RNA

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.

RNA, DNA'ya çok benzer olmakla beraber bazı yapısal ayrıntılarında farklılık gösterir. Hücre içinde RNA genelde tek zincirli, DNA ise genelde çift zincirlidir. RNA nükleotitleri riboz içerirler, DNA ise deoksiriboz (bir oksijen atomu eksik olan bir riboz türü) vardır. DNA'da bulunan timin bazı yerine RNA'da urasil vardır ve genelde RNA'daki bazlar ayrıca kimyasal modifikasyona uğrar. RNA, RNA polimeraz enziminin DNA'yı okuması (transkripsiyonu) ile sentezlenir ve ardından başka enzimler tarafından işlenerek değişime uğrar. Bu RNA işleyici enzimlerin bazıları kendi RNA'larını içerirler.

Yapısı

RNA'daki her nükleotit bir riboz şekeri içerir, bunun karbonları 1' ila 5' olarak numaralandırılır. 1' konumuna bir baz bağlıdır, genelde adenin (A), sitozin (C),

RNA'nın kimyasal yapısı

guanin (G) veya urasil (U). İki riboz arasında bir fosfat grubu vardır, bu fosfat bir ribozun 3' konumuna, öbür ribozun ise 5' konumuna bağlıdır. Fizyolojik pH'de fosfat grubu negatif bir yük taşıdığı için RNA yüklü bir moleküldür (polianyon). Bazı bazlar arasında hidrojen bağları oluşabilir: sitozin ve guanin, adenin ve urasil ve bazen guanin ve urasil arasında bu tür bağlar oluşur. Ancak, RNA zinciri çeşitli şekiller alabildiği için bunlardan başka baz-baz etkileşimleri de mümkündür, örneğin bir grup adenin birbiriyle bağlanarak RNA zincirinde bir tümsek oluşturabilir, veya GNRA dörtlüsü'nde bir guanin-adenin etkileşimi olur.

RNA'yı DNA'dan farklı kılan önemli bir fark, riboz şekerin 2' konumundaki hidroksil grubudur. Bu fonksiyonel grubun varlığı c3'-endo şeker konformasyonunu zorunlu kılar, buna karşın DNA'nın deoksiriboz şekerinin C2'-endo konformasyonu vardır. Bunun sonucu olarak RNA'nın çifte sarmallı kısımları, DNA'da yaygın olarak görülen B şekilli sarmaldan farklı olarak A-şekilli olur. A-şekilli sarmalın büyük oyuğu B şekilli sarmala kıyasla daha derin ve dardır, küçük oyuğu ise sığ ve geniştir. 2' hidroksil grubunun ikinci bir etkisi ise, RNA'nın esnek olan bölgelerinde (yani çift sarmal oluşturmamış kısımlarında) bu hidroksil grubunun yanındaki fosfodiester bağa saldırıp şeker-fosfat zincirin kesilmesine neden olabilmesidir.

siRNA'da Watson-Crick baz çiftleri

RNA transkripsiyonu sırasında sadece dört baz kullanılır (adenin, sitozin, guanin ve urasil) ama ergin RNA'larda pek çok değişime uğramış şeker ve baz vardır. Psödouridin (Ψ) adlı nükleozitte urasil ile riboz arasındaki bağ, bir C-N bağından C-C bağına değişmiştir. Psödouridin ve ribotimidin (T) beraberce çeşitli RNA'larda görülür, özellikle tRNA'ların TΨC ilmiğinde. Değişime uğramış bazlardan bir diğeri olan hipoksantin, deamine olmuş bir guanin bazıdır, nükleozit hali inosin olarak adlandırılır. Genetik kodun değişkenliğinin açıklanmasında inosin anahtar bir rol oynar. Değişime uğramış 100'e yakın nükleozit bilinmektedir, bunların arasında psödouridin ve 2'-O-metilribozlu nükleozitler en yaygın olanlarıdır. Bu modifikasyonların çoğunun işlevi bilinmemektedir. Ancak ribozomal RNA'da çoğu transkripsiyon sonrası modifikasyon, ribozomun en işlevsel bölgelerinde, örneğin peptidil transferaz merkezinde ve altbirim arayüzlerinde yer alması kayda değerdir, bu nedenle bu modifikasyonların normal fonksiyon için gerekli olduğu anlaşılmaktadır.

Tek iplikli bir RNA'nın işlevsel şekli, tıpkı proteinlerde olduğu gibi, çoğu zaman belli bir üçüncül yapı gerektirir. Bu yapının iskeleti, molekülün içindeki bazlar arasındaki hidrojen bağlarıyla ortaya çıkar. Bu şekilde firkete yapısı, tümsek ve ilmik gibi belli ikincil yapı elemanlarından oluşan bölgeler ortaya çıkar. Bir RNA dizisinin nasıl bir üç boyutlu şekil alacağının tahmini hâlen aktif bir araştırma konusudur.

DNA ile kıyaslama

telomeraz'daki RNA'nın ikincil yapısı.

RNA ve DNA, üç ana özellikleriyle birbirlerinden farklılık gösterirler. Birincisi, DNA çift iplikli olmasına karşın, çoğu biyolojik fonksiyonunda RNA tek ipliklidir, ve DNA'dan çok daha kısadır. İkincisi, DNA'yı oluşturan şeker molekülleri deoksiriboz, RNA'yı oluşturanlar ise ribozdur, yani DNA'da pentoz halkasının 2' konumunda bir hidroksil grubu yoktur, RNA'da ise pentoz halkasının iki hidroksil grubu vardır. RNA'da fazladan bulunan hidroksil grupları, hidroliz nedeniyle DNA'dan daha az dayanıklı olmasına neden olur. Üçüncüsü, adenin bazını tümleyen baz DNA'daki gibi timin değil, urasildir.

RNA genelde tek iplikli olmasına rağmen, çoğu RNA molekülü katlanarak baz eşleşmesi ile çift sarmallı bölgeler oluşturur. DNA'dan farklı olarak RNA'lar uzun çift iplikli sarmallar değil, birbirine sıkıca sokulmuş kısa sarmallardan oluşur. Bu baz eşleşmeleri RNA molekülüne belli bir şekil verir ve bazların fonksiyonel gruplarının bir araya gelmesi sonucu reaktif özelliğe sahip olan yapılar ortaya çıkar. Bu sayede RNA, bir enzim gibi, kimyasal katalizör olarak işlev görebilir. Örneğin, peptit bağını oluşturan bir enzim olan ribozimin aktif merkezi tamamen RNA'dan oluşmaktadır.

50S ribozomal altbirim. RNA turuncu, protein mavidir.
Aktif merkez ortadadır (kırmızı)

Sentez

RNA sentezi genelde DNA'yı bir şablon olarak kullanarak, RNA polimeraz enzimi tarafından katalizlenir. Sentezin başlaması DNA üzerinde, RNA'ya yazılacak bölgenin hemen "yukarı" tarafındaki bir diziye enzimin bağlanması ile olur. DNA çifte sarmalı, RNA polimerazın helikaz aktivitesi ile açılır. Sonra, enzim DNA'nın şablon ipliği üzerinde 3'- 5' doğrultusunda ilerler ve bunun dizisini tümleyici bir diziye sahip bir RNA zincirini 5'-3' doğrultusunda sentezler. DNA üzerinde bulunan belli bir dizi, RNA sentezinin nerede sona ereceğini belirler.

Yukarıda anlatılan DNA'ya bağımlı RNA polimerazdan farklı olarak bir de RNA'ya bağımlı RNA polimerazlar vardır, bunlar yeni bir RNA zincirini sentezlemek için şablon olarak bir RNA zinciri kullanırlar. Örneğin, bir grup RNA virüsleri (çiçek virüsü gibi) bu enzimi kullanarak genetik malzemelerini çoğaltırlar. Ayrıca, RNA'ya bağımlı RNA polimeraz çoğu canlıda RNA enterferans yolunda görev alır.

RNA Tipleri

Genel bakış

Mesajcı RNA (mRNA) DNA'daki bilgiyi protein sentezi (translasyon) için ribozomlara taşıyan RNA'dır. mRNA'daki kodlayıcı nükleotit dizisi ondan üretilen proteinin amino asit dizisini

RNA kesen bir ribozim olan 
çekiçbaşı riboziminin şematik
yapısı

belirler.

RNA genleri proteine çevrilmeyen, RNA kodlayan genlerdir, bunlar kodlamayan RNA veya küçük RNA olarak adlandırılır. Kodlamayan RNA'lar intronlardan da ortaya çıkabilir. Kodlamayan RNA'ların en belirgin örnekleri taşıyıcı RNA (tRNA) ve ribozomal RNA (rRNA)'dır, bunların ikisi de translasyon sürecinde rol oynarlar. Gen düzenlemesi, RNA işlenmesi ve başka işleveleri olan RNA'lar da vardır. Bazı RNA'lar, başka RNA'ların kesilmesi ve birleştirilmesi (ligasyon) ve ribozomda peptit bağı oluşumu gibi kimyasal tepkimeleri katalizleme yeteneğine sahiptir; bu tip RNA'lar ribozim olarak adlandırılırlar.

Çift iplikli RNA (İng. double stranded RNA'nın kısaltması olan dsRNA olarak değinilir), birbirini tümleyici iki iplikten oluşmuş RNA'dır, bu bakımdan şekli DNA'ya benzer. Çift iplikli RNA, bazı virüslerin (çift iplikli virüslerin) genetik malzemesini oluşturur. Ökaryotlarda, virüs RNA'sına benzeyen uzun çift iplikli RNA'lar RNA enterferansını harekete geçirir. RNA enterferansında, siRNA (İng. small interfering RNA, kısa enterferansçı RNA) olarak adlandırılan kısa çift iplikli RNA'lar gen ifadesini susturur.

Translasyonda

Mesajcı RNA (mRNA) bir proteinin amino asit dizisi hakkında bilgiyi protein sentez yeri olan ribozomlara taşır. Bu bilgi, her üç nükleotit (bir kodon) bir amino asite karşılık gelecek şekilde şifrelenmiştir. Ökaryotlarda bir öncül (prekürsör) mRNA (pre-mRNA) DNA'dan yazıldıktan sonra ergin mRNA'ya dönüştürülür. Bu işlem sırasında pre-mRNA'nın protein kodlamayan kısımları (intronlar) çıkartılır, ayrıca mRNA'nın iki ucuna, onu nükleazlardan koruyucu eklemeler yapılır. Bunun ardından mRNA çekirdekten sitoplazmaya taşınır, orada ribozomlara bağlanır ve tRNA'nın yardımıyla çevirisi (translasyonu) yapılır. Prokaryotlarda, çekirdek olmadığından, RNA'nın transkripsiyonu sürerken ribozomlar tarafından çevirisi başlar. Bir süre sonra mesajcı RNA ribonükleazlar tarafından parçalanır.

Taşıyıcı RNA (tRNA) yaklaşık 80 nükleotit uzunluğunda bir RNA zinciri olup, ribozomun protein sentez konumunda büyümekte olan polipeptide spesifik aminoasitler taşır. Yapısında, mRNA'daki kodonları tanımak için onlarla hidrojen bağı kuran bir antikodon bölgesi ve amino asidin ona bağlanması için gerekli bölgeler vardır.

Ribozomal RNA (rRNA) ribozomların katalitik kısmıdır. Ökaryotik ribozomlar dört RNA içerirler: 18S, 5.8S, 28S ve 5S rRNA. Bu rRNA'lardan üçü çekirdekçikte sentezlenir. Sitoplazmada ribozomal RNA ve proteinler bir araya gelip ribozomu oluştururlar. Ribozom mRNA'ya bağlanır ve protein sentezini gerçekleştirir. Bir mRNA'ya aynı andan birkaç yüz ribozom bağlanabilir. Tipik bir ökaryotik hücre sitoplazmasındaki RNA konsantrasyonu 10 mg/ml'dir, bunun %80 rRNA'dan oluşur.

Gen düzenlemesinde

Bazı RNA tipleri genin belli bir kısmının dizisine tümleyici olarak gen ifadesinin aşağı ayarlayabilirler. Ökaryotlarda bulunan mikro RNA'lar (miRNA; 21-22 nt) RNA enterferans yoluyla etki eder. RNA enterferansında miRNA ve enzimlerden oluşan bir kompleks, miRNA'nın tümleyici olduğu bir mRNA'yı parçalayabilir, veya mRNA'nın translasyonunu bloke edebilirler, veya promotörün metilasyonuna neden olarak genelde geni aşağı ayarlarlar. Bazı miRNA'lar ise genleri yukarı ayarlarlar (RNA aktivasyonu). Küçük enterferansçı RNA (İng. small ınterfering RNA, siRNA)'lar 20-25 nt uzunlukta olurlar, genelde viral RNA'nın parçalanmasından meydana gelmelerine karşın, bu RNA tiplerinin endojen kaynakları da mevcuttur. siRNA'lar, miRNA'ya benzer şekilde )RNA aktivasyonu da dahil olmak üzere) RNA enterferansı aracılığyla etki ederler. Hayvanlarda bulunan Piwi etkileşimli RNA'lar (İngilizce Piwi-interacting RNAs, piRNA; 29-30 nt) eşey hücrelerinde etkindirler, transpozonlara karşı savunmaya yaradıkları ve gametogenezde rol oynadıkları düşünülmektedir. Dişi hayvanlarda görülen X kromozom inaktivasyonu, X kromozomlarından birini kaplayarak onu inaktive eden Xist adlı bir RNA tarafından meydana gelir. Ters anlamlı RNA bakterilerde yaygındır; çoğu genleri aşağı ayarlar ama bazıları da transkripsiyon aktivatörüdür. Bir mRNA'nın kendisi de 5 üssü çevrilmeyen bölgesinde veya 3 üssü çevrilmeyen bölgesinde riboanahtar gibi düzenleyici elemanlar içerebilir. Bu beri-düzenleyici unsurlar (İng. cis-regulatory element) mRNA'nın etkinliğini düzenlerler.

RNA işlenmesinde

Uridinden psöduridin oluşumu
yaygın bir RNA modifikasyonudur.

Çoğu RNA başka RNA'ların modifikasyonunda rol oynar. Örneğin uçbirleştirmede, pre-mRNA'daki intronların çıkartılmasını sağlayan splisozom, küçük nükleer RNA (snRNA)'lar içerir.

RNA'yı oluşturan nükleotitlerler A, C, G ve U'dan farklı bazlara değişime uğrayabilir. Ökaryotlarda RNA nükleotitlerinin modifikasyonu genelde çekirdekçik ve Cajal cisimlerinde bulunan küçük nükleolar RNA (small nucleolar RNA, snoRNA; 60-300 nt) tarafından yönlendirilir. SnoRNA'lar enzimlerle birleşip onları RNA üzerindeki belli bir noktaya yönlendiriler, bunu sağlamak için RNA ile baz eşleşmesi yaparlar. Bu enzimler sonra o noktadaki nükleotit modifikasyonunu gerçekleştirler. rRNA ve tRNA bu şekilde büyük oranda değişime uğrarlar, ama snRNA ve mRNA'ların da bu yolla modifiye oldukları görülmüştür,

RNA tipleri

Tip	Kısaltma	İşlev	Dağılım	Ref.
Mesajcı RNA	mRNA	Protein kodlaması.	Tüm canlılar
Ribozomal RNA	rRNA	Protein sentezi	Tüm canlılar
Taşıyıcı RNA	tRNA	Protein sentezi	Tüm canlılar
Taşıyıcı-mesajcı RNA	tmRNA	Takılıp kalmış ribozomların kurtarılması	Bakteriler
Ters anlamlı RNA (İng. antisense RNA)	aRNA	Gen düzenlemesi	Tüm canlılar
Küçük enterferanscı RNA (İng. Small interfering RNA)	siRNA	Gen düzenlemesi	Çoğu ökaryot
Mikro RNA	miRNA	Gen düzenlemesi	Çoğu ökaryot
trans-etken siRNA (İng. trans-acting siRNA)	tasiRNA	Gen düzenlemesi	Bitkiler (Arabidopsis thaliana)
Piwi-etkileşimli RNA (İng. Piwi-interacting RNA)	piRNA	Gen düzenlemesi	Hayvanlar
küçük nükleer RNA (İng. Small nuclear RNA)	snRNA	Çeşitli	Ökaryotlar ve arkeler
Küçük nükleolar RNA (İng. Small nucleolar RNA)	snoRNA	RNA'nın çekirdekte modifikasyonu	Ökaryotlar ve arkeler
Yönledirici RNA (İng. Guide RNA)	gRNA	mRNA modifikasyonu	Kinetoplastid mitokondrileri
Ribonükleaz P	RNaz P	tRNA erginleşmesi	Tüm canlılar
Ribonükleaz MRP	RNaz MRP	rRNA erginleşmesi, DNA replikasyonu	Ökaryotlar
Y RNA		RNA işlenmesi, DNA replikasyonu	Hayvanlar
Telomeraz RNA		Telomer sentezi	Çoğu ökaryot
Sinyal tanıma taneciği RNA'sı (Signal recognition particle RNA)	SRP RNA	Protein ihracı	Tüm canlılar
Retrotranspozon		kendini çoğaltmak	Ökaryotlar ve bazı bakteriler
Viroid		kendini çoğaltmak	Enfekte bitkiler
Not: Bu liste Szymanski et al. 2003. makalesi esas alınmıştır.

Yukarıda belirtilenlere ilaveten, pek çok virüs genomu RNA'dan oluşur. Bunlar çift iplikli RNA virüsleri, pozitif anlamlı tek zincirli RNA virüsler, negatif anlamlı tek zincirli RNA virüsleri ve çoğu satelit virüslerdir.

Keşif

Nükleik asitler 1868'de Friedrich Miescher tarafından keşfedilmiş, hücre çekirdeğinde (nucleusta) yer aldığı için Miescher bu maddeye 'nüklein' adını vermişti. Daha sonradan nükleik asitlerin çekirdeksiz olan prokaryotlarda da olduğu bulunmuştu. RNA'nın protein sentezinde rol oynadığı 1939'ten itibaren, Torbjörn Caspersson, Jean Brachet ve Jack Schultz'un deney sonuçlarından dolayı, tahmin edilmekteydi. Gerard Marbaix ilk mesajcı RNA'yı (tavşan hemoglobinine ait olan) saflaştırmış, ve onu yumurta hücrelerine enjekte edince bunun hemoglobin sentezini sağladığını göstermişti. Severo Ochoa RNA'nın nasıl sentezlendiğini keşfettikten sonra 1950 Nobel Tıp Ödülünü kazandı. Robert W. Holley bir maya RNA'sının ilk 77 nükleotidinin dizisini 1965'te çözmüş, bundan dolayı 1968 Nobel Tıp ödülünü kazanmıştır. Carl Woese ve diğerleri 1967'de RNA'nın katalitik olduğunu buldular en eski canlı tiplerinin bir "RNA Dünyası" içinde yaşadıklarını, RNA'yı hem genetik bilgi taşımak hem de biyokimyasal tepkimeleri katalizlemek için kullanmış olabileceğini öne sürdüler. 1976'da Walter Fiers ve arkadaşları ilk defa bir RNA virüs genomunun (bakteriyofaj MS2'nin) tüm nükleotit dizisini belirlediler.

1990 başlarında bitki hücrelerinin içine sokulan genlerin bunlara benzer endojen genleri susturduğu bulundu. Yaklaşık aynı dönemde, 22 nt uzunlukta (günümüzde mikroRNA olarak adlandırılan) RNA'ların C. elegans solucanının gelişimine etki ettiği keşfedildi.

Gen düzenleyici RNA'ların keşfi üzerine, onkogenleri ve viral genleri susturabilecek RNA'dan oluşmuş ilaçlar geliştirmeye yönelik çabalar başladı. 2006 itibarıyla piyasada bu özellikli tek bir ilaç bulunmaktadır, bir sitomegalovirüs genini inhibe etmeye yarayan Vitravene (bir ters anlamlı RNA), ama RNA enterferans yoluyla genleri aşağı ayarlamak için siRNA kullanmaya yönelik ümit verici araştırmalar sürmektedir.

Devamı

İmmünoloji ve Alerji

Türkçeye, Fransızca immunologie kelimesinden türeyerek gelen ve bağışıklık bilimi olarak da adlandırılır. İnsan vücudu sürekli dış etkilere açıktır. Yaşadığımız her yerde gözle göremesek de bakteriler, virüsler ve mantarlar bulunmaktadır. Bunların bir kısmı hastalığa yol açmaktadır. Vücudumuz bağışıklık sistemi tarafından çeşitli şekillerde kendini zararlı mikroorganizmalara karşı korumaktadır. Bağışıklık sistemini inceleyen tıp dalına immünoloji adı verilir. Şimdi immünoloji hakkında bilinmesi gerekenlere bir göz atalım… İmmünoloji hangi hastalıklara bakar?

İMMÜNOLOJİ NEDİR?

İmmünoloji, bağışıklık sisteminin incelenmesi ile ilgilenen, tıp ve biyolojik bilimlerin çok önemli bir dalıdır. Bağışıklık sistemi bizi çeşitli savunma hatları sayesinde enfeksiyonlardan korur. Bağışıklık sisteminde önemli kusurlar oluştuğunda veya bağışıklık sisteminin konak hücre ve dokularını korumak yerine zarar vereceği tepkiler oluşturmak zorunda kaldığı durumlarda birçok hastalık oluşabilir

Bağışıklık sistemi olması gerektiği gibi çalışmıyorsa, otoimmünite, alerji ve kanser gibi hastalıklara neden olabilir. Artık, bağışıklık tepkilerinin, Alzheimer gibi metabolik, kardiyovasküler ve nörodejeneratif koşullar da dahil olmak üzere geleneksel olarak immünolojik olarak görülmeyen birçok yaygın hastalığın gelişimine katkıda bulunduğu açıkça ortaya çıkıyor.

Bağışıklık yetmezliği hastalıkları, enfeksiyon ve tümör oluşumunun artan risklerinden dolayı açığa çıkar ve gen mutasyonu, gıdasızlık, HIV gibi bazı virüsler veya kanser tedavisi sebebiyle oluşabilir. Kendi moleküllerini hedef alan bağışıklık sisteminin tepkileri otoimmünite oluşturur, bu da ilgili dokulara veya organlara yönelik çeşitli problemler doğurur. Kısacası; 

Vücudun çeşitli yabancı maddelere aşırı reaksiyonu sonucu ortaya çıkan rahatsızlıklara alerjik hastalıklar denir. İmmünolojik hastalıklar ise vücudun bağışıklık sistemini hedef alan rahatsızlıklardır. 

İMMÜNOLOJİ HANGİ HASTALIKLARA BAKAR?

Bazı immünoloji hastalıkları şu şekilde sıralanabilir:

ASTIM

Astım, solunum sıkıntısı ataklarına yol açabilen kronik bir solunum sistemi hastalığıdır. Akciğerlerdeki hava yollarında daralma sonucunda nefes darlığı, öksürük ve hırıltılı solunum gibi belirtilerle seyreder. Alerjik ve kronik astım olmak üzere iki farklı şekli vardır. Alerjik astım, alerjik nezle ve atopik dermatit ile birlikte önemli alerjik kökenli hastalıklardan biridir. Alerjik astım, diğer alerjik hastalıklar gibi bağışıklık sisteminin belirli dış uyaranlara aşırı tepki göstermesi ile karakterize bir rahatsızlıktır. Kronik astım ise genellikle 30-40 yaşlarında başlayan ve solunum yollarında meydana gelen iltihaplanmalar ve daralmalar nedeniyle ortaya çıkan astım türüdür. Astım tedavisinde antienflamatuar ve bronkodilatör ilaçlar kullanılır ve belirtiler genellikle ilaçlarla kontrol altına alınabilir. Alerjik astımda vücudun tepki verdiği alerjen maddelerden uzak durmak tedavinin önemli bir parçasını oluşturur.

ALERJİK NEZLE 

Alerjik nezle ya da tıbbi adıyla alerjik rinit, hapşırma, burun kaşıntısı, burun tıkanıklığı ve burun akıntısı ile karakterize, vücudun savunma sisteminin aracılık ettiği bir hastalıktır. Alerjik nezle halk arasında daha çok saman nezlesi olarak bilinir. Bu tam olarak doğru değildir; çünkü saman nezlesi terimi aslında sadece çayır, çimen ve yabani ot polenlerine karşı alerjik durumu ifade eder. Buna karşılık alerjik rinit, polenlerin dışında evcil hayvan tüyü, ev tozu akarları veya küfler gibi diğer ajanlar tarafından da tetiklenebilir. Hastalık tüm yaş gruplarında yaygındır. Genellikle çocuklukta başlar ve yaşam boyunca devam eder.

GÖZ ALERJİSİ

Göz alerjisi ya da alerjik konjonktivit gözün yüzeyini kaplayan tabakanın vücudun polen, toz gibi bir alerjene aşırı tepkisi sonucu iltihaplanmasıdır. Kaşıntı, yanma, kızarıklık, akıntı, yabancı cisim hissi göz alerjisinin ana belirtileridir. Prensip olarak, göze giren herhangi bir madde alerjik konjonktivite neden olabilir. En yaygın tetikleyiciler polen, küf sporları, evcil hayvan tüyleri ve ev tozu akarları gibi havada yaygın olarak bulunan alerjenlerdir. Genellikle alerjik nezle ile birlikte görülür ve tedavi edilmezse gözlerde kalıcı hasar bırakabilir.

HIŞILTILI ÇOCUK (WHEEZİNG İNFANT) 

Hışıltı, nefes verirken göğüsten duyulan ıslık tarzında bir sestir ve solunum yollarında iltihabi duruma bağlı darlık oluştuğunda ortaya çıkar. 5 yaş altı çocuk ve bebeklerde yılda 3 defadan fazla tekrarlayan ya da bir aydan daha uzun süren hışıltılı olması durumunda ise hışıltılı çocuktan söz edilir. Çocuklarda hışıltı besin alerjisi, alerjik nezle veya alerjik astımın önemli bir bulgusu olabilir. Alerji ve astım dışında bronşiolit gibi başka hastalıklarda da görülebilir.

ÜRTİKER (KURDEŞEN) 

Ürtiker ya da kurdeşen ciltte ortası soluk kaşıntılı

ve şiş döküntü oluşumuyla karakterize bir rahatsızlıktır. Ürtikere neden olabilecek veya ürtikeri tetikleyebilecek birçok faktör vardır. Olası nedenler ilaçlar, enfeksiyonlar, alerjiler, soğuk hava, basınç gibi çok çeşitlidir. Bazen ürtikere tam olarak neyin sebep olduğu tespit edilemez. Ürtiker, yaşam kalitesini ciddi şekilde etkileyebilen; fakat bulaşıcı olmayan bir hastalıktır. Hastalık altı haftadan kısa sürerse akut, altı haftadan daha uzun sürerse kronik ürtikerden söz edilir.

GIDA ALERJİSİ

Gıda alerjisi, bağışıklık sisteminden kaynaklanan ve vücudun bazı yiyeceklere gösterdiği aşırı duyarlılık sonucu oluşan bir rahatsızlıktır. Aşırı duyarlılık, vücut savunmasının gıdadaki bazı bileşenlere verdiği reaksiyonun artmasının bir sonucudur. Besin alerjilerinde ortaya çıkan şikâyetler çok çeşitlidir. Belirtiler kulak, burun ve boğaz, akciğerler, sindirim sistemi cilt ve mukoza zarlarıyla ilişkili olabilir.

BÖCEK ALERJİLERİ

Böcek alerjileri bal arısı, eşek arısı gibi belirli bir böceğin zehrine karşı vücutta aşırı bir reaksiyon oluşmasıdır. Vücut bağışıklık sisteminin oluşturduğu bu reaksiyonlar farklı şiddetlerde ortaya çıkabilir. Böcek alerjileri polen, ev tozu akarı veya hayvan kıllarına karşı alerjiden daha az görülmekle birlikte, hayatı tehdit edici anaflaktik şoka neden olabilecek şiddetli alerjik reaksiyon riski daha yüksektir.

ANAFLAKSİ (ALERJİK ŞOK)

Anaflaksi, en güçlü alerjik reaksiyondur ve alerjene tüm vücudun tepki göstermesi durumudur. Anaflakside alerjenle temastan kısa süre sonra alerjik reaksiyon ortaya çıkar ve hastanın genel durumu hızla bozulur. Solunumu engelleyerek çok hızlı bir şekilde hayati tehlike oluşturabileceğinden, her zaman derhal tedavi edilmesi gereken tıbbi bir acil durumdur. Dudaklarda şişme ve nefes darlığı alerjik şok için önemli uyarı işaretleridir.

Alerji Testleri

Çocuk ve erişkinlere yönelik Alerji ve İmmünoloji bölümünde yapılan önemli testler ve tedavi uygulamaları aşağıda sıralanmıştır. 

​​​​SOLUNUM FONKSİYON TESTLERİ 

Spirometri adı verilen bir cihaz yardımıyla hava yollarının durumunu ve akciğer kapasitesini değerlendirmek amacıyla yapılan testlerdir. Spirometri ile yaş, boy ve cinsiyet dikkate alınarak maksimum solunum kapasitesi belirlenir.

ALERJENLE PROVOKASYON TESTİLERİ

İlaç provokasyon (yükleme) testi

İlaç provokasyon testi, ilaç alerjilerinin tanısında ve bazı durumlarda tedavisinde kullanılır. Bu test, ciddi riskler taşıdığı için bu konuda deneyimli alerji ve immünoloji uzmanı tarafından acil şartlarında yapılması gerekir.

Besin provokasyon testleri 

Gıda alerjilerinde tanı amaçlı kullanılan önemli bir testtir. Şüpheli besinler önce diyetten çıkarılır. 2-4 haftalık alerjensiz diyetten sonra ilgili besin bir uzman eşliğinde azar azar hastaya verilerek vücudun verdiği tepkiye göre sonuç değerlendirilir.

EGZERSİZ TESTİ

Egzersiz testi, eforla artan solunum sıkıntısı şikâyeti olan hastalarda yapılır. Hastanın 4-6 dakika süreyle eğimli bir koşu bandında koşması istenir. Egzersiz sonrası yapılan solunum fonksiyon testlerinde öncesine göre düşme olup olmadığı değerlendirilir.

RADYOLOJİK TETKİKLER

Alerjik astım, kistik fibrozis gibi hastalıkların tanısı ve takibinde akciğer grafisi, bilgisayarlı tomografi veya manyetik rezonans görüntüleme gibi radyolojik görüntüleme yöntemleri de kullanılır.

TER TESTİ

Doğumsal bir hastalık olan kistik fibrozis hastalığı tanısında kullanılan ve çocuk immünoloji ve alerji bölümünde yapılan bir testtir. Bu testte terdeki klor miktarı ölçülür. Kistik fibroziste ter bezlerinin çalışmasında bozukluk vardır ve terdeki sodyum ve klor miktarı artmıştır.

DERİ PRİCK - İNTRADERMAL TESTLERİ 

Deride uygulanan ve hastanın hangi maddelere karşı alerjisi olduğunu belirlemek için yapılan testlerdir. Bu testler farklı alerji türleri için farklı maddelerle yapılır. İlaç alerjilerinde ilaçlar ile deri testi ya da gıda alerjisi durumunda besinler ile cilt testleri yapmak mümkündür.

Prick testi: 

Ön kolun iç kısmına steril bir lanset yardımıyla çizilikler yapılır ve her bir çiziğe farklı alerjen maddeler damlatılır. Ciltte oluşan tepkiye göre kişinin hassas olduğu maddeler belirlenir.

İntradermal testi: 

Bu testte ise alerjen maddeler ince bir enjektörle ön kolda deri içine verilir.

Kanda spesifik IgE bakılması (RAST Testi)

İmmünoglobulin E (IgE) tipindeki alerjene spesifik antikorlar, alerjik reaksiyonlara aracılık etmekten sorumludur ve bu nedenle alerji teşhisinde önemli bir rol oynar. Bu yöntem deri prick testinin yapılamadığı durumlarda (örneğin küçük bebeklerde) tercih edilir. RAST testi, deri prick testine göre daha az tercih edilir, çünkü daha az güvenlidir.

İmmünoterapi 

İmmünoterapi, alerjik hastalıklarda görülen belirtilerin tedavisinde kullanılan bir yöntemdir. Bu yöntemde alerjiye neden olan madde, hastaya belirli aralıklarla verilerek bağışıklık sisteminin oluşturduğu tepki tetiklenir. Sonunda immünotolerans olarak adlandırılan ve alerjene maruz kalma durumunda ortaya çıkan belirtilerin azalması ya da ortadan kalkması hedeflenir.

Devamı

Apandisit

Apandisit, körbağırsak üzerinde apandisin iltihaplanmasıdır. İltihaplı apandisin kesilip çıkarılmasıyla tedavi edilir. Apandisitin belirtileri, lokalize edilemeyen yaygın karın ağrısı, iştahsızlık ve dışkılama dürtüsüdür. Ağrı 6-8 saat sonra karnın sağ alt kadranına geçer ve lokalize edilebilir .

Karnın sağ alt bölümünde apandis (apendiks) denen kalın bağırsağın uzantısı bulunur. Solucan şeklinde ve hareket kabiliyeti olan apandisin içinden herhangi bir besin geçmez. Uzunluğu çocuklarda biraz daha fazladır. Yaklaşık 9–10 cm uzunluğundadır fakat bundan daha az ya da daha fazla olabilir. Yerleştiği yer bazı kişilerde farklılık gösterebilir. (Situs inversus gibi) Bu durum apandis rahatsızlığı olanlarda tanı koymayı zorlaştırır.

Apendiksin (apandisin) çoğunlukla dışkı veya daha az bir ihtimalle safra taşı, tümör ya da bağırsak kurduyla tıkanması sonucu iltihaplanmasına apandisit denir. Apandisin vücuttaki fonksiyonu henüz bilinmemektedir. Sadece lenf dokusu bakımdan zengin bir yapıdır. Yine de apandisin iltihaplanması sonucu yırtılıp karın bölgesinde yayılmasıyla, ciddi problemler ortaya çıkar. Tedavi edilmediğinde tehlikeli bir hastalık olan apandisit, karın zarının iltihaplanmasına yol açabilir.

Kimlerde görülür? Görülme sıklığı ne kadardır?

Yapılan araştırmalara göre ABD'de ve diğer batı ülkelerindeki insanların yaklaşık %10'unun hayatının bir döneminde apandisite yakalandığını göstermiştir. Bu hastalığın ortaya çıkmadığı yaş yoktur. 2 yaşından küçük çocuklarda görülme ihtimali nadirdir. Bu yaştan sonra görülme sıklığı artar ve en çok genç yetişkinlerde, 20 yaşından sonra görülmeye başlar. Bu dönemden sonra en sık yaşlılık döneminde ortaya çıkar.

Erkekler, apandisite, kadınlara oranla daha fazla yakalanır. Bu oran 1.5/1' dir. Fakat çocukluk döneminde, hem kızlarda hem de erkeklerde görülme ihtimali eşittir.

Nedenleri ve ortaya çıkışı

Apandis; içi boş, kanal şeklinde dar bir yapıdır. Burada birçok mikroorganizma yaşar. Bu mikroorganizmalar, bağırsakta da yaşayan mikroplardır. Apandisin içi, dışkı ya da safra taşı gibi nedenlerle tıkandığında, kalın bağırsakla bağlantısı zayıflar. Böylece mikroplar hastalık yapıcı özellik kazanırlar. Sonrasında burada iltihap oluşmaya başlar. Hem mikropların birikmesi, hem de iltihap oluşması apandiste basıncın artmasına yol açar ve çürüme başlar. En sonunda apandis patlar.

Apandisin tıkanmasının nedenlerinden biri de, aynı bademcikte olduğu gibi lenf dokularının şişmesidir. Fakat iltihaplı apandislerin çok az bir kısmında apandis kanalının tıkanmasının nedeni açıklanamamaktadır.

