Ankara Üniversitesi Ders Kitapları by mümtaz murat

ANKARA ÜNİVERSİTESİ SAĞLIK EĞİTİM FAKÜLTESİ YAYINLARI No: 4

TIBBÎ BİYOLOJİ VE GENETİK DERS KİTABI

PROF. DR. FULYA TEKŞEN

2. Baskı

ANKARA - 2006

Bu kitap A.Ü. Yayın Komisyonunun 27 Nisan 1999 tarih ve 26/181 sayılı kararı, Üniversite Yönetim Kurulunun 4 Mayıs 1999 tarih ve kararı, 510/7661 nolu kararı gereğince A.Ü. yayını olarak onaylanmıştır.

Ankara Üniversitesi Sağlık Eğitim Fakültesi Yayınları No:4 2. Baskı tarihi: 2006 Baskı adedi: 300 Ankara Üniversitesi Basımevi - ANKARA ISBN: 975 - 482 - 478 - 9

Tüm haklar saklıdır. Yayın Komisyonundan yazılı izin alınmaksızın bu yayının tamamı veya bir kısmı elektronik, mekanik, fotokopi veya diğer yollarla kopya edilip yayınlanamaz.

ONSOZ Moleküler Biyoloji ve Genetik alanında son yıllarda hızla gelişen teknoloji, bu konulardaki bilgi birikiminin artmasının yanı sıra uygulama alanlarının genişlemesini de beraberinde getirmiştir. Bu noktadan hareketle ülkemizde yayınlanmış olan Türkçe kitap sayısının oldukça az olması da göz önüne alınarak 1999 yılında kitabın ilk baskısı yapılmıştır. Sağlık alanında eğitim - öğretim yapan öğrencilerin

yararlanabileceği

bir

kaynak

oluşturması

amacıyla

hazırlanan bu kitap, Tıbbi Biyoloji ve Genetik alanındaki temel kavramları içermektedir. O nedenle ilgili konularda bilgi sahibi olmak isteyen kişiler için de referans kitap olma özelliği taşımaktadır. Konular; canlının oluşumu ve özellikleri ile başlamakta, hücrenin morfolojik, biyokimyasal, fizyolojik özellikleri ile devam etmekte ve kalıtsal materyalin yapısı, önemi^ ve irdelenmesi ile başlıca genetik terim ve ilkelerin tanımlanması, bu bağlamda kalıtsal hastalıklar ve nihayet prenatal tanı ve genetik danışma kavramlarının

açıklanması ile

tamamlanmaktadır. İkinci baskının tüm okuyuculara yararlı olması dileği ile kitabın hazırlanmasında ve basılmasında tüm emeği geçenlere şükranlarımı arz ederim. Saygılarımla.

2006, Ankara

//V C/î

113 ^ a t t

^ a

i^iM-

SEVGİLİ AİLEME

İÇİNDEKİLER BÖLÜM 1 CANLI VE CANLI BİLİMİ

Sayfa No 1

BÖLÜM 2 HÜCRE

BÖLÜM 3 HÜCRENİN KİMYASAL BİLEŞİMİ

BÖLÜM 4 KALITSAL MATERYALİN YAPISI

BÖLÜM 5 HÜCRENİN ENERJİ METABOLİZMASI

BÖLÜM 6

CANLILARIN OLUŞUMU VE HAYATIN DEVAMI

BÖLÜM 7 ÖKARYOTİK DNA'NIN ORGANİZASYONU....

BÖLÜM 8 MENDEL GENETİĞİ

BÖLÜM 9

KALITSAL HASTALIKLAR

BÖLÜM 10 PRENATAL TANI

BÖLÜM 11 GENETİK DANIŞMA

KAYNAKLAR

VII

BOLUM 1 CANLI VE CANLI BİLİMİ 1.1

GİRİŞ

CANLI; yaşama, gelişme ve üremesi için ileri derecede organize olmuş, kendi kendini yöneten, çevresindeki madde ve enerjiden yararlanabilecek yetenekte olan, fiziksel ve kimyasal karmaşık bir sistemdir. Canlıları cansız varlıklardan ayıran birtakım özellikler vardır; ÜREME: Büyüme sürecini tamamlayan her olgun birey, kalıtsal materyalini sonraki kuşaklara aktararak yeni bireyler meydana getirir. GELİŞME: Canlı, kendi türüne özgü boyutlara ulaşıncaya kadar büyümesini sürdürür. Büyüme çeşitli evrelerde farklılıklar gösterir. Örneğin gelişme döneminde metabolizma hızlı çalışırken, yaşın ilerlemesi ile gittikçe yavaşlar. UYARILABİLME (İRRİTABİLİTE): uyarıya (stimulus) cevap verir.

Canlı, çevreden gelen her

HAREKET: Canlı, yer değiştirir. Bitkilerde olduğu gibi bu hareket, bulunduğu yerde de olabilir. BESLENME: Canlılar yaşamlarını sürdürebilmek için besin almak zorundadırlar. UYUM (ADAPTASYON): Canlı çevrede meydana gelen değişikliklere uyum sağlayabilmektedir. METABOLİZMA: Canlı çevresinden gelen maddeleri alır, enerji kaynağı olarak kullanır, yeni yapısal elementler oluşturur ve oluşan artık maddeleri dışarı atar. 1

Metabolizma iki grupta incelenir; a. Anabolizma: Hücrelerin büyük moleküllü bileşenlerinin (protein, lipit, nükleik asit, polisakkarit) küçük öncül moleküllerden enzimatik olarak sentezlenmesidir. b. Katabolizma: Organizmaların gereksinim duydukları enerjiyi sağlamak amacıyla protein, yağ, karbohidrat gibi makromolekülleri yıkma olaylarına denir. Canlının yapısını ve fonksiyonlarını inceleyen bilimlerden bazıları; BİYOLOJİ: Bütün canlıların oluşmalarını, her çeşit aktivitelerinin, birbirleriyle ve doğa ile ilişkilerinin nedenlerini, nasıllarını inceleyen ve temel ilkelerini saptayan bir bilim dalıdır. TIBBİ BİYOLOJİ: İnsan varlığı ve sağlığı ile ilişkili biyoloji bilgileridir. GENETİK: Organizmadaki kalıtsal karakterlerin kuşaktan kuşağa kalıtım prensiplerini ve genetik hastalıkları inceler. 1.2

EVREN VE DÜNYANIN OLUŞUMU

Evrenin oluşumu ve yaşı hakkındaki bilgilerimiz kesin olmamakla birlikte bu konuda, fiziksel ve kimyasal olaylar ile çeşitli gözlemlere dayanarak birtakım varsayımlar ileri sürülmektedir. Günümüzde geçerli olan 'Evrenin evolusyonu' hipotezine göre evren, yaklaşık 10 milyar yıl önce çok yoğun halde bulunan primordial maddenin (başlangıç maddesi) patlamasıyla oluşmaya başlamıştır. Primordial madde içerisinde yoğun halde bulunan nötronların patlama ve soğuma sırasında ayrıştığı ve daha sonra proton ve nötronların çevrelerindeki elektronları tutarak çeşitli atomları ve böylece de elementleri oluşturduğu kabul edilmektedir. İlk oluşan elementler büyük oranda hidrojen ve daha az olarak helium gazlarını içermekte idi. Primordial maddeden kopan dünyanın kütlesi gaz yoğunluğunun artması ile genişlemeye devam etmiştir. Yoğunlaşma ya da büzülmekte olan tüm cisimlerde oluşan yüksek basınç ve sürtünme nedeniyle özellikle merkezde sıcaklık artmış ve dünyamız 2

kendi etrafında dönmeye başlamıştır. Zamanla yanardağların faaliyetleri sonucu bu kütle soğumuş ağır metaller merkeze çökmüş, daha hafif olanlar ise yeryüzünün dış kısmını oluşturmuştur. Yerküre soğudukça sıvı haldeki dış tabaka katı hale dönüşmüş, volkanik püskürtmelerle merkezdeki sıvı kütleler yeryüzüne çıkarak yerkürenin kabuğunu oluşturmuştur. Bu sırada yoğunlaşan su buharı su formuna geçerek büyük çukurları doldurmuş, bugünkü okyanusları meydana getirmiştir. Yerçekiminin etkisini göstermesi ile, su buharı (H2O), siyan (CN), hidrojen (H2), amonyak (NH3) ve metan (CH4) dan oluşan ilk atmosfer meydana gelmiştir. Görüldüğü gibi ilk atmosfer, bugünkü atmosferden oldukça farklı gazlar içeriyordu. Çeşitli izotopların yarılanma ömrü kullanılarak yapılan hesaplamalar sonucunda dünyanın 5.5-6.5 milyar yıl önce meydana geldiği kabul edilmektedir. 1.3

İLK CANLININ OLUŞUMU

Yeryüzünde canlılığın başlangıcı ile ilgili birçok kuramlar sürülmüştür.

öne

M.Ö 2000 yıllarında Aristo tarafından öne sürülen ABİYOGENEZ hipotezinde (Kendiliğinden oluşum) canlıların kendiliğinden, bazı cansız maddelerden ve canlı artıklardan meydana geldiği öne sürülmüştür. Bir süre geçerliliğini sürdüren bu görüş 17. Yüzyılda Redi ve daha sonra Pasteur adlı araştırıcılar tarafından yapılan deneylerle geçerliliğini yitirmiştir. Aynı araştırıcılar bir canlınm, ancak kendinden önce yaşamış olan başka bir canlıdan meydana gelebileceğini göstermişler ve halen geçerli olan bu görüşe BİYOGENEZ adını vermişlerdir. Günümüzde kabul edilen bilimsel açıklamalar ışığında, ilk hayatın milyarlarca yıl süren evrim sonucunda cansız maddelerden meydana geldiği benimsenmektedir. İlk organik molekül güney Afrika'da incir ağacı kalıntılarından elde edilmiş olup, canlı yaşamının 3-3.5 milyar yıl önce başladığı kabul 3

edilmektedir. Muhtemelen, ilk canlı hücreler de kimyasal dengenin olmadığı ortamlarda moleküller arasında spontan olarak meydana gelen reaksiyonlar sonucunda ortaya çıkmışlardır. O halde yeryüzü oluşumunu tamamladıktan sonra canlının ortaya çıkması için gerekli olan ve milyarlarca yıl süren evrimsel gelişim 2 basamakta olmuştur; a. KİMYASAL EVRİM: Atom ve moleküllerin meydana geldiği dönemdir. Yaklaşık olarak süresinin 2 ila 15 milyar yıl olduğu tahmin edilmektedir. b. BİYOLOJİK EVRİM: 3-4 milyar yılda gerçekleştiği kabul edilmekte olup ilkel hücrelerden mutasyonlar sonucu ortaya çıkan tek hücreli organizma, çok hücreli organizma, yüksek organizasyonlu canlı ve en son basamakta insanın gelişimini açıklar. Çevremizde çok sayıda canlı çeşidinin bulunduğunu görüyoruz. İşte canlıların bugünkü ve geçmişteki yapılarını karşılaştırmalı olarak inceleyerek fiziki, fizyolojik ve biyokimyasal benzerliklerini ve farklılıklarını ortaya koyarak belli kurallara varılması EVRİM bilimi kapsamında açıklanabilmektedir. Evren sürekli bir değişim içerisindedir. Canlıların evrimi de (evolusyon) çok yavaş olarak halen devam etmektedir. Bugün biliyoruz ki, bir türün evolusyonu hem varyasyon ve mutasyonları hem de seleksiyonu kapsamaktadır. Mutasyon, kalıtsal materyalde değişikliklerdir (Bölüm 5 ).

meydana

gelen

kalıcı

olan

Varyasyon ise; mutasyon, beslenme ve çevre faktörlerinin etkileşimi sonucunda aynı türün bireyleri arasında farklılıkların ortaya çıkmasıdır. 1859 yılında Charles Danvin'in 'Çevre koşullarına en iyi uyum sağlayabilen canlı hayatta kalır.' şeklinde özetlenebilen doğal seleksiyon kuramı günümüzde de geçerlidir. Nitekim laboratuvar çalışmaları, ilk canlıda var olduğu kabul edilen RNA'nm (ribonükleik asit) replikasyon birimlerinin doğal seleksiyona uğradığını ve ortam koşullarına uygun olan nükleotid dizilerinin zamanla yaygınlaştığını göstermiştir. 4

İlk canlıdaki organik molekülde bulunması gereken iki önemli özellikten birisi; canlının sahip olduğu genetik bilgiyi kendisinden sonra meydana gelecek olan yeni bireylere aktarabilmesi, diğeri de ortamdaki örneğin aminoasitler gibi hazır yapıtaşlarının reaksiyona girebilmesi için gerekli katalizör (otokatalizör) fonksiyonunu yerine getirmesidir. O dönemde RNA nm her iki özelliği de taşıdığını, bugün ise genetik bilgi aktarım görevini DNA'nın, katalizörlük işlevini ise proteinlerin üstlendiğini görüyoruz. 1920 yılında Oparin adlı araştırıcı okyanusları içerisinde çok yoğun halde inorganik madde bulunan 'sıcak bir çorba' ya benzetmiş ve ilk canlıların bu ortamda meydana geldiğini ileri sürmüştür. Nitekim organik biyomoleküllerin inorganik moleküllerden meydana geldiği 1953 yılında Urey ve Miller adlı araştırıcılar tarafından deneysel olarak ispatlanmıştır. Araştırıcılar H2, CH4, NH3, CO2 ve su buharından oluşan gaz karışımını özel bir sisteme koyarak 8 gün süre ile kuvvetli elektrik akımı geçirmişler ve bu koşullarda amino asit ve diğer organik bileşiklerin sentezlenebileceğini göstermişlerdir. İlk meydana gelen organik moleküller, lipoid bir zar ile çevrilmek suretiyle etraflarında su moleküllerini de tutarak KOASERVAT adı verilen yapıları oluşturmuştur. Bu yapılar besinlerini heterotrof yolla içinde bulundukları denizlerden sağlamaktadır zira henüz ortamda oksijen yoktur. Çevreden hazır besin alarak beslenen canlılara HETEROTROF, ilk canlının bu yolla beslendiğini kabul eden hipoteze de HETEROTROF HİPOTEZİ denir. İlk olarak prokaryot organizmalardan olan siyanobakteriler, bazı pigmentleri taşımaları sayesinde sudaki karbondioksidi kullanarak fotosentez yapabilmişler ve kendileri için gerekli organik maddeleri sentezlemelerinin yanısıra ortamda oksijenin birikmesini sağlamışlardır. Böylece oksijen kullanan yeni organizmalar meydana gelmiş ve bunlar hızla gelişmelerini sürdürerek evrime yeni bir yön kazandırmışlardır. Kendi besinini kendi yapma yeteneği olan organizmaya OTOTROF, ilk canlının ototrof olduğu görüşünü savunan hipoteze de OTOTROF HİPOTEZİ adı verilir. Günümüzde heterotrof hipotezinin geçerliliği kabul edilmektedir. 5

BOLUM 2 HÜCRE 2.1

GİRİŞ

İlk olarak 1665 de Robert Hook tarafından mantar kesitinde tanımlanan hücre, ışık mikroskobunun geliştirilmesi ve sonradan da elektron mikroskobunun keşfiyle (1950-1956) daha detaylı olarak incelenmiştir. Hücrenin yapısını ve fonksiyonlarını sitoloji bilim dalı inceler. Hücre hakkında sürekli olarak elde edilen yeni bilgiler birçok fizyolojik olayın mekanizmasını aydınlatmaya devam etmektedir. HÜCRE, canlının en küçük yapısal ve fonksiyonel birimi olup burada tüm biyokimyasal ve fizyolojik olaylar bağımsız olarak cereyan etmektedir. Tek hücreden ibaret olan Protozoa buna en iyi örnektir. Çok hücreli organizmalarda (metazoa) ise belli bir fonksiyonu yerine getirmek üzere hücreler bir araya gelerek dokuları, dokular organları, organlar organ sistemlerini, organlar da organizmayı oluştururlar (Şekil 2.1).

HÜCRE

DOKU

ORGAN

ORGAN SİSTEMLERİ

ORGANİZMA Şekil 2.1 Organizmanın oluşumu 7

HÜCRE TEORİSİ: 19. Yüzyılda Shleiden ve Schwann adlı iki biyolog tarafından ortaya konulan bu teoriye göre; bir hücreli organizmalardan insanlara kadar bütün canlılar hücrelerden oluşmuşlardır, hücreler bağımsız üniteler oldukları halde birlikte işlev görürler ve hücre yalnız daha önce var olan bir başka canlı hücreden meydana gelebilir. 2.2

HÜCRELERİN GENEL ÖZELLİKLERİ

Hücreler organizmada bulundukları yer ve fonksiyonla ilişkili olarak değişik şekil, büyüklük, renk ve viskoziteye sahiptirler. Örneğin, çok hareketli olan sperm hücresi oval ve kamçılı iken, fazla harekete ihtiyacı olmayan yumurta hücresi yuvarlaktır. Yine, kan hücrelerinden olan lökositler sıvı ortamda küremsi oldukları halde, bu ortamdan damarlara geçerken oval biçim alırlar. Hücreler genellikle yassı, kübik, prizmatik, piramidal, oval, yuvarlak, mekik veya yıldız şeklindedirler. Hücrelerin büyüklüğü 15-20 mikron arasında değişmektedir. Bazı hücreler bu boyutların çok dışında olabilir. Örneğin insan ovum hücresi 200 mikron çapında, sinir hücresi ise 100-150 cm uzunluğundadır. Bir canlının hücrelerinin büyüklüğü ile vücut büyüklüğü arasında ilişki yoktur. Canlıların vücut büyüklüğü, kapsadıkları hücre sayısının fazlalığı ile ortaya çıkar. Hücreler çoğunlukla renksizdir fakat bazı hücreler sitoplazmalarında bulunan pigment çeşidine göre yeşil, kahverengi, siyah gibi renklerde görülürler. Hücrenin viskozitesi (kıvamı) de hücrenin çeşidine göre değişmekte olup bu kolloidal ortam, su ile çözünen organik madde ve inorganik madde miktarına bağlı olarak ortaya çıkmaktadır. Normal koşullarda erişkin bireylerin organ sistemlerindeki hücre sayısı belli sınırlar içerisindedir. Yaşlanan hücre programlı bir biçimde ölür, (apoptozis) ve yerine yeni hücreler meydana gelir. Kontrolsüz hücre bölünmesi sonucu bir dokuda normal sayının çok üzerinde hücrenin bulunması dengenin bozulmasına ve tümör oluşumuna yol açmaktadır (Kanser).

Hücreler PROKARYOT VE ÖKARYOT olmak üzere başlıca iki sınıfa ayrılırlar; a- PROKARYOT hücreler 3 milyar yıl önce ortaya çıktığı kabul edilen en ilkel canlılarda bulunan hücre tipidir. Bu tip hücrelerde genetik materyal etrafında membran bulunmaz. Ayrıca mitokondri, endoplazmik retikulum ve golgi gibi gelişmiş organelleri yoktur. Bakteri ve virüsler bu tip hücrelerden oluşan canlılardır. b- ÖKARYOT hücrelerin prokaryot hücrelerden yaklaşık 1 milyar yıl sonra ortaya çıktığı düşünülmektedir. Bu hücreler prokaryotlara göre daha büyük ve kompleks yapıda olup, çeşitlilik ve farklılaşma gösterirler. Örneğin insan hücreleri bu tiptendir. Genetik materyal (DNA) iki katlı membran tarafından sarılmış nukleus içerisinde yer alır ve bu membran ile sitoplazmadan ayrılır. 2.3

HÜCRENİN YAPISI

Hücrenin canlı kısımlarına organel, cansız kısımlarına ise inklüzyon adı verilir. Hücre üç kısımdan meydana gelmektedir; (Şekil 2.2 ) A-Hücre zarı B-Sitoplazma C-Nukleus

Şekil 2.2 Hücrenin kısımları

A- HÜCRE ZARI Tüm hücrelerin etrafını saran ve hücre bütünlüğünü koruyan 75-100 Angstrom kalınlığında az çok esnek, üzerinde fizyolojik olayların yer aldığı dinamik bir zardır. Hücre içerisinde ise, endoplazmik retikulum, Golgi cihazı, mitokondri ve ökaryotik hücrelerde bulunan diğer membran ile çevrili organellerin sitoplazma ile organel içeriklerinin karekteristik farklılıklarının sürdürülmesinde kritik rol oynar. Zar, sıvı mozaik yapısında olup bu yapı lipit ve protein moleküllerinin adeta mozaik bir yapı oluşturacak tarzda düzenlenmesiyle ortaya çıkmıştır. Şöyle ki; 45 Angstrom kalınlığında çift katlı fosfolipit tabakasının arasında, arada yer yer 80-85 Angstrom kalınlığında protein bölgeleri ve şeker ucu zarın dış yüzüne bakan glikoprotein bölgeleri bulunur. Hücre zarında yer alan proteinler globuler ve alfa heliks şeklinde ipliksi proteinler olup, membran içi (integral) ve yüzeysel (periferik) olarak bulunurlar. İntegral proteinler ya zarı boydan boya kateder veya üst ya da alt tabakaya gömülmüş olarak bulunurlar. Periferik proteinler ise iki tabakalı lipitlerin yüzeyinde serbestçe hareket etmektedirler. Proteinler; özgül reseptörler, enzimler ve transport proteinler olarak hücre membranının fonksiyonunu yerine getirmesinde önemli rol oynarlar. Membran yapısında yer alan lipitler şunlardır; a- Fosfolipit b -Glikolipit c- Kolesterol Bunlardan en fazla bulunan tip fosfolipitdir. Fosfolipitler amfipatik moleküllerdir yani hem hidrofobik (suyu sevmeyen) hem de hidrofilik (suyu seven) kısımları vardır. Hidrofilik olan ve fosfat taşıyan polar uçlar membranm iç ve dış yüzüne, hidrofobik olan ve yağ asitlerinden oluşan apolar uçları ise merkeze yönelik halde dizilirler. İşte membranın bu yapısı sayesinde lipitde çözünebilen maddelerin membrandan rahatlıkla geçmeleri sağlanır. Kolesterol molekülleri de fosfolipitlerin dayanıklılığını ve sıvılık derecesini düzenler.

arasına

girerek

zarın

Membran karbohidratları hücre zarının dış yüzünde ya lipitlere (glikolipit) ya da proteinlere (glikoprotein) bağlanarak glikokaliksi oluştururlar.

Glikokaliksin işlevleri; a- Hücre zarına antijen özelliği verir, b- Virüs reseptörü olarak fonksiyon görür c- Hücrelerin birbirini tanımasını sağlar, d- Hücreye asimetri özelliği verir. İki hücre birbirine bitişik olmayıp, arada 80-200 Angstromluk bir interselüler aralık (hücrelerarası aralık) vardır ve bu alan hücrelerarası sıvı ile doludur. Hücre zarının fonksiyonları; a. Zarın protein bileşeni hücreye ıslanabilme ve esneme özelliği verir. b. Protein moleküllerinin yağ molekülleri arasına uzanması porların oluşumuna ve bazı maddelerin porlardan geçişine yardımcı olur. Böylece membran seçici geçirgenlik özelliğini kazanır. c. Membrandaki lipit ve proteinler hareket ederek çevredeki bileşenlerle etkileşimde bulunurlar. d. Hücre membranı diğer hücre içi membranlar ile ilişkilidir. Hücrenin içerisine endoplazmik retikulum olarak devam eder ve nukleusun etrafını sarar. Golgi cisimciği, lizozom ve mitokondri gibi organellerin zar yapısını oluşturur. e. Belli oranda kendini tamir etme yeteneği vardır. f.

Hücreye besin ve enerji kaynaklarının alınmasını, zararlı maddelerin dışarı atılımını sağlar.

g. Çeşitli uyaranları alan reseptörleri taşır. h. Hücrenin çoğalmasında rol oynar. HÜCRE ZARINDA TRANSPORT Hücre için gerekli olan maddelerin hücre içerisine alınması, gereksiz olan artık maddelerin ise uzaklaştırılması çeşitli şekillerde gerçekleştirilir.

Moleküllerin veya iri partiküllerin hücre içerisine alınmasına endositoz, hücrede oluşan bazı salgı veya artık maddelerin veziküller halinde hücre dışına atılmasına eksositoz adı verilir. Endositoz 2 şekilde gerçekleşir; a- FAGOSİTOZ: Bakteri, hücre kalıntıları gibi büyük partiküllerin hücre içerisine alınmasıdır. Örneğin makrofaj ve nötrofıl gibi kan hücreleri, zararlı yapıları ve yabancı cisimleri bu yolla yok ederler. b- PİNOSİTOZ: îyon ve küçük molekülleri taşıyan sıvıların, hücre zarının kesecik veya ince kanalcıklar halinde içeriye çökmesi suretiyle alınmasıdır. DİFÜZYON Gaz ve sıvı moleküllerin yoğun olarak bulundukları ortamdan daha az yoğun oldukları ortama sahip oldukları kinetik enerji ile geçmelerine difüzyon adı verilir. Difüzyon hızı; sıcaklık, moleküllerin geçeceği membranın çapı, yoğunluk farkının büyüklüğü ve moleküllerin küçüklüğü ile doğru orantılıdır. Hücre içi ve dışındaki sıvıların konsantrasyon farkının korunması (homeostasis) hücre canlılığının korunması açısından çok önemlidir. Bu dengenin bozulması canlılığın yitirilmesi ile sonuçlanır. Lipoprotein yapısındaki hücre zarından maddelerin geçişi ya lipitde eriyerek ya da porlardan geçerek olmaktadır. Lipitde eriyerek geçen moleküller arasında yağ asitleri, karbondioksit ve oksijen gibi gazlar sayılabilir. Su molekülleri ve suda eriyen birçok iyon ise, por veya kanallardan geçerek hücre içerisine alınırlar. Porlardan geçiş ; molekül çapı ve elektrik yüküne de bağlıdır. Kolaylaştırılmış difüzyon; lipitde erimeyen maddelerin bir taşıyıcı protein ile birleşerek hücre zarından geçmesidir, enerjiye gerek yoktur. Örneğin glukoz ve aminoasitler bu şekilde hücre zarından geçerler. Madde transportunda rol alan iki tip protein vardır, a- Taşıyıcı proteinler b- Kanal proteinleri

Basit difüzyon ile kolaylaştırılmış difuzyonda taşıyıcı ve kanal proteinleri birlikte fonksiyon yaparlar. Aktif transport ta ise; moleküller seyrek olarak bulundukları yerden, daha yoğun oldukları bölgeye eneıji kullanılarak geçerler. Örneğin, sodyum (Na) iyonlarının hücre dışına atılması, potasyum (K) iyonlarının hücre içine alınması Na-K pompası ile gerçekleşir. Bu olayda eneıji olarak ATP kullanılır. Aktif transportta fonksiyon yapan proteinler sadece taşıyıcı proteinlerdir. Osmoz: Semipermeabl (yan geçirgen) bir zardan suyun difüzyonuna osmoz adı verilir. B- SİTOPLAZMA Sitoplazma nukleus ile birlikte protoplazma adını alır. Sitoplazma, kolloid yapıda olup jölemsi matriks içerisinde çeşitli organellerin ve maddelerin uygun aralıklarla ve birbirleriyle düzenli ilişkiler içinde yerleştikleri bir sistemdir. Sitoplazmanm viskozitesi az çok sulu (sol) veya daha koyu kıvamlı (jel) durumu arasında değişiklik gösterebilir. İçeriğinde su, karbohidrat, protein, lipit, elektrolitler ve hücre inklüzyonlarını bulunur. Sitoplazmanm su oranı genelde % 70 civarında olmakla birlikte hücrenin tipine ve bulunduğu yere göre değişiklik gösterir. Örneğin beyin hücrelerinde bu oran % 85-90 iken, tohumlarda % 5-10 a kadar düşmektedir. Sitoplazmada bulunan organeller, abcdefghijk-

Endoplazmik retikulum Mitokondri Ribozom Golgi cihazı Sentrioller Plastidler Lizozom Peroksizom Vakuol Mikrotübüller Mikrofılamentler 13

Granülsiiz ER Vakuol

Ribozom Scntriol

- Granüllü ER - Nukleus membranı Golgi cihazı Mitokondri Lizozom Plazma membranı

Şekil 2.3 Hücrenin yapısı ENDOPLAZMİK RETİKULUM Memeli eritrositleri, trombositler ve bakteriler hariç hemen hemen tüm hayvan hücrelerinde bulunur. Endoplazmik Retikulum (E.R.) hücre zarından itibaren nukleus dış zarına kadar devam eden kanalcık ve keseciklerden oluşan bir zar sistemi olup içi endoplazmik matriks sıvısı ile doludur. Fonksiyonu, hücreye desteklik yaparak asidik veya bazik tepkimelerin yürütülmesini sağlamak ve hücrede sentezlenen maddeler, kanalcıklar yardımı ile hücrenin gerekli bölgelerine ya da hücre dışına taşımaktır. Hücrelerde iki tip endoplazmik retikulum vardır; a- Granüllü E.R Üzerinde düzenli aralıklarla dizilmiş 150-200 A° çapında ribozomlar bulunur. Tanecikler halinde bulunan ribozomlar endoplazmik retikuluma 14

granüllü görünüm verdiğinden E.R bu şekilde adlandırılmıştır. Ribozomlarda protein sentezi gerçekleşir. O nedenle yoğun olarak protein sentezi yapılan karaciğer, pankreas ve plazma hücrelerinde bol miktarda bulunurlar. Ribozomlarda sentezlenen proteinler daha sonra E.R kanal ve keseciklerine geçerler. Salgı granülleri halinde olan proteinler ise bir yerde toplanıp şekillendikten sonra zarla çevrilerek golgi cisimciklerini oluştururlar. b- Granülsüz E.R (agranüler,düz) Sitoplazmada sık, ince ağ şeklinde olan ve ribozom taşımayan E.R tipidir. Üzerinde bulundurduğu 40 tan fazla enzim ile birçok önemli fonksiyonu gerçekleştirir. Bunlardan bazıları aşağıda sıralanmıştır; a. Testis, ovaryum ve böbrek üstü bezinde steroid hormon sentezi b. Karaciğerde safra, kolesterol yapımı, detoksifıkasyon ve glikojen değişimi c. Bağırsak epitelinde lipitlerin iletimi d. Çizgili kas hücrelerinde kasılma ve gevşemenin gerçekleştirilmesi e. Midede asit salgılanması uzaklaştırılması.

mide

hücrelerinden

klorun

MİTOKONDRİ Memeli eritrositi, bakteri ve mavi-yeşil alglerin dışında tüm bitki ve hayvan hücrelerinde bulunan 0.2-5 mikron boyunda ve 0.5-1 mikron çapında çubuk, oval, yuvarlak veya silindir biçiminde yapılardır. Sayı ve şekilleri hücre tipi ve fonksiyonuna göre değişiklik gösterir. Örneğin sperm ve maya hücrelerinde birkaç tane iken ovum, kalp kası ve karaciğer hücrelerinde binlerce mitokondri bulunmaktadır. Mitokondrinin dış kısmı, 70-80 Angstrom kalınlığında çift katlı zar ile çevrilidir. Dış zar düzdür. İç zar da ise krista adı verilen girintiler matriksi çevreler. Dış zar ile iç zar arasında intermembran aralık bulunur. Elektron mikroskobu ile yapılan çalışmalar zarların belli birleşme noktalarında biraraya gelerek maddelerin geçişine olanak sağladıklarını 15

göstermiştir. Organel, hücrenin eneıji yani ATP (Adenozin trifosfat ) sentezinin yapıldığı ve depo edildiği yerdir. Mitokondrinin yapısında protein, lipit, DNA ve RNA bulunur. Diğer organellerden farklı olarak taşıdıkları DNA nedeniyle nukleustan bağımsız olarak çoğalabilirler ve bu nedenle de mitokondriyel kalıtım söz konusudur (Bölüm 9). Mitokondride bulunan proteinlerin çoğu enzim şeklindedir. Bunlardan Krebs döngüsü enzimleri matrikste, oksidatif fosforilasyon enzimleri ise iç zarda yer alırlar. RİBOZOMLAR Sitoplazmada serbest veya endoplazmik retikuluma bağlı olarak bulunan 120-200 Angstrom çapındaki protein sentez merkezleridir. Bileşimlerinin % 60'ı rRNA, % 40'ı proteindir. Ribozomlar tek tek ya da gruplar halinde bulunurlar. Bir arada bulundukları zaman polizom veya poliribozom adını alırlar. Prokaryotlarda 30 S ve 50 S alt birimlerinden oluşan (S:Svedberg ünitesi) 70 S, ökaryotlarda ise 40 S ve 60 S alt birimlerinden oluşan 80 S ribozomlar bulunur. GOLGİ CİHAZI (AYGITI, CİSİMCİĞİ) 1898 yılında Golgi tarafından bulunmuştur. Olgun sperm ve eritrositlerde yoktur. Elektron mikroskobunda yapısı incelendiğinde uçları yuvarlak, birbirine paralel 6-8 (5-30 arası) yassı sarnıçtan (kanalcık, sisterna) meydana geldiği görülmektedir. Golgi cihazı, salgı fonksiyonu fazla olan hücrelerde çok sayıda bulunmaktadır. Fonksiyonları; a. Granüllü endoplazmik retikulumda sentezlenen maddeler Golgi'de yoğunlaşır ve çeşitli değişimlere uğratılır, salgı (sekresyon) vezikülleri içerisine alınarak sitoplazmaya geçerler. b. Spermatid spermatozoaya dönüşürken toplanarak akrozomu oluşturur. 16

spermanın uç kısmında

Glikoprotein, mukopolisakkarit, kıkırdak ile bağ doku bileşenleri, lipoprotein ve selülozlu madde sentezi yapılır.

d. Yağların sindirilmesinde rol oynar. SENTRİOLLER Bazı protozoalar, olgun ovum, çizgili kas hücresi, nöron ve yüksek bitki hücrelerinde bulunmaz. Elektron mikroskobunda 3000-5000 Angstrom uzunluğunda ve 1500-2000 Angstrom çapında içleri yoğun bir sıvı ile dolu birbirlerine dik iki silindir şeklinde görülürler. Sentriol çifti, etrafını saran sentroplazma ile birlikte sentrozom adını alır. Her sentriol enine kesitte 9 fıbrilden, her fıbril 3 subfıbrilden (mikrotubulus) oluşur. Hücre bölünmesinde görev alan sentrioller bölünme sırasında çoğalarak birer çift halinde kutuplara giderler ve bu sırada aster (iğ) adı verilen iplikçiklerin oluşumunu ve sentromerleri aracılığıyla bu iplikçiklere tutunan kromozomların hücrenin kutuplarına çekilmelerini sağlarlar. PLASTİDLER Bitkilerde besin maddelerinin sentezi ve depolanmasında görev yapan organellerdir. Protoplastid adı verilen öncül yapılar ya kromatofor denilen ve pigment taşıyan plastidlere dönüşürler ya da lökoplast adı verilen ve pigment taşımayan forma geçerler. Kromatoforlar iki tiptir, a. Kloroplast: Klorofil a ve b pigmentleri bulunur. b. Kromoplast: Karotin, Ksantofıl gibi pigmentlerdir. Kloroplastın kimyasal bileşiminde lipit, protein, pigment maddesi, DNA, RNA ve enzimler bulunur. DNA bulundurması nedeniyle hücre bölünmesinden bağımsız olarak çoğalabilir. LİZOZOM 0.2-0.6 mikron çapında içerisinde hidrolitik enzimler bulunan, tek membran ile çevrili kese biçiminde organellerdir. Eritrosit dışında tüm

hayvansal hücrelerde bulunurlar. Özellikle lökosit ve makrofaj gibi fagositoz yapan hücrelerde sayıları fazladır. Lizozomlardaki hidrolitik enzimlerden bazıları şunlardır, • • • • •

Nukleazlar (nükleik asitleri parçalar) Proteazlar (proteinleri parçalar) Glukozidazlar (karbohidratları parçalar) Lipazlar (lipitleri parçalar) Fosfatazlar (fosfatları parçalar)

Bu enzimler granüllü endoplazmik retikulumda sentezlendikten sonra Golgi keseciklerinde depolanır ve daha sonra sitoplazmaya verilir. Bunlara primer lizozom denir. Fagositlerde hücre içerisine alınan yabancı maddeler birim zarla çevrilerek fagozom adını alırlar, daha sonra fagozom primer lizozom ile birleşir ve sekonder lizozom adını alır. Lizozom enzimleri, organel içinde inaktiftir ancak substratları ile karşılaşınca aktif hale geçerler. Lizozomların fonksiyonları, • • • •

Hücre için zararlı maddeler sindirilerek uzaklaştırılır. Hücrede bulunan yüksek molekül ağırlıklı maddeler parçalanarak kullanıma hazır hale getirilir. Hücre organellerinin yenilenmesi sağlanır. Fazla miktarda sentezlenen salgı granülleri fagosite edilerek sekresyon düzenlenir.

PEROKSİZOM (MİKROCİSİM) 0.3-1.5 mikron çapında yuvarlak, tek katlı membran ile çevrili ve içerisinde hidrojen peroksit (H2O2) metabolizması ile ilgili enzimleri içeren bir organeldir. Peroksizomlar ayrıca, karbohidratlardaki yağların değişiminde ve nükleik asitlerin pürin bazlarının parçalanmasında fonksiyon yaparlar. Peroksizomlarda bulunan başlıca enzimler, • • • •

Ürat oksidaz Katalaz D-aminoasit oksidaz Hidroksi asit oksidaz 18

Peroksizomlar metabolik aktivitesi fazla olan karaciğer, kalp kası ve böbrek hücrelerinde çok sayıda bulunurlar. Bazı bitki hücrelerinde de görülmektedirler. Bu organellerin endoplazmik retikulumdan meydana geldikleri düşünülmektedir. MİKROTÜBÜLLER Yaklaşık 200 Angstrom çapında ve birkaç mikron uzunluğunda olup demetler halinde bulunan ince borucuklardır. Fonksiyonları, • • • •

Hücreye desteklik yaparlar. Hücre içi madde iletiminde rol alırlar. Hücre bölünmesinde kromozomların kutuplara çekilmesini sağlarlar. Sentriollerin, bazal cisimciklerin, sil ve flagellatların yapısında bulunurlar.

MİKROFİLAMENTLER Hücre içinde ince, uzun ipliksi protein moleküllerinden oluşan yapılardır. Hücrenin hareketinden ve sitoplazma akıntılarından sorumludurlar. Ayrıca kasılma-gevşeme olayında, uyan ve madde iletiminde görev alırlar. Mikrofılamentler, miyofıbriller (kas telcikleri) ve nörofıbriller (sinir telcikleri) olmak üzere iki tiptir. VAKUOL İçi sıvı dolu, unit membran ile çevrili organellerdir. Genellikle bitki hücrelerinde bulunurlar. Besin ve kontraktil vakuol olmak üzere iki tiptir. Besin vakuolu sindirimde, kontraktil vakuol ise su dengesinin ayarlanmasında fonksiyoneldir. Vakuollerin, hücre zarının içeri kıvrılmasıyla, endoplazmik retikulumdan, Golgi cisimciklerini oluşturan yassı keseciklerden ya da nukleus zarından meydana geldiği kabul edilmektedir.

HÜCRE İSKELETİ (CYTOSKELETON) Ökaryotik hücrelerin çeşitli şekillere dönüşmesi ve hareketlerinin koordineli olarak yönlendirilmesi, sitoplazma içerisinde yaygın halde bulunan kompleks bir protein ağı tarafından sağlanmaktadır. İşte bu ağ hücre iskeleti adını alır. Kemiklerden oluşan vücut iskeletinden farklı olarak, hücrenin şeklinin değişmesi, bölünmesi ve çevre uyaranlarına cevap vermesi ile yeniden organize olabilen oldukça dinamik bir yapıdır. Hücre iskeletinin yapısında 3 tip protein fılamenti bulunur. a- Aktin filamentler: Mikrofılament olarak da tanımlanır. Alt ünitesi aktin proteinidir. Özellikle yüzeysel hareket olmak üzere hücrenin hareketi için gereklidir. b- Mikrotübüller: Aktinden daha dayanıklı olan tubulin proteininden oluşan uzun, silindirik yapılardır. Genellikle bir uçları sentrozoma bağlıdır diğer uçları sitoplazmada serbest olarak bulunur. Mikrotübüller oldukça dinamik yapılar olup, rahatlıkla kısalıp uzayabilirler. Mikrotübüllerin hizasında hareket eden motor proteinler ile ökaryotlardaki membran ile çevrili organellerin hücre içi lokalizasyonu sağlanır. c- Ara filamentler: Vimentin veya lamin gibi proteinleri de içeren heterojen proteinlerden oluşmaktadır, hücrenin mekanik dayanıklılığını temin eder. C- NUKLEUS İlk olarak Robert Brown (1831) tarafından keşfedilen nukleus, hücrede geçen kimyasal reaksiyonları, hücre çoğalmasını ve onarımını yöneten kontrol merkezidir. Büyüklüğü çeşitli türlerde farklı olup yaklaşık olarak total hücre hacminin % 10 unu kapsar. Genelde her hücrede bir nukleus bulunur. Karaciğer, kas ve testisteki Leydig hücrelerinde sayıları iki veya daha fazladır hatta kemik hücrelerinde bu sayı 5 ila 10 a kadar çıkabilir. Bazı patolojik durumlarda da nukleus sayısı artabilir. Yaklaşık 120 günde yenilenen insan eritrositlerinde ise gelişimin başlangıcında olduğu halde olgun dönemde nukleus bulunmaz. Modern prokaryotlar gibi, ilk 20

ökaryotlarda da nukleus görülmemektedir. Gelişim açısından neden ayrı bir nukleus kompartmanının varlığına gereksinim duyulduğu hakkında birtakım görüşler ileri sürülmekte ve iki nedenle nukleusun sitoplazmadan ayrılması gerekliliği açıklanmaktadır; 1. Hücre iskeletini oluşturan protein ipliklerinin hareketleri sırasında meydana gelen mekanik etkiden nukleus içeriğini korumak, 2. RNA moleküllerinin proteine dönüşmeden önce geçirdikleri kesilme (splicing) işleminin gerçekleşebilmesi için uygun ortam sağlamak. (Bölüm 5 ) înterfaz halindeki nukleusta dört bölge ayırd edilir; a- Nukleus zarı b- Nukleus plazması c- Kromatin d- Nukleolus a- NUKLEUS ZARI (Karyoteka, Karyolemma, Nukleomembran) Nukleus zarının, her biri unit membran niteliğinde iki zardan oluştuğu ve endoplazmik retikulumun devamı olarak meydana geldiği düşünülmektedir. Nükleomembran, iki tip ara filament ağı ile desteklenmektedir. Bunlardan biri hemen iç zarın altında bulunan ince kabuk halindeki nuklear lamına, diğeri ise dış membranı çevreleyen daha düzensiz ara filament ağıdır. İç ve dış zarlar arasında 400-700 Angstrom kalınlığında perinüklear aralık adı verilen bir aralık bulunur. İç zar düz, dış zar ise ribozom taşıdığından granüllü görünümdedir. Çekirdek zarında, zarların birbirine temas ettiği bölgelerde 400-1000 Angstrom çapında annulus adı verilen porlar meydana gelmiştir. Böylece nukleus membranı aracılığı ile nukleoplazma ve sitoplazma sürekli ilişki halinde olup bu porlardan RNA molekülleri, polipeptidler, tuzlar, enzimler, koenzimler, ATP ve şekerler rahatlıkla geçebilirler. Sitoplazmada bulunan birçok organel ve çekirdek zarı mikrotübülüsler aracılığı ile sürekli bağlantı halindedir. Nukleus membranı, mitoz bölünmenin profaz evresi sonunda kaybolur, bölünmenin tamamlanmasından sonra yeniden oluşur.

b- NUKLEUS PLAZMASI Kromatin ağı ve nukleolusu kuşatan homojen görünümlü kolloidal bir sıvı olup, sitoplazmadan daha yoğundur. Yapısında RNA, protein, lipit ve inorganik tuzlar bulunur. c- KROMATİN Hemotoksilen, metilen mavisi, metil yeşili gibi bazik boyalarla boyanan uzun, ağ şeklinde iplikçik ve taneciklerden oluşmuş yumak şeklindeki kalıtsal materyaldir. Koyu boyanan kısımları inaktif bölgeler olup heterokromatin adını alır, açık boyanan kısımların ise aktif gen bölgelerini içerdiği kabul edilir ve ökromatin olarak tanımlanır. Kromatinin yapısını oluşturan biyomoleküller şunlardır; -DNA - Histonlar (H1,H2A,H2B,H3,H4): Bazik proteinlerdir. - Histon olmayan proteinler : Transkripsiyonda ve gen etkinliğinde rolü olan asidik proteinlerdir. -RNA d- NUKLEOLUS (Çekirdekçik) Nukleus içerisinde daha viskoz yapıda, zar içermeyen bir veya birkaç adet nukleolus bulunur. Fonksiyonu rRNA sentezlenmesidir. Nükleoluslar, hücre bölünmesi sırasında kaybolup, bölünme sırasında tekrar meydana gelirler. Yapılarında RNA dışında protein ve enzimler bulunur. Büyüklükleri 1015 mikron kadardır ve oluşumları akrosentrik kromozomların kısa kolları tarafından kontrol edilir. Nukleolus iki ayrı yapı özelliği gösterir. a- Nukleolonema: Ağ biçiminde olan ve RNA partiküllerini içeren koyu renkli bölgedir. b- Pars amorfa: Homojen ve açık renk görünümlü protein kısmıdır. 22

BOLUM 3 HÜCRENİN KİMYASAL BİLEŞİMİ 3.1

GİRİŞ

Genel olarak hücrelerin % 80 i su, % 12 si protein, % 5 i lipit, % 2 si nükleik asit, % 1 i karbohidrat, steroid ve diğer maddelerden oluşur. Hücrenin yapısında bulunan maddelerin miktar ve dağılımları hücrenin türüne ve fonksiyonuna göre farklılık gösterir. Biyomoleküller başlıca iki grupta toplanır, a- İNORGANİK MADDELER i- Su ii-Elektrolitler b-ORGANİK MADDELER i- Karbohidratlar ii- Proteinler iii-Lipitler iv-Nükleik asitler a-İNORGANİK MADDELER i-SU (H 2 0) Organizmalardaki suyun % 70 i hücre içi sıvısı (intraselüler sıvı), geriye kalan % 30 u ise hücre dışı sıvıdır (ekstraselüler sıvı ). Ekstraselüler sıvı da iki şekilde görülmektedir; a-İnterstitiel sıvı: Hücrelerin arasında bulunur. b-İntravasküler sıvı: Damar içinde bulunur.

Hayatın okyanuslarda başladığı hatırlanacak olursa suyun canlı için önemi bir kez daha ortaya çıkar. Suyun önemi, sahip olduğu polar özellik ve diğer organik maddelerle hidrojen bağı yapabilmesinden kaynaklanır. Su molekülü bir oksijen atomuna iki hidrojenin kovalent bağ ile bağlanmasından oluşmuştur ve genelde eşit sayıda proton ve elektron taşıdığından nötrdür ancak elektronların asimetrik olarak dağılmaları moleküle polar özellik kazandırır. Şöyle ki, oksijen, hidrojenin çekirdeğindeki elektronları kendisine doğru çekerek hafifçe negatif olur, hidrojen de hafif pozitif hale geçer. İşte bu polar yapısı sayesinde diğer polar moleküller ve iyonlar ile bir araya gelebilmektedir. Yine polarize olabilmeleri nedeniyle diğer su molekülleri ile hidrojen bağı yaparak birleşir ve bu sayede yüksek yüzey gerilimi, özgül ısı gibi özellikler kazanır. Hücre açısından hayati önem taşıyan suyun fonksiyonları sıralanabilir,

şöylece

Bilinen en iyi çözücüdür. Vücut ısısını düzenler Metabolizma sonucu oluşan üre, ürik asit gibi maddeler su aracılığıyla idrar ve ter olarak atılır. Kimyasal reaksiyonlar sulu ortamda meydana gelir. ii- ELEKTROLİTLER C, H, O, N, K, Ca, Mg, Fe, S, P gibi temel ve Zn, Cu, Se gibi eser elementler, hücredeki bileşiklerin yapısına girerler ve hücre fonksiyonlarının yürütülmesini sağlarlar. Fonksiyonlarının bazıları şunlardır; -

Sinir ve kaslarda impuls iletimi Osmotik basıncın sağlanması Asit-baz dengesinin ayarlanması (pH) Enzimlerin aktif olarak çalışması Salgılama Bazı vitaminlerin bileşimine girerek Zarlardan taşınma

Hücredeki inorganik maddeler, asit, baz ve tuzlar hücre sıvısında iyonlaşmış halde bulunurlar. Nötr olmalarına karşın serbest iyon taşıdıklarından elektrik akımını geçirirler ve elektrolit sıvı adını alırlar. b - ORGANİK MADDELER i-KARBOHİDRATLAR (CH 2 0)n formülü ile gösterilen basit şekerlerden meydana gelir, C,H ve O atomlarından oluşurlar. Çok sayıda karboksil grubu taşıyan ve kısa karbon zincirine bir aldehit (RHC=0) veya keto ( R1R2CK) ) grubunun eklenmesi ile ortaya çıkan bileşiklerdir. Görevleri; Parçalanmalarından meydana gelen kimyasal enerji, çeşitli hücre fonksiyonlarında kullanılır. Nükleik asitlerin yapısına girerler. Lipit ve protein biyosentezinde kullanılırlar. Canlı veya cansız her türlü hücre materyalinin yapısına girerler. Selüloz ve kitin gibi koruyucu destek maddelerinin yapımında kullanılırlar. Karbohidratlar hayvanlarda glikojen, bitkilerde ise nişasta formunda depo edilirler. Karbohidratlar 3 grupta toplanır. i-Monosakkaritler: Tek şeker grubu içeren karbohidratlardır. Riboz veya deoksiriboz gibi 5 karbon içerirler ise pentoz, glukoz, fruktoz, galaktoz gibi 6 karbon içerirler ise heksoz adını alırlar. ii-Oligosakkaritler: 2 veya daha fazla sayıda monosakkaritlerden oluşmuşlardır. İki monosakkaritten oluşan dissakkaritler çok önemli biyolojik molekülleri içerirler. En önemlilerinden bazıları şunlardır; S akkaroz=Glukoz-Fruktoz Laktoz= Glukoz-Galaktoz Maltoz= Glukoz-Glukoz 25

iii-Polisakkaritler: 10 dan fazla monosakkaridin biraraya gelmesi ile meydana gelirler. En önemli polisakkaritlerden glikojen, hayvan hücrelerinin depo maddesidir ve çok sayıda glukoz molekülünün birleşmesinden meydana gelir. Diğer bir polisakkarit olan nişasta da bitkilerdeki depo maddesidir. İİ- PROTEİNLER Proteinler, aminoasitlerin peptid bağlar ile birleşmeleri sonucu ortaya çıkan ve canlı için çok önemli olan organik bileşiklerdir. C,H,0,N,S ve P içerirler. Başlıca fonksiyonları; Enzim formunda katalizör görevi yaparlar. Taşınma (hemoglobin) ve depolamada (Fe-demir) rol alırlar. Hareketi sağlarlar (aktin ve miyozin) Mekanik destek olurlar. İmmun sistemde rol alırlar. Sinir uyarılarının iletiminde (reseptör proteinler) fonksiyon yaparlar. Proteinler yapılarına göre 2 ye ayrılırlar; a- Basit proteinler: Albumin, globulin, histon b- Bileşik proteinler: Fosfoprotein, lipoprotein, metalloprotein, glikoprotein İİİ- LİPİTLER Suda çözünmeyen ancak eter, kloroform gibi organik çözücülerde çözünen biyomoleküllerdir. Yağ asitlerinin alkollerle esterleşmesi ile meydana gelirler. Fonksiyonları; Hücre membranının yapısını oluşturmada, Metabolik olaylarda hücre üretiminde, Enerji gerektiren taşınma olaylarında, Hücre zarmdaki glikokaliks oluşumunda ve böylece hücrelerin birbirini tanımasında, Canlı organizma dışında koruyucu kılıf oluşturmada rol oynarlar. Lipitler, nötral yağlar ve mumlar gibi basit formda olabilecekleri gibi fosfolipit, glikolipit, lipoprotein gibi bileşik lipitler halinde de olabilirler. 26

İV- NÜKLEİK ASİTLER Pürin (Adenin, Guanin) ve Pirimidin (Sitozin, Timin, Urasil) bazlarının (5 Karbonlu şeker ve fosfat ile) fosfodiester bağıyla eklenmeleriyle meydana gelen nükleotid polimerleridir. DNA (Deoksiribonükleik asit) ve RNA (Ribonükleik asit) olmak üzere iki tiptir. Canlıların kalıtsal özelliklerinin sonraki kuşaklara aktarılması ve protein sentezinde önemli rol oynarlar. (Bölüm 4)

BOLUM 4 KALITSAL MATERYALİN YAPISI 4.1

GİRİŞ

NÜKLEİK ASİTLER Tüm organizmaların ve bu organizmaları oluşturan hücrelerin tek bir ortak hücreden köken alarak doğal seleksiyon ile evrimleştikleri düşünülmektir. Günümüzde en gelişmiş canlı olan insan vücudunda 10 14 hücrenin bulunduğunu göz önüne alırsak genetik bilginin ileri kuşaklara ne kadar büyük bir duyarlılık ve doğrulukla aktarılması gereği ortaya çıkar. Nitekim canlıların üreme, gelişme, adaptasyon, protein sentezi ve diğer hücresel yapılarının yapımı gibi dinamik özelliklerinin sürdürülmesinde genetik bilginin gerek organizma içerisinde gerekse organizmadan organizmaya son derece hassas bir mekanizma ile iletildiğini görüyoruz. İlk kez 1869 yılında Friedrich Miescher tarafından irindeki akyuvarlarda genetik materyalin varlığı saptanmıştır. Daha sonra 1944 yılında Avery ve arkadaşları, oluşturdukları koloni morfolojisine göre S tipi (Smoothdüzgün kenarlı koloni oluşturan) pnömokoklardan izole ettikleri deoksiribonükleik asidi (DNA), R tipi ( rough-kenarı düzgün olmayan koloni oluşturan) bakterilerle inkübe ettiklerinde yeni oluşan pnömokokların hepsinin S tipi koloni oluşturduklarını görmüşler ve böylece DNA nın kalıtımdan sorumlu molekül olduğunu bildirmişlerdir. Nitekim 1953 yılında Watson ve Crick adlı araştırıcıların çift sarmallı DNA yapısını ortaya koymaları bu konuda önemli bir dönüm noktası olmuştur. Son 40 yıl içerisinde canlı sistemlerde bilgi aktarımı fonksiyonu yapan makromoleküllerin anlaşılmasında hızlı gelişmeler kaydedilmiştir ve

bugün biliyoruz ki bazı viruslar dışında tüm canlılardaki kalıtsal bilgi deoksiribonükleik asit (DNA) tarafından taşınmaktadır. Nükleik asitler, tüm hücrelerin nukleus ve sitoplazmalarmda (mitokondri ve kloroplast) bulunurlar ve; - DNA (Deoksiribonükleik asit) - RNA (Ribonükleik asit) olmak üzere iki tiptedirler. Her iki nükleik asit de nükleotidlerin polimerize olması ile meydana gelir ve yapılarında; • Şeker • Fosfat • Baz ünitelerini bulundururlar. (Şekil 4.1)

Fosfat

Baz Şeker

Şekil 4.1 Nükleotidin genel yapısı 4.2

DNA ( DEOKSİRİBONÜKLEİK ASİT)

DNA da 5 karbonlu şekerlerden (pentoz) deoksiriboz bulunur. Deoksiribozun 1. Karbonuna glikozid bağ ile tutunmuş bazlar pürin ve pirimidin olmak üzere iki tiptir. Pürin bazları adenin (A) ve guanin (G), Pirimidin bazları ise sitozin (C ) ve timin (T) dir. (Şekil 4.2 ). DNA da bulunan bazlar kantitatif olarak Edwin Chargaff tarafından incelenmiş olup adenin miktarının timine, guanin miktarının ise sitozine eşit olduğu görülmüştür. Chargaff kuralı olarak bilinen bu kural; kısaca A=T ve G=C olarak özetlenebilir. Adenin ile timin arasında iki, guanin ile sitozin arasında üç adet hidrojen (H) bağı bulunur.

NH, HN

-CH,

Sitozin

PIRIM İDİN H

Timin

Urasil

H H2N

-N

Guanin

Adenin

Şekil 4.2 Pürin ve Pirimidin bazları o 5' Ucu P

CH 2

o—

p = o

\Şeker/| 3 OH

Şekil 4.3 DNA Yapısı

3' Ucu

PURIN

Deoksiribonükleik asidin çift iplikli yapısına Watson-Crick sarmalı (double-heliks) adı verilmektedir. 20 Angstrom çapındaki sarmalda bazlar 3.4 Angstrom aralıklarla sıralanmıştır ve sarmal her 10 bazda bir dönüş yapar. Sarmaldaki iplikler antiparalel olup bir iplik 5 ! —>3', diğer iplik ise 3'—>5' yönündedir. Şeker ve fosfat omurgasından oluşan iplikler birbirlerine hidrojen bağları ile zayıf olarak bağlanmışlardır. Omurga oluşturulurken şekerin 5 numaralı karbonuna bağlı fosfat grubunun hidroksili ile diğer nükleotiddeki şekerin 3' karbon atomuna bağlı hidroksil grubu arasında bir fosfodiester bağı oluşur (Şekil 4.3). Normal fizyolojik koşullarda DNA yapısını korur ancak yüksek sıcaklık ve aşırı pH derecelerinde hidrojen bağlarının çözülmeleri sonucu heliks açılarak tek iplik haline geçer. Bu olaya denatürasyon adı verilir. Ancak şeker ve fosfat arasında bulunan fosfodiester bağları etkilenmediği sürece şartlar eski haline dönüştürülürse tek iplikli DNA, hidrojen bağları kurarak tekrar eski formunu alır, bu olaya da renatürasyon denir. 4.3

DNA REPLİKASYONU ( KENDİNİ EŞLEMESİ)

DNA molekülü çoğalabilmek için kendi yapısını kalıp olarak kullanır. Bu amaçla replikasyon olacağı zaman DNA iplikçiklerini birarada tutan bazlar arasındaki hidrojen bağlan kopar ve iplikçikler birbirinden ayrılır. Bu işlem DNA helikaz enzimi tarafından gerçekleştirilir. Birbirinden ayrılan DNA iplikçikleri yeni oluşacak ipliklere kalıp oluştururlar ve her ikisinin karşısına komplementer yeni DNA iplikçikleri sentezlenmiş olur. Yeni oluşan DNA çift sarmallarının ikisi de atasal heliksten birer kopya taşıdıkları için bu modele yarı tutucu (semi konservatif ) replikasyon adı verilir. DNA sentezini sağlayan DNA polimeraz enzimlerinin sentezi 5' —> 3' yönündedir. Çift sarmal ipliklerin yönleri anti-paralel olduğu için sentezin bir ilpikçikte 5'—>3', diğerinde 3'—>5' yönünde olacağı düşünülmekte ise de gerçekte böyle olmamaktadır. DNA sentezinin 5'—>3' yönünde devam ettiği ipliğe kesintisiz iplik (leading strand) denir. Diğer iplik sentezini kesintili olarak sürdürür ve kesintili iplik (lagging strand ) olarak tanımlanır. Bu iplikte doğru yönde sentez yapılabilmesi için DNA sentez öncülleri deokribonükleotid trifosfatlar 100-200 nükleotid uzunluğunda polimerize edilir. DNA primerlerinin sentezi RNA polimeraz enzimi tarafından yapılır. Sentezin, Okazaki adlı 32

bir araştırıcı tarafından gösterilmesi nedeniyle ayrı ayrı sentezlenen bu parçacıklara Okazaki parçacıkları adı verilmiştir. Daha sonra söz konusu parçacıklar DNA ligaz enzimi tarafından birleştirilirler. Adeta bir çatal görünümünü andıran şekil, replikasyon çatalı adını alır. Prokaryotlarda DNA polimeraz 1, DNA polimeraz 2 ve DNA polimeraz 3 olmak üzere 3 tip DNA polimeraz vardır. Ökaryotlarda ise DNA polimeraz enzimi alfa, beta, lamda ve epsilon olmak üzere 4 tiptir. 4.4 DNA TİPLERİ İnsan genomundaki DNA nın organizasyonu oldukça komplekstir. Ökaryotik bir genom incelendiğinde DNA nın bazı kesimlerinin kodlandığını yani proteine dönüştüğünü, büyük bir bölümünün ise kodlanmadığını görmekteyiz. Bugünkü bilgilerimize göre insan genomunda 3 tip DNA ayırd edilmektedir. 1. TEK KOPYA ( UNIQUE) DNA; Genomun % 75 ini oluşturur; 50000 ila 100000 gen içerir ve dolayısıyla kodlama yaparlar. Tüm genom boyunca lokalize olmuşlardır. 2. TEKRARLAYAN DAĞINIK DNA DİZİLERİ; Genomun % 15 inde bulunurlar. Belirli nükleotid dizileri aynen veya birtakım varyasyonlarla yüzlerce hatta milyonlarca kez tekrarlanır. Kodlama yapmazlar, DNA nın yapısının korunmasında rol oynarlar. Tüm genom boyunca genler ve tek-kopya dizileri arasında dağınık olarak bulunurlar. Alu ve L1 en iyi bilinen iki majör familyadır. 3. SATELLİT DNA; Oldukça sık tekrarlayan dizilerdir. Genomun % 10 unda bulunurlar. Sentromer ve telomer gibi spesifik bölgelerde lokalize olmuşlardır. 4.5 MUTASYON Kalıtsal materyal olan DNA da meydana gelen kalıcı değişikliklere mutasyon adı verilir. Mutasyon DNA daki nükleotid dizisinde veya DNA nın düzenlenmesi sırasında ortaya çıkabilir.

Meydana geliş mekanizmasına göre 3 gruba ayrılmaktadır ; 1. Genom mutasyonları; Kromozomların bölünme sırasında doğru olarak ayrılmaması sonucu ortaya çıkar. Sıklığı 10"2 /hücre bölünmesidir. Ör. Anöploidi 2. Kromozom mutasyonları; Kromozomların düzenlenmesi sırasında meydana gelir. Sıklığı 6x104/ hücre bölünmesidir. Ör. Translokasyonlar 3. Gen mutasyonları; DNA yı oluşturan baz çiftlerinde meydana gelen mutasyonlardır. Bu tip mutasyonlar iki şekilde ortaya çıkar; a- DNA nın replikasyonu sırasında b- Herhangi bir mutajen tarafından indüklenerek. (Ör. Nokta mutasyonları) MUTAJEN; spontan mutasyon hızını arttırarak DNA nın yapısında kalıcı değişikliklere yol açan ajanlara denir. Çeşitli kimyasal maddeler, iyonize radyasyon ve ultraviyole ışınlar mutaj enler arasında sayılabilir. DNA replikasyonu sırasında meydana gelen baz hataları spesifik tamir enzimleri tarafından düzeltilmektedir. Ancak bu enzimlerin fonksiyon yapamadığı durumlarda, örneğin; xeroderma pigmentosum, ataxia telangiectasia, Fanconi anemisi, Bloom sendromu gibi otozomal resesif genetik hastalıklarda söz konusu tamir mekanizmaları çalışmamaktadır. Nitekim bu kişiler kanser olmaya yatkın (predispoze ) kişilerdir. 4.6

RNA (RİBONÜKLEİK ASİT)

Genetik bilgi taşıyan diğer bir nükleik asit ise RNA (Ribonükleik asit) dir. DNA ve RNA molekülleri birçok bakımdan birbirlerine benzemektedirler. Ancak bazı noktalarda farklılıklar vardır. Bu farklılıkları şöylece sıralayabiliriz; 1. DNA nın yapısında 5 karbonlu şekerlerden deoksiriboz bulunurken, RNA nın yapısında yine 5 karbonlu başka bir şeker olan riboz yer alır. 2. DNA da pirimidin bazlarından timin bulunurken, RNA da bu bazın yerine urasil bulunur. 34

3. Bazı virüsler dışında DNA daima çift sarmaldır, RNA ise tek zincir halindedir ancak tRNA nın bazı kısımlarında katlanarak çift sarmal halinde bulunur. 4. DNA kalıtsal bilgiyi taşıyan moleküldür. RNA ise bazı viruslar dışında kalıtsal bilgiyi taşımaz, yapısal fonksiyon görür ya da protein sentezinde genetik bilginin DNA dan proteine aktarılmasında kalıplık yaparak aracı rol oynar. 5. DNA da adenin sayısı timine, guanin sayısı sitozine eşit iken, RNA daki bazlar arasında böyle bir oran söz konusu değildir. 6. RNA molekülleri genellikle DNA moleküllerinden daha kısadır. 4.7 RNA TİPLERİ Prokaryotik hücrelerde 3 tür RNA bulunur. Ökaryotik hücrelerde ise RNA, 5 tipte görülmektedir. 1-Messenger RNA (mRNA, ulak RNA, elçi RNA ) DNA da saklı olan genetik bilginin protein yapısına aktarılmasında kalıplık yapan RNA tipidir. Nukleus ve sitoplazmada bulunur. Tek bir ökaryotik hücre yaklaşık 10 000 farklı mRNA molekülü içermektedir. RNA nukleusta ve RNA polimeraz enzimi yardımıyla çift dallı DNA nın yalnız bir dalından, primere gereksinim duymaksızın sentezlenir. Bu dal üzerinde bulunan bazların karşısına komplementer (tamamlayıcı) bazların gelmesi ile DNA üzerindeki şifre mRNA ya iletilerek protein sentezinin yapılacağı ribozomlara aktarılmış olur. Sentez 5'=>3' yönündedir. Bakterilerde mRNA ların yarı ömrü oldukça kısa olup, birkaç saniye ile 2 dakika arasında değişir. Memelilerde ise bu süre birkaç saat ila 1 güne kadar uzamaktadır. Prokaryot ve ökaryot mRNA lan arasındaki bir diğer önemli farklılık, tüm ökaryotik mRNA larm monosistronik; yani tek bir polipeptidi kodlayıcı özellikte olması, buna karşın prokaryotların polisistronik; yani birden fazla proteini kodlama özelliğinde olmasıdır. 2- Transfer RNA (tRNA, taşıyıcı RNA ) Sitoplazmada yer alır ve hücresel RNA nın %10 kadarını oluşturur. Görevi; sitoplazmada bulunan aminoasitlerin seçilerek ribozomlara taşınmasıdır. Transfer RNA tek zincirli yapıya sahiptir ancak yer yer kıvrılmalar gösterir ve böylece yonca yaprağı şeklindeki üç boyutlu

yapısında çift sarmallı kısımlar bulunur. Doğada yer alan 20 aminoasidin herbiri için ayrı tRNA bulunur. tRNA 1ar üç bazdan oluşan ve antikodon adı verilen uçları ile mRNA üzerinde bulunan ve yine üçlü bazdan oluşan kodon bölgesine geçici olarak bağlanarak sitoplazmada bulunan amino asitlerin, ribozomda yer almış olan mRNA üzerindeki şifreye uygun olarak dizilmelerini sağlarlar (Şekil 4.4 ). Amino asit ucu

Antikodon

Şekil 4.4 tRNA yapısı 3-Ribozomal RNA (r RNA) Ribozomların yapısal elementi olup, ağırlıklarının % 60-65 ini oluştururlar. Ribozomların geriye kalan % 40-45 lik bölümü ise proteinden ibarettir. Prokaryotik hücrelerde 23 S, 16 S ve 5 S olmak üzere 3 tip rRNA, ökaryotik hücrelerde ise 28 S, 18 S,7 S ve 5 S olmak üzere 4 tip rRNA vardır. (S:Svedberg ünitesi) 4- Heterojen nüklear RNA (hnRNA) Ökaryotik hücrelerde sentezlenen öncül mRNA molekülleridir. Bu moleküller sentezlendikten sonra modifikasyon geçirirler. Önce mRNA nın 3' ucuna poly A (poliadenilik asit) kuyrukları eklenir. 5' ucuna ise kep (cap) yapısı olarak bilinen 7-metil guanozin adlı molekül eklenir. Daha sonra mRNA nm kodlama yapmayan intron kısımları kesilip atılır, geriye sadece kodlama yapan ekzon kısımları bırakılır. Bu işleme de RNA nm kesilmesi (splicing) adı verilir. 36

5- Küçük nüklear RNA (snRNA) Öncül mRNA moleküllerinin işlenmesi sırasında ortaya çıkarlar. İşlevleri kesin olarak bilinmemekle birlikte intronlarm uzaklaştırılmasında yardımcı oldukları sanılmaktadır. 4.8

PROTEİN SENTEZİ

Protein sentezi, ribozom adı verilen ve sitoplazmada yer alan organellerde gerçekleşmektedir. Nükleustaki kalıtsal bilginin RNA 1ar aracılığı ile sitoplazmaya aktarılması ve buradaki ribozomlarda proteine çevrilmesi işlemine SANTRAL DOĞMA adı verilir. