Verilen komutlara en hızlı ve en çok uyan mekanizmalar sizce hangileridir? Bilgisayarlar mı? Ya da yapay zeka mı? Eğer bilgisayarlar ve kodlama dilleri hakkında bilgi sahibi iseniz girdiğiniz komutları nasıl yerine getirdiğini deneyimlemişsinizdir. Yapay zekaya girilen komutlar bir resim veya metin şeklinde çıktılara dönüşür. Eğer yapay zekâ ve bilgisayar programları hakkında bir fikriniz yoksa bile yazılan alışveriş listelerini girilen komut alınan ürünleri de çıktı olarak düşünebilirsiniz. Hücrelerimizde benzer bir sistem vardır. Genetik mirasımız olan DNA’mız da yazılı olan komutlar çıktı olarak proteinlere dönüşmektedir.

Canlıların en küçük yapı birimi olan hücreler yaklaşık olarak 1-100 mikrometre arasındadır. Bu boyutlar yaklaşık olarak metrenin milyonda birine denk geliyor. Bu kadar küçük olan bir dünyada daha da küçük moleküller var. Genetik bilimi, bu moleküllere daha da yakından bakmış ve genleri keşfetmiştir. Genlerin keşfi ile moleküler boyuttan gen boyutlarına inilmiş ve biyolojik mekanizmalara dair birçok bilgi ortaya çıkmıştır. Vücudumuzdaki her türlü fonksiyonun ve yapıların vazgeçilmezi olan proteinler nasıl üretilir? Genlerden proteine nasıl bir geçiş mekanizması var? Genetik bilimi bu sorulara yanıt aramıştır. Francis Crick 1958 yılında santral dogma teorisi ile genlerin proteine dönüşme yolculuğunu açıklamıştır.

Santral (Merkezi) Dogma Nedir?

Santral (Merkezi) dogma, biyolojik bir sistem içindeki genetik bilgi akışının nasıl olduğunu açıklayana bir teoridir, kısaca "DNA, RNA'yı, RNA proteini yapar" şeklinde ifade edilir. DNA’da bulunan bilgilerin işlevsel bir ürüne nasıl dönüştürüldüğünü açıklar. Genetik bilgi yalnızca tek bir yönde, DNA'dan RNA'ya, proteine ​​veya RNA'dan doğrudan proteine ​​doğru akar. Geri dönüşümü yoktur.  Bu teori ilk olarak 1957'de Francis Crick tarafından ifade edilmiş, 1958'de ise yayınlanmıştır.

Santral Dogma, genetik materyalin nasıl çoğaltıldığını, nasıl aktarıldığını ve en sonunda nasıl proteinlere dönüştüğünü açıklayarak, moleküler biyoloji alanında temel prensipleri belirlemiştir.

Nesiller arasında yapılan aktarımların, DNA genetik materyali üzerinden yapıldığı keşfedilmiştir. Ancak genetik materyallerin yalnızca genetik aktarımda değil vazgeçilmez parçalarımız olan proteinlerin üretilmesinden de sorumlu olduğu anlaşılmıştır. "Santral Dogma" genlerin proteinlerle, yaşamla bağlantısını açıklamaktadır. Santral Dogma teorisini anlamak için bazı kavramları inceleyelim.

DNA Nedir? DNA'nın Yapısı Nasıldır?

Vücudumuzda, canlılığımızı, fiziksel ve kimyasal özelliklerimizi sağlayan ve sürdüren milyonlarca molekül bulunur. DNA molekülü, genetik kodlarımızın bulunduğu moleküldür. Görevleri ise bilgiyi saklamak, aktarmak ve canlı için protein üretmektir. DNA (Deoksiribo nükleik asit) da protein, karbonhidrat, ATP gibi moleküllerden biridir. DNA: 5 karbonlu bir şeker olan deoksiriboz, fosfat ve azotlu baz bileşiklerinin bir araya gelmesiyle oluşur. Bu bileşikler iki zincir üzerine dizilmiş ve birbirleri ile bağlanmıştır.

Azotlu baz bileşikleri A (Adenin), G (Guanin), T (Timin) ve C (Sitozin) olmak üzere 4 tanedir. DNA’yı oluşturan bileşikler yapboz parçaları gibi bir araya gelir, şeker ve fosfat değişmeyen 2 parça iken bazlar çeşitli şekillerde yerleşerek kombinasyonlar oluşturur. Bu kombinasyon ile çeşitlilik sağlanır. Baz dizisinde yazan harflere göre protein üretilir. 

RNA Nedir? Yapısı Nasıldır?

RNA (ribonükleik asit) tıpkı DNA molekülü gibi genetik bir materyaldir. 5 karbonlu bir şeker olan, azotlu baz ve fosfattan oluşur. RNA'nın çeşitli tipleri ve görevleri vardır, bunlar arasında mesajcı RNA (mRNA), transfer RNA (tRNA) ve ribozomal RNA (rRNA) bulunur. Tek zincirli bir yapıya sahiptir.

