Bilim,insanların tarafsız gözlem ve deneylerle elde ettikleri düzenli bir bilgi birikimidir.Zaman içinde eskiyen görüşlerin yerinde,devamlı yenileri koyularak olgunlaştırılır.Bilimsel çalışmalarla ortaya çıkan sonuçlar kanun olmadıkları sürece,daima değişmeye açıktırlar.
Biyoloji, fizik ve kimya canlıların, doğa olaylarının ve maddenin özündeki gerçekleri keşfetmek için uğraşır.
1. Bilim evrenin düzenini kuran gerçeklere ulaşmaktır. Bu gerçeklerin insanlık yararına kullanılması da bilimin görevidir.
2.Bilimsel problemlerle ilgili hipo¤¤¤ler,teoriler ve kanunlar dizisidir.
3.Hipo¤¤¤leri ,teorileri geliştirmek için yapılan tarafsız gözlem,deney,araştırma ve incelemelerin tümüne bilim diyoruz.
Herhangi doğa olayının nasıl ve neden olduğunu mevcut bilgilerimizle açıklayamıyorsak; bu olay bizim için bir problemdir. Bilimsel problemler gözlemler sonucunda karşılaşılan sorularla ortaya çıkarlar.
Doğa problemleri bilimsel yöntemlerle çözülür. Bir planla gözlem ve deneye dayanılarak yapılan çalışmalara bilimsel yöntem denir. Bilim adamları deney ve gözlemler yaparak problemlerle ilgili gerçekleri toplarlar. Bundan sonra topladığı gerçekler arasında olması mümkün bağıntıları belirten bir hipo¤¤¤ kurarlar.
Biyolojinin Önemi
Doğumdan ölüme kadar yaşamın her evresinde bilinçli ve sağlıklı yaşama , ekonomik gelişmeyi sürekli kılma , çevreyi bozulmadan tutma , üretimin kalitesini ve miktarını artırmada biyoloji bilimi önemli yer tutar.
Temel bilim olan biyoloji , canlı ve doğa ile ilgili her konuyu içine almaktadır , bu bakımdan araştıran düşünen insana sınırsız sayıda çalışma olanağı sağlar . Burada başarılı olmanın en önemli sırrı, düşünerek doğayı izlemektir . Doğanın bilinçsiz kullanılması , insan ve diğer canlıların yaşamı için tehlikeli sonuçlar ortaya çıkarır . Çevre kirlenmesi , erozyon , madde kaybı , yeşil alanların azalması , hızlı nüfûs artışı , plânsız kentleşme , biyolojik zenginliklerin ortadan kalkması bu sorunların başında gelir. Örneğin orta Anadolu'nun çölleşme tehlikesi ile karşı karşıya kalması , nehirlerin kirlenmesi , kıyı güzelliklerimizin bozulması , doğal kaynaklarımızın iyi kullanılmaması sonucunda ortaya çıkan sorunlardır .
Biyoteknoloji alanındaki çalışmalarla , atık maddelerin temel yapılarına kadar parçalayabilen mikroorganizmalar kullanılarak daha temiz bir çevrenin yaratılması sağlanacaktır .
Biyoteknolojinin amacı , bir canlının belirli özelliklerini şifreleyen genetik bilginin bir başka canlıya nakledilmesidir . Böylece nakledilen bilginin gereği , ikinci canlı tarafından yerine getirilir . DNA molekülünün yapısı üzerinde yapılan bu değişiklikle amaca yönelik üretim yapılır .
Biyoloji ; uygulama alanların olan tıp , tarım , hayvancılık , ormancılık , endüstri ve diğer alanlardaki çalışmalar sayesinde , insanların geleceğe daha umutla bakmalarını sağlayan geniş bir bilim dalı olmuştur .
Biyoloji ile ilgili bilgilerin eksikliği , ne yazık ki başta çevrenin bozulması , önlenmesi mümkün olmayan sağlık sorunlarının ortaya çıkması , doğal kaynakların sürekli ve verimli olarak kullanılmaması , biyolojik zenginliklerden yeterince yararlanılamama gibi sorunlar doğmuştur .
Biyoloji ile bireyin kendisini ve çevresini tanıması , çevresini koruma bilincini kazanması hedeflenmiştir . Biyoloji bilgisine sahip olmanın bireyin yaş..... getireceği yararlar çevresini tanıma , sağlığını koruma biyolojik zenginlikleri tanıma ve onlardan yararlanma , canlıların temel yapısını öğrenme olabilir . Çevrenin bozulması ve kirlenmesine ilişkin bilgi ve bilinci geliştirme , araştırma duygusunu ve kişiliğini geliştirme , son gelişmeleri tanıma ve 21. yüzyıla hazırlanma biyolojinin sağlayacağı diğer yararlarındandır .
Biyoloji bilimine yeterli önemin verilmemesi sonucunda ortaya çıkan sorunlar şunlardır :
• Çevrenin bozulması ile ilgili sorunlar :
Erozyon , sulak alanların kurutulması , denizlerin ve göllerin kirlenmesi , ormanların ve meraların tahrip edilmesi ,
Birçok canlı türünün ortadan kalkmasıyla biyolojik çeşitliliğin azalması ve doğa dengesinin bozulması ,
Canlıların aşırı ve yanlış tüketiminden dolayı , doğal kaynakların tahrip edilmesi , gibi sorunlar çevrenin bozulmasına sebep olurlar .
• Sağlıkla ilgili sorunlar :
Yanlış beslenmeye bağlı birçok hastalık ,
Akraba evliliğine bağlı anomalilerin artması ,
Kalıtsal bozuklukların zamanında tanımlanamamasına bağlı olarak sağlıksız soyların ortaya çıkması ve bunlar gibi birçok sorunlar .
• Ekonomiyle ilgili sorunlar
Dünyanın en önemli kültür bitkilerini ve hayvanlarını barındıran ülkemizde , ıslah çalışmalarının yapılmaması ve üretimin gereken şekilde artırılmaması , ekonomik sorunlardandır .
• Sosyal yapıyla ilgili sorunlar :
Çevre bozulmasına yada yaşlanabilir bir çevre oluşturulmamasına bağlı olarak göçe sürüklenme ,
Sağlıklı ve güzel ortamlarda çocukların yetiştirilmemesine bağlı olarak , bedensel ve ruhsal yetersizlikler , sosyal yapıyla ilgili sorunlardır .
Biyolojinin Geleceği
Dünyamızın kaynakları , sürekli çoğalan ve tüketimi gittikçe artan ,nsan topluluklarına yeterli olmayacak duruma gelmiştir . Denizler , iç sular ve atmosfer kirlenmiş , toprak yapısı yer yer yenilenemeyecek kadar bozulmuştur . Tüm dünya yaşam tehlikesine doğru sürüklenmektedir . Çözüm yolu , bazı yöntemlerle birlikte biyoloji bilimine dayanmaktadır. Önümüzdeki yüzyılın başında şu gelişmelerin olması beklenmektedir .
• İnsan topluluklarında kalıtsal hastalıklara neden olan genler , döllenme sırasında sağlamlarıyla değiştirilecek kanser , düşük ve yüksek tansiyon, şeker hastalığı , cücelik v.b. hastalıklar önlenebilecekler .
• Canlıların ömür uzunluğunu kalıtsal olarak denetleyen genler kontrol altına alınarak yada değiştirilerek , uzun bir yaşam sağlanabilecektir . 1996 yılından bu yana ana karnındaki bir fetusun ne kadar yaşayacağı artık tahmin edilebilmektedir .
