sağlayan bir rekombinasyon prosesi gerçekleştirilmektedir. Böylece, uç uca eklenen ve çok uzun olan bu bileşik DNA molekülünden kopyalanan DNA’lar endonukleazlar tarafından kesilerek yeni genomik DNA’lar oluşturulmaktadır. Lineer DNA molekülüne sahip olan birkaç virüs ile çok sayıdaki plazmid ise replikasyon problemini RNA primerleri yerine protein primerler kullanarak çözmüşlerdir. Bütün DNA polimeraz enzimleri, nükleotidleri sadece serbest 3' OH ucuna ekleyebildikleri halde bazı DNA polimerazlar ilk nukleotidi lineer kromozomların uçlarında bağlı bulunan spesifik proteinlerin uçlarında yer alan –OH gruplarına ekleyebilmektedirler (Şekil 4.10). Lineer kromozomların uçlarına bağlanan proteinler ise virüsler veya plazmidler tarafından kodlanmaktadırlar ve bu proteinler, kromozomların uçlarına bağlanma fonksiyonuna sahiptirler. Lineer kromozomların uçlarında yer alan bu primer proteinler ise primer RNA’larda olduğu gibi uzaklaştırılmazlar. Bu nedenle, lineer kromozom taşıyan bu virüs ve plazmidlerin DNA molekülleri, 5' uçlarında kovalent olarak bağlanmış olan bu spesifik proteinleri sürekli olarak taşımaktadırlar. Bu olay Streptomyces lividans gibi bazı bakterilerde de kromozomal DNA’nın replikasyonu sırasında kullanılmaktadır. Lineer DNA replikasyonunda kullanılan bu metotların hiç birisi, ökaryotik kromozomların uçlarında yer alan baz dizilerini (telomerler) tamamlamak için kullanılmamaktadır. Ökaryotik kromozomların telomerleri ise tekrarlamalı DNA dizileri içermektedir. Bu diziler ise genellikle 6 bp’den meydana gelen kısa diziler olup, birbiri arkasına 20 ila birkaç yüz defa tekrarlar oluşturacak şekilde yer almaktadırlar (Şekil 4.11, a). Farklı ökaryotların telomerlerinde yer alan sekanslar ise birbirine oldukça benzemekte olup, DNA molekülünün zincirlerinde birisi her zaman birkaç guanin taşımaktadır. Guanin bakınından zengin olan bu sekanslar ise telomeraz enzimi aracılığı ile DNA molekülünün 3' OH ucuna eklenebilmektedirler (Şekil 4.11). Telomerazlar lineer DNA molekülünün 3' uçlarına ekleme yapan enzimler olup, ko-faktör olarak küçük bir RNA kalıbına sahip oldukları için DNA kalıbına gerek duymazlar. Bu enzimler, daha uzun uzantıların oluşturulması için tekrar tekrar çalışabilirler. Uzantılar yeterli uzunluğa eriştiğinde, diğer diziye ise normal replikasyonda olduğu gibi bir RNA primeri eklenebilir. Telomerlerde yer alan tekrarlamalı dizilerin uzunlukları için tam bir sınır bulunmamaktadır. DNA replikasyonu esnasında genetik bilginin eksilmesine neden olmayacak kadar uzunluktaki bir tekrarlamalı dizi genellikle yeterli olmaktadır. Şekil 4.9: Protein primerleri kullanılarak DNA replikasyonunun gerçekleştirilmesi. Yeni sentezlenecek olan DNA dizisi kalıp zincirin 5' ucuna kovalnet olarak bağlana proteini primer olarak kullanır (Madigan ve ark.’dan). Şekil 4.10: Telomeraz enziminin, ökaryotik kromozomların bir ucundaki aktivitesini gösteren model. (a) Bir DNA telomerinde 4 G bakımından zengin olan tekrarlamalı sekans ve kısa bir RNA kalıbı içeren telomeraz enzimi. (b) G bakımından zengin olan dizinin telomeraz enzimi tarafından uzatılması (Madigan ve ark.’dan). 4.5. Ökaryotlarda DNA Replikasyonu Ökaryotlarda DNA moleküllerinin replikasyonu, prokaryotik hücre DNA’sının replikasyonundan daha kompleks bir olay olmakla beraber, büyük ölçüde ona benzer şekilde cereyan eder. En azından ökaryotik organizmaların DNA’larının da semikonservatif replikasyon mekanizmasına göre replike olduğu yapılan deneysel çalışmalar ile gösterilmiştir. Ökaryotlarda DNA replikasyonu, hücrenin hayat döngüsünün S (sentez) fazında gerçekleşir ve bu evre, gelişmiş yapılı bir ökaryotik hücrede genellikle en az birkaç saat sürer. S fazının sonunda hücre tetraploid (4C*) durumundadır ve bu şekilde G2 fazına başlar. Daha sonra da mitoz bölünmeyle (M fazı) kromozomlar, dolayısı ile genetik materyal yavru hücrelere diploid sayıyı (2C) koruyacak şekilde paylaştırılır. Ayrıca, ökaryotik hücreler prokaryotlara oranla çok fazla miktarda DNA içerirler. Bu nedenle, ökaryotik hücrelerin DNA molekülleri, E. coli’deki gibi tek bir orijin (oriE) noktasından başlayarak replikasyonlarını gerçekleştirseler idi, S fazının oldukça uzun sürmesi gerekirdi. Oysa ki, ökaryotik hücreler bu sorunu her bir DNA molekülü üzerinde çok sayıda replikasyon başlangıç noktasına sahip olarak çözmüşlerdir. Bu nedenle, ökaryotik hücrelerin DNA molekülleri üzerinde prokaryotların DNA’larında olduğu gibi bir tane değil de çok sayıda replikasyon orijini bulunmaktadır. İlk kez 1968 yılında Huberman ve Riggs, ökaryotik DNA moleküllerinin arkası arkasına dizilmiş çok sayıda replikasyon çatallarına sahip olduğunu göstermişlerdir. Gerek elektron mikroskobu ve gerekse otoradyografik araştırmalar örneğin, Drosophila’nın yumurta hücrelerindeki DNA replikasyonunun prokaryotlarda olduğu gibi iki yönlü ve birbirine zıt olarak gerçekleştiğini göstermektedir. Bu nedenle, ökaryotik DNA moleküllerindeki her bir replikasyon çatalında gerçekleşen DNA sentezi, yarı kesikli biçimde yürütülmektedir. Bu kesikli sentez mekanizmasında oluşan Okazaki parçacıklarının uzunlukları ise prokaryotlardakilerine oranla daha kısa olup, 100-200 nükleotid uzunluğundadırlar. Replikasyonun tamamlanma noktalarında ise komşu replikasyon çatalları birleşir. Buna göre, tamamlanma noktaları (terminus) büyük bir olasılıkla sabit değildir. Ayrıca, ökaryotik DNA moleküllerindeki replikasyon orijinleri arasındaki mesafe, oldukça kısa olup replikasyon hızları da prokaryotlarınkinden tamamen farklıdır (Tablo 4.2 Temizkan 6.4). Prokaryotik DNA moleküllerinde bir tane replikasyon orijini bulunurken, ökaryotik kromozomların her birinde organizmanın genom yapısına bağlı olarak değişen ve yaklaşık olarak birkaç bin kadar olan replikasyon başlangıç noktaları bulunmaktadır. Ökaryotik DNA moleküllerinin replikasyon hızı ise prokaryotlardaki DNA moleküllerinin replikasyon hızına oranla çok daha yavaştır. Örneğin, bakterilerde 50 000 bp dak-1 olan replikasyon hızı memelilerde 1000-3000 bp dak-1’ya düşmektedir. Bitkilerdeki replikasyon hızı ise hem prokaryotlardaki hem de memelilerdeki replikasyon hızına oranla çok daha düşüktür. Ökaryotlardaki replikasyon hızının prokaryotlara oranla çok daha yavaş olmasına rağmen, ökaryotik DNA molekülleri üzerinde çok sayıda replikasyon orijinlerinin bulunması ve bu orijinlerin hepsinde de replikasyonun aynı anda devam etmesi nedeni ile ökaryotik DNA moleküllerinin replikasyonu da uygun bir sürede tamamlanabilmektedir. Ökaryotik DNA moleküllerinin replikasyonu ile ilgili olarak bu özelliklerinden de anlaşıldığına göre, kromozomlardaki DNA replikasyonunun süresi, replikasyon başlangıç noktalarının sayı ve replikasyon çatallarının kapladığı alan tarafından kontrol edilmektedir. Ayrıca, ökaryotik hücrelerdeki DNA moleküllerinin kromatin yapısında oluşu, çözülme ve replikasyonun başlaması için gereksinimleri daha da karmaşıklaştırmaktadır. Bu durumda, kromatindeki yoğun histon-DNA komplekslerinin ortadan kaldırılması, daha sonra ise replikasyon devam ederken oluşan yeni DNA moleküllerinin ise eş zamanlı olarak kromatin yapısını kazanmaları gerekmektedir (Şekil 4.8). Bütün bu sorunlara ilave olarak, ökaryotik DNA moleküllerinin lineer yapıda olması, replikasyonun tamamlanmasına ilişkin bazı sorunları da ortaya çıkarmaktadır. Oysa ki lineer yapıda olan prokaryotik DNA moleküllerinin replikasyonunda ortaya çıkabiliecek olan bu sorunlar çeşitli mekanizmalar ile çözülmüş bulunmaktadır (bkz. kısım 4.7). Ökaryotların lineer olan DNA moleküllerinin replikasyonunda ortaya çıkan sonlandırma problemi ise kromozom uçlarında (telomerlerde) replikasyonun tamamlanabilmesi için bazı özel mekanizmaların geliştirilmesinin zorunluluğunu ortaya çıkarmaktadır. Son zamanlarda elde edilen bulgulara göre, ökaryotik kromozomların uçları farklı bir mekanizma ile replike edilmektedir. Mayalar, omurgasızlar, omurgalılar ve bitkilerde kromozoların uçlarında biribirne benzeyen ve değişik özellikte bir yapının bulunduğu anlaşılmıştır. Bu bulguların ilki ise bir protozoon olan Tetrahymena ile yapılan çalışmalardan elde edilmiş olup, bu protozoonun kromozomlarının telomerlerinde DNA çift sarmalının 3' ve 5' uçlarını bir arada tutan saç tokası biçiminde bir ilmeğin ve çok sayıda (30-70 defa) arkası arkasına tekrarlanan kısa bir dizinin (5'-TTGGGG-3') varlığı tesbit edilmiştir. DNA zincirlerinden birinde, saç tokası ilmeğinin yakınındaki tekrarlanan dizi kümesi içinde, çok sayıda zincir kırılmaları da vardır (bkz. kısım 2.3.1.3). Telomerlerde, replikasyonun tamamlanmasına ve sonuçta bu yapısal özelliklerin meydana gelmesine ise bir terminal deoksinükleotidil transferaz olan (bkz. kısım 4.7) telomeraz enziminin yol açtığı anlaşılmıştır. Buna göre, ribonükleoprotein yapıdaki telomeraz, replikasyondan sonra 3' ucu kullanarak ve bu uca tekrarlanan 5'-TTGGGG-3' dizileri ekleyerek zinciri uzatır. Daha sonra, primaz ve DNA polimeraz bu kalıptan yararlanarak yeni 5'-CCCCAA-3' dizileri sentezler. Ligasyonun tamamlanmaması, C bakımından zengin olan zincirde kırıklara yola açar. Ayrıca, 5'-TTGGGG-3' dizili zincirin 3' ucundaki ilmek, G-C eşleşmesiyle oluşur. Tek hücreli ökaryotlarda açıklanan ve doğrulanan bu mekanizmanın büyük olasılıkla tüm ökaryotlar için geçerli olduğu düşünülmektedir.

