Dna’Nın Farklı Biçimleri

Watson ve Crick’in buluşlarından sonra son yıllarda, DNA ipliklerinin X ışını kırılma özelliklerini çalışılmasıyla, DNA’nın hiç değilse 3 yapısal şekilde bulunduğu gösterilmektedir Watson ve Crick’in yapısal özelliklerini belirlediği DNA, bu gün B – DNA diye isimlendirilir Farklı yapısal şekildeki diğer DNA’lar ise A ve Z DNA’lardır Bu farklı organizasyonlar, bazı özel nükleotid sıralarının çift helikse devamlı bir bükülme verebilmesiyle ortaya çıkar Böylece her bir DNA şekli, hem çift heliksin dışından yalnızca bazlarını eşleştirerek ve hem de bazların iskeletin eksenine göre pozisyonlarındaki ayrıntılarını belirleyerek ayırt edilir Bu üç tip DNA dışında da farklı özellikte DNA’lar vardır fakat bunlar çok az miktarda bulunduklarından burada incelenmeyecektir

B – DNA : Hücresel DNA’nın büyük bir kısmı bu gruba dahildir Şu ana kadar incelediğimiz DNA’da B – DNA’dır Kısaca tekrar değinmek gerekirse çapı yaklaşık 2 nm olan bu DNA biçiminin her dönümünde yaklaşık 10 baz çifti bulunur Bazı kaynaklarca bunu 105 olabileceği de belirtilmiştir Sağa dönümler yapan DNA’da baz çiftlerinin düzlemleri sarmalın eksenine dikeydir ve sarmal küçük ve büyük oluklara sahiptir Düşük iyon yoğunluklu çözeltilerde ve nem derecesi çok yüksek (%92) fibrillerde DNA B biçiminde bulunur Canlı hücrelerin fizyolojik koşullarına uyum gösterecek DNA biçimi de B – DNA’dır

A – DNA : Sağa dönümlü ve her dönümde 11 baz çifti bulunan DNA yapısıdır Baz çiftlerinin düzlemleri eksene göre 20º’lik eğimlidir ve komşu baz çiftleri arasındaki uzaklık 27 Å dür Bu nedenle A – DNA molekülleri B yapısındaki benzerlerinden daha kısa ve geniş çaplıdır (23Å) Küçük oluklarda daha belirgin ve derindir Sodyum, potasyum veya sezyum iyonları varlığında ve %75 nem içeren fibrillerde DNA A biçiminde bulunur, yani B – DNA’nın dehidratasyonuyla meydana gelir

Hücrede A – DNA biçiminde bölgelerin bulunup bulunmadığı ve eğer bulunuyorsa işlevi tam olarak bilinmemektedir Bununla beraber, 2´ OH grubunun B biçiminin oluşmasını engellemesi nedeniyle, RNA’nın çift zincirli bölgelerinin A biçiminde olması gerekir

Z – DNA : Bu biçimin en ayırt edici özelliği dönüm yönünün sola doğru olmasıdır Z – DNA dönüm boyu 456 Å olan ve dönümlerinde en fazla 12 baz çifti içeren bir yapıya sahiptir; çapı da diğerlerine göre daha dardır (18Å) Şeker – fosfat omurgası sarmal boyunca zikzak bir hareket yaptığı için bu yapı Z – DNA olarak adlandırılır Z – DNA da sadece tek çeşit oluk bulunur

Pürin ve pirimidinlerin düzenli olarak birbirini izlediği dizilere sahip DNA’larda, uygun iyon koşullarında, Z biçimi oldukça kolay elde edilmektedir Ayrıca tekrarlanan GC dizilerinin bulunduğu bölgelerde, özellikle sitozinlerin C5 atomlarına metil grubu eklenmesiyle oluşan 5 – metilsitozinler B – DNA’nın Z – DNA biçimine dönüşmesine yol açmaktadır Hatta, metillenme pürin - pirimidin tekrarı olmaksızın da aynı sonucu yaratmaktadır

Z biçimi in - vitro bazı olağan dışı koşullarda elde edilmektedir Örneğin yüksek tuz yoğunluğu kullanılması nükleotidler arasındaki itme kuvvetini arttırmakta ve Z – DNA’nın dar çaplı yapısını ayarlamaktadır Z – DNA’nın hücre içindeki oranı henüz bilinmemektedir

Şekil 11 : (a – c) A, B ve Z – DNA’lar (M=büyük oluk, m=küçük oluk)

Bu üç tip DNA molekülüne ait bazı ölçüm değerleri aşağıdaki tabloda verilmiştir

DNA biçimi Baz çifti sayısı/dönüm Dönüm/baz çifti Baz çiftleri arası uzaklık Sarmal çapı

B 104 +346º 338 Å 20 Å

A 11 +347º 256 Å 23 Å

Z 12 -300º 371 Å 18 Å

Tablo 5 : Çeşitli DNA biçimlerine ait bazı veriler (+ = sağa dönüm, - = sola dönüm)

Calladin Kuralları

Chris Calladin 1982’de yaptığı deneysel çalışmalar sonucunda DNA’nın yapısıyla ilgili çeşitli kurallar bulmuşturBu kurallar sonucunda Calladin bir DNA yapı modeli ortaya atmıştırBu model tamamlanamamıştır çünkü elektrostatik ilişkileri faktörleri ve hidrojen bağlarının hidrasyonunun faktörleri tam olarak bilinmez