• Bir canlıda özelliği bir özelliği ortaya çıkaran gen yada genler , diğer canlıların kalıtsal yapısına eklenerek bazı eksikler bu yolla giderilebildiği gibi fazladan bazı özelliklerinde kazanılmasıda sağlanacaktır . Örneğin ; C vitamini karaciğerde sen¤¤¤lettirileceği için vitamin olmaktan çıkacaktır .
• Bitki ve hayvanların ıslahında olağanüstü atılımlar gerçekleşecek , verim artırılacak bir çok maddenin sen¤¤¤i özellikle büyük miktarda mikroorganizmalarda yaptırılabilecektir .
• Genlerdeki değişiklikler sonucu yeni hayvan ve bitki türlerinin ortaya çıkması sağlanacaktır .
• Yenilenme mekanizması aydınlatılacağından kısmi doku ve organ yitirilmeleri yerine konulabilecektir . Bugüne kadar doku ve organ nakli tekniğinde , doku uyuşmazlığı nedeniyle başarısızlıklar olmuştur , ancak bu sorun doku ve organ nakli tekniğindeki gelişmelerle aşılmaktadır . Bunun için şimdiden organ bankalarında çeşitli organlar gerektiğinde kullanılmak üzere korunmaktadır . Şu anda genellikle sperm , kemik , deri ve bazı özel dokular saklanabilmektedir . Yakın gelecekte ise çeşitli doku ve organlar , bir bütün olarak yapıları bozulmadan saklanabilceklerdir .
• Canlılardaki genlerin bütünü kataloglanabilecek , bunlarla ilgili bankalar kurulacak . İlaç sanayii biyoteknolojik yöntemleri geniş oranda kullanılacağı için birçok ilacın etkili ve ucuza üretilmesi sağlanacaktır .
Bütün bunların yanında tehlikeli olabilecek mikroorganizmaları üretmek , doğal yaşam görüntüsünü kısmen de olsa bozma gibi biyolojik gelişmelerin doğurabileceği sakıncalarıda vardır .
BİYOLOJİDEKİ GELİŞMELERİN İNSANLIĞA KATKILARI
Bireylerin ve gelecek kuşaklarının sağlıklı yaşaması biyoloji konusundaki bilinçlenme ile sağlanacaktır .
Araştırmacılar bitki ve hayvanları islah etmiş , daha iyi meyve , daha fazla yumurta , daha çok et ve süt , elde etmek için onların soylarını , kültürel yöntemler kullanarak iyileştirmeye çalışmışlardır . Bu çalışmalarda da büyük ölçüde başarılı olmuşlardır .
Günümüzde birçok ülke seralarda tozlaşma görevini bombus adı verilen arılarla yapıyorlar . Bombus özellikle sebzelicilikte yüksek verim elde etmek amacıyla hormon kullanan üreticilere bir çıkış , hatta kurtarıcı oldu . Arının taşıdığı çiçek tozları etrafa yayılarak , seradaki domates ve çileklerdeki verimi artırdı .
Günümüzde birçok tıbbi bitki ve hayvanın üretimi , antibiyotik , arşı , inferferon , çeşitli pestisitlerin üretimleri , insandaki zararlı genlerin ayıklanması işi gibi alanlarda biyoteknolojiden yararlanılmaktadır .
Tıpta uygulanan aşılama yönteminde vücuda virüs verilerek vücudun virüsü tanıması ve ona karşı antikor üretmesi sağlanır oysa gen teknolojisinin sağladığı olanaklarla vücuda virüs verilmeden de antikor üretmek mümkün olmuştur . Böylece vücut virüsün yan etkilerinden korunabilmektedir . Tıpta ; pıhtılaşma bozuklukları , lösemi gibi hastalıkların teşhis ve tedavisinde enzimlerden yararlanılmaktadır . Bu enzimlerin elde edilmesi biyoteknolojinin sayesinde olmuştur .
Biyoteknolojinin katkıları arasında insülin'ni de sayabiliriz . İnsülin insanlarda şeker metabolizmasını düzenleyen bir hormon olup , pankreas hücreleri tarafından üretilir , dolaşıma katılır . Eksikliğinde ise şeker diabet hastalığı ortaya çıkar . Bugün bakteri DNA'sı yardımıyla insülin hormonu bol miktarda ve ucuza üretilebilmektedir . Yine cücelik tedavisinde kullanılan insan büyüme hormonuda bu yolla üretilmektedir .
Büyüme hormonu , eskiden sadece kadavraların hipofiz bezinden çok büyük zorluk ve masraflarla elde ediliyordu . Atık biyoteknolojik yöntemlerle çok miktarda ve ucuza elde edilebilmektedir .
Biyoteknolojik buluşlar ve onlara dayalı uygulamalar , insanoğluna biyolojik savaşta yararlanabileceği organizmaları elde etme olanağı sağlamıştır gittikçe önem kazanan "biyolojik savaş" konusunda yapılan çalışmalar ülkemizde yeterli düzeyde değildir . Oysa biyolojik savaşta kullanılabilecek birçok organizma yurdumuzda bulunmaktadır . Ancak biyolojik savaşta yokedilmeye çalışılan zararlı canlılarla , bunları yok etmek için kullanılan canlıların biyolojik yapılarının iyi bilinmemesi ülkemizdeki bazı çalışmalarında başarısızlığına neden olmaktadır . Oysa , tarımda biyolojik savaş daha ucuz ve kolay olacak , çevre kirliliğinde önemli ölçüde azalacaktır . Bu amaçla bazı bakteri türleri kullanılarak böceklere karşı dirençli domates , tütün , pamuk gibi bitkiler elde edilmektedir .
Alg , bakteri , maya ve küflerin büyük miktarda üretilmesinden ve bu canlı hücrelerin kurutulması sonucu oluşan biyolojik kütleye tek hücre proteini denilmektedir .
Ayrıca aroma kaynağı , vitamin kaynağı ve emülatör destekleyicisi olarak da kullanılır . Tek hücre proteininin uygulama alanı gün geçtikçe yaygınlaşmaktadır . Belkide tek hücre proteini gelecekte besin kaynağımızın önemli bir bölümünü oluşturmaktadır . Dünyada nüfus artışının bugünkü hızıyla devam etmesi durumunda besin kıtlığının yaşanabileceği bilimadamlarınca kâbul edilmektedir . Buna çözüm olarak bilim adamları tarımda biyoteknolojik uygulamaları önermektedir . Avustralya'lı araştırmacılar , yonca bitkisini amino asit sen¤¤¤ine yardımcı olan bir gen aktararak bitkinin protein değerini yükseltme değerini yükseltmektedir. Böylece yem bitkisi olan yonca proteince zenginleştirilmiştir .
1997 Şubat ayında biyoloji alanında yeni bir gelişme kaydedilmiştir Bir araştırmacı memeli bir hayvanın (koyun ) kopyası yapmayı başarmıştır . Bir koyundan alınan bir vücut hücresinin çekirdeği başka bir koyuna ait çekirdeği alınmış bir yumurtaya yerleştirilerek yeni bir koyuna yaşam verilmiştir . Dolly adı verilen kuzu orjinal DNA sahibi koyunun kopyasıdır . Bu iki koyun aynı fiziksel özellikleri taşımalarına rağmen aynı biyolojik özellikleri taşıyıp taşımadıkları belirli değildir . Kalıtsal hastalıkların kökenini anlamamız ve tedavi edebilmemiz ancak insan genomunu tam olarak çözebilmemizle mümkün olacaktır .
