• DNA, kromozom veya hücre gibi karmaşık yapılardan farklı olarak, yalnızca bir kimyasal maddedir ve canlılığın moleküler imzası olma özelliğini ancak biyolojik bir bağlamda kazanabilir.
• İlk DNA izolasyonu, 1869’da İsveçli biyokimyacı Friedrich Miescher tarafından, mikrop kapmış yaralardan sızan bakteri, kan plazması ve akyuvarların bir karışımı olan irinden yapıldı.
• 19.yüzyılın ikinci yarısı heyecan verici bir dönemdi. Her ne kadar İngiliz fizikçi Robert Hooke hücreleri uzun zaman önce, 1665’te Micrographia adlı eserinde tanımladıysa da, hücrelerin tüm canlıların yapıtaşı olduğu ancak 19.yüzyılda fark edildi.
• 1960’larda, hayatın her defasında kendiliğinden oluşmakta olduğuna dair görüş çürütüldü. Klinik patolojinin babası Rudolf Virchow, hayatın yapıtaşları olan hücrelerin, ancak diğer hücrelerden meydana gelebileceği düşüncesini ortaya attı. Büyük Fransız bilimci Louis Pasteur’ün yaptığı deneyler de bu düşünceyi doğruluyordu. Pasteur, içlerinde et suyu olan kapların yalnızca havadan gelen mikroplarca kirlendiğinde bozulduğunu, bu kaplar ısıtılıp kapatılırsa, içlerinde canlı oluşmadığını gösterdi: Canlılık kendiliğinden oluşmuyordu.
• Bir hücre her bölündüğünde, kendisiyle aynı olan iki hücre meydana getirir. İnsan deri hücresi, yine deri hücresi yapar örneğin. Yaprak hücreleri, yeni yaprak hücreleri ve bakteriler aynı türden yeni bakteriler oluşturur. Virchow, Pastör ve çağdaşlarının karşılaştığı asıl sorun, her hücre çeşidinin belirleyici özelliklerinin, hücreler çoğalırken nasıl kalıtıldığıydı.
• Çekirdek ilk olarak 1891’de gözlendi. Miescher’in DNA’yı keşfetmesinden hemen önce, Alman bilimci Ernest Haeckel , çekirdeğin, hücrelerin nesilden nesile kalıtılmasında anahtar bir görevi olabileceğini ortaya attı.
• İşte bu çekirdeklerden, Miescher 1869’da yeni bir madde elde etti. Bu madde hücrelerin üzerine ancak bazik çözelti eklendiğinde görünür oluyordu. Mikroskop altında ise çekirdeklerin, içlerindeki maddenin dışarı çıkmasına izin verecek şekilde parçalanarak açıldığı gözleniyordu. Miescher çekirdekten (nükleus) gelen bu maddeyi “nüklein” olarak isimlendirdi. (…) Nükleinin adı sonradan “nükleik asit” olarak değiştirildi. Bugün ise bu maddeye DNA (deoksiribo nükleik asit) diyoruz.
• 1879’da Alman kimyacı Walther Flemming çekirdeğin içinde ipliksi yapılar gözledi. Bunları “kromatin” olarak adlandırdı; çünkü bu iplikler hücre ve dokuların boyanmasında kullanılan boyalarla rahatlıkla boyanıyordu. Daha sonra bu iplikler “kromozom” olarak adlandırıldı.
• Bulgulardan, kromatinin kalıtımı sağladığı çıkarılıyordu. Analizler ise kromatinin nüklein içerdiğini gösteriyordu. 1884’te Hertwig, “Nüklein kalıtsal özelliklerin aktarılmasından sorumlu maddedir,” diyordu. Bu ifade şimdiki DNA anlayışımızla uygunluk içindedir. İlginç bir şekilde, nükleinin hücre içindeki rolü üzerine birçok tahmin yürüten Miescher, Hertwig’in düşüncelerini hiçbir zaman kabul etmedi. O, bilginin bir hücreden diğerine protein gibi büyük moleküllerde saklanan kimyasal bir kodla aktarıldığını düşünüyordu. Miescher 1892’de amcası Wilhelm His’e, bu büyük moleküllerdeki kimyasal birimlerin tekrarlarının “bir dildeki kavramların anlatılmasında alfabenin harfleri” gibi işlev görebileceğini yazmıştı.
