Deoksiriboz nükleik asit veya kısaca DNA, tüm organizmaların ve bazı virüslerin canlılık işlevleri ve biyolojik gelişmeleri için gerekli olan genetik talimatları taşıyan bir nükleik asittir. DNA'nın başlıca rolü bilgiyi uzun süre saklamasıdır. Protein ve RNA gibi hücrenin diğer bileşenlerinin inşası için gerekli olan bilgileri içermesinden dolayı DNA; bir kalıp, şablon veya reçeteye benzetilir. Bu genetik bilgileri içeren DNA parçaları gen olarak adlandırılır. Bazı DNA dizilerinin yapısal işlevleri vardır, diğerleri ise bu genetik bilginin ne şekilde kullanılacağının düzenlenmesine yararlar.
Ribonükleik asid (RNA), bir nükleik asittir, nükleotitlerden oluşan bir polimerdir. Her nükleotit bir azotlu baz, bir riboz şeker ve bir fosfattan oluşur. RNA pek çok önemli biyolojik rol oynar, DNA'da taşınan genetik bilginin proteine çevirisi (translasyon) ile ilişkili çeşitli süreçlerde de yer alır. RNA tiplerinden olan mesajcı RNA, DNA'daki bilgiyi protein sentez yeri olan ribozomlara taşır, ribozomal RNA ribozomun en önemli kısımlarını oluşturur, taşıyıcı RNA ise protein sentezinde kullanılmak üzere kullanılacak aminoasitlerin taşınmasında gereklidir. Ayrıca çeşitli RNA tipleri genlerin ne derece aktif olduğunu düzenlemeye yarar.
Taşıyıcı RNA hücrelerde protein sentezi sırasında büyüyen polipeptit zincirine spesifik bir amino asit ekleyen küçük bir RNA molekülüdür. Amino asidin bağlanması 3' ucundadır. Bu kovalent bağlantı aminoasil tRNA sentetaz tarafından katalizlenir. Ayrıca, antikodon olarak adlandırılan üç bazlık bir bölge vardır, bu bölge mRNA üzerinde kendisine karşılık gelen üç bazlık bir kodon bölgesi ile baz eşleşmesi yapar. Her tip tRNA molekülü sadece tek tip bir amino asite bağlanabilir, ama genetik kod aynı amino asite karşılık gelen birden çok kodon bulunduğu için, farklı antikodonlara sahip tRNA'lar aynı amino asidi taşıyabilir.
Protein biyosentezi, hücrenin protein sentezlenmesi için gereken bir biyokimyasal süreçtir. Bu terim bazen sadece protein translasyonu anlamında kullanılsa da transkripsiyon ile başlayıp translasyonla biten çok aşamalı bir süreçtir. Prokaryotlarda ve ökaryotlarda ribozom yapısı ve yardımcı proteinler bakımından farklılık göstermesine karşın, temel mekanizma korunmuştur.
Deoksiriboz veya bilinen adlarıyla D-Deoksiriboz ve 2-deoksiriboz, beş karbon atomu içeren ve aldehit grubu barındıran aldopentozların bir üyesidir. Deoksiriboz, penton riboz şekerinin 2 pozisyonundaki hidroksil grubunun hidrojen ile yer değiştirmesiyle oluşur, yani bu bir oksijen atomunun kaybı ile sonuçlanır. Hidroksil grubunun değişmesi aynı zamanda, halka yapısını C3'-endo pozisyonundan C2'-endo olacak şekilde değiştirir. Bu molekül, 1929 yılında Phoebus Levene tarafından keşfedilmiştir ve DNA nükleik asidinin önemli bir yapıtaşıdır.
Nükleik asitler, bütün canlı hücrelerde ve virüslerde bulunan, nükleotid birimlerden oluşmuş polimerlerdir. En yaygın nükleik asitler deoksiribonükleik asit (DNA) ve ribonükleik asit (RNA)'dır. İnsan kromozomlarını oluşturan DNA milyonlarca nükleotitten oluşur. Nükleik asitlerin başlıca işlevi genetik bilgi aktarımını sağlamaktır.
Transkripsiyon, yazılma veya yazılım, DNA'yı oluşturan nükleotit dizisinin RNA polimeraz enzimi tarafından bir RNA dizisi olarak kopyalanması sürecidir. Başka bir deyişle, DNA'dan RNA'ya genetik bilginin aktarımıdır. Protein kodlayan DNA durumunda, transkripsiyon, DNA'da bulunan genetik bilginin bir protein veya peptit dizisine çevirisinin ilk aşamasıdır. RNA'ya yazılan bir DNA parçasına "transkripsiyon birimi" denir. Transkripsiyonda hata kontrol mekanizmaları vardır, ama bunlar DNA çoğalmasındakinden daha az sayıda ve etkindirler; dolayısıyla transkripsiyon DNA çoğalması kadar aslına sadık değildir.
Moleküler biyolojideki ilk gelişmeler, hızlı çoğalan ve kullanışlı bakteri ve virüslerin incelenmeleriyle elde edilmiştir. İlerideki birçok çalışma, öncelikle prokaryotlarda, sonrasında ökaryotlara uyarlanarak sağlanmıştır.
RNA polimerazlar, bir DNA veya RNA molekülündeki bilgiyi RNA molekülü olarak kopyalayan bir enzimler ailesidir. Bir gende yer alan bilginin RNA molekülü olarak kopyalanma işlemi transkripsiyon olarak adlandırılır. Hücrelerde RNAP genlerin RNA zincirleri halinde okunmasını sağlar. RNA polimeraz enzimleri, tüm canlılarda ve çoğu virüste bulunur. Kimyasal bir deyişle, RNAP, bir nükleotidil transferaz enzimidir, bir RNA molekülünün üç ucunda ribonükleotitlerin polimerleşmesini sağlar.
Prokaryotik hücrelerin DNA ikileşmesinde, ikili sarmal açılır ve sentezin başladığı yer olan ikileşme çatalı oluşur. Proteinler açılan sarmalı kararlı kılar ve ikileşme çatalının önünde oluşan sarılma gerilimini hafifletirler. Sentez, kalıp boyunca belirli bölgelerden RNA Primazın, DNA Polimeraz III'ün polimerizasyonu başlatabileceği serbest 3'-OH ucunu sağlayan kısa bir RNA parçasını sentezlemesiyle başlar. İkili sarmalın antiparalel yapısından dolayı polimeraz III, kesintili zincirde 5'-3' yönünde sürekli DNA sentezi yapar. Çatalın solunda DNA sentezi 5'-3' yönünde kesintisiz olarak devam eder. Kesintili zincir denen karşı zincirde kısa Okazaki parçaları sentezlenir ve bu parçalar daha sonra DNA ligaz ile birleştirilir. DNA Polimeraz I, RNA primerini uzaklaştırır ve yerine DNA sentezler, ortaya çıkan polinükleotidler DNA ligaz ile birleştirilir. Böylece sentezi tamamlanan iki yeni çift dallı DNA molekülü birbirinden ayrılr ve biri atasal hücrede kalırken diğeri oğul hücreye gider.
Nükleobazlar, RNA ve DNA'daki şekerlere bağlı olan, azotlu kimyasal moleküldür. Bunlara adenin, guanin, sitozin, timin ve urasil dahildir. Bunlar sırasıyla A, G, C, T ve U olarak kısaltılır. Genetikte bunlara genelde baz olarak değinilir.
Moleküler biyolojide bir baz çifti, birbirine ters doğrultuda iki DNA veya RNA zinciri üzerinde bulunan, biribirine hidrojen bağları ile bağlanmış iki nükleobazdır. Standart Watson-Crick baz eşleşmesinde, adenin (A), timin (T) ile, guanin de sitozin ile bir baz çifti oluşturur. RNA içinde olan baz çiftlerinde timin'in yerini urasil (U) alır. Watson-Crick tipi olmayan ve alternatif hidrojen bağlarıyla meydana gelmiş baz çiftleri de oluşabilir, özellikle RNA'da; bunlara Hoogsteen baz çiftlerinde de rastlanır.
Genetikte, mikroRNA (miRNA) yaklaşık 21-23 nükleotit uzunluğunda tek iplikli RNA molekülü türüdür, gen ifadesinin düzenlenmesinde rol oynar. miRNA'lar kodlamayan RNA'lardandır, yani DNA'dan transkripsiyonu yapılan ama proteine çevirisi yapılmayan genler tarafından kodlanırlar. Pri-miRNA olarak adlandırılan primer transkriptler işlenerek, önce pre-miRNA adlı kısa sap-ilmik yapılarına, sonra da fonksiyonel miRNA'ya dönüşürler. Olgun miRNA moleküller bir veya daha çok mesajcı RNA (mRNA) ile kısmî tamamlayıcıdır ve başlıca işlevleri gen ifadesini aşağı ayarlamaktır. 1993'te Lee ve çalışma arkadaşları tarafından Victor Ambros laboratuvarında keşfedilmişlerdir, ancak mikroRNA terimi ilk 2001'de kullanıma girimiştir.
İnsersiyon veya ensersiyon genetikte bir DNA dizisine bir veya daha çok baz çiftinin eklenmesidir. İnsersiyon mutasyonu olarak da adlandırılır. DNA polimerazın kayma yapması sonucu insersiyonlar sık olarak mikrosatelit bölgelerinde olabilir. İnsersiyonlar, büyüklük olarak tek bir baz çiftinden tüm bir kromozoma kadar olabilir.
G-dörtlüsü. Nükleik asit dizilileri guanin bakımından zengindir ve dört bazlı birimlerden meydana gelmiş istiflenme kümeleri ile kromozom uçlarını stabilize ederek, dört guanin baz yassı bir tabaka oluşutururlar. Bunlar birbirleri üzerine yığılarak karalı bir G-dörtlüsü (G-quadruplex) yapısı oluştururlar. Bu yapıların stabilizasyonu için her dört bazlı birimlerin ortasında bulunan bir metal iyon ve bazların kenarları arasındaki hidrojen bağların kelasyonu ile gerçekleşir. Aynı zaman da G-dörtlüsü, tek bir iplikçiğin birkaç kere katlanması ile de oluşabilir.
DNA yapısı, hem tek iplikli hem çift iplikli DNA'da çeşitli biçimler gösterir. Hücreler için DNA'nın yapısıyla ilişkili olan DNA'nın mekanik yapısı hücreler için önemli bir sorun yaratır. DNA'nın okunması veya ona bağlanmasıyla ilgili her hücresel süreç, onun tanınması, paketlenmesi veya değişime uğratılmasına etki edecek şekilde onun mekanik yapılarını da kullanır ya da değiştirir. DNA 'nın aşırı uzunluğunun, onun sertliğinin ve sarmal yapısının bir sonucu olarak, hücre DNA'sının düzenlenebilmesi için histon gibi yapısal proteinler ve topoizomeraz ve helikaz gibi enzimler evrimleşmiştir. DNA'nın özellikleri onun moleküler yapısı ve dizisi ile yakından ilişkilidir. Özellikle DNA ipliklerini birbirine bağlayan hidrojen bağları ve elektronik etkileşimlerin, her bir iplikteki bağların kuvvetine kıyasla olan zayıflığı, bu ilişkide önemli bir rol oynar.
Endonükleazlar bir polinükleotit zincirindeki fosfodiester bağını kesen enzimlerdir. Buna karşın eksonükleazlar polinükleotit zincirinin sadece en ucundaki fosfodiester bağını keser. Doğada endonükleazlar çeşitli hücresel işlevlere sahiptir. Bu enzimlerin bazıları moleküler biyoloji laboratuvarlarında birer araç olarak da kullanılır.
Nükleotit trifosfat, üç fosfatlı bir nükleotittir. Doğal nükleotit trifosfatlar arasında adenozin trifosfat (ATP), guanozin trifosfat (GTP), sitidin trifosfat (CTP), timidin trifosfat (TTP) ve üridin trifosfat (UTP) bulunur. Bu terimler riboz içeren nükleotit trifosfatlar için kullanılır. Deoksiriboza içeren nükleotit trifosfatların adında ise deoksi- öneki bulunur: deoksiadenozin trifosfat (dATP), deoksiguanozin trifosfat (dGTP), deoksisitidin trifosfat (dCTP), deoksitimidin trifosfat (dTTP) ve deoxyüridin trifosfat. Nükleotit maddesine bakıp bu bileşiklerin ayrıntılı tanımlarını görebilirsiniz.
Deaminasyon bir molekülden bir amino grubunun çıkarılması. Bu reaksiyonu katalizleyen enzimler deaminaz olarak adlandırılır.
Biyomoleküler yapı biyomoleküllerin yapısıdır. Bu moleküllerin yapısı genelde birincil, ikincil, üçüncül ve dördüncül yapı olarak ayrılır. Bu yapının iskeleti, molekül içinde birbirine hidrojen bağları ile bağlanmış ikincil yapı elemanları tarafından oluşturulur. Bunun sonucunda protein ve nükleik asit yapı bölgeleri oluşur.