Genetik mühendisliği bu konuda ilk adımı atmıştır 1990 yılında ABD ve Avrupa ülkelerininde katıldığı "insan genomu projesi" adı altında büyük bir çalışma başlatılmıştır bu proje insandaki yaklaşık 100.000 genin diziliminin saptanmasını hedefliyor . Örneğin bilim adamları genetik bozulma nedeniyle kontrolsüzce çoğaldıklarını anladıkları hücrelerle "hücre dilinde konuşarak " , "çoğalma !" yada "öl!" konutları verebilecek , böylece şimdiye kadar etkin tedavi yöntemi geliştirilemeyen kanser gibi hastalıklar projenin sağladığı bilgiler ışığında tarihe karışabilecektir . Ayrıca kalıtsal hastalıkların ve daha bilemediğimiz birçok özelliğin yada kusurun nedenlerini çözümlerini bulmamıza ışık tutacaktır.
BİYOLOJİYE GİRİŞ
Bilim, Bilimsel Çalışma Yöntemi
" Uzun yaşamımda öğrendiğim bir şey var: Gerçeklikle ölçüştürüldüğünde tüm bilimimiz ilkel ve çocukça kalmaktadır- ama gene de sahip olduğumuz en değerli şeydir, bilim!"
Albert Einstein
Bilim , tarafsız yapılan gözlem ve deneyler sonucu elde edilen bilgidir.
Bilim , gercekleri bulma yolunda yapılan gözlem, dusunme ve arastirma yöntemidir.
Bilim ,özünde bir arayıştır; gerçeği bulmaya , olgusal dünyayı açıklamaya yönelik bilişsel bir arayış!
Bilimsel gelişme karmaşık bir süreçtir : ne salt bireysel atılımlara ya da kendi iç dinamizmine , ne de salt sosyal ya da ekonomik koşulların etkisine indirgenebilir.Bilimsel gelişmeyi tek boyutlu açıklayamayız. Tüm kültürel etkinlikler gibi bilim de üstün yetenekli kişilerin gerçeğe yönelik arayışlarına elveren bir ortamın ürünüdür
Bilim ile uğraşan kişilere bilim adamı denir.Bilim adamında olması gereken başlıca özellikler şunlardır :
* Amacı insanlığa faydalı olmaktır.
* Akılcı , gerçekçi ve yeniliğe açık olmalıdır.
* Objektif olmalıdır.
* Meraklı, Sabırlı, Azimli ve Hırslı olmalıdır.
* Şüpheci olmalıdır.
* Diğer bilim adamları ve diğer bilim dalları ile ilişki içinde olmalıdır.
* Bilgilerini paylaşmalıdır.
Bilim adamı çalışmalarını belli bir yönteme bağlı kalarak yapmaktadır, bu yönteme bilimsel çalışma yöntemi denir.
Bilimsel Çalışma Yönteminin Basamakları:
1- Problemin Belirlenmesi
Öncelikle problemin iyi anlaşılması gerekiyor. "Problemi anlamak, problemi yarı-yarıya çözmek demektir."
2- Gözlem
Nitel ve Nicel olmak üzere iki çeşit gözlem vardır.
Nitel Gözlem : Beş duyumuzu kullanarak yaptığımız gözlemlerdir.Örneğin "çaydanlıktaki su sıcaktır".Buradaki gözlem nitel bir gözlemdir.Bunu, suya dokunarak veya sudan çıkan buharı gözlemleyerek karar veririz.
Nicel Gözlem : Ölçü aletleri kullanılarak yapılan gözlemlerdir. Örneğin "çaydanlıktaki su 80ºC dir".Buradaki gözlem nicel bir gözlemdir.Burada termometre aleti kullanılarak bir gözlem yapılmıştır.
Yukarıdaki örneklerden de anlaşıldığı gibi nitel gözlemler kişiler arasında farklılık gösterebilirken , nicel gözlemler daha objektifdir. Bu yüzden bilimsel bir çalışma sırasında nicel gözlemlere daha fazla ağırlık verilir.
3- Verilerin Toplanması
Veriler problem ile ilgili gerçekleri içerir. Gözlemler sonucu elde edilen veriler toplanıp, düzenlenir.
4- Hipo¤¤¤in Kurulması
Hipo¤¤¤ , probleme geçici bir çözümdür.Bu çözüm yapılan gözlemler ve toplanan veriler ışığında kurulmuştur.İyi bir hipo¤¤¤;
- probleme iyi bir çözüm önermeli,
- deney ve gözlemlere açık olmalı,
- toplanan tüm verilere uygun olmalıdır.
5- Tahminlerde Bulunma
Kurulan hipo¤¤¤ler doğrultusunda mantıklı sonuçların çıkartılmasıdır ve bu sonuçlar ile hipo¤¤¤ler test edilir.Tahminler, "Eğer.................... ise ................. dır" şeklindeki cümlelerle ifade edilir.Tahminler genellikle "Tümdengelim" ve "Tümevarım" yöntemleri ile gerçekleştirilir.
Tümdengelim yönteminde bir ön bilgi kullanılarak genelleme yapılır. Örnek : Eğer bütün canlılar hücrelerden meydana gelmiş ise ,insanda hücrelerden meydana gelmiştir.
Tümevarım yönteminde ise özel gözlemler yapılarak bir sonuca varılır.Örnek : Eğer insanlar, hayvanlar, bitkiler hücrelerden meydana gelmiş ise bütün canlıların yapı birimi hücredir.
6- Kontrollü Deney
Yapılan tahminlerin geçerli olup olmadığı kontrollü deneyler sonucu tespit edilir.Kontrollü deneylerde iki deney grubu vardır: Birine kontrol grubu , diğerine ise deney grubu denir.Her iki grupta da aynı deney aynı şartlar altında yapılır iken sadece araştırılan faktör gruplar arasında farklı tutulur.
Deney sonuçları tahminleri doğrular ise hipo¤¤¤ geçerlilik kazanır.Aksi durumda ise eldeki verilerle yeni hipo¤¤¤ler kurularak bilimsel çalışmaya devam edilir.
7- Gerçek
Deneyler ile kanıtlanmış bilimsel doğrulardır.
8- Teori
Tekrarlanan deneylerle doğruluğu tam olarak değil, ama büyük ölçüde kabul edilmiş hipo¤¤¤lerdir.Teorilerin çürütülme ihtimalleri vardır.
9- Kanun
Bir teori veya hipo¤¤¤ , doğruluğu bütün bilimlerce kabul edilmiş ise kanun halini alır.Örnek : Yerçekimi kanunu, Mendel Kanunları
ÖRNEK BİR BİLİMSEL ÇALIŞMA YÖNTEMİ
Problem : Orta Anadolu Bölgesinde yetişen bitkilerdeki çinko eksikliğinin nedeni nedir?
Gözlem ve Verilerin toplanması :
- Bu bölgedeki topraklarda toplam çinko miktarının zengin olduğu gözlemlenmiştir
- Bu bölgedeki toprakların kireç içeriği fazla ve pH değeri yüksek.
- Bu bölgedeki topraklar kil minerali bakımından zengin.
- Bu bölgedeki topraklar organik maddeler bakımından fakir.
- Bu bölgedeki toprakların nem oranı az.
- Bu bölgedeki topraklara her yıl yüksek dozlarda fosfor ve fosfor içerikli gübreler verilmektedir.
- Bu bölgedeki topraklarda yetişen bitkiler kısa boylu kalmaktadır.
Hipo¤¤¤ :
1- Bitkideki çinko eksikliğinin sebebi, topraktaki fazla kireç ve yüksek pH dır.
2- Bitkideki çinko eksikliğinin sebebi, topraktaki kil miktarının fazla olmasıdır.
