Moleküler biyoloji, biyokimya ve genetik bilimleri arasındaki ilişkiyi gösteren şema
Moleküler biyoloji, canlılardaki olayları moleküler seviyede tetkik eden biyoloji dalıdır.
Moleküler biyoloji son yıllarda önem kazanan genetik, biyokimya, hücre biyolojisi ve biyofizik gibi dalların gelişmesiyle ortaya çıktı. Canlı organizmada hayati önemleri oldukça fazla olan nükleik asitler, proteinler ve enzimlerin yapılarının tamamen aydınlatılması moleküler biyolojinin ilgi alanıdır. Bu maksatla X ışınları difraksiyonu ve elektron mikroskobu gibi ileri tekniklerden faydalanılırdı. İnsan ve diğer canlıların genomlari aydınlanmaya başladıktan sonra moleküler biyolojinin genel ilgi alanı canlılardaki proteinleri ve onlarin üstlendikleri görevleri ve birbirleriyle olan etkileşimleri anlamaya yönlenmiştir.
Bu günlerde moleküler biyoloji ortaya çıkan yeni yöntemlerin yardımıyla hızlı bir gelişme sürecine girmiş ve hem hastalıkların gerçek nedenleri anlaşılmaya başlanmış hem de biyoteknolojik ve biyonik gelişmelerin yolu açılmıştır. DNA mikroçipleri ile genlerin ekspresyon profillerinin alınması olası hale gelmiş, gerçek zamanlı PCR ile gen ekspresyonunun incelenebilmesine olanak vermiştir. Floresan antikor ve protein teknolojileri, bu floresan proteinlerin hücre içinde sentezlenmesiyle veya ilgilenilen proteinlere kaynaştırılmasıyla proteinlerin hücre içinde takibi mümkün olmuş ve hangi hücrelerin hangi şartlar altında bu proteinleri nasıl ve nerede kullandığının anlaşılmasını sağlamıştır.
Bir çok hücre türünün kültüre edilmesi genetik hayvan deneylerinde hangi genetik faktörlerin hangi sorunlara yol açtığını anlamayı kolaylaştırmıştır. Rekombinant DNA teknolojileri ile canlılar arası gen alış verişi mümkün olmuş ve birçok alanda yeni ürünlerin üretilme yolu açılmıştır.Kök hücre ve genetik hayvan modellerinindeki çalışmalar birçok hastalığın tedavisi için umut vermketedir.....
YAPIMIZDAKİ MOLEKÜLLER
Her maddenin atomlardan oluştuğunu biliyoruz.
Ancak maddeler incelenirken moleküller göz önüne alınır.
Örneğin iki hidrojen ve bir oksijen atomu ,su molekülünü ortaya çıkarır.
Su dediğimiz akıcı madde, bu yapıdaki moleküllerin bir arada oluşudur.
Kendimizin yapısı da böyledir.
Yani biz insanlar,tıpkı diğer maddeler gibi birer molekül topluluğuyuz.
Tabii ki diğer canlılar da böyledir.
Bill Bryson ilginç bir örnek verir:
Elimize bir cımbız alalım ve herhangi bir kişiyi oluşturan atomları teker teker ayırmaya başlayalım.
Şüphesiz olanaksız bir eylemdir,sadece varsayım yapıyoruz.
Bu iş bitince ortada bir atom yığını oluşacaktır.
Bu yığındaki atomlar, o kişiyi oluşturdukları zaman olduğu gibi şimdi de cansızdırlar.
C.Sagan ile birlikte düşünelim.
Kendisi ünlü Kozmos adlı kitabında konuya değinmiştir.
Ekleyeceğim ufak bilgilerle açılım yapalım.
Evrende bol miktarda karbon vardır.
Bu element, yaşam açısından büyük önem taşır.
Doğada hem yalın halde,hem de başka elementlerle yaptığı bileşiklerin içinde bulunur.
Örneğin elmas,grafit,kömür gibi maddelerde yalın haldedir.
Bitki olsun,hayvan olsun bütün canlı maddeler karbon bileşiklerinden oluşmuştur.
Diğer bir ifade ile;karbon,hayat için gerekli olan karmaşık moleküller meydana getirir.
Her canlı gibi biz insanlar için önemli olan diğer molekül su'dur.
Su,organik kimya çalışmalarını mümkün kılar.
Bazı ısı derecelerinde sıvı haldedir ve iyi bir çözücüdür.
Yerkürenin oluşumu sırasında bu iki madde bol miktarda vardı.
Şahsen ben su,kalsiyum ve organik moleküller karışımıyım.
Siz de aynı moleküller karışımından meydana geliyorsunuz.
Tıpkı tüm canlılar gibi.
Yaşamın temelini oluşturan sadece atom ve moleküller değildir.
Bunların bir araya diziliş şekli önemlidir.
Ama dikkat çekici olan şey, bu maddelerin etrafımızda da yer alışı.
Örneğin karbonu yaktığımız kömürün içinde kolayca buluruz.
Kalsiyum ise okulda kullandığımız tebeşir olarak vucudumuzda vardır.
Proteinlerimizdeki nitrojen,soluduğumuz havanın içindedir.
Kanımızdaki demir,herhangi bir nalburdaki çiviyi oluşturan maddenin aynısıdır.
Durumun böyle oluşu ilk bakışta insana biraz tuhaf görünebilir.
Bir kömür veya tebeşir ile aynı molekülü taşıyan elementlerden oluşmamız bize garip gelir.
Hatta çoğu kişi için inanılmaz bir olaydır.
Ama tam tersi olması daha tuhaf olmaz mıydı?
Yani doğada olmayıp sadece bizde mevcut olan temel yapı elemanları ile nasıl yaşayabilirdik?
Zira yaşam,organizma ile doğa arasında oluşan ilişki ile mümkündür.
Moleküler Biyoloji Tarihçesi
DNA ile ilgili çalışmalar sırasında;
Organizmalarda kalıtım şekillerinin gözlenmesiyle, replikasyon yapabilme, bilgi depolama, bilgiyi ifade etme ve mutasyon taşıma kapistesindeki büyük bir materyalin varlığı ortaya çıkmıştır.
Başlangıçta hem proteinler, hem de nükleik asitler, genetik materyal olma özelliği için aday olarak düşünülmüştür. Proteinler, nükleik asitlere göre daha fazla çeşitlilik gösterir; bu durum genetik materyalden beklenen bir davranıştır ve o dönemin protein kimyasındaki gelişmeler sayesinde genetik materyal olarak proteinlere ağırlık verilmiştir. Ayrıca, Levene'nin tetranükleotit hipotezi, nükleik asitlerdeki kimyasal çeşitliliğin boyutlarını dikkate almamıştır.
1952'lerde bakteriyofajlarla enfekte edilen bakterilerle yapılan aktarım çalışmaları, bakterilerde ve virüslerin çoğunda DNA'nın gerçek genetik materyal olduğunu açıkça göstermiştir.
Başlangıçta ökaryotlarda DNA'nın kalıtımı yönlendirdiği kavramı dolaylı kanıtlarla desteklenmekteydi. Bunların arasında, DNA'nın hücrede dağılımı, DNA'nın nicel tayini ve UV ile uyarılmış mutasyon oluşturma çalışmaları vardır. Son zamanlarda rekombinant DNA teknikleri ve transgenik fare çalışmaları ile ökaryot materyalin DNA olduğu doğrudan kanıtlanmıştır.
Genetik materyali RNA olan çeşitli virüsler bu genel kuralın dışında kalan önemli örneklerdir. Bunların arasında bazı bakteriyofajlar, bitki ve hayvan virüsleri ve retrovirüsler yer almaktadır.
DNA'nın genetik materyal olarak kabul edilmesi, moleküler genetik araştımalarının yolunu açmış ve hemen hemen yarım yüzyıla yakın bir süredir yapılan önemli çalışmaların dönüm noktasını oluşturmuştur.
1940'ların sonunda ve 1950'lerin başında nükleik asitlerin kimyasal yapısı ile ilgili bilgi birikimi, DNA'nın moleküler yapısının modeline aktarılmaya çalışılmıştır. Franklin ve Wilkins'in verileri DNA'nın bir çeşit sarmal yapıda bulunduğuna işaret etmiştir. 1953'de Watson ve Crick, X-ışını kırınımı çalışmalarına ve Chargaff'ın DNA'nın baz komposizyonu analizlerine dayanarak, DNA'nın sarmal modelini ortaya koymuşlardır.
DNA molekülü, iki antiparalel polinükleotit zinciri boyunca birbirinin tamamlayıcısı olarak adenin-timin ve guanin-sitozin baz eşlemesi gösterir. DNA'nın bu modeli replikasyon mekanizmasını da doğrudan açıklar. Sarmalın aldığı yapı, nükleotit dizisinin ve bulunduğu kimyasal ortamın bir fonksiyonudur. DNA'nın pekçok başka sarmal formları da bulunmaktadır. Watson ve Crick çeşitli sağ el sarmallarından biri olan B konfigürasyonundaki sarmalı tanımlamıştır. Wang ve Rich, son zamanlarda, fizyolojik ve genetik açıdan önemi araştırılan sol el sarmallı Z-DNA'yı bulmuşlardır.
Önemli genetik işlevi olan bir diğer nükleik asiit sınıfı RNA'dır. RNA çoğunlukla tek zincirli olması, deoksiriboz şekeri yerine riboz şekerini ve pirimidin olarak timin yerine urasil içermesi gibi farklılıkların dışında DNA'ya benzer. DNA'dan RNA'ya ve proteine bilgi aktarımında yer alan RNA tipleri, (ribozomal, taşıyıcı ve haberci RNA), pek çok genin son ürünleridir. DNA'nın yapısı, genetik sistemin işlevsel yönlerinin ortaya çıkaran çeşitli çalışmaların yapılmasına uygundur. UV ışığı absorbsiyonu, çökelme özellikleri, elektroforez yöntemleri, nükleik asit çalışmalarında önemli olan araçlardır. Tekrar birleşme kinetiği çalışmnaları sayesinde genetikçiler, ökaryotik genomda bazı nükleotitlerin dizlierinin birçok kez bulunduğunu ve tekrarlanan DNA dizilerinin varlığını ortaya koymuşlardır.