• 1900 yılında kimyacılar DNA’nın üç ayrı kimyasal sınıftan parçalar içerdiğini buldular: fosfat grubu, şeker ve baz. (…) Levene, üç parçanın birbirine kimyasal bağlarla fosfat-şeker-baz sırasıyla bağlandığını, şekerin diğer iki parça arasında bir çeşit köprü ödevi gördüğünü gösterdi. Bu üçlü yapıyı nükleotid olarak isimlendirdi ve DNA’nın bir kolyedeki boncukların dizilmesine benzer şekilde oluştuğunu savundu. Ayrıca nükleotidleri birbirlerine bağlayan bağların (kolyenin ipliği gibi) bazlardan değil, fosfatlardan geçtiğini de ispatladı.
• 1930’larda İsveçli iki bilimci, Caspersson ve Hammersten, DNA molekülünün uzunluğunu ölçmek için yeni yöntemler geliştirdiler ve DNA’nın bir polimer olduğunu gösterdiler. Polimerler, monomer adı verilen küçük altbirimlerin kimyasal olarak birbirine bağlanmasıyla oluşan uzun moleküllerdir. DNA’da monomerler, farklı bazları taşıyabilen dört çeşit nükleotiddir.
• DNA’nın biyolojik önemi hâlâ kavranmamıştı. Levene’in bütün DNA moleküllerindeki 4 bazın oranlarının aynı olduğu konusundaki ısrarı ilerlemeyi engelliyordu. Levene, DNA’daki 4 bazın tüm molekül boyunca aynı şekilde ve düzenli olarak, yani örneğin ACGTACGTACGT şeklinde tekrarlandığını savunuyordu. Aslında bu tarz bir molekülün CCTATTTGAGTAA gibi her nükleotidin her pozisyonda olabileceği bir dizilimden çok daha az bilgi saklama kapasitesine sahip olacağı şu an bize açık görünüyor. Fakat o sıralarda, Levene’in fikri bir dogma şeklini aldı ve “tetranükleotid hipotezi” olarak isimlendirildi. Bu hipotez, DNA’nın bilgi saklamada değil, kalıtımda rol alan proteinlerin çekirdek içinde doğru yerlerde tutunmasında rol aldığı kabûlünü doğurdu.
• 1944’te Oswald Avery ve arkadaşları (C. McLeod ve M. Macarty) yaşamın tasarılarını proteinin değil, DNA’nın taşıdığını bildirdi.
• Chargaff, nükleik asitlerin kağıt kromatografisini denedi. (…) Çalışması, Levene’in tetranükleotid hipotezini yıktı; çünkü DNA’da her nükleotidden hiç de eşit miktarda yoktu. (…) Fakat Chargaff’ın bilime asıl katkısı, hangi DNA’da olursa olsun, A miktarının T’ye (ve C miktarının G’ye) hep eşit çıkmasıydı. 1950’de çalışmaları yayımlandığında Chargaff bu bulgunun öneminin farkında değildi. (…) Chargaff 1952’de Cavendish’i ziyareti sırasında Crick’le 1950’de yayımlanan oranları üzerine konuştuğunda, çözümü aydınlatan kıvılcım yanıverdi: Crick A’nın T ile, C’nin de G ile eşleşiyor olabileceğini fark etmişti. (…) Watson ve Crick, 25 Nisan 1953’te Nature dergisinde yayımlanan ikili sarmal makalelerinde şöyle diyordu: “Önerdiğimiz özel eşlenmenin, genetik malzemenin kopyalanması için bir mekanizmayı olanaklı kıldığı dikkatimizden kaçmış değildir.”
• DNA bir veritabanıdır. İçindeki bilgi, hücre için gerekli olan bütün proteinlerin, alt birimleri olan amino asitlerden yapılmalarını sağlar.
• Neredeyse bütün organizmalarda, bilgi akışı sadece tek yönde, DNA’dan proteine doğru olur. Bu kural, moleküler biyolojinin “Santral Dogma”sı olarak bilinir. Santral Dogma terimi, Crick tarafından 1956’da, moleküler süreçle ilgili ayrıntıların çoğu çalışılmadan çok önce türetilmişti.
•  “Organizmaların özelliklerinden sorumlu, kalıtılan faktörler” olarak gen kavramı, ilk olarak Avusturyalı botanikçi ve rahip Gregor Mendel tarafından 1865’te ortaya atıldı.
• Schrödinger, genin özel bir molekül olduğu düşüncesini ortaya attı. “Yaşayan bir hücrenin en gerekli kısmı –kromozom iplikleri- bir aperiyodik (periyodik olmayan) kristal olarak adlandırılabilir,” diyordu. (…) Aperiyodik bir kristalin bilgi içerebilirliği çok yüksektir. Schrödinger bunu şu sözlerle belirtiyordu: “Bu iki yapı arasındaki fark, düzenli olarak aynı paternin (desenin/ örüntünün) tekrarlandığı bir duvar kâğıdı ile ayrıntılı, tutarlı ve anlamlı bir tasarının gözlendiği bir Rafael şaheserinin farkları gibidir.”