3- Bitkideki çinko eksikliğinin sebebi, topraktaki organik maddenin az olmasıdır.
4- Bitkideki çinko eksikliğinin sebebi, yağışların az olmasıdır.
5- Bitkideki çinko eksikliğinin sebebi, topraktaki fazla fosfordur.
Tahmin :
1- Eğer 1. hipo¤¤¤im doğru ise , fazla kireç ve yüksek pH 'lı topraklarda yetişen bitkilerde çinko eksikliği görülmelidir.
2- Eğer 2. hipo¤¤¤im doğru ise , kil miktarının fazla olduğu topraklarda yetişen bitkilerde çinko eksikliği görülmelidir.
3- Eğer 3. hipo¤¤¤im doğru ise , organik maddenin az olduğu topraklarda yetişen bitkilerde çinko eksikliği görülmelidir.
4- Eğer 4. hipo¤¤¤im doğru ise , kurak bölgelerde yaşayan bitkilerde çinko eksikliği görülmelidir.
5- Eğer 5. hipo¤¤¤im doğru ise , fosfor içerikli gübrelerin verildiği topraklarda yetişen bitkilerde çinko eksikliği görülmelidir.
Kontrollü Deney :
Aynı tür buğday bitkileri ile çalışmalar yapılır.Her tahmin için bir deney grubu bir de kontrol grubu oluşturulur.
1- Yapılan çalışmalarda toprak pH'sının 6'dan 7'ye yükseltilmesiyle bitkilerin topraktan çinko alımının 100-150 kez bir azalma gösterdiği bulunmuştur.
2- Kilin , toprağın çinkoyu kuvvetlice bağlayarak tutmasını sağladığı bulunmuştur.
3- Organik maddelerin , toprakta çinkonun kolaylıkla hareket etmesine ve çözünür formda kalmasını sağladığı ortaya çıkmıştır.
4- Toprak neminin , çinkonun bitki köklerine taşınmasında ve dolayısı ile köklerce alımında belirleyici bir rol oynadığı saptanmıştır.
5- Yüksek dozlarda uygulanan fosfor , bitkilerin köklenme etkinliğini azaltarak bitkinin toprakla yeterince bağlantı kurmasını ve dolayısı ile bitkinin toprağın çinkosundan yararlanmasının sınırlandığı ortaya çıkmıştır.Ayrıca, yüksek dozdaki fosfor , bitki köklerinde ortak yaşayan ve bitkilerin topraktan çinko alımında büyük rol oynayan mikoriza mantarının etkinliğinin azalmasına neden olduğu saptanmıştır.
Gerçek :
Bitkilerdeki çinko eksikliğinin , topraktaki çinko miktarıyla direkt bağlantılı olmadığı, toprağın sahip olduğu birtakım fiziksel ve kimyasal özelliklerden kaynaklandığı bulunmuştur.Bu özelliklerden başlıcaları : Toprağın pH'sı, topraktaki kil, organik madde ve fosfor miktarı ve toprağın nemi.
Biyolojinin Konusu ve Bölümleri
Biyoloji; kelime anlamı canlı bilimidir (bio= canlı, loji= bilim), yani kısaca canlıları inceleyen bir bilim dalıdır.Canlıların yapılarını, özelliklerini, davranışlarını, birbirleri ile olan ilişkilerini, çevreleri ile olan ilişkilerini, çeşitliliğini ve yapılarında gerçekleşen temel yaşamsal olayları inceler.Canlıları anlamak şüphesiz ki yaşamı kolaylaştırır ve zevkli hale getirir.
Canlıların çeşitliliği ve sahip oldukları birçok özelliği düşünülürse , canlıları tek biyoloji başlığı altında incelemek bir hayli zor, hatta imkansızdır.Bu yüzden biyoloji bilimi kendi içersinde bir çok alt bilim dallarına ayrılmıştır. Bunlardan " Zooloji ve Botanik" Biyolojinin ana dallarını oluşturur:
Zooloji : Hayvanları inceleyen bilim dalıdır.
Botanik : Bitkileri inceleyen bilim dalıdır.
Sitoloji : Hücre bilimidir.Hücrelerin yapısını ve metabolizmasını inceler.
Histoloji : Doku bilmidir.Dokuların yapısını , görevlerini inceler.
Fizyoloji : Doku , organ ve sistemlerin çalışmasını ve görevlerini inceler.Histoloji ile Anatomi bilimlerinin bir bileşkesi denilebilir.
Anatomi : İç organların yapsını, görevlerini ve birbirleri ile olan ilişkilerini inceler.
Morfoloji : Canlıların dış yapılarını inceler.
Embriyoloji : Canlıları zigottan yeni bir fert oluncaya kadar geçirdiği evreleri inceler.
Genetik : Canlıların kalıtsal özelliklerini ata canlıdan oğul döllere nasıl aktarıldığını inceler.Ayrıca genlerin çalışma mekanizmasını inceler.
Taksonomi : Canlıların sınıflandırılmalarını inceler.
Biyokimya : Canlıların kimyasal yapısını inceler.
Moleküler Biyoloji : Canlıların yapısını moleküler seviyede inceler.Ör: protein sen¤¤¤i.
Mikrobiyoloji : Mikroorganizmaları inceler.
Mikoloji : Mantarları inceler.
Patoloji : Hastalıklı doku ve organları inceler.
Ekoloji : Canlıların birbirleri ile ve çevreleri ile olan ilişkilerini inceler.
Palentoloji : Fosil bilmi.
Entomoloji : Böcek bilmi.
İhtiyoloji : Balık bilmi.
Ornitoloji : Kuş bilmi.
Bakteriyoloji : Bakteri bilmi.,
Viroloji : Virüs bilmi.
Parazitoloji : Parazit bilmi.
Biyoteknoloji : Biyolojik sistemlere ve organizmalara uygulanan , kendilerinden yararlanılması ve istenilen biçimlere ve ürünlere dönüştürülebilmeleri amacıyla kullanılan bilimsel teknikler ve endüstriyel yöntemlerdir.
Biyoloji Laboratuvarında Kullanılan Araç-Gereçler
Biyoloji laboratuvarında kullanılan başlıca araç-gereçler şunlardır:
Biyoloji laboratuvarındaki en temel araç ise "mikroskoptur".Herhangi bir mikroskopu kullanmadaki temel amaç , incelenecek cismi büyütmek ve netleştirmektir.
İlk mikroskop 1595 yılında Zacharias ve Hans Jansesea tarafından yapılmıştır.Zacharias o zamanlarda çocuk yaştaydı ve babası Hans'ın yardımıyla uçlarında mercek bulunana üç tüpü iç içe geçirerek çok basit bir mikroskop yapmıştır.Bu mikroskop incelenecek örneği 3-10 kat büyüytebiliyordu.
Mikroskopta ilk biyolojik gözlem ise bir biyolog tarafından değil , ünlü astronom Galileo Galilei tarafından yapılmıştır.17. yüzyılın başlarında Galileo bir silindir ve iki mercekten oluşan , kendi yaptığı mikroskopta bir böcek incelemiştir.
Antony van Leeuwenhoek ise ilk gelişmiş mikroskobu yapmıştır.Mikroskop üzerine yapmış olduğu çalışmaları onu mikroskop alanında uluslararası bir otoriteye oturtmuştur ve 1680 yılında Royal Society tarafından burs verilmiştir.Yapmış olduğu mikroskop ~ 5cm uzunluğunda ve 2.5cm eninde idi: İki yassı ve metal levhayı birbirine perçinleyip, levhalar arasına dışbükey merceği yerleştirerek oluşturmuştur.Bu mikroskop incelenecek örneği 70-250 kat büyütebiliyordu.
