Nükleik Asitlerin Keşif Süreci

NÜKLEİK ASİTLERİN KEŞİF SÜRECİ

• İsviçreli Biyokimyacı Friedrich Miescher (Fredrik Mişher), 1869 yılında ilk olarak iltihap içindeki akyuvarda ve daha sonra ise balık spermi ve yumurtalarının çekirdeğinde o zamana kadar bilinmeyen ve çekirdeğin içinde asit özelliği gösteren bir maddenin varlığını gözlemlemiştir.
• Miescher, çekirdek içerisinde asit özelliği gösteren bu moleküllere nüklein adını vermiştir.
• Daha sonraları nüklein, nükleik asit olarak adlandırılmıştır.

• Nükleik asitlerin başlangıçta sadece hücre çekirdeğinde bulunduğu kabul edilmiştir.
• Sonraki yıllarda ise yapılan bilimsel çalışmalarda nükleik asitlerin ökaryot hücrelerin mitokondri, kloroplast ve ribozom gibi organellerinde bulunduğu da tespit edilmiştir.
• Prokaryot canlılarda ise nükleik asitlerin hücre sitoplazmasında ve ribozomlarında yer aldığı görülmüştür.
• 1884 yılında Oscar Hertwig (Oskar Hörtvik), nükleik asitlerin kalıtımın aktarılmasından sorumlu kimyasallar olduğunu ileri sürmüştür.
• I. Dünya Savaşı yıllarında Alman Kimyager Robert Feulgen (Rabırt Fölgen), kendi geliştirdiği DNA boyama tekniği ile DNA’nın kromozomların içerisinde bulunduğunu gösterdi.
• Phoebus Aaron Theodare Levene (Pobebus Aron Tiedor Levin), nükleik asit moleküllerinin temel biriminin nükleotit olduğunu ispatladı.
• 1928 yılında Frederick Griffith (Frederik Griffit), kalıtım materyalini aktaran molekülün varlığını tespit etmek amacıyla çeşitli deneyler yapmıştır.

Frederick Griffith'in Sürece Katkısı

• Griffith 1928 yılında bir bakteriden diğerine taşınan kalıtsal bir molekülün var olduğunu ileri sürmüştür.
• Bu kalıtım materyalini aktaran maddenin protein olabileceğini ileri sürmüştür.
• Bu görüş ile ilgili yaptığı deneyde hücrelerde kalıtsal bilgiyi taşıyan bir molekülün var olduğunu ortaya koymuş ancak bu molekülün ne olduğu hakkında bir açıklama yapmamıştır.
• Griffith, yaptığı deneyde; zatürreye (akciğer iltihaplanması) yol açan S Tipi ve zatürreye yol açmayan R Tipi Streptococus pneumoniae (Streptokokus pünomonie) bakterileri ve fareleri kullanmıştır.
• Zatürreye yol açan S Tipi bakteriler kapsüllü, zatürreye yol açmayan R Tipi bakteriler ise kapsülsüz özelliktedir.
• Deneyin aşamaları şunlardır:
• Fareye kapsülsüz R Tipi bakteri enjekte etmiştir. Farenin yaşadığını görmüştür.
• Fareye kapsüllü S Tipi bakteriyi enjekte etmiş ve farenin öldüğünü görmüştür.
• Kapsüllü S Tipi bakterileri ısıtarak öldürmüş ve fareye enjekte etmiştir. Farenin yaşadığını görmüştür.
• Kapsüllü S Tipi bakterileri ısıtarak öldürdükten sonra bunları canlı olan kapsülsüz R Tipi bakterilerle karıştırmıştır. Bu karışımı fareye enjekte etmiştir. Sonuç olarak farelerin öldüğünü görmüştür.
• Griffith son aşamada ölen farenin kanını incelemiş ve farenin kanında kapsüllü S Tipi bakterilerin bulunduğunu görmüştür.

SONUÇ: Kapsüllü S Tipi bakteride bulunan bir maddenin etkisiyle kapsülsüz olan bakterilerin kapsül üretme yeteneği kazandıklarını ileri sürmüştür. Yani hastalığa yol açmayan canlı kapsülsüz bakteriler ortamdaki parçalanmış kapsüllü bakteri DNA'larını hücrelerine alarak hastalık yapıcı hale gelmişlerdir.

Oswald Avery, Maclyn McCarty ve Colin MacLeod'ın Sürece Katkısı

• Griffith’in deneylerinden yaklaşık 20 yıl sonra Oswald Avery (Ozvıld Avri) (Fotoğrafı aşağıda), Maclyn McCarty (Maklin Makkarti) ve Colin MacLeod (Kolin Makleod) genetik materyalin protein değil DNA olduğunu ortaya koyarak ilk adımı atmışlardır.
• Grifith’in yaptığı deneyleri biraz daha geliştirdiler.
• Bu deneyin aşamaları şöyledir.
• Hastalık yapıcı kapsüllü S Tipi bakterileri ısıtarak öldürdüler.
• Beş farklı deney tüpüne; protein, RNA, DNA, Lipit ve Karbonhidratı parçalayan enzimler koydular.
• Isıtılarak öldürülmüş kapsüllü bakteri özütünü alarak bu deney tüplerindeki enzimlerle bir araya koydular.
• Bu deney tüplerine ayrıca hastalık yapmayan kapsülsüz bakterileri de ilave ettiler.

SONUÇ: Beş deney tüpünden sadece DNA parçalayan DNaz (Deoksiribonükleaz) enzimi eklenen özütte kapsüllü bakterilerin oluşmadığını gördüler. Bunun nedeni kapsüllü bakteri DNA'larının parçalanması ve kapsülsüz bakteriler tarafından alınamamış olmasından dolayıdır. Diğer tüplerde ise kapsülsüz bakteriler kapsüllü hale geçmiştir.

Alfred Hershey ve Martha Chase'in Sürece Katkısı

• Alfred Hershey (Alfırıd Hörşi) ve Martha Chase (Marta Çeys), dönüşüme hâlâ protein parçalarının sebep olduğuna inanıyorlardı.
• Bu nedenle yeni deneyler yapmaya karar verdiler.
• Bakteriyofajların (bakteri içinde çoğalan virüs) DNA ve proteinden oluştuklarını, bakteriyofajların bakterilere bulaştıklarında hücreye bir madde gönderdiklerini biliyorlardı.
• Bakteri hücresinin içine giren bu madde, bakterinin DNA’sına müdahale ediyor ve bakteriyofajların çoğalmasına sebep oluyordu.
• Bu maddenin ne olduğunu bulmak için 1952 yılında bakteriyofajlar ile deneyler yapmaya başladılar. DNA'da fosforun olduğunu ama kükürtün olmadığını, proteinlerde ise kükürt olduğunu, fosfor olmadığını bildikleri için bu durumu deneylerinde kuıllanmışlardır. Bu deneyin aşamaları şöyledir.
• İki faj (bakteri yiyen virüs) grubu kullanmışlardır.
• Birinci gruptaki virüslerin DNA'sını işaretleyebilmek için fosforun radyoaktif izotopunu kullandılar.
• İkinci gruptaki virüslerin ise protein kılıfını işaretleyebilmek için kükürtün radyoaktif izotopunu kullandılar.
• İşaretledikleri bakteriyofajları (virüsleri) ayrı ayrı E.coli bakterileri ile aynı ortama koydular.
• Bir süre bakteriyofajların E.coli bakterisi içinde çoğalmasını beklediler.
• Sonra iki tüpü ayrı ayrı santrifüj ederek tüplerin dibinde bir çökelti elde ettiler.
• Üstte kalan sıvının ise radyoaktivitesini ölçtüler.

SONUÇ: İşaretli fajın protein kılıfının bakterinin dışında kaldığını, DNA'nın ise E.coli bakterisinin içinde olduğunu gördüler. Burada faj (virüs) DNA'sı E.coli bakterisine girmiş ancak faj proteinleri girmemiştir. Böylece kalıtsal madde olarak fajın; proteini değil DNA'sının iş gördüğü sonucuna kesin vardılar. Yani Böylece DNA’nın genetik materyal olduğunu ispatladılar.

Erwin Chargaff'ın Sürece Katkısı

• DNA'nın kalıtım materyali olduğu ispatlandıktan sonra moleküler yapısını araştırmıştır.
• Araştırmalarında; Sitozin miktarının Guanin miktarına eşit olduğunu, Timin miktarının ise Adenin miktarına eşit olduğunu göstermiştir.

DNA’nın Çift Sarmal Modeli

• 1950’li yıllarda Rosalind Franklin, DNA’nın zincirlerini X- ışınlarına maruz bırakarak molekülün saçtığı ışınları belirlemiş ve X- ışını kırınımı fotoğrafını çekmiştir.
• Fotoğraflama sonucunda DNA’nın belirli aralıklarla tekrarlayan sarmal bir yapıya sahip olduğunu göstermiştir.
• 1953 yılında yayımladıkları makalede James Watson (Ceyms Vatsın), Francis Crick (Frensis Krik) ve Maurice Wilkins’i (Moris Vilkins) daha önce yapılan çalışmalardaki bulgulardan ve çekilen fotoğraflardan yararlanarak DNA’nın çift sarmal modelini ortaya koydular.

• James Watson ve Francis Crick, önceki çalışmalar sonucu ortaya çıkan bilgileri de kullanarak adenin-timin, guanin-sitozin eşleşmesinin olması gerektiğini belirttiler.
• Azotlu bazların sarmalın iç kısmında, şeker ve fosfat gruplarının ise sarmalın dış kısmında bulunduğu DNA çift sarmal modelini tasarlayarak bu DNA modelini Nature (Neyçır) Dergisinde bir makalede yayımladılar.
• Bu çalışmalarından dolayı Watson ve Crick, 1962 yılında Nobel Ödülü aldılar.