•  Crick ve Watson’un DNA’nın yapısı hakkındaki makalelerini yayımlamalarının hemen ardından, fizikçi George Gamow bazların dörtlü bir kod olarak çalışabileceğini önerdi. (…) Bu sırada, DNA’da saklı olan bilginin aslında proteinlerin amino asit dizilimleri olduğu gitgide netleşiyordu. Fakat doğadaki proteinlerde 20 çeşit amino asit bulunabilirken, DNA’da sadece 4 çeşit baz vardı. Olabilecek en basit kod olan birebir eşlemenin (Timin bazının Glisin amino asitine karşılık gelmesi gibi) yetersiz olacağı aşikârdı; çünkü öyle bir durumda 16 tane amino asit açıkta kalırdı. (…) Gamow, DNA’daki bazların bir genetik kod oluşturacak şekilde nasıl bir araya geldiği üzerine tahminler yürütmeye başladı. Her amino asite bir bazın karşılık gelemeyeceğini gördük. Eğer bazlar çift oluşturursa ve her çift bir amino asiti kodlarsa, bu durumda 16 farklı dizilim mümkün olur. 20 amino asit için hâlâ yetersiz bir sayı. Fakat üçlü bir kod 64 dizilimi ve hatta dörtlü bir kod 256 dizilimi mümkün kılabilirdi. Genetik kod problemi, Crick ve Brenner tarafından ele alındı. 1961’de bu grup, kodun birbiriyle üst üste gelmeyen (çakışmayan) üçlü bazlardan oluştuğuna dair deneysel kanıt elde etti. Brenner bu üçlü baza “kodon” adını verdi. Aynı yıl, Nirenberg ve Matthei, kodun ilk harfini çözdü. (…) Fenilalanin amino asitini kodlayan kodonu tanımladılar. Bu kodon ardarda üç adeninden oluşuyordu.
• 64 olası kodondan 61’i 20 amino asiti kodlar. Metionin hariç tüm amino asitler birden fazla kodona sahiptir. Örneğin hem AAA, hem de AAG fenilalanine karşılık gelir; bazı amino asitlerin 4, hatta bazılarının 6 kodonu vardır. Birden fazla kodon olması yozlaşma olarak anılır; fakat kodonlar tek anlamlıdır. Her kodon yalnız bir amino asite karşılık gelir. Amino asit kodlamayan 3 kodon, durdurma kodonlarıdır. Bunlar, belirli bir DNA diziliminin ifade ettiği amino asit dizisinin sonunu belirtir. İstatistiksel olarak, her 20 kodondan 1’inin durdurma kodonu olması gerekirdi (3/64). Ama çoğu protein en az 100, bazıları binlerce amino asitten oluşmaktadır. Bir proteini kodlayan DNA parçası, gerekli tüm amino asit dizisi sağlanana kadar devam eder. Bu DNA parçasına “açık okunma bölgesi” (ORF – Open Reading Frame) denir.
• Bilginin DNA’dan RNA’ya, ondan da proteine aktığı şeklinde özetleyebileceğimiz santral dogma, 40 yıldan fazla bir süre moleküler biyolojinin merkezini oluşturdu. (…) Fakat santral dogma bazı bilgi akışlarına izin vermektedir. Bir DNA ipliğindeki bilginin, kopyalanma sırasında bir diğerine geçebileceğini biliyoruz. DNA’dan RNA’ya bilgi aktarımı da, retrovirüsler denen bir grup virüsçe geri çevrilebilmektedir. (…) Bir retrovirüsün genetik maddesi, tek iplikli bir RNA’dır. Bu RNA, taşıdığı genleri konak hücrede DNA şeklinde kopyalar; bu, DNA’dan RNA yapan bildiğimiz yazılım işleminin tam tersidir. İşlem sonunda bir RNA-DNA ikili sarmalı oluşur. Sonra RNA parçalanır ve kalan DNA ipliği kopyalanır; tabi tüm bunlar enzimlerce yapılmaktadır. Artık virüsün genleri, konakçı hücreninkilerle aynı formdadır (DNA). Konakçı bu genleri hemen benimser ve bu DNA’ya kendi DNA’sı gibi davranır. Bahsettiğimiz üç basamağı da gerçekleştiren enzim “ters transkriptaz”dır. Bu enzim, H. Jemin ve D. Baltimore tarafından, birbirlerinden bağımsız olarak 1970’de keşfedildi. Keşif, Nature dergisinde şu başlığı taşıyan bir yazıyla duyuruldu: “Santral dogma geri çevrildi.”
• Son on yıl içinde, bilginin bazı özel koşullarda, işin içine nükleik asitler hiç karışmadan, proteinden proteine geçebileceği iddiasıyla, santral dogma yeni bir sarsıntı geçirdi. (…) İnsanların ve bazı hayvanların sinir sistemini etkileyen bir hastalıkta, bulaşan ajanın bir mikrop değil, proteinden oluşan bir parçacık olduğu gözlenmiştir. (…) Scrapie hastalığı ve deli dana hastalığı, prionlar sonucu olur. (…) İnsanları etkileyen prion hastalıkları arasında Kuru hastalığı ve Creutzfeldt-Jakob hastalığı sayılabilir.
• Geni, bir proteinin amino asit dizisini kodlayan DNA parçası ile kontrol sisteminin bütünü olarak düşünebiliriz. (…) Kodlayan DNA bölgesinin ilk kodonunun hemen üst kısmı, bir genin sinyal kutusudur. Bu, promötör ve operatör olmak üzere iki kısımdan oluşan kısa bir DNA parçasıdır. RNA polimeraz, devamındaki genin yazılımını gerçekleştirmek üzere promötöre bağlanır. Operatör, promötör ile ilk kodon arasında bulunur.
• C-değeri, belirli bir organizmadaki DNA miktarının bir ölçüsüdür. Bir canlının tek bir hücresindeki DNA’nın ağırlığı olan C-değeri, gramın milyonda birinin milyonda biri olan pikogram ile belirtilir. Yani bir canlıdaki DNA’nın toplam ağırlığını bulmak için C-değerini hücre sayısıyla çarpmak gerekir. (…) Bir canlının karmaşıklık derecesi ile genomundaki DNA miktarı arasında basit bir ilişkinin olmadığı açıktır. Bu ilişkisizlik “C-değeri paradoksu” olarak anılır. Şimdiye kadar genlerin DNA’dan oluştuğunu söyleyip durduk, ama acaba DNA'nın bütünü gen mi oluşturur? Küçük bir hesapla, bunun böyle olmadığını görürüz. Bir insan hücresindeki bir kromozom takımını uçuca ekleyerek oluşturacağımız bir DNA molekülü, 3 milyon kbp (kilo baz-çifti) uzunluğunda olacaktır. Ortalama bir proteinin 500 adet yapıtaşından (amino asit) oluştuğunu düşünürsek, bir proteini kodlayan DNA dizisi yaklaşık 1500 bazdır (her kodonun 3 bazdan oluştuğunu hatırlayalım, bu durumda 500 amino asit için 500x3 baza ihtiyaç duyulacaktır). Düzenleme için şöyle cömertçe 500 baz çifti eklersek, ortalama bir genin 2000 baz çifti yani 2 kbp olduğunu buluruz. 3 milyon kbp’yi bu miktara bölersek, bize 1-2 milyon arası gen verir(di, eğer tüm genom genlerden oluşuyor olsaydı). Biyolojik karmaşıklığımızı açıklamak için gerçekten bu kadar çok gene ihtiyaç duyup duymadığımıza, hücrelerimizin enzimleri hakkındaki bilgimiz olumsuz yanıt vermektedir. Tahminlere göre 50.000 – 100.000 arasında gen, bir insanın biyokimyasal hayatının devam ettirilmesi için gereken tüm proteinlerin sentezi için yeterli olacaktır. Bu miktar ise genomun %2’sine karşılık gelir.
• Kromozomlar, DNA’dan ve histon adındaki proteinlerden oluşan “kromatin” maddesinden oluşur. Histonları, ipin bobin üzerine sarılması gibi DNA’nın üzerine sarıldığı yuvarlak proteinler olarak düşünebilirsiniz. Kromatin yapısı da maharet isteyen bir paket gibidir: Bir tesbih gibi ardarda gelen “nükleozom” denilen yuvarlak yapılardan oluşmuştur. Bir nükleozomu alıp incelersek, bunun da süpersarmal şeklindeki DNA’nın çevresinde iki kere döndüğü sekiz histon proteininin yaptığı bir küreden ibaret olduğunu görürüz. Bir kürede 200 baz, normal uzunluklarının 7’de 1’i uzunluğunda bulunur. Sonrasında nükleozom tesbihi, DNA molekülünün uzunluğunu 40’ta 1’ine düşürecek şekilde kalınca bir ipliğe kıvrılır. Bütün bunları daha fazla kıvrılma ve paketlenme izlemelidir. Çünkü kromozomların toplam boyu 0,3 mm iken, içerdikleri DNA 2 metre’den bile fazladır. Yani DNA yaklaşık 10.000’de 1’i kadar kısalmalıdır.