*B-DNA Sarmal ekseninin düz olmasına gerek yokturAncak 112 Å’un yarıçapı ile kıvrılabilir

*Kıvrılma açısı p 36 der’de değişme gösterebilir Fakat 28 der’den 43 der Kadar çeşitlilik gösterebilir

*Pervane dönüşünün sınırları C-G çifti için +11 der Ve A-T çifti için +17 der’dir

*Baz çiftleri çarpışmaları azaltarak uzun eksenleri boyunca dönerler

*Şeker kıvrılması C3’-exo’dan O 4’endo ve C2’endo’ya kadar değişiklik gösterir

*Bazlar bölgesel olarak kayarlar ve bu şekilde üst üste çakışırlar D(TCG) içinde ki burada C-2 , G-3 ile stoğu yükseltmek için sarmal ekseninin arasında hareket eder

Ave B –DNA’nın polimorfları çift ipliğin yer yer açılmaları ile ve kristal yapıdaki yan çıkışlar açıklıklar ve nanomerik parçalar halinde gözlenir

DNA EĞRİLMESİ (bending)

Ave B tipi birer sarmal arasındaki birleşme sonucu eğri DNA ortaya çıkar Sarmal ekseninin içinde 26 der’lik bir eğrilme ile oluşurBirleşmeler her 5 baz’da bir ve karşılıklı oluşur Bu eğrilme olayının bir sonucudur ki bu DNA’nın sürekli bir kıvrılmaya sahip olmasını sağlar Uyumsuz baz çifti eşleşmeleri 2 şekilde olur

1-Transition mismatch (geçişle yanlış eşleşme)

2-Transversion mismatch (çaprazlama ile yanlış eşleşme)

A,B ve Z formlarında G-T baz çiftlerinde gözlenirTipik “wobble”çiftleri oluşur Bu çiftler anti-anti glikozilik bağlara sahiptirD(CGCGAATTAGCG)dodecamerin kristalleri bir (anti) G-A (syn) yanlış eşleşmiş baz çiftine sahiptir Bu eşleşme 2H bağı ile olur Diziye bağımlı değişiklikler,DNA’nın proteinlerce tanınmasını sağlayan önemli bir faktördür Buna göre şöyle bir sonuca varılabilir DNA yapısal olarak diğer makromoleküllerle ilşki kuracak şekilde evrim geçirmiştir Buna göre serbest doğrusal DNA sarmalı biyolojik olarak en uygun yapıdır

Kaymış (Slipped) Yapılar: Doğrudan dizilerde oluşurlar ve önemli düzenleyici bölgelerin üst taraflarında yer alırlarTanımlanan yapılar tek iplikli nükleazların “cleaveage”dokuları ile uyumlu olmakla beraber iyi bilinmemektedir

Pürin-pirimidin ekleri: Bunlar düşük sıcaklıklarda büyük girintiler de , baz çiftleşmesinde uzun aralıklı , dizilere bağımlı tekil baz kaymaları ile alışılmışın dışında yapılar oluşur

Anizomorfik DNA: Bu doğrudan tamirle alışılmadık fiziksel ve kimyasal özellikleri olduğu bilinen viral DNA’nın eklem bölgelerindeki dizilerle ilgili DNA yapılarına verilen addır İki birbirini tamamlayıcı iplik değişik yapılara sahiptir Bu negatif süpercoillerde ortaya çıkan kıvrılmaların gerilimi altında görülen, dizi merkezlerinde meydana gelen ardışık yapısal kırıklara yol açar

Saç tokası şeklindeki ilmekler(Hairpin loop): Bunlar ters dönmüş tamamlayıcı diziler sahip parçaları olan tekil oligonükleotid iplikleri tarafından oluşturulurÖrneğin 16-merd (CGCGCGTTTTCGCGCG)hekzamer tekrarına sahiptir ve onun kristal yapısı 4T’li ilmeği olan hairpin ve bir Z DNA hekzamer gövdesi gösterir B u ters dönmüş diziler DNA dupleksinde yer aldıkları zaman haç formunun oluşumu için gerekli koşullar meydana gelmiş demektir

Haç benzeri (cruciform): Bu iplik içi baz çiftleşmesi içeren bir yapıdır Tek bir açılmamış dupleks bölgeden iki hairpin ilmeği ile iki gövde meydana getirirler Tersine dönmüş dizi tekrarlar palindromlar olarak bilinir Bunlar kısa bir aradan sonra ters yöndeki aynı dupleks dizinin takip ettği DNA dupleks dizilerine sahiptir Bu durum decamer olamayan iki dizinin palindromlarının yer aldığı Pbr322 bakteriyal plazmidinin içinde de gözlenir Her ne kadar ilmeklerde bazlar kısmi olarak depolanıyor olsada tek bir haç şeklindeki yapının oluşumunu enerji miktarı 75 kjmol kapalı dairesel süper helikal DNA’ların kullanıldığı bu yapının deneylerinde , bu enerji negatif süpercoillerin formundaki gerilme enerjisinin serbest bırakılması ile elde edilirBu da haçın kollarının uzunluğu ile doğrudan ilişkilidir 10,5bç’lik bi kolun oluşumu süpercoili bir dönüş kadar çözer