Belirtileri ve tipleri

Akut Apandisit

İki tip apandisit vardır. Bunlardan birincisi akut apandisittir. Belirtileri şiddetli seyreder ve ameliyat olmayı gerektirir. Mukuslu, irinli ve kangrenli olmak üzere üç tipi vardır. Mukuslu apandisitte iltihap artmıştır ve apandis büyümüştür. En çok karşılaşılan tiptir. Tedavi edilmezse irinli apandisit oluşur. İrinli apandisit, apseye neden olur ve bağırsağın diğer bölümlerine yayılabilir. Ülserleşmesi sonucunda karın zarı iltihabı meydana gelir. Kangrenli akut apandisitte, kanın pıhtılaşması sonucu, apandise gelen kan miktarında azalma vardır. Sonuçta doku ölümü gerçekleşir ve apandis kopar. Yayılması sonucu daha ağır bir karın zarı iltihabı gerçekleşir.

Akut apandisitin en önemli belirtisi, karın ağrısıdır. Bu ağrı göbek çevresinde, yavaş yavaş artan bir şiddette karnın sağ alt tarafına yayılan künt tarzda bir ağrıdır. Yaklaşık 4-5 saat sürer ve bu süre içinde şiddeti azalır ya da artar. Bu ağrı, kasık bölgesinde, sırtta ya da genital bölgede hissedilebilir.

Ayrıca birçok olguda iştahsızlık, bulantı, kusma meydana gelebilir. Ateş hafif yükselmiştir. İshal ya da kabızlık bazı çocuklarda görülebilir. Hastanın rengi solmuştur ve nabız yükselmiştir.

Kronik apandisit, akut apandisite göre daha hafif seyreder. En çok görülen belirtisi sık sık fakat daha hafif şiddette karın ağrısıdır. Hemen ameliyat edilmesi gerekmez. Bulantı ve kusma yoktur. Kronik apandisitte ateş yüksekliği saptanmamıştır.

Seyri

Hastalığın tedavi edilmediği durumlarda, belirtiler genelde şiddetlenmekle beraber az bir hastada ise şikayetler azalır. Şiddetlendiği durumlarda, karnın sağ alt bölümünde dokunulduğunda hissedilebilen bir şişlik, kütle vardır. Dinlenmeyle ve ilaç tedavisiyle bu şişlik azalabilir. Ayrıca apandisitin şiddetlendiği durumda ortaya çıkabilecek bir diğer tehlike karın zarının iltihaplanmasıdır. (Peritonit) Acil tedavi edilmesi gereken bir durumdur. Ateş çok yükselmiştir ve karın ağrısı çok şiddetlidir. Hastanın rengi sararmıştır ve kusma görülür. Ölüme yol açar.

Tanısı

Apandisitin tanısını koymak zor olabilir. Çünkü hastalığın belirtileri birçok hastalıkta da vardır. Özellikle apandisitin yerinin değişken olması tanıyı iyice güçleştirir. Doktor muayenesinde hastanın hareket etmekten çekinmesi, hareket sırasında ağrının artması apandisit şüphesini arttırır. Yapılan ultrasonografi ve bilgisayarlı tomografi ile apandisin yapısı hakkında bilgi elde edilir. Ayırıcı tanı için, diğer çevre organların da incelenmesi gereklidir. Ayrıca karnın sağ alt tarafına bastırılınca ağrının artması önemli bir bulgudur.

Tedavisi

Apandisit, tedavisi kolay bir hastalıktır. İlaçla yapılan tedavi, antibiyotiklerin kullanılması, hastalığın iyileşmesini sağlamaz. Apandis, antibiyotiğin zor ulaşabileceği bir yerdedir. Kesin tedavi için ameliyat şarttır. Kolay bir ameliyattır. Bu ameliyat sırasında apandisit alınır. Yaklaşık 30-40 dakika sürer ve 1 gün hastanede yatma süresi vardır.

Apandisit, tehlikeli bir hastalık olduğundan ve ölüme yol açtığından, hasta hemen ameliyat edilmelidir. Hastalığın belirtilerinin ağırlaşmasını beklemeden yapılan bu uygulama, tanının yanlış konmasına neden olabilir. Ameliyat sırasında apandis sağlam dahi olsa, çıkarılmasında fayda vardır.

Hastalığın şiddetlendiği ve karın zarı iltihabına neden olduğu durumlarda ise öncelikle hastanın genel sağlık durumu kontrol altına alınmalıdır. Fakat çocuklarda böyle bir durum söz konusu ise ameliyat edilmesi gerekir.

Bazen apandis bir zarla çevrilir ve iltihap karın içine yayılmaz (plastron). Bu durumda hemen ameliyat yapılmaz. Hastanede gözetim altında tutulan hastaya antibiyotik tedavisi uygulanır. Durum düzeltilemezse hasta, ameliyata alınır. Apandisiti olan kişilerin kendi başlarına ağrı kesici kullanmamaları gerekir. Tedavi sonucunda ağrıları geçmeyen kişilerin doktora tekrar başvurmaları gerekir. Çünkü başka hastalıklar da varolabilir.

Devamı

Vücudumuz hangi elementlerden oluşuyor?

İnsan vücudu çok sayıda elementten oluşuyor. Bunların başlıcaları hangileri? Hücrelerimizin ömrü ne kadar? Ölen hücreler ne oluyor? Hücrelerimiz yenileniyorsa neden yaşlanıyoruz?

Evet, vücudumuz en az 25 elementten oluşuyor. Ancak vücut kütlemizin yüzde 99'a yakınını 6 element oluşturuyor. Bunlar:

• Oksijen %65
• Karbon %18
• Hidrojen %10
• Nitrojen %3
• Kalsiyum %1,4
• Fosfor %1,1

Geri kalan yüzde 1'5 kısmı ise Potasyum, Sülfür, Sodyum, Klor, Magnezyum ve eser miktarda Bor, Krom, Kobalt, Bakır, Flor, İyot, Demir, Manganez, Molibden, Selenyum, Silikon, Kalay, Vanadyum ve Çinkodan oluşur.

Bu elementler, vücudumuzu oluşturan 37 trilyon kadar hücrenin yanı sıra, hücre zarının dışında kalan hücre dışı yapılarda da bulunur.

Ortalama bir erkek vücudunun yüzde 60'ı sudur. Bu 42 litreye tekabül eder. Bunun 23 litresi hücrelerin içinde, 19 litresi ise hücre dışında yer alır. Hücre dışı suyun 8,4 litresini dokular arası sıvı, 3,2 litresini ise kan plazma sıvısı oluşturur.

Hücrelerin ömrü ne kadar?

Vücudumuzdaki hücreler ortalama 7-10 yılda bir yenilenmekle birlikte, her hücrenin ömrü aynı uzunlukta değildir.

Nötrofil hücrelerinin ömrü (kandaki bir tür akyuvar) sadece iki gün iken, göz lensinin ortasında yer alan hücreler ömür boyu bizimledir. Hatta beyin hücrelerinin ömrü bizimkinden çok daha uzundur.

2013'te araştırmacılar yaşlı farelerden aldıkları nöronları daha uzun ömürlü sıçanlara nakletmiş ve iki fare ömründen çok daha uzun yaşadığını görmüştü.

İşte bazı hücrelerin ömrü:

• Beyin hücresi: 200+ yıl
• Göz lensi hücresi: Ömür boyu
• Yumurta hücresi: 50 yıl
• Kalp kası hücresi: 40 yıl
• Bağırsak hücresi: 16 yıl
• Kas hücresi: 15 yıl
• Yağ hücresi: 8 yıl
• Hematopoetik (kan yenileyici) kök hücre: 5 yıl
• Karaciğer hücresi: 10-16 ay
• Pankreas hücresi: 1 yıl

Hastalık taşıyan mikropları yiyerek vücudumuzu
koruyan akyuvarlar kendi ölü hücrelerimizi de yiyerek
temizler.

Ölen hücreler ne olur?

Vücudumuzun dışında veya sindirim sistemimizde yer alan hücreler öldüğünde vücuttan atılır.

İçerdeki ölü hücreler ise vücudumuzu hastalıklardan koruyan akyuvarlar tarafından tüketilir. Ölü hücrelerden sağlanan enerjinin bir kısmı yeni akyuvar hücrelerinin yapımında kullanılır.

Hücrelerimiz yenileniyorsa neden yaşlanıyoruz?

Vücudumuzda akyuvar hücreleri gibi kimi hücreler sadece birkaç saat yaşarken, deri hücreleri birkaç hafta, beyin hücrelerinin çoğu da on yıllarca yaşar.

Ancak birçok hücre yenilense de, bunun gerçekleşmesini sağlayan süreçlerde zamanla aksamalar olur. Hücre üretimi için talimatları taşıyan DNA'lar zamanlar hasar görür ve hücre bölünmesini engeller. İşte bu duruma yaşlanma diyoruz.

Devamı

DNA

Deoksiribo nükleik asit veya kısaca DNA, tüm organizmalar 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 (kromozomların şeklini belirlemek gibi), diğerleri ise bu genetik bilginin ne şekilde (hangi hücrelerde, hangi şartlarda) kullanılacağının düzenlenmesine yararlar.

Kimyasal olarak DNA, nükleotit olarak adlandırılan basit birimlerden oluşan iki uzun polimerden oluşur. Bu polimerlerin omurgaları, ester bağları ile birbirine bağlanmış şeker ve fosfat gruplarından meydana gelir. Bu iki iplik birbirine ters yönde uzanır. Her bir şeker grubuna baz olarak adlandırılan dört tip molekülden biri bağlıdır. DNA'nın omurgası boyunca bu bazların oluşturduğu dizi, genetik bilgiyi kodlar. Protein sentezi sırasında bu bilgi, genetik kod aracılığıyla okununca proteinlerin amino asit dizisini belirler. Bu süreç sırasında DNA'daki bilgi, DNA'ya benzer yapıya sahip başka bir nükleik asit olan RNA'ya kopyalanır. Bu işleme transkripsiyon denir.

Hücrelerde DNA, kromozom olarak adlandırılan yapıların içinde yer alır. Hücre bölünmesinden evvel kromozomlar eşlenir, bu sırada DNA ikileşmesi gerçekleşir. Ökaryot canlılar (yani Hayvan, bitki, mantar ve Protistalar) DNA'larını hücre çekirdeği içinde bulundururken prokaryot canlılarda (yani bakteri ve arkelerde) DNA, hücre sitoplazmasında yer alır. Kromozomlarda bulunan kromatin proteinleri (histonlar gibi) DNA'yı sıkıştırıp organize ederler. Bu sıkışık yapılar DNA ile diğer proteinler arasındaki etkileşimleri düzenleyerek DNA'nın hangi kısımlarının okunacağını kontrol eder.

Özellikler

DNA'nın kimyasal yapısı. Hidrojen bağları 
noktalı çizgiler olarak gösterilmiştir.

Nükleotit olarak adlandırılan birimlerden oluşan bir polimerdir. DNA zinciri 22 ila 26 Ångström arası (2,2-2,6 nanometre) genişliktedir, bir nükleotit birim 3,3 Å (0.33 nm) uzunluğundadır. Her bir birim çok küçük olmasına rağmen, DNA polimerleri milyonlarca nükleotitten oluşan muazzam moleküllerdir. Örneğin, en büyük insan kromozomu olan 1 numaralı kromozom yaklaşık 220 milyon baz çifti uzunluğundadır.

DNA'nın yarısı dişi bireyden yarısı da erkek bireyden gelir. Canlılarda DNA genelde tek bir molekül değil, birbirine sıkıca sarılı bir çift molekülden oluşur. Genelde çift sarmal olarak görülen DNA'nın günümüzde farklı çeşitleri görülmüştür. Bu iki uzun iplik sarmaşık gibi birbirine sarılarak bir çift sarmal oluşturur. Nükleotit birimler bir şeker, bir fosfat ve bir bazdan oluşurlar. Şeker ve fosfat DNA molekülünün omurgasını oluşturur, baz ise çifte sarmaldaki öbür DNA ipliği ile etkileşir. Genel olarak bir şekere bağlı baza nükleozit, bir şeker ve bir veya daha çok fosfata bağlı baza ise nükleotit denir. Birden çok nükleotidin birbirine bağlı haline polinükleotit denir.

DNA ipliğinin omurgası almaşıklı şeker ve fosfat artıklarından oluşur. DNA'da bulunan şeker 2-deoksiribozdur, bu bir pentozdur (beş karbonlu şekerdir). Bitişik iki şekerden birinin 3 numaralı karbonu ile öbürünün 5 numaralı karbon atomu arasındaki fosfat grubu, bir fosfodiester bağı oluşturarak şekerleri birbirine bağlar. Fosfodiester bağın asimetrik olması nedeniyle DNA ipliğinin bir yönü vardır. Çifte sarmalda bir iplikteki nükleotitlerin birbirine bağlanma yönü, öbür ipliktekilerin yönünün tersidir. DNA ipliklerinin bu düzenine anti-paralel denir. DNA ipliklerin asimetrik olan uçları 5' (beş üssü) ve 3' (üç üssü) olarak adlandırılır, 5' uç bir fosfat grubu, 3' uç ise bir hidroksil grubu taşır. DNA ve RNA arasındaki başlıca farklardan biri, içerdikleri şekerdir, RNA'da 2-deoksiriboz yerine başka bir pentoz şeker olan riboz bulunur.

Çift sarmalı iki ipliğe bağlı bazlar arasındaki hidrojen bağları DNA'yı stabilize eder. DNA'da bulunan dört baz, adenin (A olarak kısaltılır), sitozin (C), guanin (G) ve timin (T) olarak adlandırılır. Bu dört baz şeker-fosfata bağlanarak bir nükleotit oluşturur, örneğin "adenozin monofosfat" bir nükleotittir.

Bazlar iki tip olarak sınıflandırılırlar: adenin ve guanin, pürin türevleridir, bunlar beş ve altı üyeli halkaların kaynaşmasından oluşmuş heterosiklik bileşiklerdir; sitozin ve timin ise pirimidin türevleridir, bunlar altı üyeli bir halkadan oluşur. Bir diğer baz olan urasil (U), sitozinin yıkımı sonucu seyrek olarak DNA'da bulunabilir. Kimyasal olarak DNA'ya benzeyen RNA'da timin yerine urasil bulunur.

Oyuklar

DNA'nın büyük ve küçük oyukları.
Büyük oyuk, Hoechst 33258 için
bir bağlanma yeridir.

İki sarmal iplik DNA omurgasını oluşturur. Bu iplikler arasındaki boşluklar takip edilerek iki tane hayali boşluk veya oyuk daha bulunabilir. Bu oyuklar baz çiftlerine bitişiktir ve onlara bağlanmak için bir yer oluşturabilirler. Bu oyuklar birbirlerinin tam karşısında olmadıkları için büyüklükleri aynı değildir. Bunlardan büyük oyuk (majör oyuk) olarak adlandırılanı 22 Å genişliğinde, küçük (minör) oyuk ise 12 Å genişliğindedir. Küçük oyuğun darlığı nedeniyle bazların kenarlarına erişmek büyük oyuktan daha kolaydır. Bu nedenle, DNA'daki belli baz dizilerine bağlanan, transkripsiyon faktörü gibi proteinler büyük oyuktan bazların kenarlarına temas ederler. Hücredeki DNA'nın bazı bölgelerinde bu durum farklı olabilir (aşağıda "Alternatif çifte sarmal yapılar" bölümüne bakınız) ama oralarda dahi, eğer DNA normal B biçimini alacak şekilde burulsaydı görülecek büyüklük farklılıklarına göre adlandırılır.

Baz eşleşmesi

DNA'nın bir ipliğindeki bir baz tipi, öbür iplikten tek bir baz tipi ile bağ kurar. Buna tümleyici (komplemanter) baz eşleşmesi denir: pürinler pirimidinler ile hidrojen bağı kurar, A yalnızca T'ye bağlanır, C de yalnızca G'ye bağlanır. Çift sarmalda karşıdan karşıya birbirine bağlı iki baza bir baz çifti denir. Çift sarmalı kararlı kılan ayrıca hidrofobik etki ve pi istiflenmesi vardır, bunlar DNA dizisinden bağımsızdır. Hidrojen bağları kovalent bağlardan daha zayıf olduklarından kolayca kopup tekrar oluşabilirler. Dolayısıyla DNA zincirinin iki ipliği, mekanik güç ile veya yüksek sıcaklıkta bir fermuar gibi kolayca birbirinden ayrılabilir. Komplementerliğin bir sonucu olarak bir DNA sarmalındaki iki iplikli dizideki tüm bilgi ipliklerin her birinde kopyalanmış durumdadır, bu da DNA kopyalanması için esas bir özelliktir. Aslında komplementer baz çiftleri arasındaki spesifik ve tersinir etkileşimler DNA'nın canlılardaki işlevleri için şarttır.

İki tip baz çifti farklı sayıda hidrojen bağları oluşturur, AT'nin iki hidrojen bağı, GC'nin üç hidrojen bağı vardır (bakınız şekil). Dolayısıyla GC çiftleri AT baz çiftlerinden daha güçlüdür. Dolayısıyla iki DNA ipliğinin birbirine bağlanma gücünü belirleyen, hem DNA çift sarmalının uzunluğu hem de onu oluşturan GC baz çiftlerinin yüzde oranıdır. Yüksek oranda GC'li uzun DNA'ların iplikleri birbirine daha sıkı bağlıdır, AT oranı yüksek kısa sarmalların iplikleri ise birbiriyle daha zayıf etkileşirler. Biyolojide, DNA çifte sarmalının kolay ayrılması gereken bölgelerinde AT oranı yüksek olur, örneğin bazı promotörlerde bulunan TATAAT Pribnow kutusu. Laboratuvarda bu etkileşimin gücünü ölçmek için hidrojen bağlarını koparmak için gerekli sıcaklık, ergime sıcaklığı belirlenir (bu, Tm sıcaklığı olarak da adlandırılır). DNA çifte sarmalındaki tüm baz çiftleri eridikten sonra iplikler ayrışır ve çözeltide iki bağımsız molekül olarak varlığını sürdürür. Bu iki tek iplikli DNA molekülünün tek bir biçimi yoktur, ama bazı biçimler diğerlerinden daha kararlıdır.

Anlam ve ters anlam

Bir DNA dizisi, eğer ondan protein sentezlemeye yarayan mesajcı RNA kopyası ile aynı diziye sahipse, "anlamlı" olduğu söylenir. Öbür iplikteki diziye "ters anlamlı" dizi denir. Aynı DNA ipliğinin farklı bölgelerinde anlamlı ve ters anlamlı diziler bulunabilir, yani her iki iplikte hem anlamlı hem anlamsız diziler bulunur. Hem prokaryot ve ökaryotlarda ters anlamlı, yani protein üretimine yaramayan, RNA'nın üretildiği olur, bu RNA'ların işlevi hâlen tam bilinmemektedir. Bir görüşe göre ters anlamlı RNA, RNA-RNA baz eşleşmesi yoluyla gen ifadesinin düzenlenmesine yaramaktadır.

Bazı DNA dizilerinde anlam ve ters anlam kavramları birbirine karışır; çünkü bazen genler birbiriye örtüşebilir. Böyle durumlarda bazı DNA dizileri çifte görev yapar, bir iplik boyunca okununca bir protein kodlar, öbür iplik boyunca okununca ikinci bir protein kodlar. Bakterilerde bu tür gen örtüşmelerinin gen transkripsiyonunun düzenlenmesi ile ilişkili olduğuna dair bulgular vardır, virüslerde ise, genlerin örtüşmesi küçük bir viral genoma daha çok bilginin sığmasını sağlar.

Süper burulma

Süper burulma (İngilizce supercoiling) tabir edilen bir süreç ile DNA bir halat gibi burulabilir. "Gevşek" hâlinde DNA'daki bir iplik, her 10,4 baz çiftinde bir, çift sarmalın ekseni etrafında bir tam dönüş yapar. Ama, eğer DNA burulursa iplikler daha sıkı veya daha gevşek sarılı olabilir. Eğer DNA sarmalı sarılma yönünde burulursa buna pozitif süper burulma denir ve bazlar birbirlerine daha sıkı şekilde tutunurlar. Eğer DNA ters yönde burulursa, buna negatif süperburulma denir ve bazlar birbirlerinden daha kolay ayrışırlar. Doğadaki çoğu DNA molekülü az derecede negatif süper burguludur, bundan topoizomeraz adlı enzimler sorumludur. Bu enzimlerin bir işlevi transkripsiyon ve DNA ikileşmesi gibi süreçler sırasında DNA ipliklerine etki eden burulmayı bertaraf etmektir.

Alternatif çifte sarmal yapılar

DNA'nın çeşitli biçimleri (konformasyonları) mevcuttur. Ancak, canlılarda sadece A-DNA, B-DNA ve Z-DNA gözlemlenmiştir. DNA'nın hangi biçimi aldığı DNA dizisine, süper burulmanın yönü ve miktarına, bazlardaki kimyasal değişimlere ve çözeltinin özelliklerine (metal iyonu ve poliamin konsantrasyonu gibi) bağlıdır. Bu üç biçimden yukarıda betimlenmiş olan "B" biçimi, hücrelerde bulunan şartlar altında en sık görülenidir.

B biçimine kıyasla DNA'nın A biçimi daha geniş bir sarmaldır, küçük oluk daha geniş ve sığ, büyük oluk da daha dar ve derindir. A biçimli nükleik asitler, fizyolojik olmayan şartlarda, suyunu kaybetmiş DNA örneklerinde görülür, hücre içinde ise DNA ve RNA ipliklerinin birbirine sarılmasından oluşan karma (hibrit) eşleşmelerde, ayrıca bazı enzim-DNA komplekslerinde meydana gelebilir. Metilasyonla kimyasal değişime uğrayan DNA parçaları daha büyük biçimsel değişiklik gösterip Z biçimini alabilirler. Bu durumda iplikler sarmal ekseni etrafında dönerek sol elli bir spiral oluşturur, bu daha yaygın olan B biçimindekinin tersi yöndedir. Bu sıra dışı yapılar Z-DNA bağlayıcı proteinler tarafından tanınır ve transkripsiyon kontrolü ile ilişkili olduğu sanılmaktadır.

Dörtlü Sarmal yapılar

Doğrusal kromozomların uçlarında telomer olarak adlandırılan özelleşmiş bölgeler bulunur. Bu bölgelerin ana fonksiyonu kromozom uçlarının telomeraz adlı enzim aracılığıyla kopyalanmasını sağlamaktır. DNA'yı normalde kopyalayan enzimler kromozomların en uç kısımlarını kopyalayamadığı için bu kopyalama telomeraz aracılığıyla yapılır. Bu özelleşmiş kromozom başlıkları ayrıca DNA'nın uçlarını korurlar ve hücredeki DNA tamir sistemlerinin bunları tamir edilmesi gereken hasar olarak algılanmasını engellerler. İnsan hücrelerinde telomerler genelde TTAGGG dizisinin birkaç bin kere tekrarından oluşan tek iplikli DNA uzantılarıdır.

Bu guanin zengini diziler normal DNA'daki baz çiftleri yerine, dört bazlı birimlerden meydana gelmiş istiflenme kümeleri ile kromozom uçlarını stabilize ederler. Burada dört guanin bazı yassı bir tabaka oluşturur, bunlar da birbiri üzerine istiflenerek kararlı bir G-dörtlüsü (G-quadruplex) yapısı oluştururlar. Bu yapıların stabilizasyonu, bazların kenarları arasındaki hidrojen bağları ve her dört bazlı birimin ortasında yer alan bir metal iyonun şelasyonu ile gerçekleşir. Bu G-dörtlüleri başka yollardan da oluşabilir: tek bir ipliğin birkaç kere katlanması ile bu dörtlü birim oluşabilir, veya ikiden fazla farklı paralel ipliğin her birinin ortak yapıya bir baz temin etmesi ile de bu dört baz bir araya gelebilir.

Bu istiflenmiş yapıların yanı sıra, telomerler ayrıca telomer ilmiği (T-ilmiği; İngilizce: telomere loops veya T-loops) adlı yapılar oluştururlar. Bunlar da tek iplikli DNA, telomer bağlanıcı proteinler tarafından stabilize edilmiş bir halka olarak kıvrılır. Bir T-ilmiğinin en ucundaki tek iplikli DNA, çift iplikli bir DNA bölgesine bağlıdır. Bu birleşme noktasında tek iplikli telomer DNA'sı, çift iplikli DNA'nın çifte sarmalını bozup iki sarmaldan biri ile baz eşleşmesi yapar. Bu üç sarmallı yapıya yer değişim halkası (İngilizce displacement loop veya D-loop) denir.

Kimyasal değişimler

Baz değişimleri

Kromatin adı verilen bir yapı içinde DNA'nın paketlenmesi ile kromozomlar meydana gelir. Bu paketlenme gen ifadesine etki eder. Baz değişimi (modifikasyonu) bu paketlenmeyle ilişkilidir, öyle ki gen ifadesinin az olduğu veya hiç olmadığı yerlerde sitozin bazları yüksek derecede metilasyona uğramıştır. Örneğin, sitozin metilasyonu ile 5-metilsitozin meydana gelir, bu X kromozomu inaktivasyonu için önemlidir. Ortalama metilasyon düzeyi canlıdan canlıya fark eder: solucan Caenorhabditis elegans'da sitozin metilasyonu olmaz, buna karşın omurgalı DNA'sının %1 kadarı 5-metilsitozin içerebilir. 5-metilsitozinin önemli bir baz olmasına rağmen, onun deaminasyonu sonucu bir timin bazı oluşur, bu yüzden metillenmiş sitozinler mutasyona eğilimlidirler. Diğer baz modifikasyonarı arasında bakterilerde görülen adenin metilasyonu ve kinetoplastitlerde urasilin glikozilasyonu sonunda meydana gelen "J-bazı" sayılabilir.

DNA hasarı

DNA çeşitli farklı mutajenler tarafından hasara uğrayabilir, bunun sonucunda DNA dizisi değişebilir. Mutajenler arasında başlıca, yükseltgen (oksitleyici) etmenler, alkilleyici etmenler ve

Sigara dumanında bulunan başlıca
 mutagen olan benzopiren ile DNA
arasında oluşmuş bir eklenti (adduct)

yüksek enerjili elektromanyetik ışınlar (morötesi ışık ve X ışınları gibi) sayılabilir. DNA'da meydana gelen hasarın tipi mutagenin tipine bağlıdır. Örneğin, mor ötesi ışık timin ikilileri (timin dimerleri) oluşturarak DNA'ya hasar verir. Buna karşın, serbest radikaller veya hidrojen peroksit gibi yükseltgen etmenler çeşitli farklı türden hasar oluşturabilirler, baz değişimi (özellikle guanozin) ve iki iplikli kırılmalar gibi. Her bir insan hücresinde günde 500 baz yükseltgeyici zarar görür. Bu yükseltgeyici hasarlardan en zararlısı çift zincirli kırılmalardır; çünkü bunların onarımı zordur, bunlar DNA dizilerinde noktasal mutasyonlara, insersiyonlara ve delesyonlara ayrıca kromozomal translokasyonlara yol açabilirler.

Çoğu mutajen, iki baz çifti arasındaki boşluğa girer, buna enterkalasyon denir. Çoğu enterkalatörler aromatik ve düzlemsel moleküllerdir, bunlara örnek olarak etidyum bromür, daunomisin ve doksorubisin sayılabilir. Bir enterkalatörün iki baz çifti arasına girebilmesi için bunların arasının açılması, bunun olabilesi için de DNA sarmalının normalin aksi yönde burularak gevşemesi gerekir. Bunlar olunca transkripsiyon ve DNA ikilenmesi engellenir, zehirlenme ve mutasyonlar meydana gelir. Bu yüzden DNA enterkalatörleri çoğunlukla kanserojendir, bunların iyi bilinen örnekleri olarak benzopiren diol epoksit, akridin türevleri aflatoksin ve etidyum bromür sayılabilir. Tüm bunlara rağmen, DNA transkripsiyonuna engel olma özelliklerinden dolayı bu toksinler aynı zamanda hızla büyüyen kanser hücrelerini engellemek amacıyla kemoterapide kullanılırlar.

Biyolojik işlevleri

DNA, ökaryotlarda doğrusal kromozomlar, prokaryotlarda ise dairesel kromozomlar içinde bulunur. Bir hücredeki kromozomlar kümesine onun genomu denir; insan genomu 46 kromozom içinde yer alan yaklaşık 3 milyar baz çiftinden oluşur. Protein ve diğer işlevsel RNA molekülleri kodlayan bilgi, gen adı verilen DNA parçalarının dizisinde yer alır. Genlerdeki genetik bilginin aktarılması baz eşleşmesi ile gerçekleşir. Örneğin, transkripsiyon sırasında bir DNA dizisinin ona komplementer bir RNA dizisi olarak kopyalanması, DNA ile doğru RNA nükleotitler arasındaki çekim ile mümkün olur. Protein çevrimi (translasyon) denen süreç sırasında bu RNA dizisine kaşılık gelen bir protein sentezlenirken, RNA nükleotitleri arasında gene baz eşleşmesi olur. Bir diğer önemli biyolojik süreç, hücredeki genetik bilginin kopyalanması olan DNA ikilenmesidir. Bu işlevlerin ayrıntıları başka maddelerde işlenmiştir; burada DNA ile genomun fonksiyonlarını yerine getiren diğer moleküller arasındaki etkileşimler ele alınmıştır.

Genler ve genomlar

Genomu oluşturan DNA ökaryotlarda hücre çekirdeğinde, ayrıca az miktarda mitokondrilerde bulunur. Prokaryotlardaki DNA, sitoplazma içinde yer alan, düzensiz şekilli nükleoit denen cismin içindedir. Genom tarafından kodlanan bilgi genlerde yer alır, bir canlı birey tarafından taşınan bu bilginin tamamına onun genotipi denir. Gen kalıtımsal bir birimdir ve organizmanın belli bir özelliğini belirleyen bir DNA dizisi ile tanımlanır. Ayrıca, bu DNA bölgesinin transkripsiyonunu düzenleyen diziler (promotör ve hızlandırıcılar gibi) de vardır.

Çoğu biyolojik türde genomdaki dizilerin ancak ufak bir bölümü protein kodlar. Örneğin insan genomunun ancak %1'i protein eksonları kodlar, buna karşın insan DNA'sının %50'si protein kodlamayan, kendini tekrar eden dizilerden oluşur. Ökaryot genomlarında bu kadar çok protein kodlamayan DNA'nın bulunması ve türlerin genom büyüklüğündeki ("C-değeri"ndeki) büyük farklılıkların nedeni henüz anlaşılamamıştır ve "C değeri muamması" olarak bilinir. Ancak, protein kodlamayan (non-coding) DNA dizileri gene de işlevsel kodlamayan RNA molekülleri kodlamaktadır, bunlar da gen ifadesinin düzenlenmesinde rol oynarlar.

Bazı kodlamayan DNA dizileri kromozomlar için yapısal rol oynarlar. Telomer ve sentromerler tipik olarak çok az sayıda gen içerir, ama kromozomların işlev ve stabilitesi için önemlidir.  İnsanlarda bulunan kodlamayan DNA'ların önemli bir türü psödogenlerdir, bunlar mutasyon sonucu çalışmaz hale gelmiş genlerin kopyalarıdır. Bu DNA dizileri genelde birer moleküler fosilden ibarettir ama bazen gen ikilenmesi ve ıraksak evrim süreçleri sonucu yeni genlerin oluşumuna ham madde olabilirler.

Transkripsiyon ve çevrim

Genler, işlevsel moleküller kodlayan DNA dizileridir, bunlar canlının fenotipini belirler. Protein kodlayan genler durumunda DNA dizisi bir mesajcı RNA dizisini tanımlar, bu da bir veya birkaç proteinin dizisini belirler. Genlerdeki DNA dizisi ile proteinlerdeki amino asit dizisi arasındaki ilişki, biyolojik çevrim (translasyon) kuralları tarafından belirlenir, bunlar topluca genetik kod ile özetlenir. Genetik kod, üç nükleotitlik dizilere karşılık gelen, üç harfli 'kelimelerden' oluşur (örneğin, ACT, CAG, TTT), bu üçlüler kodon olarak adlandırılır.

Transkripsiyonda, protein kodlayan bir genin kodonları önce RNA polimeraz tarafından bir mesajcı RNA şeklinde kopyalanır. Bu RNA kopya, ardından bir ribozom tarafından deşifre edilir; ribozom, mesajcı RNA ile amino asit taşıyan taşıyıcı RNA'lar arasında baz eşlemesi yaparak onu okur. Dört bazın 3'lü kombinasyonları olabildiği için 64 olası kodon vardır ({\displaystyle 4^{3}}{\displaystyle 4^{3}} kombinasyon). Bunlar yirmi standart amino asidi kodlarlar, böylece çoğu amino asite birden çok kodon düşer. Ayrıca, protein kodlayıcı bölgenin sonuna işaret eden üç tane de 'stop' veya anlamsız (nonsense) kodon vardır, bunlar TAA, TGA ve TAG kodonlarıdır.

İkileşme

DNA ikileşmesi. DNA çift sarmalı bir helikaz 
ve topoizomeraz tarafından açılır. Ardından,
bir DNA polimeraz, öncü ipliği üretir. Bir diğer
 DNA polimeraz ise gecikmeli ipliğe (kesintili zincire)
bağlanır ve onu uzatarak kesintili parçalar sentezler
(bunlar Okazaki parçası olarak adlandırılır), sonra
bunlar DNA ligaz tarafından birleştirilir.

Canlıların çoğalması ve (çok hücreli canlıların) büyümesi için hücre bölünmesi gereklidir. Ancak bir hücre bölünürken DNA'sını da kopyalamak zorundadır ki iki yavru hücre ana hücredeki genetik bilginin aynısına sahip olsunlar. DNA'nın iki iplikli yapısı DNA ikileşmesi (DNA duplikasyonu) için basit bir mekanizma sağlar. İki iplik ayrışırlar, sonra her bir iplikteki dizinin komplementer dizisi DNA polimeraz adlı bir enzim tarafından imal edilir. Bu enzim, tümleyici ipliği sentezlemek için gereken her bazın doğru olanını baz eşleşmesi yoluyla seçer ve onu uzamakta olan ipliğe ekler. DNA polimeraz bir DNA ipliğini ancak 5' - 3' yönünde uzatabildiği için, bir çifte sarmalın antiparalel ipliklerininin kopyalanması için farklı mekanizmalar mevcuttur. Böylece, eski iplikteki baz, yeni ipliğe eklenen bazları belirler, sonunda hücre DNA'sının mükemmel bir kopyasını elde eder.

Proteinler ile etkileşim

DNA'nın tüm işlevleri onun proteinlerle olan etkileşimine bağlıdır. Bu protein etkileşimlerinin bazıları özgül-dışıdır (non-spesifiktir), bazılarında ise protein ancak belli bir DNA dizisine bağlanabilir. Enzimler de DNA'ya bağlanabilir ve bunlar arasında DNA baz disini transkripsiyon ve DNA ikilemesi için kopyalayan polimerazlar özellikle çok önemlidir.

DNA'ya bağlanıcı proteinler

DNA'ya bağlanan yapısal proteinler, non-spesifik DNA-protein etkileşimlerinin iyi anlaşılmış örneklerindendir. Kromozomlarda bulunan DNA, yapısal proteinlerle beraber kompleksler

DNA'nın histonlarla (yukarıda, beyaz)  etkileşimi. Bu proteinlerin
bazik amino asitleri (altta solda,mavi) DNA'nın asidik fosfat
gruplarına (altta sağda, kırmızı) bağlanırlar.

oluşturur. Bu proteinler DNA'yı kromatin adlı kompakt yapı içinde organize ederler. Ökaryotlarda kromatinin oluşmasında DNA'nın histon adlı küçük, bazik proteinlere bağlanması önemli bir rol oynar; prokaryotlarda ise çeşitli başka protein türleri DNA'ya bağlanır.[63][64] Histonlar, nükleozom adlı disk şeklinde bir kompleks oluştururlar, çift iplikli DNA buna sarılarak iki kere bunun etrafında döner. Histonların bazik kalıntıları ile DNA'nın şeker-fosfat omurgasındaki asidik fosfatlar arasındaki iyonik bağlar, non-spesifik bir etkileşim oluşturur, baz dizisinden büyük ölçüde bağımsızdırlar.  Bu bazik amino asitlerin kimyasal değişimleri arasında metilasyon, fosforilasyon ve asetilasyon sayılabilir. Bu kimyasal değişimler, DNA'nın histonlarla etkileşimini etkiler, bunun sonucunda DNA'ya transkripsiyon faktörlerinin erişimi ve transkripsiyon hızı değişir. Kromatinde bulunan diğer non-spesifik DNA'ya bağlanıcı proteinler arasında bulunan yüksek hareketli grup proteinleri (ing. high-mobility group proteins) bükülmüş veya distorte olmuş DNA'ya bağlanır. Bu proteinler, bitişik nükleozom gruplarını bükerek daha büyük ölçekli yapılar oluştururlar ve kromozomları meydana getirirler.