http://www.biyologlar.com/dna-replikasyonunda-rol-alan-enzimler

Lipitler ( Yağlar) Hakkında Bilgi

Lipidlerin Tanımı Bloor’a göre lipidler, yüksek yağ asitlerini, bunların oluşturduğu doğal bileşikleri ve bunlarla kimyasal olarak bağlanan maddeleri kapsayan doğal bir madde grubudur. Suda çözünmezler. Ancak eter, benzen, kloroform gibi organik çözücülerde çözünürler.Yağ asitlerinin esteridirler veya esterleşebilirler. Canlı organizmalar tarafından kullanılabilirler. Lipidlerin Önemi Lipidler önemli depo yakıt maddeleridir. Isısal enerji değeri 9 kCal/g'dır. Karbonhidratlar için bu değer 4.5 kCal/g'dır. Deri altında ve bazı organların çevresinde bulunan yağlar ısı yalıtıcısıdır. Ayrıca çarpmalara karşı koruyucu destek görevleri de vardır. Sinir dokudaki lipid miktarı özellikle fazladır. Nonpolar lipidler elektriksel yalıtıcılar olarak miyelinli sinirler boyunca depolarizasyon dalgalarının hızla yayılmasına olanak sağlarlar. Hücre ve sitoplazmik organellerin membranlarının % 50'si lipidlerden oluşmaktadır. Bazı vitaminler ve hormonlar’ın biyosentezinde lipidler prekürsör olarak gereklidir. Bazı enzimleri aktive ederler. Ayrıca yağda eriyen vitaminlerin hedef doku ve organlara taşınması için lipidler gereklidir. Mitekondrionda elektron taşıma işlevine yardımcı olurlar. Bütün hücrelerde iletişim, tanıma (tür özgüllüğü) ve bağışıklık (doku immunitesi) olaylarında lipidlerin de önemli rolleri vardır. Yağ Asitleri Yağ asitleri genel olarak çift karbon sayılı, cis konfigürasyonda, dallanmamış ve düz dincirli (asiklik) monokarboksilik asitlerdir. Az olmakla birlikte doğada trans konfigürasyonda (elaidik asit), tek karbon sayılı (propiyonik asit, valerik asit gibi) ve dallanmış yağ asitleri (tüberkülostearik asit veya laktobasillik asit metil grubu ile dallanma gösteren doymuş yağ asitleridir) ile siklik yağ asitleri (hidnokarpik asit ve şolmugrik asit) yağ asitleri de bulunmaktadır. Yağ asitleri, hidrokarbon zincirdeki bağlara göre doymuş veya doymamış yağ asitleri olmak üzere iki grupta incelenebilir. Doymamış bağların sayısı bir veya daha fazla olabilir ve doymamış yağ asitleri doymuş hale getirilebilir. Doymamış yağ asitleri kolaylıkla okside olabilirler. Özellikle çift bağın sayısının artması oksidasyonu kolaylaştırmaktadır. Metaller, ısı, ışık vb. oksidasyonu hızlandırmaktadır. Yağ asitlerindeki karbon sayısı 2-34 arasında değişmektedir. Yağ asidi molekülünde karbon sayısı 6 dan az ise “kısa”, 6-10 arasında ise “orta” ve 12 ila daha fazla ise “uzun zincirli” yağ asidi olarak tekrar bir alt gruplandırma oluşturulabilir. Yağ asitleri doğal sıvı ve katı yağlar içerisinde esterler halinde bulunurlar. Ancak plazmada transport şekli olan serbest yağ asidi olarak esterleşmemiş halde bulunmaktadır. Hayvansal ve bitkisel yağlarda en çok bulunan başlıca doymuş ve doymamış yağ asitleri şunlardır. Doymuş Yağ Asitleri Asetik Asit C2H4O2 CH3 COOH Propiyonik Asit C3H6O2 CH3 CH2 COOH Bütirik Asit C4H8O2 CH3 (CH2)2 COOH Kaproik Asit C6H12O2 CH3 (CH2)4 COOH Kaprilik Asit C8H16O2 CH3 (CH2)6 COOH Kaprik Asit C10H20O2 CH3 (CH2)8 COOH Laurik Asit C12H24O2 CH3 (CH2)10 COOH Miristik Asit C14H28O2 CH3 (CH2)12 COOH Palmitik Asit C16H32O2 CH3 (CH2)14 COOH Stearik Asit C18H36O2 CH3 (CH2)16 COOH Araşidik Asit C20H40O2 CH3 (CH2)18 COOH Behenik Asit C22H44O2 CH3 (CH2)20 COOH Lignoserik Asit C24H48O2 CH3 (CH2)22 COOH Serotik Asit C26H52O2 CH3 (CH2)24 COOH Montanik Asit C28H56O2 CH3 (CH2)26 COOH Bunlardan en basit doymuş yağ asidi 2 karbona sahip asetik asittir. 2, 3 ve 4 karbonlu yağ asitleri olan asetik asit, propiyonik asit ve bütirik asit'e “uçucu yağ asitleri” denir ve bunların ruminant metabolizmasında önemleri büyüktür. Palmitik ve stearik asitler hayvansal lipidlerde en çok bulunan yağ asitleridir. Doymamış Yağ Asitleri Palmitoleik Asit C16H30O2 CH3(CH2)5 CH = CH(CH2)7 COOH Oleik Asit C18H34O2 CH3(CH2)7 CH = CH(CH2)7 COOH Linoleik Asit C18H32O2 CH3(CH2)4 CH = CHCH2CH = CH(CH2)7 COOH alfa -Linolenik Asit C18H30O2 CH3CH2CH = CHCH2CH = CHCH2CH = CH(CH2)7 COOH Araşidonik Asit C20H32O2 CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CHCH2CH=CH(CH2)3COOH Oleik asit doğada en yaygın bulunan yağ asididir. Bilinen tüm doğal yağların ve fosfolipidlerin hepsinde oleik asit saptanmıştır. Hayvansal lipdlerde en çok bulunan doymamış yağ asitleri palmitoleik, oleik, linoleik ve arahidonik asitlerdir Esansiyel Yağ Asitleri Hayvansal organizmada ancak bir tek çift bağlı yağ asitleri sentezlenebilmektedir. Birden fazla doymamış bağa sahip olan linoleik, alfa -linolenik ve arahidonik asitler hayvansal organizmada sentez edilemez ve mutlaka dışarıdan alınması gereklidir. İşte organizmada sentezlenemyen ve besinlerle/rasyonla birlikte alınması gerekli olan linoleik, linolenik ve araşidonik asitlere, esansiyel yağ asitleri denir. Bu yağ asitlerinin organizmaya yeterli miktarlarda alınamaması sonucunda büyüme durur, dermatitis oluşur. Böbreklerde harabiyet ve hematüri (kan işeme) görülür. Esansiyel yağ asitleri verilirse bu belirtiler kaybolur. Linoleik asit mısır yağı, yer fıstığı, pamuk yağı ve soya fasülyesi yağı gibi tohum yağlarında, linolenik asit ise bunların dışında keten tohumu yağında bulunmaktadır. Arahidonik asit ise aynı kaynaklarda, ancak yer fıstığı yağında daha fazla miktarda bulunmaktadır.   Genel manada hepimizin şahit olduğu olaylardan birisi, sobanın içerisinde yanan kömürü gözlemek olmuştur. Kömürün yanma olayı ise aklımızda bir çok soru ve sorunların cevaplanması gerektiği ifadesini beraberinde getirmiştir. İşte bu soru ve sorunlar yüzyıllar boyunca araştırmacıların aklını kurcalamış ve bunlara cevap aramışlardır. Yanma nedir? Neden gerçekleşir? Daha hızlı yanma var mıdır? Bu gibi sorular yüzlerce yıl boyunca bilginlerin ve bilgin olmayan insanların kafasını kurcalamıştır. Daha önceki yıllarda bilinen tek enerji modelinin ateş olduğu bulunmuş, ancak bu enerji şeklidir diye ifade edilmemiştir. Bu enerji insanların ısınmasında, yemek yapmasında, metalleri eritmesinde faydalı olmuş; ancak olayın matematiksel boyutu ve bilimsel nicelik ile nitelik bulguları yıllarca gizem olmayı sürdürmüştür. Termodinamik adı verilen temellerin yerli yerine oturmaya başlaması ile beraber yanmanın açıklamaları da matematiksel olarak boyut kazanmaya başlamıştır. Yanmanın genel ifadeler içerisinde oksijen ile yanıcı bir maddenin birleşme reaksiyonu olduğu ifadesi; olayın oluşturduğu soru işaretlerinin bir kısmını çözmek için yeterli olmuştur. Bu ifade sonucu sobada bulunan ve bir karbon izotopu olan kömür , oksijen ile birleşerek yanma adı verilen enerji oluşumunu gerçekleştirmektedir. Bu olay sonucunda ise borulardan çıkan karbon integrali maddeler ve sobanın dibinde kalan kül oluşmaktadır. Burada karbon integrali adını verdiğim şeyler arasında karbonmonoksit ve karbondioksit en önemlileridir. Netice itibari ile bir karbon izotopu olan kömürün oksijen ile birleşmesi sonucu, enerji ve artık maddeler oluşmaktadır. Bizim sobada kömür yakmamızın temeli ise, bir organizma olan bizim yaşamımızı sürdürmemiz ve vücutta bulunan proteinlerin ve buna bağlı olarak enzimlerin optimal düzeyde tutulmasını sağlamak içindir. Ancak bizim yaşamamız için sadece ısı yeterli değildir. Bizim yaşamamızı sağlamak için daha önemli olan faktör kendi enerjimizi sağlamak için organik bileşik kullanmamızdır. Kullanacağımız bu organik bileşikleri ise üç grupta sınıflandırabiliriz: Karbonhidratlar, proteinler ve yağlar. Bu üç organik molekülde temelinde aynı amaç için vardır, bu ise canlılığın devamını sağlamaktır. Bu organik bileşiklerin oluşumu ise yine organik varlıklarda gerçekleşmektedir. Böylece bu bileşiklerin temelde üreticiler adı verilen bitkilerden, tüketicilere ve oradan ayrıştırıcılara uzanan döngülerinden bahsetmemiz mümkün hale gelmektedir. İnsan vücudu bu bileşikleri enerji amacı için kullanırken önce karbonhidratları ve sonra yağları tercih etmektedir. Halbuki yağların enerji miktarı fazladır, ancak yanması zor ve uzun olduğu için, daha kolay yanan karbonhidratlar öncelikte birinci sırada yer almaktadır. Ancak yağ dediğimiz moleküller sadece enerji için değil; organizmanın deri altında ve organlar arasında bulunması ile onu soğuktan ve mekanik etkilerden koruması ile dikkate değer öneme haiz olduğu gerçeğini defalarca vurgulamaktadır. Burada enerji modellemesinde ilk önce karbonhidratların ve daha sonra yağların ve en sonunda da proteinlerin kullanılmasını soba örneği ile açıklamak isterim… Kömürün enerjisi fazladır, ancak siz odun yakmadan kömürü yakamazsınız; aynı şekilde yağların enerjisi çoktur, ancak karbonhidratlar bitmeden onları yakmanız mümkün değildir. Eğer vücut proteinleri enerji için yakıyorsa artık o vücut ölüyor demektir, buda çürümüş soba gibidir. Yağ molekülleri genel manada karbon, hidrojen ve oksijen atomlarından oluşmaktadır. Bazı yağ moleküllerinde ise bu maddeler yanında fosfor ve azotta bulunmaktadır. Yağların yapısındaki hidrojen miktarı diğer organik bileşiklerinden daha fazladır, bu nedenler enerji miktarı daha fazladır. Yağlar suda ya hiç çözünmez ya da çok az çözünürler. Aseton ve eter gibi organik çözücülerde çözünürler. Yağlar genel olarak dört grupta incelenir: Yağ asitleri, steroidler, fosfolipitler, steroidler ve nötral yağlar. Bunlardan yağ asitleri en basit lipidler olup uzun karbon zincirlerinden oluşmuştur. Karbonlar arasında bağlar tekli ise doymuş yağ asitleri, çiftli bağlar varsa doymamış yağ asitleri adı verilir. Doymamış yağ asitlerinin yüksek sıcaklık ve basınç altında hidrojene tabi tutulması sonucu margarinler elde edilir. Steroidler halkalı yapıya sahip olup, zarların yapısına katılır. Ayrıca steroidler vitamin ve hormon olarakta görev yaparlar. Fosfolipidler adı verilen yağlar ise fosfor içerip, zarların yapısına katılırlar. Nötral yağlar ise yağların depo şeklidir ve bir gliserol molekülüne üç yağ asidinin bağlanması sonucu oluşmaktadır.

