Temel ve İleri Moleküler Biyoloji Yöntemleri Genomik ve Proteomik Analizler

1
Moleküler Biyolojide Kullanılan
Yöntemlere Genel Bakış
• • • •
Güler TEMİZKAN
Canlı organizmalar yaşamları boyunca kendini idare edebilen ve çoğaltabilen kimyasal sistemlerdir. Viroidler, virüsler
gibi bazı ayrıcalıklı gruplar dışında, tüm canlılar kimyasal maddelerin yoğun çözeltileriyle dolu ve küçük birimler olan
hücrelerden oluşur. Buna göre, canlılık olayları hücreler içerisindeki biyolojik moleküllerin yapı ve işlevlerine bağlı
olarak ortaya çıkar.
İnorganik ve organik kimyasal bileşenlerden oluşan hücrelerde, karbon atomlarından türevlenen organik bileşikler
yaşam molekülleri olarak kabul edilirler. Bir hücrenin ağırlığının yaklaşık %99’u sadece dört çeşit elementle (C, H,
N ve O) sınırlıdır. Hücreyi oluşturan temel organik moleküller başlıca iki grupta toplanabilir: küçük moleküller
hücrenin temel kimyasal yapı taşlarının sentezinde ve enerji elde edilmesinde kullanılırlar; küçük moleküllerin
polimerleri olan büyük moleküller (makromoleküller) ise biyolojik süreçlerin özgüllüğünden ve biyolojik bilginin
transferinden sorumludurlar. Polimerik yapıdaki büyük moleküller monomerik yapıdaki küçük moleküllerin kovalent
olarak birbirlerine bağlanarak tekrarlanmasıyla oluşurlar.
Küçük organik moleküllerin ağırlıkları 100-1000 arasında değişir ve 30 ya da daha fazla C atomu içerirler. Bunlar
genellikle çözelti içerisinde serbest durumda bulunurlar ve bir kısmı daha sonra makromoleküllerin meydana
geleceği bir ürün havuzu oluştururlar. Küçük moleküller aynı zamanda, besin kaynaklarından türevlenen enerjiyi
hücre tarafından kullanılabilecek biçime dönüştüren kimyasal reaksiyonların da temel aracılarıdır. Küçük moleküllerin
miktarı hücredeki toplam organik maddenin yaklaşık onda birini oluşturur ve aşağı yukarı bin kadar farklı çeşidi
bulunur. Küçük moleküllerden sentez edilen tüm biyolojik makromoleküller yıkıldıklarında aynı basit moleküllere
dönüşürler. Hücrelerde küçük organik moleküllere ait başlıca dört temel aile vardır: basit şekerler, yağ asitleri,
amino asitler ve nükleotidler. Bu ailelerin hepsi ortak kimyasal özellikleri olan çok farklı üyeleri içerirler.
Bir makromolekül küçük molekül ağırlıklı alt birimlerin birbirine eklenmesiyle meydana gelen uzun ve zincir
biçiminde polimerdir. Makromoleküller (proteinler, nükleik asitler ve polisakkaridler) küçük moleküllerin
(amino asitler, nükleotidler ve şekerler) sınırlı bir repertuvarından meydana gelmekle birlikte ilginç özelliklere
sahiptirler ve kendilerini oluşturan basit yapılı kimyasal öncülleriyle aralarında çok az benzerlik vardır. Lipitler
ise, bazı özellikleri açısından makromoleküllere benzemekle birlikte (örneğin, çoğunun daha küçük moleküllerin
polimerleri olarak sentez edilmeleri ve daha büyük yapılar halinde bir araya gelmeleri gibi) genellikle bu molekül
grubu içerisine sokulmazlar. Bir makromolekülün üç boyutlu yapısı ve sonuçta işlevi için alt birimlerin kesin dizisi
çok önemli olduğundan, polimerlerin biyosentezleri zincirin her konumuna doğru alt birimin girmesini sağlayacak
mekanizmaları gerektirir. Makromoleküllerin her biri özel bilgileri taşırlar. Yapılarındaki biyolojik mesajlar, onların
işlevlerini kusursuz biçimde yapmalarını sağlamak üzere, diğer moleküllerle yaptığı etkileşimlerde ortaya çıkar.
Canlılık olaylarının karmaşıklığı, bu olaylara katılan moleküllerin çoğunun çok büyük boyutta olmalarını gerektirir.
Makromoleküllerin ağırlıkları yaklaşık 10.000-1.000.000 arasında değişir. Küçük bir molekül olan su hücrenin toplam
kitlesinin %70’ini kapsar; geri kalan kısmının hemen tamamı da makromoleküllerden ibarettir (Tablo 1.1).
1