Lambda represörü DNA'daki
 hedef dizisine bağlanmış
haliyle

DNA'ya bağlanıcı proteinler arasında bulunan başlıca bir protein grubu, tek iplikli DNA'ya bağlanıcı proteinlerdir (bunlar tek iplikli DNA bağlayıcı protein olarak da adlandırılırlar). İnsanda replikasyon protein A bu protein ailesinin en iyi anlaşılmış üyesi sayılır, bu protein, çifte sarmalın ayrıştığı durumlarda, örneğin DNA ikileşmesi, rekombinasyon ve DNA tamirinde işlev görür. Bu proteinler tek iplikli DNA'yı kararlı kılar, onun sap-ilmik (stem-loop) oluşturmasına veya nükleazlar tarafından yıkımına engel olurlar.

Yukarıda değinilen proteinlerden farklı olarak başka proteinler belli DNA dizilerine bağlanacak şekilde evrimleşmişlerdir. Bunların en iyi araştırılmış olanları transkripsiyon faktörleridir, bunlar transkripsiyonu düzenleyen proteinlerdir. Her transkripsiyon faktörü belli bir DNA diziler kümesine bağlanır ve bu dizilere yakın protörleri olan genlerin transkripsiyonunu etkinleştirir veya engeller. Transkripsiyon faktörleri bunu iki farklı yoldan gerçekleştirir. Birincisi, transkripsiyondan sorumlu olan RNA polimeraz bağlanırlar, bunu ya doğrudan ya da aracı proteinlerle yaparlar, bunun sonucunda polimeraz promotöre yakın bir konuma yerleştirilmiş olur ve transkripsiyona başlaması mümkün hale gelir. Bir diğer yolda ise, transkripsiyon faktörleri promotörde yer alan histonları kimyasal değişime uğratan enzimlere bağlanırlar; bunun sonucunda polimerazın DNA'ya erişimi değişir.

Bu DNA bağlanma dizileri bir canlının genomunun her tarafında bulunabileceği için, bir transkripsiyon faktörünün etkinliğinde meydan gelen değişiklikler binlerce gene etki edebilir. Dolayısıyla bu proteinler çoklukla, çevresel değişiklikler, hücresel başkalaşım ve gelişimi kontrol eden süreçlerle ilişkili olan sinyal iletim süreçlerinin hedefidirler. Bu transkripsiyon faktörlerinin DNA ile etkileşimindeki spesifisite, proteinin DNA bazlarının kenarları ile yaptığı temaslardan kaynaklanmaktadır, bu sayede bu proteinler DNA'nın dizisini "okurlar". Bazlarla olan bu etkileşimlerin çoğu, bu bazlara kolaylıkla erişilebilen büyük olukta meydan gelir.

Restriksiyon enzimi EcoRV (yeşil),
substrat DNA'sı ile birlikte

DNA değiştirici enzimler

Nükleaz ve ligazlar

Nükleazlar DNA iplikleri kesen enzimlerdir, fosfodiester bağlarının hidrolizini katalizlerler. DNA ipliklerinin uçlarındaki nükleotitleri hidrolizleyen nükleazlare eksonükleaz, ipliklerin iç kısımlarındaki bağları hidrolizleyenlere ise endonükleaz denir. Moleküler biyolojide en sık kullanılan endonükleazlar restriksiyon endonükleazlarıdır, bunlar DNA'yı belli dizilerde keserler. Örneğin soldaki resimde görülen EcoRV enzimi 6 bazlı 5'-GAT|ATC-3' dizisini tanır ve dik çizgi ile gösterilen noktada onu keser. Doğada bu enzimler, restriksiyon modifikasyon sisteminin bir parçası olarak, hücrenin içine giren faj DNA'sını sindirerek bakterileri fajlara karşı korumaya yararlar. Teknolojide bu enzimler moleküler klonlama ve DNA parmakizlemesi için kullanılır.

DNA ligaz enzimleri kesilmiş veya kırık DNA ipliklerini birleştirir. Ligazlar özellikle gecikmeli iplik DNA ikileşmesinde önemli bir rol oynarlar; çünkü replikasyon çatalında meydana gelen kısa DNA parçalarını birleştirirler. Ayrıca DNA tamiri ve genetik rekombinasyonda kullanılırlar.

Topoizomeraz ve helikazlar

Topoizomerazlar hem nükleaz hem de ligaz etkinliğine sahiptir. Bu proteinler DNA'daki süper burulma derecesini değiştirirler. Bu enzimlerin bazıları DNA sarmalının bir ipliğini kesip bunun öbürü etrafında dönmesini sağlar, sonra da DNA'daki kesiği tekrar birleştirir. Bu enzimlerin diğerleri ise DNA sarmalının bir ipliğini kesip öbür ipliğin bu kesiğin içinden kesmesini sağlarlar, sonra kesiği tekrar birleştirirler. Topoizomerazlar DNA'yla ilgili pek çok süreçte yer alırlar, DNA ikileşmesi ve transkripsiyonu gibi.

Helikazlar moleküler motor özellikli proteinlerdir. Nükleozit trifosfatlarda, özellikle ATP'de taşınan kimyasal enerjiyi kullanıp bazlar arasındaki hidrojen bağlarını kırarlar ve DNA çifte sarmalını ters yönde burarak onu tek iplikler halinde açarlar. Bu enzimler DNA bazlarına erişmeye gerek duyan enzimlerin bulunduğu süreçlerde gereklidir.

Polimerazlar

Nükleik asit polimerazları, nükleozit trifosfatlardan polinükleotit zincirler sentezleyen enzimlerdir. Ürettikleri ürünler var olan polinükleotit zincirlerinin (bunlara kalıp denir) kopyalarıdır. Bu enzimler, bir DNA zincirindeki en son nükleotitin 3' hidroksil grubuna yeni bir nükleotit ekleyerek çalışır. Dolayısıyla tüm polimerazlar 5' - 3' doğrultusunda ilerler. Bu enzimlerin aktif bölgesinde, gelen nükleozit trifosfat kalıp ile baz eşleşmesi yapar; bu sayede polimeraz, kalıba komplementer bir ipliği doğru bir şekilde sentezleyebilir. Polimerazlar kullandıkları kalıbın tipine göre sınıflandırılır.

DNA ikileşmesinde, DNA-bağımlısı DNA polimeraz, bir DNA dizisinin kopyasını yapar. Bu süreçte hata olmaması hayatî önem taşıdığı için bu tip polimerazlarının çoğunda prova okuma aktivitesi bulunur. Bunlarda, sentez reaksiyonunda meydana gelen ender hatalar, baz eşleşmesinin doğru olmamasıyla anlaşılır. Eğer bir uyumsuzluk algılanırsa, 3'-5' yönünde çalışan bir eksonükleaz aktivitesi etkinleştirilir ve hatalı baz çıkartılır. Çoğu canlıda DNA polimerazlar replizom olarak adlandırılan ve yardımcı alt birimler (DNA kıskacı ve helikazlar gibi) içeren büyük bir kompleks içinde yer alır.

RNA-bağımlısı DNA polimerazlar RNA ipliğinde bulunan diziyi DNA olarak kopyalayan özel bir polimeraz sınıfıdır. Ters transkiptazlar bu sınıfa dâhildir, bunlar viral enzimler olup hücrelerin retrovirüsler tarafından enfeksiyonunda yer alırlar. Telomerazlar da bu sınıfa dâhildir, bunlar da telomerlerin ikilenmesi için gereklidir. Telomerazı diğer bu tip enzimlerden farklı kılan bir özelliği, kullandığı RNA kalıbının kendi yapısının bir parçası olmasıdır.

Transkripsiyon, DNA-bağımlısı RNA polimeraz tarafından gerçekleştirilir, bu enzim DNA ipliğindeki diziyi RNA olarak kopyalar. Bir genin transkripsiyonu için RNA polimeraz, DNA üzerinde promotör adlı bir bölgeye bağlanır ve DNA ipliklerini ayrıştırır. Sonra genin dizisini bir RNA zinciri olarak kopyalar, ta ki terminatör (sonlayıcı, İng. 'terminator') adlı bir DNA bölgesine gelip orada durup DNA'dan kopana kadar. DNA bağımlı DNA polimerazda olduğu gibi, RNA polimeraz II (ökaryotlardaki çoğu genin transkripsiyonun yapan enzim) de çeşitli düzenleyici ve yardımcı proteinlerden oluşmuş büyük bir protein kompleksinin parçası olarak çalışır.

Genetik Rekombinasyon

Rekombinasyon iki kromozomun (M ve F)
kesilip birleştirilmesi ile iki yeni kromozomun
(C1 ve C2) meydana gelmesidir.

Bir DNA sarmalı genelde başka DNA parçaları ile etkileşmez, hatta insan hücrelerinde farklı kromozomlar çekirdekte farklı bölgelerde yer alırlar. Farklı kromozomların fiziksel olarak bu şekilde ayrı tutulması DNA'nın kararlı bir bilgi deposu olarak işlev görmesinde önemli bir rol oynar. Kromozomların birbiriyle etkileştiği zamanlar sadece rekombinasyona girdikleri krosover sırasındadır. Krosover sırasında iki DNA sarmalı kesilir, bir bölüm yer değiştirir ve kesik uçlar birleşir.

Rekombinasyon sayesinde kromozomlar arasında genetik bilgi takası olur ve yeni gen kombinasyonları meydana gelir, bunun doğal seleksiyonun verimini artırdığı ve yeni proteinlerin hızlı evrimleşmesinde önemli olduğu düşünülmektedir. Genetik rekombinasyon DNA tamiriyle de ilişkilidir, özellikle çift iplikli kırılmalara hücrenin tepkisinde.

Kromozom sarılmasının en yaygın şekli homolog rekombinasyondur, bunda iki kromozom birbirine çok benzer dizilere sahiptir. Non-homolog rekombinasyon hücreye zarar verici olabilir çünkü kromozomal translokasyon ve genetik anormalliklere yol açabilir. Rekombinasyon tepkimesi rekombinaz olarak adlandırılan enzimler (örneğin RAD51) tarafından katalizlenir. Rekombinasyonun ilk adımı çift iplikli bir kesik oluşturulmasıdır, bu ya bir endonükleaz ya da DNA hasarı sonucunda meydana gelir. Rekombinaz tarafından kısmen katalizlenen bir dizi adım sonucunda iki sarmal en az bir Holliday bağlantısı tarafından 

Genetik rekombinasyonda Holliday
bağlantısı ara ürününün yapısı.
Dört farklı DNA ipliği kırmızı, mavi,
yeşil ve sarı olarak renklendirilmiştir

birleştirilir: her sarmalın bir ipliği, öbür sarmalda ona komplementer olan öbür iplik ile kaynaşır. Holliday bağlantısı, tetrahedral bir yapıdır, bu şekilde birleşmiş iki kromozomda bir ipliğin bir diğeriyle yer değiştirmesiyle bu yapı kromozomlar boyunca ilerler. Rekombinasyon tepkimesi, bağlantının kesilmesi ve serbest kalan DNA uçlarının tekrar birleşmesi ile son bulur.