http://www.biyologlar.com/lipitler-yaglar-hakkinda-bilgi

Mast hücresi

Mast hücresi veya mastosit,(mikroskobik görüntü) bazik boyalarla boyanan, histamin ve heparin açısından zengin granüllere sahip bir hücredir. Bağışıklık sisteminde önemli bir rolü vardır, özellikle alerji ve anafilaksideki yeriyle tanınır. Mast hücreleri kemik iliğinde köken alır ve dolaşıma öncü hücreler olarak girerler. Daha sonra değişik dokulara yerleşip, farklı olgun mastosit tiplerine farklılaşırlar (değişirler). Vücuttaki dokularda, özellikle kan damarları ve sinirlere yakınında bulunurlar. Dışarısıyla direkt temasın olduğu solunum ve sindirim sistemi ve deri gibi yüzeylerin altında büyük sayılarda bulunurlar. Mast hücreleri çeşitli kimyasal, fiziksel veya biyolojik uyarılarla aktive olurlar. Aktive olduklarında sentezlemiş oldukları mediatörleri salgılarlar. Mast hücreleri genellikle alerjik reaksiyonlarda oynadıkları rol ile tanınmakla beraber; kazanılmış bağışıklık (immünite), doku tamiri, pıhtılaşma, fibrinoliz ve anjiogenez gibi durumlarda da rol almaktadır. Ayrıca mast hücreleri paraziter enfeksiyonlarda da önemli bir rol alırlar. Mast hücreleri ilk kez 1878 yılında Paul Ehrlich tarafından tanımlanmıştır. Mast hücrelerinin sahip olduğu büyük granüller yüzünden Paul Ehrlich bu hücrelerin yakınında bulundukları doku hücrelerini besleyip, desteklediği kanısına varmıştı. Bu yanlış kanısından yola çıkarak bu hücrelere "mastzellen" yani "besleyen-hücreler" ismini vermiştir. Bugün mast hücrelerinin bağışıklık sisteminin bir parçasını oluşturduğu bilinmektedir. Aslında Paul Ehrlich'den önce, 1863 yılında von Recklinghausen tarafından yapılmış bir çalışmada kurbağa mezenterine ait boyanmamış kesitlerde damarlara yakın yerleşimli granüllü hücreler tanımlanmıştır. Mast hücreleri genellikle yuvarlak veya oval şekilde, 10-30 μm çapındadırlar. Sahip oldukları salgı granülleri 0.3-2.0 μm çapındadır. Mast hücreleri yine bağışıklık sisteminde yer alan ve kanda bulunan bazofil granülositlerine benzerler. Benzerlikleri dolayısıyla mast hücrelerinin yerleşmiş bazofil hücreleri olduğu varsayımı ortaya atılmıştır. Fakat daha sonraki bulgular mast hücrelerinin kemik iliğinden köken aldığını göstermiştir. Bazofil hücreleri kemik iliğinden olgunlaşmış olarak ayrılırken mast hücreleri olgunlaşmamış (immatür) olarak ayrılırlar. Dokuların yanına yerleşince olgunlaşır, farklı olgun mast hücrelerine farklılaşırlar. İki tip mast hücresi tanımlanmıştır; bağ dokularında bulunan mast hücreleri ve mukozal mast hücreleri. Mukozal mast hücrelerinin aktiviteleri T hücrelerine bağımlıdır. Bağ dokularında bulunan mast hücreleri çok sayıda bazofilik granüller içerir. Mast hücreleri fagositoz yapar, antijen işler, sitokin üretir, vazoaktif madde salgılarlar. Fagositoz yaparak bakterileri öldürebildiği bilinse de bu etkisi fagositlerden daha azdır. Mast hücreleri membranlarında Immünoglobulin E (IgE) reseptörlerinin yanı sıra, Immünoglobulin G (IgG) ve kompleman reseptörleri bulunur. Mast hücrelerinin membranında bulunan FcεRI isimli yüksek afiniteli IgE reseptör bulunur. Yüksek afinitesi yüzünden IgE molekülleri bir kez bağlandıktan sonra ayrılamazlar, bunun sonucunda da mast hücreleri IgE ile kaplanır. IgE antikorları B hücreleri tarafından üretilir. Alerjik reaksiyonlarda, mast hücreleri bir allerjen, zaten hücreye bağlanmış olan, bir IgE'ye bağlanana kadar inaktif kalırlar. Allerjenler genellikle protein veya polisakkarittirler. Allerjen mast hücresinin yüzeyindeki IgE'ye moleküllerinin Fab kısmına bağlanır. Bulgulara göre iki veya daha fazla IgE molekülüne antijenlerin bağlanması (yani çapraz bağların oluşması) sonucu mast hücresi aktive olur (etkinleştirilir). Aktive olduktan sonra mast hücreleri hızlıca granüllerini ve çeşitli hormonal mediatörleri interstitiuma salarlar. Farklı formlardaki (IgE dışındaki, kompleman sistemi gibi) aktivasyon süreçleri de mümkündür, tanımlanmıştır. Histaminin yapısı Aktivasyon sonucu hücrelerarası (interselüler) ortama salınan moleküllerden bazıları: Granüllerde önceden sentezlenip depolananlar: histamin proteoglikanlar, başlıca heparin serin proteazları Uyarılardan sonra sentezlenip derhal serbest bırakılan: prostaglandin D2 lökotrien C4 sitokinler Ayrıca, tümör nekrozis faktör alfa (TNF-α) mast hücrelerinde hem önceden sentezlenip depolanmakta, hem de aktive olan hücrelerde sentezlenmektedir. Alerjik hastalıklar [değiştir] Mast hücreleri birçok kütanöz ve mukozal alerjide, astım, egzama (ekzema), alerjik rinit ve alerjik konjunktivitte rol alırlar. Ayrıca kullanılan antihistamin ilaçları histaminin sinir uçlarındaki etkisini bloke ederek (engelleyerek) çalışır. Anafilaksi Aşırı duyarlılık yaratan bir antijenin vücuda girişi ile oluşan bir tür şiddetli antijen-antikor reaksiyonu olan anafilakside, vücudun her yanındaki mast hücreleri degranülasyona uğrar ve bunun sonucunda vazodilasyon (damar genişlemesi) gerçekleşir. Mast hücresi tümörleri Mast hücrelerinin hızla üremeleri ve birikmeleri durumuna mastositoz adı verilir.Kütanöz ve sistemik formlarda görülür. Kütanöz sadece deri ile ilgiliyken, sistemik formu birçok organı içerebilir. Kaynak İngilizce Vikipedi Mast hücresi makalesi İnönü Üniversitesi Tıp Fakültesi Dergisi, 11 (2) 109-120 (2004), "Mast Hücreleri", Semra Erpek Prussin C, Metcalfe DD. IgE, mast cells, basophils, and eosinophils. J Allergy Clin Immunol 2003;111(2 Suppl):S486-94. PMID 12592295. (İngilizce Vikipedi Mast hücresi makalesi kaynakçasından)

http://www.biyologlar.com/mast-hucresi-1

DNA Dizilimi Nasıl Yapılır?

DNA Dizilimi Nasıl Yapılır?

DNA’yı dizmek oldukça basit olaydır: Bir molekül vardır, ona bakarsınız ve bulduğunuzu yazarsınız. Bunun çok kolay olduğunu düşünüyorsunuz değil mi? Evet, zaten öyle. Sorun, bir DNA molekülüne bakıp, zincirindeki her bağlantının kimyasal kimliğini kontrol etmek değil, bu kimlikleri milyonlarca kez denetlerken aslında hiç hata yapmamaktır. Yani zor olan şey budur, fakat DNA’nın öyle bir doğası vardır ki, eğer doğru dizilimin sadece %95’ini elde ettiyseniz, hiçbir şey elde etmemiş de olabilirsiniz. Peki bilim insanları biyolojinin ayrıntılı şablonunu nasıl okuyor ve bunlarla modern tıp ve biyoteknolojinin büyük bir bölümünü nasıl inşa ediyorlar? DNA Molekülünü OkumaEksiği gediğiyle hemen hemen her şey, Frederick Sanger adlı bir adamla başladı. Sanger, bir DNA molekülünü okumanın ustaca bir yöntemini keşfetti. Bu yöntemde dDNA (veya di-deoksi-ribonükleik asit) adı verilen DNA temellerinin (bazlarının) özelleştirilmiş bir türü kullanılıyordu. ‘di’ kısmı, dDNA bazlarının RNA bazlarında bulunan -OH takımlarının her ikisinden de yoksun olduğunu belirtirken, normal deoksi-ribonükleik asit (DNA) hâlâ bunlardan bir tanesine sahiptir. Normal DNAbazlarında bu tek -OH takımı, bir DNA molekül zincirinde bir sonraki bağlantı için bağlanma noktası olarak görev yapar. dDNA buna sahip olmadığı için, DNA’nın niteliksel zincirlerini oluşturamaz, bu yüzden büyüyen bir DNA ipliğiyle birleştikleri zaman, tüm zincir büyüme işlemlerini sonlandırırlar. Sander, dDNA bazlarını sahip olduğu bu eğilimden faydalanıp herhangi bir zincir uzatma işlemini durdurarak, zincirin dizilimini görebileceğini anladı. Şimdi hızlı bir pratik yapalım: ATCG dizilimine sahip 4 bazlı bir DNA molekülümüz olduğunu düşünelim, fakat bu dizilimi bilmiyoruz ve bilmek istiyoruz. DNA’nın kendini kopyalamasını çok kolay bir şekilde sağlayabileceğimizi biliyoruz; serbet şekilde gezen DNA bazlarını çift sarmallara bağlayan enzimlerin varlığında, çift sarmal iki ayrı ipliğe “eriyene” kadar DNA’yı ısıtırsanız, daha önce bir tane bulunan yerde iki tane ayrı çift sarmal elde edersiniz. Fakat ya bu tek ipliklere bağlanmakta olan serbest gezen bazlar, sıradan DNA bazları ile “uçtaki” dDNA bazlarının bir karışımıysa?Bu durumda, ışınır şekilde etiketlenmiş uç (terminal) dDNA bazlarımızın büyüyen zincirlerde son olarak nereye eklendiğine bağlı olarak, bir ürün karışımı elde ederdik. ATCG molekülümüz için, kopyalanan ipliklerden bazıları tam uzunlukta ve etiketlenmemiş olacaktır; yani hiçbir dDNA bazı eklenmemiş olacaktır. Fakat aynı zamanda bazı tek bazlı ipliklerin dDNA C bazında (sadece bir tek A-C baz çifti) sona erdiğini de görebilirdik. Ayrıca daha işlevsel olarak, etiketlenmiş bir G ‘de sonlanan iki bazlı iplikler, etiketlenmiş bir T’de sonlanan üç bazlı iplikler ve etiketlenmiş bir A’da sonlanan dört bazlı ipliklerin bir karışımını da elde edebilirdik. Bu bize CGTA’nın ardışık bir okumasını verir, yani asıl tamamlayıcı sıralama ATGC olmuş olur.Bununla beraber, bu işlemi otomatik hale getirmek bile, çağdaş tıp ve genetiğin gerektirdiği nüfus ölçeğindeki toplu çözümlemeyi sağlamak için çok yavaş kaldı. İşte burada “tek parça halindeki paralel dizilim” devreye girdi, buna bazen amiyane tabirle “saçma (av tüfeği saçmaları) yöntemleri” de denir. Bu söylem; temel olarak, eğer uzun bir DNA dizilimini daha küçük parçalara ayırırsanız, aynı anda hepsini okuyabileceğiniz fikrine gönderme yapar. Bu bölünmüş veriyi alıp bulmaca benzeri bir algoritma kullanarak, başlangıçta nasıl birbirlerine uyduklarını çözmek zorunda olduğunuz için, elinizdeki tüm örneğin çok ama çok fazla kopyasını okumak zorundasınız.Solexa DeneyiBu “saçma yöntemlerinin” en ünlüsü muhtemelen Solexa idi, DNA’yı parçalayıp cam levhaya yapıştırmayı sağlamıştı. İşlem; tersine çevrilebilir uç (terminal) bazları kullanıyor. Bu bazlar, bilim insanları engeli kaldırmaya karar verip sıradaki bağlantının eklenmesine izin verene kadar zincir büyüme işlemini bir süreliğine geciktiriyor. Mutlak bir “ekle, oku, engeli kaldır” döngüsü; bilim insanlarının başka bir geçici uç bazının eklenmesine izin vermeden ve yeni bir görüntü almadan önce her birinin sonundaki bazı okuyarak milyonlarca parçanın bir görüntüsünü alabilmelerini sağlıyor.Tek parça halindeki paralel dizilim, genom bilimi araştırmacıları için durumu değiştirdi, fakat bu adım; muazzam sıralama hızını çok daha uygun ve pratik yaparak halk sağlığında devrim yaratacak bu tekniklerden bile sonra geldi. Bunu sağlamak için yarışan birkaç girişim bulunuyor, fakat bunların hepsi, DNA kopyalama işlemini hepten gidermeye yelteniyorlar. Başka bir deyişle, DNA’nın enzimlerle olan karmaşık, zahmetli ve çok fazla zaman harcamayı gerektiren etkileşimlerine ihtiyaç duymadan, bir DNA molekülünü “doğrudan” okumak istiyorlar.DNA Dizilim Teknolojisidna-dizilimi-teknolojisi-bilimfilicomBu yeni teknolojilerin en başarılısı, nanogözenek dizilimi. Bu yöntem aslında bir DNA ipliğini iletken bir malzemedeki bir gözenek içinden geçiriyor. Bazlar bu nanogözenek içinden geçtikçe, boyutlarının hafifçe farklı olması yüzünden gözeneği belli bir miktar esnetiyorlar ve gözeneğin üzerinde bulunan mekanik gerginlikteki bu değişim, elektrik iletkenliğinde bir değişime dönüştürülüyor. Bu diziciler, bir DNA ipliğinin bir gözenek üzerinden geçmesiyle meydana gelen iletkenlik değişimlerini okuyarak, eskiden kalma kopyalama tepkimelerini ortadan kaldırıyorlar.Zamanla daha fazla DNA teknolojisinin icat edilip, elverişli olmayan ortamlarda çalışanlara veya hergün bir Solexa deneyini uygulayabilecek parası olmayan dünya çapındaki milyonlarca aile hekimine yardımcı olmasıyla, bu durum önemli hale gelecek. Dizilim teknolojisini geliştirmek birçok yeni araştırma kapısı açabilecek, ancak iyi sermayeli laboratuvarlar için dizilim için bulunan sınırlar zaten son derece yüksek. Bu noktada, daha yeni ve daha iyi dizilim teknolojisinin sahip olduğu anlam, şu anda fiziksel bilimlerin muhtemelen en yeni dalını demokratikleştirme gücünde yatıyor. Dizilimde meydana gelecek devrimler, yeni bilimsel keşiflere imkan tanıyabilir, fakat daha çok, bir süredir elimizde bulunan fikirlerin gerçek dünyadaki uygulamalarına olanak sağlayacaklardır.Peki ya tıbbın sahip olduğu imkanlar hakkında okuduğunuz tüm şu makaleler ne olacak? Bunları gerçekleştirmek için, bu tür dizilim buluşlarının devam etmesi gerekecek. Fakat dünyadaki grafen ve süperiletkenlerden farklı olarak, dizilim teknolojisi neredeyse inkar edilemez bir şekilde amacına ulaşacak, üstelik yavaş da değil. Bu yüzden, sorulacak soru, “Daha fazla DNA’nın dizilimini nasıl yaparız?” olmaktan ziyade, “Bu dizilimleri mümkün olduğu kadar fazla insanın erişimine sunduğumuz zaman, onlarla ne yapabiliriz?” oluyor. ________________________________________Kaynak: Graham T. “How DNA sequencing works”, http://www.extremetech.com/extreme/214647-how-does-dna-sequencing-workOzan Zaloğlu BilimFili.com "DNA Dizilimi Nasıl Yapılır?"https://bilimfili.com/dna-dizilimi-nasil-yapilir/

http://www.biyologlar.com/dna-dizilimi-nasil-yapilir

Transisyon ve transversiyon

Tek baz değişiklikleri (nokta mutasyonlar) geçişler (transisyon) veya çapraz aktarmalar (transversiyon) şeklinde olabilir. Transisyon modelinde, belli bir pirimidin bir başka primidine veya belli bir pürin bir diğer pürine değişir. Çapraz aktarmalar ise; pürinin iki pirimidinden herhangi birine veya bir pirimidinin iki pürinden herhangi birine değişmesidir. Mutasyona uğramış genin nükleotid dizgisinin bir RNA molekülüne transkripsiyonu yapılırsa; RNA molekülü karşılık lokusta buna karşılık gelen bir baz değişikliğine sahip olacaktır. mRNA moleküllerindeki tek baz değişiklikleri bir protein haline çevrildiğinde çeşitli etkilerden bir tanesini gösterir. 1) Değişmiş olan baz kodunun üçüncü nükleotidinde ise büyük olasılıkla aminoasit diziliminde bir farklılık yaratmayacaktır. Bir kodonun çevirisi, kararsızlık nedeniyle üçüncü konuştaki bir değişikliğe en az duyarlıdır. 2) Protein molekülündeki karşılık noktaya farklı bir amino asit girecek olursa yanlış anlamlı bir etki görülecektir. Bu hatalı veya yanlış anlamlı aminoasit, özgül proteindeki konumuna bağımlı olarak o protein molekülünün işlevi yönünden kabul edilebilir, kısmen kabul edilebilir veya kabul edilemez bir durum ortaya çıkar. Kalıtım kodunun dikkatle incelenmesi ile tek baz değişiklilerinin en büyük bölümünün bir amino asitin yerine görece benzer işlevsel gruplar içeren bir başka amino asitin geçmesi ile sonuçlanır. Bu olay bir protein molekülünün fiziksel niteliklerinde çok uç bir değişiklik olmasının önlenmesinde etkili bir mekanizmadır. Kabul edilebilir bir yanlış anlamlı etki görüldüğünde oluşan protein molekülü, normal olandan ayırdedilemeyebilir. Kısmen kabul edilebilir bir yanlış anlamlılık kısmi, fakat anormal işleve sahip bir protein molekülü ile sonuçlanır. Şayet kabul edilemez bir yanlış anlamlı etki söz konusu ise protein molekülü kendisinden beklenen görevi yerine getiremeyecektir. 3) Mutasyon sonucu anlamsız bir kodon meydana gelmişse amino asitin bir peptid zincirine yerleşmesinde erken sonlanma olacak ve amaçlanan protein molekülünün sadece bir parçası üretilecektir. Erken sonlanmış bir protein molekülü veya peptid parçasının kendisinden beklenen görevi yerine getirmeme olasılığı yüksektir.  

http://www.biyologlar.com/transisyon-ve-transversiyon

Oksidatif fosforilasyon nedir

Oksidatif fosforilasyon, canlılarda enerji kaynağı olarak kullanılan ATP sentezinde kullanılan yollardan biridir. Fosforilasyon olarak da adlandırılan ATP sentezi başlıca dört yoldan gerçekleştirilir. Oksidatif fosforilasyon (oksijenli solunumda) Substrat düzeyinde fosforilasyon (oksijensiz ve oksijenli solunumda) Fotofosforilasyon (fotosentezde) Kemofosforilasyon (kemosentezde) Oksidatif fosforilasyon, oksijenli solunumun son evresini teşkil eder. Glikoliz ve Krebs döngüsü sırasında oluşan bileşiklerdeki hidrojen atomlarının, ökaryot hücrelerde mitokondrinin, prokaryot hücrelerde hücre zarının üzerinde bulunan elektron taşıma sisteminden (ETS) geçirilmesi sırasında oksijenle birleşerek su oluşturması ve kalan bileşiklerin ATP yapımında kullanılması olayıdır. Bilindiği gibi hidrojen atomu elektron ve protondan oluşur. Elektron ETS sürecinde protondan ayrılır, aktarmalarla oksijen molekülüne taşınır. Fazladan bir elektron almış olan oksijenin, elektronsuz kalmış hidrojen protonuyla kenetlenmesiyle de su oluşur. Mitokondrinin krista denen kıvrımlarında gerçekleşen ETS'de şunlar görülür: 1.Glikolizden gelen 2NADH+H’dan 6ATP, 2.Pirüvatın Asetil CoA'ya dönüşümü sırasında oluşan 2NADH+H’dan 6ATP 3.Krebsten gelen 6NADH+H’dan 18ATP, 2FADH2’den de 4 ATP üretilir. Toplamda Glikolizden 2 ATP(net), Krebsten 2 ATP, ETSden 34 ATP üretilir. Not: 1 NADH+H’dan 3 ATP 1 FADH2’den 2 ATP oluşur. Oksijenli ortamda, ökaryot hücrelerin mitokondrilerinde prokaryot hücrelerin sitoplazmasında gerçekleşir. Oksijenli solunumda enerjinin en fazla üretildiği evredir.

http://www.biyologlar.com/oksidatif-fosforilasyon-nedir

Mast hücresi nedir ?

Mast hücresi veya mastosit,(mikroskobik görüntü) bazik boyalarla boyanan, histamin ve heparin açısından zengin granüllere sahip bir hücredir. Bağışıklık sisteminde önemli bir rolü vardır, özellikle alerji ve anafilaksideki yeriyle tanınır. Mast hücreleri kemik iliğinde köken alır ve dolaşıma öncü hücreler olarak girerler. Daha sonra değişik dokulara yerleşip, farklı olgun mastosit tiplerine farklılaşırlar (değişirler). Vücuttaki dokularda, özellikle kan damarları ve sinirlere yakınında bulunurlar. Dışarısıyla direkt temasın olduğu solunum ve sindirim sistemi ve deri gibi yüzeylerin altında büyük sayılarda bulunurlar. Mast hücreleri çeşitli kimyasal, fiziksel veya biyolojik uyarılarla aktive olurlar. Aktive olduklarında sentezlemiş oldukları mediatörleri salgılarlar. Mast hücreleri genellikle alerjik reaksiyonlarda oynadıkları rol ile tanınmakla beraber; kazanılmış bağışıklık (immünite), doku tamiri, pıhtılaşma, fibrinoliz ve anjiogenez gibi durumlarda da rol almaktadır. Ayrıca mast hücreleri paraziter enfeksiyonlarda da önemli bir rol alırlar. Mast hücreleri ilk kez 1878 yılında Paul Ehrlich tarafından tanımlanmıştır. Mast hücrelerinin sahip olduğu büyük granüller yüzünden Paul Ehrlich bu hücrelerin yakınında bulundukları doku hücrelerini besleyip, desteklediği kanısına varmıştı. Bu yanlış kanısından yola çıkarak bu hücrelere "mastzellen" yani "besleyen-hücreler" ismini vermiştir. Bugün mast hücrelerinin bağışıklık sisteminin bir parçasını oluşturduğu bilinmektedir. Aslında Paul Ehrlich'den önce, 1863 yılında von Recklinghausen tarafından yapılmış bir çalışmada kurbağa mezenterine ait boyanmamış kesitlerde damarlara yakın yerleşimli granüllü hücreler tanımlanmıştır. Mast hücreleri genellikle yuvarlak veya oval şekilde, 10-30 μm çapındadırlar. Sahip oldukları salgı granülleri 0.3-2.0 μm çapındadır. Mast hücreleri yine bağışıklık sisteminde yer alan ve kanda bulunan bazofil granülositlerine benzerler. Benzerlikleri dolayısıyla mast hücrelerinin yerleşmiş bazofil hücreleri olduğu varsayımı ortaya atılmıştır. Fakat daha sonraki bulgular mast hücrelerinin kemik iliğinden köken aldığını göstermiştir. Bazofil hücreleri kemik iliğinden olgunlaşmış olarak ayrılırken mast hücreleri olgunlaşmamış (immatür) olarak ayrılırlar. Dokuların yanına yerleşince olgunlaşır, farklı olgun mast hücrelerine farklılaşırlar. İki tip mast hücresi tanımlanmıştır; bağ dokularında bulunan mast hücreleri ve mukozal mast hücreleri. Mukozal mast hücrelerinin aktiviteleri T hücrelerine bağımlıdır. Bağ dokularında bulunan mast hücreleri çok sayıda bazofilik granüller içerir. Mast hücreleri fagositoz yapar, antijen işler, sitokin üretir, vazoaktif madde salgılarlar. Fagositoz yaparak bakterileri öldürebildiği bilinse de bu etkisi fagositlerden daha azdır. Mast hücreleri membranlarında Immünoglobulin E (IgE) reseptörlerinin yanı sıra, Immünoglobulin G (IgG) ve kompleman reseptörleri bulunur. Mast hücrelerinin membranında bulunan FcεRI isimli yüksek afiniteli IgE reseptör bulunur. Yüksek afinitesi yüzünden IgE molekülleri bir kez bağlandıktan sonra ayrılamazlar, bunun sonucunda da mast hücreleri IgE ile kaplanır. IgE antikorları B hücreleri tarafından üretilir. Alerjik reaksiyonlarda, mast hücreleri bir allerjen, zaten hücreye bağlanmış olan, bir IgE'ye bağlanana kadar inaktif kalırlar. Allerjenler genellikle protein veya polisakkarittirler. Allerjen mast hücresinin yüzeyindeki IgE'ye moleküllerinin Fab kısmına bağlanır. Bulgulara göre iki veya daha fazla IgE molekülüne antijenlerin bağlanması (yani çapraz bağların oluşması) sonucu mast hücresi aktive olur (etkinleştirilir). Aktive olduktan sonra mast hücreleri hızlıca granüllerini ve çeşitli hormonal mediatörleri interstitiuma salarlar. Farklı formlardaki (IgE dışındaki, kompleman sistemi gibi) aktivasyon süreçleri de mümkündür, tanımlanmıştır. Aktivasyon sonucu hücrelerarası (interselüler) ortama salınan moleküllerden bazıları: Granüllerde önceden sentezlenip depolananlar: histamin proteoglikanlar, başlıca heparin serin proteazları Uyarılardan sonra sentezlenip derhal serbest bırakılan: prostaglandin D2 lökotrien C4 sitokinler Ayrıca, tümör nekrozis faktör alfa (TNF-α) mast hücrelerinde hem önceden sentezlenip depolanmakta, hem de aktive olan hücrelerde sentezlenmektedir.

http://www.biyologlar.com/mast-hucresi-nedir-

Enzimlerin Yapısı ve İşleyişi

Enzimler, Proteinlerden yapilmislardir ve dogal olarak yalniz canlilar tarafindan sentezlenirler. Hücre içerisinde meydana gelen binlerce tepkimenin hizini ve özgüllügünü düzenlerler. Çok defa hücre disinda da etkinliklerini korurlar. Solunumun, büyümenin, kas kasilmasinin, sinirdeki iletimin, fotosentezin, azot baglanmasinin, deaminasiyonun, sindirim vs.'nin temelini olustururlar. Canli hücrelerde tepkimeler kural olarak 0-50°C; çogunlukla da 20-42°C arasinda meydana gelir. Bu sicaklikta tepkimelerin olusmasi biyokatalizör denen enzim ya da fermentlerle olur. Bu, aktivasyon enerjisinin düsürülmesi ile olur. Baslangiçta "E n z i m" terimi, sindirim kanalinda oldugu gibi bir çözelti ya da sivi içerisinde etki ettigi durumlarda (Kühn 1878); buna karsin "Ferment = Maya" terimi çogunluk hamur mayasinda oldugu gibi, hücreye bagli oldugu durumlarda kullanilmistir. Buchner (1897), fermentlerin de hücre disinda etki ettigini bulunca iki terim arasindaki farklilik ortadan kalkmis oldu. Her iki terim arasinda bugün herhangi bir fark olmamakla beraber, bakteri, mantar ve diger hücreli enzima tik islevler, mayalanma ve etki maddeleri de ferment olarak kullanilacaktir. Enzimlerin özellikleri: Yalitilan enzimlerin tümü protein yapisindadir ya da protein kismi bulundururlar. Etki ettigi maddenin sonuna "Ase = Az" eki getirilerek ya da katalizledigi tepkimenin çesidine göre adlandirilirlar. Örnegin, kitine etki eden kitinaz enzimi vs. Çok defa renksizdirler, bazen sari, yesil, mavi, kahverengi ya da kirmizi olabilirler. Suda ya da sulandirilmis tuz çözeltisinde çözülebilirler. Fakat mitokondrilerde bulunan enzimler lipoproteinler ile baglandigindan (bir fosfolipit-protein kompleksi) suda çözünmez. Enzimlerin etkinlikleri akillara durgunluk verecek derecededir; örnegin, sigir karacigerinden elde edilen ve bir molekül demir içeren katalaz enzimi, bir dakikada, O C°'de 5.000.000 hidrojen peroksit (H2Cy molekülünü H2O ve 1 /2 O2'ye parçalayabilir. Enzimin etki ettigi bilesige "Substrat" denir; bu durumda hidrojen peroksit katalazin substratidir. Enzimin saniyede etki ettigi substrat molekül sayisma Enzimin Etkinlik Degeri = Turnover Sayisi denir. Bu O C°'de katalaz enzimi için 5.000.000 dür. Bazi enzimler tepkimelerde yan ürün olarak vücutta H2O2 meydana getirdiginden ve bu da vücut için zehirli oldugundan, katalaz enzimi onlari sürekli parçalayarak hücreleri korur. Bir molekül katalaz enziminin parçaladigi H2O2'i demir atomu yalniz basina ancak 300 senede parçalayabilir. Ya da mol basina aktivasyon enerjisi için 18.000 kalori vermek gerekir. Kolloyidal platin bu aktivasyon enerjisini 11.700 Kal./Mol.'a, katalaz enzimi de 5500 Kal./Mol.'a düsürür. Bazi enzimler çok özgüldür; yalniz bir substrata etki eder. örnegin, üreaz yalniz üreye etki ederek onu amonyak ve CO2'de parçalar. Halbuki bazilari çesitli substratlara etki eder; dolayisiyla daha az özgüldürler, örnegin peroksidaz basta hidrojen peroksit olmak üzere birçok bilesige etki eder. Bazi enzimler yalniz bazi baglar için özgüldür, örnegin pankreastan salgilanan lipaz, yaglardaki ester baglarina etki eder. Kuramsal olarak enzimli tepkimeler dönüslüdür; enzim, tepkimenin yönünü degil dengenin oranim saptar. Tipik örnek, lipazin yagi parçalamasi; fakat ayni zamanda gliserin ile yag asitlerini birlestirmesidir. Ortamda sadece yag asidi ya da sadece gliserin ile yag asitlerinin birlesimi varsa denge ona göre, Yag > gliserin + 3 yag asidi seklinde olur. Denge noktasi, yani tepkimenin hangi yöne gidecegi termodinamik yasalanna göre belirlenir. Çünkü denge bir tarata dogru giderken enerji verir, tersine enerji alir. Enerjiye gereksinim gösteren tepkimelerin, enerji meydana getiren tepkimelerle ayni zamanda meydana gelmesi gerekir ya da enerji herhangi bir sekilde önceden depo edilmelidir. Canli bünyesinde enerji depo etme, fosfor esterleri seklinde olur. Yasamsal islevlerin yürütülmesinde ATP (adenozin trifosfat) en önemlilerindendir; bu bilesik batarya gibi görev yapar. Enzimler hücrede bir takim 'team' halinde çalisir; birinin son ürünü kendisinden sonraki enzimin substratini yapar, örnegin, amilaz enzimi nisastayi iki zincirli maltoza, maltaz enzimi ise maltozu tek zincirli glikoza çevirir. Bir seri enzim araciligiyla (11 kadar), daha sonra görecegimiz gibi, glikoz da laktik aside çevrilir vs. Enzimlerin Yapisi: Tüm enzim proteinleri genler tarafindan sifrelenir. Dolayisiyla amino asit dizilimi kendine özgüdür (bir gen-bir enzim kuralini hatirlayiniz). Bazi enzimler (pepsin ve üreaz gibi) yalniz proteinden olusmustur. Fakat diger çogunlugu iki farkli kisimdan meydana gelmistir. Bunlar: a) Protein Kismi (enzimin apoenzim kismi): Bu kisim enzimin hangi maddeye etki edecegini saptar. b) Koenzîm Kismi: Organik ya da inorganik, çok defa fosfattan meydana gelmis, protein kismina göre çok daha küçük moleküllü bir kismidir. Enzimde islev gören ve esas is yapan kisim bu kisimdir. Koenzim kismi genellikle protein kismindan ayrilabilir ve analizlerinde birçok vitamini bünyesinde bulundurdugu (thiamin, niacin, riboflavin vs.) görülmüstür. Buradan su genellestirmeyi yapabiliriz: Bütün vitaminler hücrede enzimlerin koenzim kismi olarak ödev görürler. Ne koenzim ne de apoenzim kismi yalniz basina etkindir. Bazi enzimler ortama yalniz belirli iyonlar eklendiginde etkindirler, örnegin bazi enzim zincirine ancak Mg++ iyonu eklenince glikozu laktik aside çevirebilir. Tükrükteki amilaz nisastayi yalniz Cl iyonlarinin bulundugu ortamda parçalayabilir. Canli bünyesinde bulunan eser elementler, Mn, Cu, Zn, Fe ve diger elementler bu enzimatik islevlerde aktivatör olarak kullanilir. Bazen enzimin is görebilmesi için bir metal iyonuna gereksinim vardir. Yani koenzim kismi metal iyonu ise (Ca++, K++ Mg+, Zn++) buna "Kofaktör" denir. Enzimin etkinlik göstermesi için gereksinme duydugu organik moleküllere "K o e n z i m" denir. Bazi durumlarda koenzim kismi apoenzim kismina kuvvetlice (kovalent) baglanmistir; bu siki baglanan kisma "Prostetik Grup"; prostetik grupla apoenzim kisminin her ikisine birden de "Holoenzim" denir. Koenzimlerden önemli olanlarin bazilarini hücre metabolizmasinda görecegiz. Enzimlerin bir kismi sitoplazmaya serbestçe dagilmis olarak, diger bir kismi da hücredeki bazi yapilara sikica baglanmis olarak bulunur. Laktik asit, amino asit ve yag asitlerinden türeyen maddeleri karbondioksit ve suya kadar parçalayan solunum enzimleri, mitokondri zarlarinin yapisma katilir. Keza ribozomlarin islevsel bütünlügüne katilan enzimler de bu tiptir. Dokulardaki enzimler degisik yöntemlerle saptanabilir. Enzimlerin Siniflandirilmasi: Her enzimin 4 rakamli bir numarasi vardir, örnegin, 3.6.1.3. "ATP fosfohidrolaz" da birinci numara sinifini, ikinci numara alt sinifini, üçüncü numara grubunu, dördüncü numara da kendine özgü sira numarasini) verir. Buna göre enzim siniflari sunlardir: 1. Oksidoredüktazlar: Redoks tepkimelerini katalizler. a) Dehidrogenazlar: elektron kazandirici tepkimeleri etkilerler. b) Oksidazlar: Elektron kaybeden tepkimeleri etkilerler. c) Redüktazlar: Substrati bir redüktör araciligiyla indirgeyen enzimlere denir. örnegin asetaldehit redüktaz, asetaldehiti alkole redükler. d) Transhidrogenazlar: Bir molekülden digerine hidrojen tasiyarak onu redüklerler. e)Hidroksilazlar: Substratlarina bir hidroksil ya da su molekülü katan enzimlere denir, örnegin, fenilalanin hidroksilaz bir hidroksil grubunu fenilalanine ekleyerek onu tirozine dönüstürür. Transferaz Enzimler: Hidrojenin disinda bir atomun veya atom grubunun (metil, karboksil, glikozil, amino, fosfat gruplari) bir molekülden digerine aktarilmasini saglarlar. Dekarboksilazlar: Karboksilik asitlerden CO2 çikmasini saglarlar. 3. Hidrolaz Enzimler: Bir molekül su sokmak suretiyle ya da su molekülü araciligiyla moleküllerin yikilmasini saglayan enzimlerdir. Ester, peptit, asitanhidrit ve glikozidik baglarina etki ederler. a) Esterazlar: Ester bagim yikan enzimlerdir (lipaz, ribonükleaz, fosfataz, pirofosfataz, glikozidaz). b) Proteazlar: Peptit bagim yikan ezimlerdir (proteinaz). 4. Liazlar: Su molekülü çikarmadan molekülleri yikan enzimlerdir, örnegin C-C bagi, aldolaz ve dekarboksilazla yikilir. Keza C-0 ve C-N bagim yikanlar da vardir. 5. izomerazlar: Molekül içinde degisiklik yaparak onun uzayda dizilisin! degistiren enzimlerdir. Örnegin razemaz, epimeraz. 6. Ligazlar (= Sentetazlar): Enerji kullanarak substrat moleküllerinin birbirine baglanmasini; örnegin amino asitlerin ve yag asitlerinin aktiflesmesini saglarlar. Enzimlerin Çalisma Mekanizmasi: Daha önce de degindigimiz gibi enzimin hangi substratla çalisilacagini saptayan kismi apoenzim kismidir. Demek ki apoenzim kismiyla substrat arasinda bir iliski vardir. Alman kimyacisi EMIL FISCHER tarafindan bunun kilit anahtar uyumu gibi olacagi savunulmustur. Koenzim kismi daha çok kimyasal baga yakin olarak islev gösterir, örnegin ester baglarini parçalar vs. öyle anlasiliyor ki enzimin apoenzim kismi bir ya da birkaç yerinden (aktif bölgelerden) substrat molekülüne yapisiyor ya da baglaniyor (yani bir enzim-substrat kompleksi olusturuyor) ve bu arada koenzim kismi substrat üzerindeki baglarla gerçek anlamda birlesmeye veya baglanmaya giderek onu parçaliyor. Elinde kazmasi olan bir yol isçisi, kazacagi yeri kendisi saptamasina karsin (apoenzim kismi), kazma islemini yapan kazmanin kendisidir (koenzim kismi). Enzimlerde kural aynidir. Enzimlerin kimyasal yapilari, özellikle üçüncül yapilari tam olarak bilinmediginden (ilk yapisi açiklanan enzim ribonukleaz, 124 amino asitten meydana gelmistir) çalisma mekanizmalari da hala tam anlamiyla açikliga kavusturulamamistir. Enzimlerin Çalismasina Etki Eden Faktörler : Sicaklik Sicaklik 10 °C yükseldiginde tepkime hizi iki misli artar; yani tepkime hizinin yükselmesi, sicaklikla dogru orantilidir. Fakat belirli bir noktadan itibaren düsmeye baslar ve tamamen durur. En iyi çalisabilecegi sicakliga Optimum Sicaklik denir. Yüksek sicakliklarda enzimler etkisizdirler (genellikle 55-60 °C'de). Bazi ilicalarda yosunlar 80 °C'de yasabilirler; fakat bunun üzerindeki sicakliklarda enzimleri tamamen koagüle olur ve bir daha etkili hale geçemez. Optimum noktanin biraz üzerinde enzimler etkisiz olmasina karsin, sicaklik düsünce tekrar etkili hale geçebilirler. Fakat bu sicakligin devami ya da sicakligin biraz daha yükselmesi enzimlerin etkinligini sonsuz olarak ortadan kaldirir. Enzimlerin etkisiz hale geçmeleri ile proteinlerin koagüle olmasi arasinda büyük bir iliskinin olmasi, onlarin, büyük bir kisminin proteinlerden yapildigim kanitlar. Dogal olarak enzimler, proteinlerin bir kismi gibi üçüncül yapiya sahiptir veya en azindan moleküllerinin bir kismi bu yapidadir. Fakat yüksek sicakliklarda bu helozonik ya da üçüncül yapi parçalandigindan ya da birbiri üzerine yigildigindan, protein koagüle olur ve enzim etkisiz hale geçer (sütün kaynatilmasinda, bakteri enzimlerinin etkisiz hale geçmesi ile eksime önlenir; bu yoldan teknikte büyük ölçüde yararlanilir; konserve vs. yapiminda). Düsük sicakliklar enzimin etkinligini azaltir. 0°C'de enzim ya hiç ya da pek az islev gösterir; fakat sogugun enzimin yapisim bozdugu görülmemistir. Sicaklik eski hale döndügünde etkinlik yine baslar (dondurmak suretiyle besin maddelerinin saklanmasi, yine enzimlerin etkisiz hale geçirilmesiyle saglanir), insan vücudunda, daha dogrusu sabit sicaklikli hayvanlardaki enzimler çogunluk 37°C'de optimum etkindirler. Daha yüksek sicakliklarda (çocuklarda 42, yetiskinlerde 41 °C) enzimler etkisizlesirler; çok defa da koagüle olurlar. pH: Enzimler pH degisimine karsi çok duyarlidirlar. Genellikle çok fazla asidik ve alkalik ortamda etkisizdirler. Bazi hallerde enzimler en yüksek etkinligi belirli bir pH derecesinde gösterirler. Bu pH derecesine "Optimum pH" denir. Örnegin, proteini parçalayan pepsin, midenin 2 pH'lik asidik ortaminda maksimum çalisir; buna zit olarak pankreastan salgilanan ve yine protein sindiriminde rol alan tripsin, ancak 8,5 pH'de optimum olarak çalisabilir. pH'la ilgili olmasinin nedeni, yapilarinda proteinleri tasimalarindandir. Ola ki, pH'a bagli olarak protein molekülü üzerinde çesitli elektrik yüklenmeleri ve buna bagli olarak dis yüz sekli (üçüncül yapi) meydana gelmekte ve substratla-enzim uyusmasini saglamaktadir. Belki de bu elektrik yüklenmesi enzim-substrat arasindaki çekiciligi artirmaktadir. Kuvvetli asitler ve bazlar enzimleri koagüle ederler. Enzim /Substrat Derisimi: Eger pH ve sicaklik sabit tutulursa, enzim/substrat derisimi arasindaki orana bagli olarak bir tepkime hizi görülür. Substratin ya da enzimin fazla olmasi bu hizi degisik sekillerde etkileyebilir. Bol substrat bulunan bir ortama eklenecek enzim, son ürünün miktarim artiracaktir. Diger Kimyasal Maddeler ve Suyun Etkisi: Birçok kimyasal madde enzimleri etkisiz hale getirir; örnegin, siyanit, solunumda önemli rol oynayan sitokrom oksidaz enzimin! etkileyerek inhibe eder (Sekil 2.15/c). Ölüm meydana gelebilir. Florit, glikozu laktik aside çeviren enzim kademele-rine etki eder. Hatta enzimin bizzat kendisi zehir etkisi yapabilir; örnegin, 1 mg. kristal tripsin, farenin damarina enjekte edilirse ölüm meydana gelir. Bazi yilan, ari ve akrep zehirleri de enzimatik etki göstererek kan hücrelerin! ya da diger dokulari tahrip ederler. Enzimlerin büyük bir kismi islevlerini su içerisinde gösterdiklerinden, suyun miktari da enzim islevinde etken bir kosuldur. Genellikle % 15'in altinda su içeren ortamlarda, enzimler islev göstermezler. Reçel ve pekmez yapiminda bu faktör önemlidir. Sulandirilan reçelin, balin ya da pekmezin vs.'nin mayalanmasi ve eksi-mesi bu yüzdendir. Hatta tahil alimlarinda su oraninin % 15'in altinda istenmesi de bu nedene dayanir. Prof. Dr. Ali Demirsoy

http://www.biyologlar.com/enzimlerin-yapisi-ve-isleyisi

Adenovirüsler

Çift zincirli DNA molekülüne sahip virüslere denir.Boyutları 70 - 80 nm olup hayvanlarda bazı tümörlere neden olur.

http://www.biyologlar.com/adenovirusler-1

Sakkarit (şeker) Metabolizması

Şeker molekülleri, karbonhidrat adı verilen uzun zincirli moleküllerin yapıtaşlarını meydana getirirler.Şeker molekülleri genelde 6 karbonlu bir yapıya sahip olup tıpkı amino asitler gibi D ve L konfigürasyonlarına sahiptir. Şeker molekülü tek başına bulunduğu hallerde " Monosakkarit ", ikili bulunduğu hallerde " Disakkarit ", 3 lü veya daha fazla gruplar halinde bulundukları zaman ise " Polisakkarit " adını alır.Öncelikle bir şeker molekülünün yapısını inceleyelim. Yandaki şekilde görüldüğü gibi " Glikoz ", yapısında toplam 6 adet karbon atomu (siyah noktalar) içerir.Sırasıyla tüm karbonlara H ve OH molekülleri, birbirlerine zıt yönde bağlanma göstermişlerdir. Molekülün 1. karbonu kırmızı noktanın hemen yanındaki karbondur.Hemen altındaki karbon ise 2. karbondur.Molekülün 6. karbonu ise CH2-OH molekülünün karbonudur.O ile gösterilen ilk sıradaki atom ise oksijendir. Molekülümüz bir monosakkaritdir.Disakkarit ve polisakkaritler bunun gibi yüzlerce yada binlerce glikoz (veya fruktoz, sukroz, laktoz vs. olabilir) molekülünün yan yana gelip bağ yapmasıyla meydana gelir. Şeker molekülleri arasındaki bağlar ise tıpkı amino asitlerde olduğu gibi kuyruk ve baş bölgelerinde meydana gelir. İki şeker molekülü bağ yaparken (örneğimizde glikoz molekülünü ele alıyoruz), kırmızı nokta ile gösterilen 1.karbonun üzerindeki H atomu ile 2.glikoz molekülünün 4.karbonunun (yani kırmızı noktanın tam karşısına gelen bölgedeki karbon atomunun) altındaki OH molekülü ile bağ yapar.Bu bağa ise " Glikozidik " bağı adı verilir.Glikoz molekülleri bu şekilde ardarda bağ yaparak karbohidrat zincirlerini meydana getirirler. Şeklimizde görülen glikoz molekülü Alfa - Glikoz adını alır.Molekülün Alfa veya Beta olması ise 1.karbondaki H ve OH ın konumlarına bağlıdır.Eğer H atomu karbounun alt tarafından bağ yapmış ise molekülümüz Beta konfigürasyonu, üst taraftan bağ yapmış ise Alfa konfigürasyonu adını alır. Şekerlerin 5 karbon atomundan oluşan formlarıda vardır.5 karbon atomu içeren şeker molekülüne ise " Pentoz " adı verilir.Bunların dışında değişik yapılara sahip şeker moleküllerine örnek olarak mannoz, sukroz, laktoz ve fruktoz örnek verilebilir.

http://www.biyologlar.com/sakkarit-seker-metabolizmasi

Şeker moleküllerinin yıkımı

Karbonhidratların büyük çoğunluğunun uzun şeker moleküllerinden meydana geldiğini belirtmiştik.Vücuda alınan besin maddelerinin ise % 70 e yakını karbonhidratlardan meydana gelir. Karbonhidratların sindirimi ağızda başlar.Tükürük sıvısında karbonidrat zincirlerini parçalayan enzimler bulunmaktadır.Kısmen parçalanan bu moleküllerin sindirimi ise ince bağırsakta sonlanır.Şeker molekülleri kana karıştıktan sonra kan basıncının yükselmesine neden olur.Fakat kan basıncı, glikoz molekülüne müdahele eden enzimler vasıtasıyla dengede tutulur. Şeker molekülleri monosakkarit formları şeklinde bağırsaklardan emildikten sonra kan yoluyla karaciğere gider.Monosakkaritler burada glikoz, fruktoz, mannoz gibi değişik yapıdaki şeker moleküllerine çevrlirler.Glikoz moleküllerinin fazlası ise enzimler vasıtasıyla " Glikojen " adı verilen başka bir şekle dönüştürülüp depo edilir. Glikozun glikojene çevrilmesinde rol oynayan enzimin adı ise " Glikokinaz " enzimidir.Bu enzim karaciğer tarafından üretilir ve bu üretim, pankreastan salınan ve " İnsülin " adı verilen bir hormonun kontrolü altındadır. Glikokinaz (enzim) > Glikoz (molekül) > Glikojen (son ürün) Eğer bir insanın pankreası yeteri kadar insülin hormonu salgılayamıyorsa, kişinin karaciğeri, kandaki insülin miktarının azalmasına paralel olarak yeteri kadar Glikokinaz enzimi üretemez.Glikokinaz enzimi ise glikoz moleküllerine müdahele edemeyince glikoz moleküllerinin kandaki miktarı süratle artmaya başlar.Glikozun kanda artış göstermesi nedeniyle kan basıncı artmaya başlar ve sonunda yüksek tansiyon denilen rahatsızlık ortaya çıkar. Glikozun parçalanması kısaca şu şekilde meydana gelir ; 6 karbonlu glikoz molekülü, yapılarında 3 er tane karbon atomu bulunduran 2 molekül Piruvat ' a dönüşür.Piruvat, ortamda oksijen olma veya olmama durumuna göre 2 yol izleyebilir. Eğer ortamda oksijen yoksa (anaerob) piruvat molekülleri son ürün olarak Laktat ve daha sonra Laktik asit ' e dönüşür.Laktik asit, kaslara yeteri kadar oksijen taşınamadığı hallerde birikir ve yorgunluğa neden olur. Fakat fermantasyon bakterileri ve bazı maya türleri, ortamda oksijen olmadığı hallerde laktat yerine Etanol adını alan bir çeşit alkol ve su üretirler. Eğer ortamda oksijen varsa (aerob) Piruvat oksijenle reaksiyona girerek öncelikle bir ara ürün olan Asetil CoA ' ya dönüşür. Asetil CoA ara ürünü daha sonra sitrik asit halkası adı verilen bir seri kimyasal reaksiyon basamaklarına girer ve nihayetinde son ürün olarak karbondioksit ve su ya dönüşür. Glikoz moleküllerinin parçalanma reaksiyonları sırasında hücre ATP kazanır.ATP ise enerji gereksinimleri için kimyasal reaksiyonlarda kullanılır.Glikozun tam yıkım reaksiyon şemasını aşağıdaki ikona tıklayarak görüntüleyebilirsiniz. Tam reaksiyon şeması için Buraya tıklayın Moleküller adlandırılırken aralarına tire konularak, hangi radikalin kaçıncı karbona bağlı olduğuda virgüllerle belirtilir.Örnek verelim ; Bir molekül " Glikoz - 6 - Fosfat " olarak isimlendirilmiş ise, bu, molekülün 6.karbonunda bir tane fosfat grubu taşıdığı gösterir Başka bir örnek olarak ; Eğer molekül " Fruktoz - 1,6 - Difosfat " olarak isimlendirilmiş ise, buda Fruktoz molekülünün 1. ve 6. karbon atomlarının Fosfat molekülü taşıdığı anlamına gelir.Fruktoz üzerinde toplam 2 tane fosfat grubu olduğundan " Difosfat " olarak yazılır. Glikoz yıkıma uğrarken, hem parçalanmakta hemde bazı karbon atomlarına fosfat ve diğer kimyasal gruplar eklenmektedir (Bu eklenmeler " Tam reaksiyon şeması " ' nda ayrıntılı olarak gösterilmektedir). Bu kısa bilgiden sonra Glikozun yıkımı sırasında hangi basamaklarda ATP harcandığını ve hangi basamaklarda ATP üretildiğini görelim. Reaksiyon ATP değişimi Glikoz ---> Glikoz - 6 - fosfat - 1 ATP Fruktoz - 6 - fosfat ---> Fruktoz - 1,6 - difosfat - 1 ATP 1,3 - bifosfogliserat ---> 3 - fosfogliserat + 2 ATP Fosfoenol piruvat ---> Piruvat + 2 ATP Tabloda görüldüğü gibi glikoz ve fruktoz moleküllerine fosfat bağlanırken enerji kullanılmaktadır.Bu enerji gereksinimi 2 ATP yi beraberinde götürürken, fosfat gruplarının ayrılması esnasında 2 şer adet ATP kazanılmaktadır.Sonuç olarak harcanan 2 ATP ye karşın hücrede 4 ATP üretilmekte ve net olarak 2 ATP kazanç sağlamaktadır. Glikozun metabolik faaliyetlerle yıkılması olayına " Glikoliz ", küçük moleküllerden tekrar sentezlenmesi olayına ise " Glikogenez " denir.Vücuda yeteri kadar glikoz alınmaz ise hücreler bu sefer glikoz üretmeye başlarlar.

http://www.biyologlar.com/seker-molekullerinin-yikimi

Gen klonlaması - Moleküler klonlama nedir

Moleküler klonlama, Gen çoğaltımı veya Gen klonlaması, rekombinant DNA moleküllerinin uygun bir konak hücreye sokularak orada çoğaltılması işlemine verilen addır. Rekombinant DNA teknolojisi genelde, bir organizmadan elde edilen ve içinde istenilen geni taşıyan DNA parçalarının, taşıyıcı özellikte bir DNA molekülüne bağlanarak rekombinant DNA (cDNA) oluşturulması, rekombinant DNA moleküllerinin uygun bir konak hücreye sokularak orada çoğaltılmasını kapsayan bir süreci izlemektedir. Bu sürecin tanımlanmış bir DNA dizisinin yalıtımı (izolasyonu) ve daha sonrasında bunun birçok kopyasını in vivo koşullarda üretme aşamalarını kapsayan kısmı ise gen klonlamasıdır. Klonlama, çoğunlukla gen içeren DNA parçalarının kuvvetlendirilmesi için kullanılsa da, DNA'nın promotorlar, kodlanmamış diziler, kimyasal sentezlenmiş oligonükleotidler gibi kısımlarını ve nadiren kırılmış DNA'yı kuvvetlendirmek için de kullanılabilir. Bu süreçte konak hücreler çoğaldıkça rekombinant DNA molekülleri döllere geçerler ve yavru hücrelerde de kopya sayılarını arttırırlar. Çok sayıda hücre bölünmesini takiben oluşan bir klonda hücrelerin her birinde istenilen geni taşıyan cDNA moleküllerinin bir ya da daha fazla sayıda kopyası bulunur. Buna göre, gen klonlaması (ya da DNA klonlaması) tek bir genden kökenlenen ve hepsi birbirinin ayn olan bir DNA populasyonu elde etmektedir. Bu teknolojiyle ayrıca çoğu kez klonlanmış bir genin kendisi için yeni konakta ifade edimin (ekspresyonun) sağlanmasıyla ürünün eldesi de amaçlanmaktadır. Moleküler klonlama, biyoloji deneylerinin ve yüksek oranda protein üretimi gibi teknolojik uygulamaların çoğunda yarar sağlamaktadır.

http://www.biyologlar.com/gen-klonlamasi-molekuler-klonlama-nedir

HETEROSİKLİK BİLEŞİKLER

Doğal bileşiklerdeki bu stabl, düz zincire dönüşmesi pek kolay olmayan, en az benzen halkası kadar sağlam ve halka yapısında C yanında N, O veya S atomları da bulunan madde grubuna hetreosiklik bileşikler adı verilir. Heterosiklik poliketidler arasında purin ve pirimidinden tiyofen – vitamin B12, gibi maddeler yanında , klorofil a yapısındaki pirol, triptofan ve pirolinin yapısındaki pirolidin, vitamin B1 ve penisilinlerin yapısındaki tiazol, triptofan ve IAA yapısındaki indol, CoA ile NAD bileşimindeki purin, morfinin yapısındaki tetrahidrofuran, penisilinlerin yapısındaki tiyazol gibi birçok önemli halkasal yapı bulunur. Halkalardaki atomlar C dışındaki atoma 1 numara verilerek numaralandırılır ve bu şekilde tek bir heteroatom varsa izomerler a -, b -, g - şeklinde ayırt edilir. Önemli poliketid örneklerinden biri olarak diplosporin mikotoksinin metionin amino asidinden gelen 5 asetat ünitesinden oluşan bir pentaketid olduğu belirtilebilir. Bu sentez Aspergillus melleus’da aspiron ve asperlakton metabolitleri ile yürümektedir. Kemotaksonomik önemi olan maddelerden antrakinonlar gene asetat / mavelonat ürünü oktaketidlerdir. Toksinlerden asteltoksin ise çift propionat öncü molekülüne 8 mavelonatın eklenmesi ike oluşan bir dekaketiddir. Aflatoksinler de heksanoat veya asetat öncüsüne 9 malonat eklenmesi ile oluşan dekaketidlerdir. Gene önemli madde gruplarından tetrasiklinler grubu antibiyotikler de dekaketid grubu maddelerdir. BİTKİ ASETİLENLERİ Doğal asetilenlerle birlikte onların öncüleri olan doymamış n C 2n asitleri sınıflandırıldığında da bir çok ilişki ortaya çıkar: Fungide C8 - C11 aralığında ve C10 ağırlığı görülen, Compositae’de C10 - C18 aralığında ve C14 ağırlığı olan, ilgili diğer taksonlarda ise C18 ağırlıklı ve C12 - C18 aralığında asitlerin yer aldığı gözlenir. Ortalama duruma bakıldığında kısa zincirlerin en yüksek oranda doymamış, uzun zincirlerin ise tümüyle doymuş CH2 grubu içerdiği görülür. Bu durumun da biyogenetik bir açıklaması olmalıdır, çünkü zincir uzunluğu ile doymuş bağların yerleri biyogenetik karakterlerdir ve zincir kısa olduğunda ele alınabilecek karakter olarak bağların konumları kalmaktadır. Dahlia türlerinde C16 asitlerin indirgenme ürünleri olan dört alkol bulunmuştur. Müşterek özellikleri cis-CH=CH.CH2. C= C nadir rastlanan grubuna sahip olmalarıdır. Krepenenik asidin konjuge desaturasyonu ve b-oksidasyonu ürünüdürler. Bunlardan iki C16 alkol konjugedirler ve diğer iki C18 alkolün dönüşmesi ile oluşurlar. b-oksidasyonla tümü de bazı ilgili türlerde bulunan ve Compositae için önemli bir karakter olan C14 bileşiklerine dönüşebilir. Benzeri tablolar Hyemenomycetes yüksek funguslarında de görülür, en uzun asit zincirleri C12 - C14 olup, öncüsü oldukları metabolitler C11 - C14 uzunluğundadır. Biyogenetik İnceleme Yöntemi En yaygın şekilde kabul gören yöntem 14 C ile etiketlenmiş linoleik asit veya diğer bir öncünün hangi ara ürünler üzerinden hangi asetilene dönüştüğünü inceleyerek dehidrojenasyon ve zincir kısalmasını izlemektir. TERPENLER ve STEROLLER: TAKSONOMİ ve BİYOGENETİKLERİ İzopren yapıtaşı nedeniyle İzoprenoidler de denen terpenler bitki ve hayvanlar aleminde bol bulunan ve 2 - 8 adet C5H8 izopren biriminin tekrarından oluşan maddelerdir. Birçoğu hidrokarbonsa da alkol, eter, aldehit ve keton ile asidik karakterleri hakim olanlar da önemli yer tutar. Antiseptik olan terebentin yağının kimyasal yöntemle elde edilmesindeki kullanımları iyi bilinir, kauçuk ve benzeri küçük moleküllü doğal bazı maddelerin termal bozunma ürünü izoprendir. Artemisia ketonu adı verilen doğal madde de yaygın bilinen üyelerindendir. Doğal olarak serbest bulunmayan izopren yapıtaşının moleküldeki tekrar sayısına göre sınıflandırılırlar: İki izopren biriminden oluşan ve halkalı veya uzun zincirli olan Monoterpenler – C10, gevşek bağlı olduğundan düz zincirli forma dönüşebilen bisiklik Seskiterpenler - C15, Hem halkalı, hem de düz zincirli veya her iki formdaki izoprenleri içerebilen 4 üniteli Diterpenler - C20, Steroidlerle yakından ilgili olup 6 birim içeren Triterpenler - C30 ve 5 üniteli Sesterpenler - C25 ile 2000 izoprenli doğal kauçuğun dahil olduğu Politerpenler. Turunçgil meyvası kabuklarında bulunan limonen, çam yapraklarında ve zamkındaki a - pinen monoterpenlerin en çok tanınanlarındandır. Seskiterpenlerden kereviz yağı, b - selinen, ardıç ve sedir yağı, kadinen ve vadi zambağından elde edilen farnesol en yaygın bilinen bazı maddelerdir. Provitamin A, yani b - karoten en iyi bilinen bir diterpendir. TERPEN BİYOSENTEZİ Öncü maddeleri olan mevalonik asit asetik asidin CoA aktivasyonu aracılığı ile asetoasetik aside katılması ürünüdür. MVA gene asetik asidin CoA varlığındaki katılma ürünü olan b-hidroksi-b-metilglutarik asidin indirgenmesi ile de oluşabilmektedir. Özet olarak izoprenlerin doğrusal şekilde birleşmesi ile 10 C’lu jeraniyol, ondan 20 C’lu farnesol ve ondan da 30 C’lu skualen ve benzerleri, bu temel terpenlerden de halkalanma ve yeniden düzenlenme tepkimeleri ile diğer terpenler meydana gelir. MVA terpenler ve sterollerin sentezi dışında metabolik kullanımı olmayan, ancak büyüme inhibitörü ABA öncüsü de olan bir maddedir. Kaynak: ForumPaylas.net [Üye Olmadan Linkleri Göremezsiniz. Üye Olmak için TIKLAYIN...] Lösinden de izo - valeril CoA veya b - metilkrotonil - CoA, b - metilglukatonil - Coa üzerinden sentezlenebilir. Daha sonraki aşama ise enzimatik fosforilasyon tepkimeleri ile ATP, MVA-fosfokinazın katalizlemesi ile MVA- 5 - fosfat ve – 5 - pirofosfat oluşumudur. En sonunda da pirofosfat fosforik asitle CO2 eliminasyonu sayesinde stabilize olur ve tüm terpenoidlerin yapısal birimi olan “aktiv izopropen” adını alır. Terpenlerin aralarındaki bağlanma izopentenil – pirofosfat - izomeraz aracılığı ile yürür. Enzimin etkisi ile izopentenil pirofosfatın dimetilallil pirofosfata dönüşmesinden sonra bitki terpenlerinin kaynağı olan jeranil pirofosfat oluşur. Monoterpenler jeranil pirofosfatın halka oluşturması, farklı bir düzenlemeye gitmesi veya oksitlenmesi ürünüdürler. İkinci bir izopentenil pirofosfatın katılması ile farnezil pirofosfat üzerinden seskiterpenler oluşur. Diterpenler ise iki jeranil pirofosfatın kondensasyonu ile meydana gelirler. 50 C içerebilen izoprenoidin kondensasyonuna kadar gidebilen katılmalar ile de politerpenler meydana gelir. En önemli politerpenlerden biri kauçuktur. Diğer bir kondensasyon mekanizması ise izoprenoidlerin farnezil ve jeranil-jeranil pirofosfatların kafa kafaya değil, kuyruk-kuyruk bağlantısı ile kondensasyonudur. Bu şekilde de siklik triterpenler oluşur. Farnezil pirofosfatın dimerizasyonu ile bir C30 olan skualen sentezlenir. Karotenoidler gibi bitkilerdeki dağılımı yüksek olan C40 tetraterpenler ise jeranil jeranil-pirofosfat ürünleridir. İzoprenoidlerin Papaver, Taraxacum, Euphorbia gibi bazı cinslerde elektron mikroskopisi ile sentez ve dağılım lokasyonları üzerine yapılan çalışmalarda metbolizmada rol alıp, almayacak tiplerinin farklı olarak sitoplazmik matrikste veya veziküllerde sentezlenebildiklerini göstermiştir. FİTOSTEROLLER 4 halkalı yapıları vardır ve tüm bitki ve hayvanlarda bulunan bu grup maddelerin oluşum kaynağı olan tri- ve tetra-terpenler C15 ve C20 ünitelerinin kuyruk-kuyruk dimerizasyonu ile meydana gelirler. Bitki sterolleri alkil sübstirüe olmuş yan zincirleri ile karakteristiktirler. Bu sübstütientler ile ergosterolün C – 24 metil grubu S-adenozil metioninden gelir. Poterioochromonas malhamensis alginde ve mayalarda bu sentez gösterilmiştir. Yüksek bitkilerde kolesterol ve pregnenolon üzerinden ve asetat katılımı ile dijitksigenin gibi kardenolidlerin sentezi gösterilmiştir. Tigojenin gibi spirostanoller steroid alkaloidlerine yakın olan maddelerdir ve orijinal durumdaki kolesterol iskeletinden sentezlenirler. Ergosterol bira mayasınca sentezlenen önemli bir fitosteroldür.

http://www.biyologlar.com/heterosiklik-bilesikler

 
3WTURK CMS v6.03WTURK CMS v6.0