• mRNA, genetik bilgiyi DNA'dan ribozomlara taşır
• tRNA, amino asitleri ribozomlara taşır, doğru amino asiti seçer ve yerleştirilmesini sağlar
• rRNA, ribozomun yapısal bir bileşenidir. Taşıyıcı RNA molekülü ile etkileşme geçer ve uzayan amino asit zincirine yeni gelen amino asitlerin eklenmesinde yardımcı olur 

RNA’da bulunan şeker yapısında bir oksijen fazladır. Azotlu baz bileşikleri ise A (Adenin), G (Guanin), U (Urasil) ve C (Sitozin)’dir.

DNA üzerinde bulunan bazlar bizim genetik bilgilerimizi ifade eder. Peki, baz dizileri nasıl işlenmiş bir bilgiye yani proteinlere ve diğer yapılara dönüşür? Bu süreç 3 aşamada gerçekleşir. Replikasyon (kopyalama), transkripsiyon ve translasyon.

Replikasyon: DNA'nın kendini kopyalamasıdır ve hücre bölünmesi sırasında gerçekleşir. Bu aşama, çift zincir halinde bulunan DNA molekülünün iki ayrı moleküle ayrılmasını ve her birinin yeni bir DNA zinciri oluşturmasını içerir. Böylece DNA’daki genetik bilgi diğer hücrelere aynen aktarılır. Replikasyon hücrenin çekirdeğinde gerçekleşir.

Transkripsiyon: Bilgilerin proteinlere dönüşme aşamasıdır. DNA’da bulunan genetik bilgiler RNA’ya aktarılır. Bu RNA’lara DNA’dan gelen mesajları taşıdığı için mesajcı mRNA denir. Bu aşamayı bilgilerin yazılma aşaması olarak düşünebiliriz. Transkripsiyon hücrelerin çekirdeğinde gerçekleşir.

Translasyon: mRNA’daki mesajların yani genetik kodların okunarak amino asit dizisine çevrildiği aşamadır. mRNA üzerinde bulunan 3 adet harf bir amino asidi ifade etmektedir. Örneğin GUA dizisi valin isimli bir amino asidi ifade eder. Amino asit dizileri bir araya gelerek proteinleri oluşturur. Translasyon aşaması, diğer iki aşamanın aksine sitoplazmada serbest halde bulunan ribozom üzerindeki bağlanma bölgelerinde gerçekleşir.

RNA’ların farklı görevleri vardır. Santral dogmada mesaj taşıyan (mRNA) ve amino asitleri taşıyan (tRNA) RNA’lar görev alır. Translasyon sırasında amino asitleri taşıyan görevli RNA molekülü tRNA'dır. tRNA’ları taşıyıcı kamyonlar olarak hayal edebiliriz. Hücre içerisinde serbest halde bulunan amino asitler tRNA’ya yüklenerek taşınır. Uygun mesajcı RNA ile eşleştirilir.

Genetik bilgilerimizin ve proteinlerin kendilerine özgü alfabesi vardır. ATCG ve U bazları bu alfabeyi oluşturur. Proteinlerin oluşumu sırasında 3 harf sistemi kullanılır. Bu üç harf mRNA üzerinde ise kodon olarak adlandırılır. Kodonlarla eşleşen amino asitlere ise antikodon denir.

Kodon: Kodon, mRNA üzerinde üç nükleotitten oluşan bir üçlü nükleotid dizisidir. Her bir kodon, belirli bir amino asidi temsil eder. Genetik bilgi, DNA'dan mRNA'ya transkripsiyon sırasında baz dizileri ile gerçekleşen eşleşme sayesinde taşınır ve mRNA'daki bu üçlü nükleotid dizileri, ribozom tarafından okunarak proteinleri oluşturur.

Antikodon: Antikodon, tRNA moleküllerinde bulunan üçlü baz dizileridir. Antikodon, kodonlar ile eşleşen diğer üçlü dizidir. Örneğin, mRNA'daki AUG kodonu ile eşleşen tRNA'daki antikodon, UAC'dir. Antikodon- kodon etkileşimi, mRNA ile tRNA arasında özgül ve tamamlayıcı baz eşleşmelerini sağlar.

Antikodon-kodon etkileşimi sayesinde doğru amino asidin belirli bir sırayla eklenmesi ve doğru şekilde protein üretilmesi sağlanır.

Kodon-antikodon etkileşimleri, genetik bilgilerin proteinlere çevrilmesi sürecinde kesinlik ve doğruluk sağlar yani sürecin kendisi bir kontrol mekanizması içerir. Genetik kod doğru bir şekilde proteine çevrilir. Santral dogma teorisi ile biyoloji bilimi biraz daha derinleşmiş ve moleküler biyoloji alanı ortaya çıkmıştır.