DNA metabolizmasının evrimi

DNA'da bulunan genetik bilgi tüm modern canlıların işlev görmesine, yani büyümesi ve çoğalmasına olanak sağlar. Ancak, 4 milyar yıldır sürmekte olan yaşamın tarihçesi boyunca DNA'nın bu işlevi yerine getirdiği belli değildir, yaşamın en eski biçimlerinin kullanmış olduğu kalıtsal malzemenin RNA olduğu öne sürülmüştür. RNA, hem genetik bilgi aktarma hem de ribozimlerin parçası olarak katalizör özelliğine sahip olmasından dolayı ilk hücrelerin metabolizmasında merkezî bir rol oynamış olabilir. Nükleik asitlerin hem kalıtımda hem de katalizde rol oynadığı bu eski RNA dünyası, günümüz genetik kodunun dört nükleotit bazından oluşmuş şekilde evrimleşmesine etki etmiş olabilir. Bunun nedeni, bir canlıdaki bazların sayısının azlığının replikasyon verimini artıracağı ama bazların çokluğunun ise ribozimlerin katalitik verimini artıracağı, bu iki zıt etki ile kalıtsal bilgiyi kodlayan baz sayısının dört olarak dengelenmiş olabileceği öne sürülmüştür.

Ne var ki, eski genetik sistemler hakkında doğrudan delil mevcut değildir; çünkü çoğu fosillerden DNA elde edilmesi mümkün değildir. Bunun nedeni, çevre etkilerine maruz kalan DNA'nın bir milyon yıldan az süre dayanması ve çözelti içinde zamanla küçük parçalara yıkımıdır. Eski DNA'nın izole edilmiş olduğuna dair iddialar vardır, özellikle 250 milyon yıl evvelden kalma bir tuz kristali içinde canlı kalmış bir bakterinin izole edildiği iddia edilmiştir ama bu iddialar tartışmalıdır.

Teknolojide kullanım

Gen mühendisliği

Modern biyoloji ve biyokimyada rekombinant DNA teknolojisi yoğun bir şekilde kullanılır. Rekombinant DNA başka DNA parçalarından bir araya getirilmiş yapay bir DNA'dır. DNA parçaları, plazmit veya viral vektörler aracılığıyla canlıların içine transformasyon yoluyla sokulabilir. Bu yolla ortaya çıkan, genetik değişime uğramış canlılar kullanılarak rekombinant proteinler üretilebilir, bunlar tıbbi araştırmalarda veya tarımda kullanılabilir

Adlî bilim

Adli bilimciler, bir suç mahalinde bulunmuş kan, meni, deri, tükürük veya saçta bulunan DNA'yı kullanarak bir failin kimliğini belirleyebilirler. Bu işleme genetik parmak izi çıkarma veya genetik profilleme denir. DNA profillemesinde, tekrarlı diziler (mikrosatelit ve minisatelit) içeren DNA'nın değişken kısımlarının uzunlukları belirlenir, bunlar farklı insanlarda karşılaştırılır. Bu yöntem bir suçlunun tanınması için son derece güvenilir bir yöntemdir. Ancak, eğer suç mahaline birden fazla kişinin DNA'sı bulaşmışsa bu kimlik belirleme işlemi karmaşıklaşabilir. DNA profillemesi 1984'te Britanyalı genetikçi Sir Alec Jeffreys tarafından geliştirilmiş ve adli bilimde ilk defa 1988'de Enderby cinayetleri için Colin Pitchfork'un suçlu bulnmasında kullanılmıştır. Bazı tür suçları işlemiş kişiler bir veritabanında depolanmak amacıyla kendi DNA'larından bir örnek vermeye mecbur tutulabilirler. Bu sayede suç mahalinde bulunmuş DNA örneğinden başka elde hiçbir delil bulunmayan bazı eski vakalar çözülebilmiştir. DNA profillemesi katliam kurbanlarının kimliklerinin belirlenmesinde de kullanılmıştır.

Biyoenformatik

DNA dizilerinin bilgisayar aracılığıyla işlenmesi, aranması ve analizi, biyoenformatik bilminin konuları arasındadır. DNA dizilerinin depolanması ve aranması için yöntemlerin geliştirilmesi sayesinde bilgisayar bilimlerinde önemli ilerlemeler kaydedilmiştir, özellikle dizi arama algoritmaları, makine öğrenimi ve veritabanı teorisi konularında. Dizi arama ve eşleştirme algoritmaları harflerden oluşan uzun diziler içinde daha kısa harf dizilerinin bulunmasıyla ilgilidir, bunlar belli nükleotit dizilerinin bulunması için geliştirilmiştir. Yazı editörü programlarının kullandığı algoritmalar DNA dizileri durumunda son derece verimsiz çalışırlar, DNA dizilerini oluşturan farklı karakterlerin küçük sayısından dolayı. Bununla ilişkili olan dizi hizalama problemi ise benzer dizileri bulmayı ve bunları birbirinden farklı kılan mutasyonları tanımlamayı amaçlar. Bu teknikler, özellikle çoklu dizi hizalaması, filogenetik ilişki ve protein işlevi araştırmalarında kullanılır. Bir genomun tamamına karşılık gelen DNA dizilerinin kullanılması için bu dizilerin üzerinde genlerin ve onların düzenleyici elemanlarının yerlerinin kaydedilmesi (İng. annotation) gerekmektedir. DNA dizilerinde protein veya RNA kodlayıcı genlerin özelliklerine sahip bölgelerin tanınması, gen bulma algoritmaları sayesinde mümkündür, bunlar sayesinde bilim insanları bir genin ürününü, bu ürün daha laboratuvarda saflaştırılmadan önce tahmin edebilirler.

DNA nanoteknolojisi

DNA nanoteknolojisi DNA'ya has moleküler tanıma özelliklerini kullanarak faydalı özelliklere sahip, kendi kendini oluşturan, dallı DNA kompleksleri imal eder. DNA böylece biyolojik bilgi taşımak için değil, yapısal bir malzeme olarak kullanılır. Bu yolla iki boyutlu periyodik dizilimler ve polihedral şekilli üç boyutlu yapılar yaratılmıştır. Nanomekanik araçlar ve algoritmik olarak oluşan yapılar da gösterilmiş, bu DNA yapıları ile başka moleküllerin (altın nano tanecikleri ve streptavidin proteinlerinin) düzenlenmesi sağlanabilmiştir.

Tarih ve antropoloji

Zaman içinde DNA'da biriken mutasyonlar sonra kalıtsal olarak aktarıldığı için, taşıdığı bilgi bir anlamda tarihseldir. Genetikçiler DNA dizlerini karşılaştırarak bir canlının evrimsel tarihi yani onun filogenetiği hakkında çıkarımlar yapabilirler. Filogenetik sahası evrimsel biyolojide güçlü bir araçtır. Bir türün bireylerine ait DNA dizileri karşılaştırıldığında topluluk genetikçileri o topluluğun tarihine dair bilgiler edinebilirler. Ekolojik genetikten antropolojiye kadar uzanan çeşitli sahalarda bu bilgilerden yararlanılabilir. Örneğin, Tevrat'ta söz konusu olan İsrail'in on kayıp kavmi, DNA bulguları ile tanımlanmaktadır.

DNA ayrıca aile ilişkilerini belirlemek için de kullanılmıştır, örneğin Amerikan başkanlarından Thomas Jefferson'un kölesi Sally Hemings'in soyundan kişiler ile Jefferson arasında akrabalık olduğunun kanıtlanmasında. Bu şekilde kullanım, yukarıda değinilen suç tahkikatlarında DNA'nın kullanılmasına benzerdir. Nitekim, bazı tahkikatların çözümlenmesi, suç mahalinde bulunan DNA'nın suçlunun akrabalarının DNA'sıyla uyuşması sayesinde olmuştur.

DNA araştırmasının tarihçesi

DNA ilk kez İsviçreli hekim Friedrich Miescher tarafından saflaştırılmıştır, kendisi 1869'da atık cerrahi pansumanlardaki irin içinde mikroskobik bir madde keşfetmiştir. Hücre çekirdeklerinde (nükleus) bulunduğu için ona "nüklein" adını vermiştir. 1919'da Phoebus Levene, nükleotit birimleri oluşturan baz, şeker ve fosfatı tanımlamıştır. Levene DNA'nın, birbirine fosfat grupları ile bağlı olan nükleotit birimlerden oluşan bir zincir olduğunu öne sürmüştür. Ancak, Levene, bu zincirin kısa olduğunu ve bazların kendini tekrar eden bir sıralamaya sahip olduğunu düşünmüştür. 1937'de William Astbury DNA'nın düzenli bir yapıya sahip olduğunu gösteren ilk X ışını difraksiyon görüntülerini elde etti.

Solda şematik gösterilen DNA yapısı, atom güç mikroskobu ile sağda
görüntülenen yapıyı kendi kendine oluşturacaktır. DNA naonteknolojisi,
DNA'nın moleküler tanıma özelliklerini kullanarak nanometre boyutlarında
yapılar tasarlamayı amaçlayan bilim dalıdır. Resim kaynağı: Strong, 2004

1928'de Frederick Griffith, Pnömokok bakterisinin "düz" şeklini belirleyen özelliğin "buruşuk" şekilli Pnömokok bakterilere aktarılmasının mümkün olduğunu, bunun için ölü "düz" bakterilerin canlı "buruşuk" bakterilerle karıştırılmasının yettiğini gösterdi. Bu deneysel sistemi kullanarak Oswald Avery ve arkadaşları Colin MacLeod ve Maclyn McCarty 1943'te değiştirici etmenin DNA olduğunu gösterdiler. 1952'de Alfred Hershey ve Martha Chase tarafından Hershey-Chase deneyinde T2 fajının genetik malzemesinin DNA olduğunu göstererek DNA’nın kalıtımdaki rolünü teyid ettiler.

1953'te James D. Watson ve Francis Crick DNA'nın bugün kabul görmüş yapısını Nature dergisinde öne sürdüler. Çift sarmallı moleküler modelleri tek bir X-ışını kırınım resmine dayanmaktaydı, bu resim Rosalind Franklin ve Raymond Gosling tarafından Mayıs 1952'de elde edilmişti. Modellerini dayandırdıkları bir diğer bilgi Erwin Chargaff'ın evvelki yıllarda kendilerine özel olarak iletmiş olduğu, DNA bazlarının birbiriyle eşleştiğiydi. Chargaff kuralları hem B-DNA'nın hem de A-DNA'nın çifte sarmallı biçimini tespit etmekte önemli bir rol oynamıştır.

Watson ve Crick modelini destekleyen deneysel kanıtlar Nature dergisinin aynı sayısında yayımlanan beş makalede yer aldı. Bunlardan Franklin ve Gosling'in makalesi, Watson ve Crick modelini kısmen destekleyen, kendi X-ışını kırınım verileri ve analiz yönteminin ilk yayımlanmasıydı. Dergini aynı sayısında DNA yapısı hakkında Maurice Wilkins ve iki arkadaşının bir makalesi vardı, onların in vivo B-DNA X-ışını kırınım örüntüleri üzerinde yaptıkları analizler, iki sayfa geride Crick ve Watson tarafından önerilen çifte sarmal modelini destekliyordu. 1962'de Franklin'in ölümünden sonra Watson, Crick ve Wilkins birlikte Nobel Fizyoloji veya Tıp Ödülü'nü kazandılar. O zamanki Nobel ödülleri ancak hayatta olan kişilere ödülün verilmesine izin veriyordu. Keşif için kimlerin kredi alması gerektiği hakkında tartışma devam etmektedir.

Crick, 1957'de yaptığı etkili bir sunumda, moleküler biyolojinin "Temel Dogması"nı ortaya koyarak DNA, RNA ve proteinler arasındaki ilişkiyi, bu konuda kanıtlar henüz tamamen toplanmadan özetledi, ayrıca "adaptör hipotezi"ni dile getirdi. Çift sarmallı yapının ima ettiği kopyalama mekanizmasının teyidi, 1958'de yayımlanan Meselson-Stahl deneyi ile edildi. Crick ve arkadaşları tarafından yapılan diğer çalışmalar genetik kodun, kodon olarak adlandırılan, örtüşmeyen baz üçlülerinden oluştuğunu gösterdi, bu sayede Har Gobind Khorana, Robert W. Holley ve Marshall Warren Nirenberg genetik kodu çözdüler. Bu keşifler moleküler biyolojinin doğumuna karşılık gelir.

Devamı