• Kromozomları mikroskop altında incelemek için en uygun zaman, hücre bölünmesinden hemen öncesidir. Her kromozom, ipliksi yapılar olan kromatitlerden ikisinin, ortada “sentromer” adı verilen bir bölgede birleşmesiyle oluşur. Hücre bölünürken, birbirinin aynısı olan kromatitler ayrılırlar ve her biri yeni bir hücreye gider.
• Ökaryotlarda bazı genler çok kez tekrarlanır. Örneğin semenderlerde histon geninden 800 kadar kopya bulunur. Bu, amfibilerin ilk gelişim evresindeki hızlı bölünme sırasında gereken yüksek histon miktarının karşılanması için kullandıkları bir yöntemdir. Tersine, embriyoları bu denli hızlı bölünme geçirmeyen kuşlar ve memelilerde, histon geninden 10 – 20 kopya vardır. (…) Ökaryotik genomların ayrıca, prömötörleri olmadığından dolayı protein üretemeyen “kodlayan” DNA bölgeleri olan psödogenleri vardır. Bunların geri yazılımla DNA’ya çevrilen ve tekrar genoma yerleşmiş olan mRNA’lar oldukları düşünülmektedir. Ökaryotik genomlarda, eski viral hastalıkların kalıntıları olan ve bir kez konakçı genomuna girdikten sonra çıkarılamayan virüs DNA’ları olduğu da bilinmektedir. Ökaryotik DNA, psödogenler ve virüs DNA’sından başka, bir de defalarca tekrar eden dizilerle çöplük haline gelmiş gibidir. Örneğin Alu dizisi denen 300 baz çiftinden oluşan bir dizi, insan DNA’sında en az 1 milyon kez tekrarlanır ve tüm insan genomunun yaklaşık %7’sini oluşturur. Alu dizisi, tekrar edilen birçok diziden yalnızca birisidir. Kromozomların merkez bölgesi olan sentromerlerde de satelit (uydu) DNA denen küçük DNA tekrarları bulunur. Uydu DNA bizde genomun %10’unu, diğer bazı ökaryotlarda genomun %30’unu oluşturabilir. Bu DNA’nın, hücre bölünmesi sırasında kromozomların hareketini düzenlemekte rol aldığı sanılmaktadır. Yani uydu DNA, iki kromatiti yeni hücrelere vermek üzere uzaklaştırmak gereken ana kadar bir arada tutmaktadır. Çöplük DNA, tekrarlanan diziler ve çok kopyalı genlerden başka, ökaryotik genomların büyüklüğünü artıran bir başka etken, ürettikleri proteinler aynı büyüklükte de olsa, kendilerine karşılık gelen prokaryotik genlerden daha büyük olan ökaryotik genlerin kendileridir. 1977’de birbirinden bağımsız birkaç laboratuar, ökaryotik genlerin parçalardan oluştuğu gibi şaşırtıcı bir buluş yaptı. (…) Örneğin, beta-globin geninin protein kodlayan kısmı, 550 ve 120 baz çiftinden oluşan iki kodlamayan bölgenin birleştirdiği üç bölüme ayrılmıştı. Kodlayan bölgeler “ekzon”, kodlamayan bölgeler ise “intron” olarak adlandırılır.
• İlk bakışta intronlar da bir şekilde ekzonların arasına girmiş çöp DNA’dan farksız DNA parçaları izlenimini verir. Fakat ekzonların her birinin, proteinlerin farklı özellikteki yapısal bölgelerini kodluyor olmaları, bu izlenimin yanlış olduğunu göstermektedir. (…) Ayrıca bir RNA’nın farklı şekillerde kesilerek, bir proteinin iki ya da daha fazla çeşitini oluşturabildiği de bilinmektedir. Yani eğer RNA’da A, B, C ve D ekzonları varsa, bu RNA, ABD ya da ABC proteinlerini üretebilir.
• Transpozonlar, kendilerini kopyalayıp bir çember oluşturarak genomda dolaşan ve bazen bir noktada durup, bir geni kıran DNA dizileridir. Daha önce sözü geçen “insan Alu dizisi” bir transpozondur. (…) Transpozonların farklı türler arasında gen alışverişi (yatay gen aktarımı) sağladığı, yeni tahminler arasındadır.
- Susan Aldridge (Hayatın İpuçları)