Deoksiribonükleik asit (DNA), birbirini saran iki polinükleotit zincirinden oluşan ve çift sarmal yapıyı oluşturan bir polimerdir. Bu polimer, bilinen tüm organizmaların ve birçok virüsün gelişimi, işleyişi, büyümesi ve üremesi için gerekli genetik talimatları taşır. DNA ve ribonükleik asit (RNA), nükleik asitlerdir. Proteinler, lipitler ve kompleks karbonhidratlar (polisakkaritler) ile birlikte nükleik asitler, bilinen tüm yaşam formları için temel olan dört ana makromolekül türünden biridir.
DNA Nedir ve Temel Yapısı
İki DNA ipliği, nükleotit adı verilen daha basit monomerik birimlerden oluştuğu için polinükleotitler olarak bilinir. Her nükleotit, dört azot içeren nükleobazdan (sitozin [C], guanin [G], adenin [A] veya timin [T]) biri, deoksiriboz adı verilen bir şeker ve bir fosfat grubundan oluşur. Nükleotitler, bir nükleotidin şekeri ile bir sonrakinin fosfatı arasında kovalent bağlarla (fosfodiester bağı olarak bilinir) bir zincir halinde birbirine bağlanır ve böylece alternatif bir şeker-fosfat omurgası meydana gelir. İki ayrı polinükleotit ipliğinin azotlu bazları, baz eşleşme kurallarına (A ile T ve C ile G) göre hidrojen bağlarıyla birbirine bağlanarak çift sarmallı DNA'yı oluşturur. Tamamlayıcı azotlu bazlar, tek halkalı pirimidinler ve çift halkalı pürinler olmak üzere iki gruba ayrılır. DNA'da pirimidinler timin ve sitozin iken, pürinler adenin ve guanindir.
DNA, nükleotit adı verilen tekrarlayan birimlerden oluşan uzun bir polimerdir. DNA genellikle tek bir iplik olarak bulunmaz, bunun yerine sıkıca bir arada tutulan bir çift iplik olarak bulunur. Bu iki uzun iplik, çift sarmal şeklinde birbirini sarar. Nükleotit, molekülün omurgasının bir segmentini (zinciri bir arada tutan) ve bir nükleobazı (sarmaldaki diğer DNA ipliği ile etkileşime giren) içerir. Bir şekere bağlı bir nükleobaza nükleozit denir ve bir şekere ve bir veya daha fazla fosfat grubuna bağlı bir baza nükleotit denir. Birden çok bağlı nükleotitten oluşan bir biyopolimere (DNA'da olduğu gibi) polinükleotit denir.
Genetik Bilginin Depolanması ve Aktarımı
Çift sarmallı DNA'nın her iki ipliği de aynı biyolojik bilgiyi depolar. Bu bilgi, iki iplik ayrıldığında kopyalanır (replike edilir). DNA'nın iki ipliği birbirine zıt yönlerde ilerler ve bu nedenle antiparaleldir. Her şekere, dört nükleobaz türünden biri (veya bazlar) bağlıdır. Genetik bilgiyi kodlayan, omurga boyunca bu dört nükleobazın dizilimidir. RNA iplikleri, transkripsiyon adı verilen bir süreçte DNA iplikleri şablon olarak kullanılarak oluşturulur; bu süreçte DNA bazları, timin (T) yerine urasil (U) ile değiştirilmesi dışında, karşılık gelen bazlarıyla değiş tokuş edilir. Genetik kod altında, bu RNA iplikleri, translasyon adı verilen bir süreçte proteinler içindeki amino asit dizisini belirler.
Hücrelerde DNA Organizasyonu
Ökaryotik hücrelerde DNA, kromozom adı verilen uzun yapılar halinde organize edilmiştir. Tipik hücre bölünmesinden önce, bu kromozomlar DNA replikasyonu sürecinde kopyalanır ve her yavru hücre için eksiksiz bir kromozom seti sağlar. Ökaryotik organizmalar (hayvanlar, bitkiler, mantarlar ve protistler) DNA'larının çoğunu hücre çekirdeğinde çekirdek DNA'sı olarak, bir kısmını ise mitokondride mitokondriyal DNA veya kloroplastlarda kloroplast DNA'sı olarak depolarlar. Buna karşılık, prokaryotlar (bakteriler ve arkeler) DNA'larını yalnızca sitoplazmada, dairesel kromozomlar halinde depolarlar. Ökaryotik kromozomlarda, histonlar gibi kromatin proteinleri DNA'yı sıkıştırır ve organize eder. Bu sıkıştırma yapıları, DNA ile diğer proteinler arasındaki etkileşimleri yönlendirerek DNA'nın hangi kısımlarının transkribe edileceğini kontrol etmeye yardımcı olur.
DNA Sarmalının Fiziksel Özellikleri
DNA'nın yapısı, uzunluğu boyunca dinamiktir ve sıkı döngüler ve diğer şekiller halinde kıvrılma yeteneğine sahiptir. Tüm türlerde, hidrojen bağları ile birbirine bağlı iki sarmal zincirden oluşur. İki zincir aynı eksen etrafında (ancak doğrudan birbirine zıt değil) kıvrılmıştır ve 34 angström (3.4 nm) aynı hatveye sahiptir. Bazların kimlikleri göz ardı edildiğinde, çizgi grubu D1(q)'dur; burada q, baz çifti başına dönüşü ifade eder ve bu, tam bir dönüşün yaklaşık onda biridir. Olağan formunda (B-DNA), bükülme sağ elini takip eder, yani saat yönünde çevrildiğinde ilerleyen normal bir vida gibidir. Zincir çiftinin yarıçapı 10 Å (1.0 nm)'dir. Başka bir çalışmaya göre, farklı bir çözeltide ölçüldüğünde, DNA zinciri 22–26 Å (2.2–2.6 nm) genişliğinde ve bir nükleotit birimi 3.3 Å (0.33 nm) uzunluğunda ölçülmüştür. Çoğu DNA'nın yüzdürme yoğunluğu 1.7 g/cm³'tür.
DNA ipliğinin omurgası, alternatif fosfat ve şeker gruplarından oluşur. DNA'daki şeker, pentoz (beş karbonlu) bir şeker olan 2-deoksiribozdur. Şekerler, komşu şeker halkalarının üçüncü ve beşinci karbon atomları arasında fosfodiester bağları oluşturan fosfat grupları ile birleşir. Bunlar, 3'-uç (üçüncü uç) ve 5'-uç (beşinci uç) karbonları olarak bilinir.