Günümüzde farklı alanlarda kullanılan çeşitli mikroskoplar vardır. Bunlardan başlıcaları; Işık Mikroskobu ,Karanlık alan mikroskobu (ultramikroskop),faz kontrast mikroskobu, polarizasyon mikroskobu, ultraviyole mikroskobu, interferens mikroskobu, elektron mikroskobu (scanning electron mikroskobu ve transmission elektron mikroskobu....) gibi...Okuldaki Biyoloji laboratuvarlarında kullanılan en yaygın mikroskop ise "bileşik ışık mikroskobudur".Işık mikroskobunda ışığın kırılıp odaklanması için mercekler kullanılırken , elektron mikroskoplarında ise ışık ışınları yerine elektron dalgaları ve mercekler yerine , elektromıknatıslar kullanılır. Elektron mikroskobu ile 500bin - 2milyon kez büyütme sağlanabilir.
Aşağıdaki her bir görüntü Scenedesmus adlı bir yeşil algin 10mm'lik bir kesitinin farklı mikroskoplar tarafından aynı derecede büyütülmesidir.
.
a.Faz-kontrast ışık mikroskobu b. Işık mikroskobu
c. Transmission elektron mikroskobu d.Tarayıcı(scanning) elektron mikroskob
Yukarıda da görüldüğü gibi hücrenin iç yapısının en iyi görüntülendiği mikroskop transmission elektron mikroskobudur.Trarayıcı elektron mikroskobu ise üç boyutlu bir görüntü sağlıyor.
Işık Mikroskobu :
Mikroskop dört farklı kısımdan oluşur:
I. Optik kısımlar : Mercek ve aynadan oluşur.Işık mikroskobunda üç set mercek bulunur;
- Oküler : Mikroskobun üst tarafında gözle objeye bakılan kısımdır.Oküler bir veya iki tane olabilir.Okülerin üzerinde büyütme gücünü gösteren 5X, 10X, 15X gibi numaralar bulunur.Bu numaraların anlamı okülerin objeyi kaç kez büyüttüğüdür. Mikroskop oküleri genellikle 10X'dir.Yani objeyi 10 kez büyüttüğünü gösterir. Oküler çıkartılabilir niteliktedir.
-Objektifler : Döner levha ( revolving nosepiece) üzerinde bulunan merceklerdir.İki veya daha fazla bulunur.Objektiflerin üzerinde de büyütme gücünü gösteren numaralar vardır; 4X, 10X, 40X, 100X gibi.
Mikroskopta incelenen bir objenin ne kadar büyütülerek incelendiği oküler ile objektifin büyütme değerleri çarpılarak bulunur:
Oküler Objektif Büyütme değeri
10X 4X 40X
10X 10X 100X
10X 40X 400X
10X 100X 1000X
Kondansör : Tabla ortasındaki açıklığın altında yer alan tek bir mercek veya mercekler sisteminden oluşur.Görevi, geniş bir ışık konisini incelenecek örneğe yansıtmaktır.
Işık kaynağı : Tablanın altında objeyi aydınlatan bir lamba veya aynadır.Işık kaynağından objeye odaklanan ışığın miktarı tablanın altında yer alan diyafram ile sağlanır.
II.Mekanik Kısımlar: Ayar düğmeleri ve destek elemanlarından oluşur.
Ayar düğmeleri :
a) Kaba ayar düğmesi : Tablayı yukarı -aşağı indirerek odak noktasını ayarlar.Net olmayan, yaklaşık bir görüntü elde edilir.
b) İnce ayar düğmesi : Kaba ayar düğmesi ile bulunana görüntü, ince ayar düğmesi ile netlik kazanır.
Destak elemanları: Ayak ; mikroskobun masa üzerine oturtulduğutaban kısmıdır.Gövde ; mikroskobu tutup taşımaya yarayan kol ve incelenecek örneğin hazırlandığı preperatın konulduğu tabladan oluşur .
Laboratuvar Teknikleri, Ayıraçlar ve Ölçü Birimleri
Laboratuvar da canlıların doku ve hücrelerini incelemek için aşağıdaki tekniklerden yararlanılır:
Vital (canlı) inceleme : Bir canlının doğrudan doğruya sıvı bir ortam içinde incelenmesidir.
Doku kültürü : Özellikle embriyonik dokulardan alınan küçük parçaların uygun ortamlada saklanıp, geliştirilmesidir.
Kesit alma : Katı veya dondurulmuş ya da mürver özü gibi maddeler içine gömülmüş yapılardan bistüri veya jilet gibi keskin aletlerle kesit alınmasıdır.
Fiksasyon : Hücrenin yapısının kimyasal ve morfalajik yönden en az değişikliğe uğramasını sağlamak amacıyla, hücrenin birden bire öldürülmesidir.
Boyama : Hücrenin ve bir mikroorganizmanın değişik kısımları, farklı kimyasal yapı gösterdiği için farklı boyanma yeteneğine sahiptir.Boyalar bazik veya asidik yapıdadır.Asidik boylar hücrede bazik yapı gösteren kısımları boyarken , bazik boyalar hücrede asidik yapı gösteren kısımları boyar.
Dondurma-kurutma yöntemi : Doku hızla dondurulup, daha sonra kurutulmaya bırakılır.
Dondurma-buzla yer değiştirme yöntemi : Hızla dondurulan dokunun etanol,metanol ya da aseton gibi buz kristallerini eriten sıvılarda saklanmasıdır.
Biyoloji laboratuvarında en sık kullanılan ayıraçlar :
Maddeler Ayıraçları Tepkime
Glikoz Benedict veya Fehling Çöz Kiremit kırmızısı renk verir
Nişasta İyot (lugol) Çöz. Mavi-siyah renk verir
Selüloz İyotlu çinko klorür Açık mavi-yeşil renk verir
Glikojen İyot Çöz. Kahverengi-kırmızı renk ver
Protein Biüret ayıracı Mor renk verir
Protein Nitrik asit Sarı renk verir
Yağ Eter + Kağıt Saydam leke oluşur
Yağ Sudan III Kırmızı renk verir
Asit Turnusol kağıdı Kırmızı renk verir
Asit Kongo kırmızısı Mavi renk verir
Asit Fenol kırmızısı Sarı renk verir
Baz Turnusol kağıdı Mavi renk verir
Baz Kongo kırmızısı Kırmızı renk verir
Soda(CO2'li su) Fenol kırmızısı Sarı renk verir
Soluk üfleme Fenol kırmızısı Sarı renk verir
Kireç suyu Asit Değişme olmaz
Kireç suyu Soda Bulanma, beyaz çökelek oluşur
* Ba(OH)2 , NaOH ve KOH karbondioksit (CO2) tutucudur.
* Oksijen yakıcı bir gazdır.
Biyolojide kullanılan ölçü birimleri :
10 Angström (Å) = 1 nanometre (nm)
1000 nanometre = 1 mikrometre (mm)
1000 mikrometre = 1 milimetre (mm)
10 milimetre = 1 santimetre (cm)
100 santimetre = 1 metre (m)
1000 pisogram(pg) = 1 nanogram (ng)
1000 nanogram = 1 mikrogram (mg)
1000 mikrogram = 1 miligram (mg)
1000 miligram = 1 gram (g)
1000 gram = 1 kilogram (kg)
10³*10³*10³ mm³ = 1milimetre³ (mm³)
1000 mm³ = 1 santimetre³ (cm³ veya cc)
1mm³ = 1 mikrolitre (ml)
1000 ml = 1 mililitre (ml)
1000 ml = 1 litre
SU
SU = HAYAT
Canlıların yapısında bulunan temel moleküllerden biri olan su, canlıların yapısının büyük çoğunluğunu oluşturur.Canlılarda bulunan su miktarı % 65 - 95 arasında değişmektedir. İnsanın ~ % 65'i sudur ve bu miktar % 20'nin altına düşerse ölüm meydana gelir.
Bazı canlılardaki su miktarı : Su bitkilerinin ~ %98'i su, Filin ~ % 70'i su, Domatesin ~ % 95'i su, Patatesin ~ % 80'i sudur.
Su molekülü 2H ve 1O atomundan oluşmuştur.İki hidrojen atomu arasında 104.5° 'lik bir açı vardır.
Bir su molekülünde Hidrojen atomu ile Oksijen atomu arasındaki bağ kovalent bağdır .İki su molekülü ise birbirine hidrojen bağı ile tutunur.
Su molekülü polardır. Polar poları çözer prensibine uygun olarak da su, polar molekülleri çözer.Bu yüzden polar moleküllere hidrofilik (suyu seven) denir.Apolar moleküllere ise suda çözülmediğinden hidrofobik (suyu sevmeyen) denir.Örneğin yağ bileşiği suda çözülmez ve hidrofobiktir. Bazı moleküllerde ise bir ucunda polar veya iyonlaşmış bir bölge , diğer ucunda ise apolar bir bölge bulunur. Yani hem polar hem de apolar özellik gösterirler, böyle moleküllere "ampifatik" moleküller denir.Örneğin bu özelliği hücre zarının yapısında görürüz: Hücre zarındaki fosfolipidlerin baş kısmı hidrofilik iken kuyruk kısmı hidrofobiktir.
Hidrofilik Moleküller
Hidrofobik Molekül
Suyun diğer özellikleri :
Polar ve iyonlar için iyi bir çözücüdür.Çoğu biyokimyasal reaksiyonlar suyun varlığında gerçekleşir.Ayrıca büyük moleküller ve tuzlar suda kolaylıkla iyonlaşırlar.
Kanda besinlerin taşınmasında önemli rol oynar.
Metabolik aktiviteyi hızlandırır.
Vücut ısısının ayarlanmasında yardımcıdır.
Zararlı ve fazla maddelerin vücuttan atılımını kolaylaştırır.
Su 0ºC 'de donar ve 100ºC 'de kaynar.Su donarken özgül ağılığı küçülür, hacmi büyür. Bu sayede sularda hayat sürmektedir. +4ºC'de en yüksek özgül ağırlığa sahiptir.
Yoğunluğu 1g/cm³
Renksiz ve kokusuzdur.
Hücrenin yapısal ve fonksiyonel bütünlüğünde suyun şu üç özelliğinin önemli bir rolü vardır :
a) Buharlaşma ısısının yüksek olması
Kaynama sıcaklığı çoğu sıvıdan daha yüksektir. Çünkü su ısıtıldığı zaman önce hidrojen molekülleri arasındaki bağlar kopar. Bu sayısız hidrojen bağlarının kopması ve bu halin korunması yani tekrar hidrojen bağlarının birleşmemesi için epeyce ısıya ihtiyaç duyulur.
Buharlaşma ısısının yüksek olması, sıcak günlerde serinlememizi sağlar. Deride bulunan yaklaşık 1-2 milyon ter bezlerinden suyun buharlaşmasıyla bir serinlik elde ederiz.
b) Kohezyon özelliği
Gerilme durumunda, su molekülleri arasında kopmaya karşı bir direnç vardır.Kohezyon, bir gerilim durumunda moleküller arasındaki bağların kopmaması için gösterilen dirençtir.
Suyun yapısındaki hidrojen bağları birbirlerini çekerek bir arada bulunmasında ve böylece suyun bitkinin odun ( ksilem) borularında kopmaz sütun şeklinde yükselmesini sağlar.
c) Çözücü özelliği
ASİT, BAZ ve TUZLAR
ASİTLER
Su içersinde çözündüğünde Hidrojen iyonu (H+) veren bütün bileşikler asit özelliktedir.
Dil ile dokunulduğunda ekşi tat verir.
Turnusol kağıdını maviden kırmızıya döndürür.
Bünyesinde karbon içeren asitlerin çoğu organik asittir.Örnek : malik asit, sitrik asit , laktik asit(CH3CHOHCOOH), asetik asit (CH3COOH). İnorganik asitlere ise şu örnekleri verebiliriz : hidroklorikasit (HCl) , sülfürikasit (H2SO4) , nitrikasit (HNO3).
BAZLAR
Su içersinde çözüldüğünde hidroksil iyonu (OH¯)veren bileşikler baz özelliktedir.
Turnusol kağıdını kırmızıdan maviye çevirir.
Organik bazlar bünyesinde genellikle karbon ve azot bulundururlar.Örnek : metilamin (CH3NH2) , amonyumhidroksil (NH4OH).İnorganik bazlara ise şu örnekleri verebiliriz : sodyumhidroksil (NaOH) , kalsiyumhidroksil (Ca(OH)2) , potasyumhidroksil (KOH), mağnezyumhidroksil (Mg(OH)2)
pH
Bir çözeltinin pH değeri , o çözeltinin asidik yada bazik olduğu hakkında bize bilgi verir.pH , hidrojen derişiminin eksi logaritması alınarak hesaplanır : pH = - log[H+]. Bu değer 0 - 14 arasında değişir.
pH değeri 7 olan solüsyonlar "nötrdür".Nötr çözeltilerde H+ ve OH¯ konsantrasyonları aynıdır.Örneğin saf su nötrdür yani pH = 7
Asidik solüsyonların pH değeri 7'nin altındadır. Yani böyle çözeltilerde H+ konsantrasyonu OH¯ konsantrasyonundan fazladır.Örneğin; mide asidinin pH 'ı 1-3 arasındadır
Bazik solüsyonların pH değeri 7'nin üstündedir.Böyle çözeltilerde H+ konsantrasyonu OH¯ konsantrasyonundan azdır.Örnek ; kanın pH değeri 7.3- 7.5 , yumurta akının ise pH değeri 8'dir.
TUZLAR
Asit ve bazın birleşmesi sonucu meydana gelen iyonik bileşiğe tuz denir.Tuzun oluşması sırasında H+ ile OH¯ birleşerek bir molekül su açığa çıkar.
HCl + NaOH ------- > NaCl + H2O
Hücre ve hücre arasında çeşitli mineral tuzlar bulunur.Bu tuzların yapısındaki iyonlardan en önemli katyonlar ; sodyum, potasyum, kalsiyum, ve mağnezyumdur , en önemli anyonlar ise ; klor, bikarbonat, fosfat ve sülfattır.
Sofra tuzu olan NaCl 'ün en önemli görevi vücut sıvısının osmotik basıncını düzenlemektir. Azlığında ilk olarak hücre arası sıvının , özellikle kanın suyu çekilir, kan koyulaşır (Hiperproteinami) ve sonuçta , kramplarla birlikte dolaşım sistemi durarak canlıyı ölüme sürükler.Potasyumca zengin bitkisel besinler Na+ : K+ dengesini bozacağı için , yüksek oranda tuz gereksinmesi yaratır.Bunun için yabani memeli hayvanlar buldukça kaya tuzu yalarlar.Otçul evcil hayvanlara da bu dengenin sağlanması için zaman zaman tuz verilir.
Sofra tuzu iştah açar ve mide salgısını artırır.Azlığı azot dengesinin bozulmasına , protein yıkımına, kan şekerinin yükselmesine , ürenin tutulmasına , yorgunluğa ve baş dönmesine ; fazla miktarda alınması böbrek rahatsızlıklarına , aşırı uyarılmaya , tükrük salgısını akmasına, göz bebeğinin büyümesine ve bağırsak iltihaplanmalarına neden olur.Ter ile bol miktarda tuz atıldığından , çok sıcak havalarda tuz yetmezliği ortaya çıkabilir.
Yaşamın Temel Kuralları
Ali Demir Aksoy
ATP
Mononükleotitler aynı zamanda nükleozit monofosfat olarak da isimlendirilirler.Bunlara bir veya iki fosfatın eklenmesiyle "nükleozit difosfat veya trifosfat molekülleri oluşur.Nükleozit trifosfatlar içersinde hücre enerjisi için en önemlileri "Adenozin trifosfat (ATP) ve Guanozin trifosfat (GTP) "dir.Çünkü çok miktarda bir enerji bu moleküllerin son fosfat gruplarında bulunmaktadır.
ATP = Adenin + Riboz + 3 (PO4)
ATP sen¤¤¤inin başlıca gerçekleştiği reaksiyonlar:
* glikoliz (sitoplazmada)
* hücre solunumu (mitokondri)
* fotosen¤¤¤ (kloroplast)
AMP + PO4 + enerji (E) -------> ADP + H2O
ADP + PO4 + E(7.3 kcal) ------->ATP+ H2O
ATP molekülünün başlıca kullanıldığı reaksiyonlar:
* Çoğu anabolik reaksiyonlarda.Örrotein,DNA,
RNA, polisakkarit ve yağların sen¤¤¤inde.
* Moleküllerin ve iyonların aktif taşınmasında
* Sinir hücrelerindeki uyartıların iletiminde
* Kasların kasılmasında
ATP + H2O -------> ADP +PO4 + E
ADP + H2O -------> AMP + PO4 + E
Her hücrede ~ bir milyar ATP molekülü vardır.Bu miktar hücrenin sadece birkaç dakikalık ihtiyacı için yeterlidir. Bu nedenle bu molekül hızlı bir şekilde yenilenmek (recycle) zorundadır. İnsanda yüz trilyon hücrenin olduğu düşünülürse ~ 10²³ ATP molekülü bulunmaktadır. Her ATP molekülünde dakikada üç defa son fosfat molekülü eklenip, kopartılıyor. (Kornberg, 1989, p-65) İnsan vücudunun tamamındaki ATP sadece 50g gelmektedir ve bu miktar mutlaka hergün yenilenmelidir. ATP 'nin kaynağı ise besinlerdir. 24 saatini sadece dinlenerek yatakta geçiren kişinin hücreleri ~ 40kg ATP molekülü kullanır.
NUKLEIK ASITLER
Nükleik Asitler ,vücudumuzun sadece %2 'sini oluşturmalarına rağmen çok önemli organik bileşiklerdendir.Çünkü genetik bilginin depolanmasından, ortaya çıkmasından (expression) ve iletiminden sorumludurlar.Genetik bilginin ortaya çıkmasını şu örneklerle daha iyi anlayabiliriz : Bir organizmanın insan mı yoksa fare mi olduğu veya bir hücrenin kas hücresi mi yoksa sinir hücresi mi olduğunun gösterimidir.
Nükleik asitlerin yapısında C, H, O, N, P elementleri vardır.Nükleik asitlerin temel yapı birimi (monomeri) "nükleotitler"dir.Bazen mononükleotitler de denir. Nükleotitler ise üç bileşikten meydana gelmiştir :
1- Azotlu Baz
2- 5C'lu Şeker (pentoz)
3-Fosfat grubu (H3PO4)
Nükleotit = Baz + Şeker + Fosfat grubu
İki çeşit azotlu baz vardır:
a) Pürinler (çift halkalı) : İki çeşit pürin baz vardır ; Adenin (A) ve Guanin (G)
b) Primidinler (tek halkalı) : Üç çeşit primidin baz vardır ; Sitozin (C), Timin (T), Urasil (U)
Nükleik asitlere ismini yapısındaki 5C' lu şeker verir.Ribonükleikasitin (RNA) yapısında "riboz" şekeri, deoksiribonükleikasitin (DNA) yapısında ise "deoksiriboz" şekeri bulunur.Aşağıdaki şekilde de görüldüğü gibi iki şekerin yapısal olarak aralarındaki tek fark deoksiribozun ikinci karbonunda hidroksil (OH)¯ grubunun olmamasıdır.
Yapısında sadece pürin veya primidin bazları ile riboz veya deoksiriboz şekeri bulunan moleküllere "nükleozit" denir. Nükleozite bir fosfat grubunun bağlanması ile oluşan moleküle " nükleotit" denir.Nükleozit ve nükleotitler yapısındaki azotlu bazlara göre isimlendirilirler.
Ribonükleozitler Ribonükleotitler Deoksiribonükleozitler Deoksiribonükleotitler
Adenozin Adenilikasit Deoksiadenozin Deoksiadenilik asit
Sistidin Sistidilik asit Deoksisistidin Deoksisistidilik asit
Guanozin Guanilik asit Deoksiguanozin Deoksiguanilik asit
Uridin Uridilik asit Deoksiuridin Deoksiuridilik asit
Bir nükleotitin yapısındaki moleküller arasındaki bağlar oldukça özeldir : Şekerin karbon-1'i (C-1) ile azotlu baz bağlanır. Eğer baz purin ise azot-9 (N-9) atomu ile şeker "kovalent bağ " yapar.Eğer baz pirimidin ise N-1 atomu ile şeker " kovalent bağ" yapar.Bir nükleotitdeki fosfat grubu ise şekerin C-2' , C-3' veya C-5' atomlarına bağlanabilir.Biyolojik sistemlerde en sık rastlananı ise fosfatın C-5' e bağlanmasıdır.Bunu yukardaki nükleotit şeklinde görebilirsiniz.
PROTEİN SEN¤¤¤İ
SANTRAL DOGMA
DNA, RNA ve proteinler arasında bir döngü vardır.DNA ,RNA sen¤¤¤inde kullanılır, daha sonra RNA protein sen¤¤¤inde görev alır.Bu proteinlerin hücrede yapısal ve işlevsel rolleri vardır.Aynı zamanda genetik bilgiyi bir hücreden diğerine aktarmakla da görevlidirler.Bunların içersindeki tüm enzimler ve diğer proteinler DNA replikasyonunda, RNA sen¤¤¤inde ve protein sen¤¤¤inde görev alırlar.Hücredeki bu bilgi akışı moleküler biyolojinin "santral dogması"dır.
Genlerden proteinlere giden yolda iki basamak vardır; "transkripsiyon (yazılım)" ve "translasyon (okuma)".
TRANSKRİPSİYON (DNA nın RNAyısen¤¤¤lemesi):
Transkripsiyon DNA replikasyonuna benzer : RNA zincirinin büyümesi 5'---->3' yönünde nükleotitlerin eklenmesiyle gerçekleşir.
Transkripsiyon DNA replikasyonundan üç yönden farklıdır:
Birincisi ; DNA sarmalındaki bir zincirin, replikasyondaki gibi hepsi değil, sadece bir bölümü kalıp olarak kullanılır.
İkincisi ; Kullanılan enzimler farklıdır : Üç çeşit RNA polimeraz enzimi( rRNA, mRNA, tRNA için) kullanılır.
Üçüncüsü ; DNA replikasyonundan farklı olarak çift zincirli değil tek zincirli molekül oluşur.
DNA DNA DNA RNA
C ------> G C ------> G
G ------> C G ------> C
T ------> A T ------> A
A ------> T A ------> U
Replikasyondaki bazların Transkripsiyondaki bazların eşlenmesi eşlenmesi
Transkripsiyon DNA'nın bir zinciri üzerindeki "pramatör" (promoter) denilen özel baz sıralamasından başlar.RNA polimeraz enzimi promatörün yerini kendi başına bulamaz.DNA'da promatörden birkaç nükleotit (~40 nükleotit) öncesinde bir veya birkaç küçük proteine bağlanır. Daha sonra RNA polimeraz enzimi promatör ile birleşip, DNA çift sarmalı açılır. RNA polimeraz enzimi DNA zinciri üzerinde ilerledikçe çift sarmal açılır ve RNA sen¤¤¤i devam eder. Bitiş sinyalinin alındığı baz dizilimine gelince RNA sen¤¤¤i durur ve meydana gelen RNA zinciri DNA'dan ayrılır.
mRNA Transkripsiyonu:
RNA çeşitleri içersinde sadece mRNA çekirdekten sitoplazmya, sen¤¤¤lenecek protein ile ilgili bilgileri taşır.Fakat yeni kopyalanan mRNA önce bazı düzenlemelerden geçirilir, sonra çekirdekten ayrılır:
Önce sen¤¤¤lenen mRNA'nın ilk ucu (5' ucu) hemen kapatılır. Kapatma işlemi bir nükeotitin bir metil grubu ve fosfat grubuna kovalent bağ yapması ile gerçekleşir.Bu nükleotit "kep (cap)" olarak ifade edilir.Bu cap translasyon sırasında başlangıç işareti olarak tanınır.mRNA'nın diğer ucunda ise poly-A kuyruğu denilen 100-200 Adenin molekülü içeren bölüm vardır.Bu kısım mRNA'nın sitoplazmada küçülmesini önlemeye yardım etmektedir.
Diğer bir düzenleme ise; yeni sen¤¤¤lenen mRNA bir dizi amino asit için fazla şifre içerir.Asıl şifrelerin olduğu kısımlara "exon" denir. Amino asit dizilimi ile ilgili bilgi içermeyen kısımlara ise "intron" denir.mRNA çekirdekten ayrılmadan önce , intronlar kesilip atılır ve exonlar birleşirler.
Ribozomların Yapısı :
Zarla çevrili olmayan, hücrenin en küçük organelleridir.Endoplazmik retikulumun üzerinde, çekirdekte, mitokondride, kloroplastta ve sitoplazmada bulunur.
Görevi: Protein sen¤¤¤lemek
Bakteri hücrelerinde ~ 10,000 kadar ribozom bulunurken, ökaryotik hücrelerde bu sayıdan çok daha fazla ribozom bulunur.
Ribozomların çapı ~ 250Å dur.Büyük ve küçük olmak üzere iki alt birimden oluşmuştur.Ökaryotik ve prokaryotik ribozomlar arasında bazı farklılıklar dışında bütün ribozomların sahip olduğu ortak özelliklerin bazıları şunlardır:
Her iki alt birimde bir veya birden fazla rRNA ve bir dizi proteinden oluşmuştur : Ökaryotik ribozomun; Protein kısmı sitoplazmada, ribozomlarda, rRNA kısmı ise çekirdekçikte yapılır.Büyük ve küçük alt birimin birleşmesi ise çekirdekçikte olur.
Hücrelerde iki farklı büyüklükte ribozom bulunur: 70S ve 80S (S=Swedberg birimi). Prokaryotlarda ve ökaryotların mitokondri ve kloroplastlarında 70S , ökaryot hücrelerde ise 80S ribozomları bulunur.
Prokaryotlardaki ribozomun ; büyük alt biriminde, bir tane 23S rRNA , bir tane 5S rRNA molekülü ve 31 tane protein molekülü bulunur.Küçük alt biriminde , bir tane 16S rRNA ve 21 protein molekülü vardır.
Ökaryotlardaki ribozomun ; büyük alt biriminde , bir tane 28S rRNA ve ona eşlik edn bir tane 5.8S ve 5S rRNA molekülü ve 34 protein molekülü bulunur.Küçük alt biriminde, bir tane 18S rRNA ve 21 den fazla protein molekülü bulunur.
İnsanda rRNA yı kodlayan 200 gen 5 kromozoma dağılmıştır : 13., 14., 15., 21., 22. kromozomlardır.
İnterfaz safhasında çekirdekte rRNA genlerinin bulunduğu bu 5 bölge birleşerek bir çekirdekçiği oluşturur.
Küçük alt birime mRNA ve başlangıç faktörü bağlanır.
Büyük alt birim de ise, polipeptid zincirin büyümesini sağlayan "peptidiltransferaz" enzimi ve oluşan yeni polipeptid zincirinin , ribozomdan ayrılma noktası bulunur.
E.R un üzerinde bir ribozom; büyük (yeşil) ve küçük(mavi)altbirim ile birlikte
TRANSLASYON :
mRNA nın DNA dan aldığı şifreleri okuyup, bu şifrelere göre protein sen¤¤¤lenmesi olayıdır.
Translasyon; Başlangıç (initiation), Büyüme (chain elongation) ve Bitiş (chain termination) olmak üzere üç aşamada gerçekleşir.
1-Başlangıç (initiation) : E.coli üzerinde yapılan incelemelerde translasyonun başlangıç aşaması için şunlar gereklidir : bir mRNA molekülü, sen¤¤¤i başlatan özel bir tRNA , GTP, Mg++ ve en az üç protein (initiation factors = IF).
Önce başlatan tRNA ribozomun küçük alt birimine bağlanır, sonra başlangıç kodonu (AUG) tRNA'nın önüne gelecek şekilde, mRNA'nın kep kısmı küçük alt birime bağlanır. Bu olay sırasında enerji harcanır (GTP molekülü GDP'ye dönüşür).
2-Büyüme (chain elongation) : Aşağıdaki resimde de görüldüğü gibi ribozomun altbiriminde tRNA 'nın bağlanacağı iki bağlanma bölgesi vardır : P( Peptidil) ve A (Aminoksil) bölgeleri.
Başlatan tRNA P bölgesine bağlanarak AUG kodonuna karşılık gelir. mRNA'daki ikinci üçlü baz dizilimi hangi tRNA 'nın A bölgesine bağlanacağını tayin eder.tRNA 'nın A bölgesine bağlanması ile "peptidil transferaz enzimi" amino asitler arasında peptid bağının oluşarak ,birbirlerine bağlanmasını katalizler.(Bu enzim ribozomun büyük alt biriminin bir bölümüdür)
Aynı zamanda P bölgesindeki tRNA ile ona bağlı amino asit (kovalent bağı) arasındaki bağ hidrolize uğrar veya kopar. Bu reaksiyonun sonucunda A bölgesindeki tRNA'ya bağlı olarak, bir dipeptid oluşur.Bu şekilde polipeptid zincirinin oluşma aşaması ikinci aşamayı oluşturur.
Bu olayda gözlenen hata oranı ise 10¯4 dür.
3-Bitiş (chain termination) : Protein sen¤¤¤inin bitiş sinyalini aşağıdaki stop kodonlarından biri verir:
UAG , UAA, UGA
Bu kodonlara karşılık gelen herhangi bir amino asit yoktur.Bitiş kodonu GTP-RF(salgılatıcı faktörleri) aktif hale getirir. GTP-RF'lerde polipeptid zincirini tRNA 'dan koparır. Daha sonra tRNA ribozomdan ayrılır ve ribozomda büyük ve küçük alt birimine ayrılır.
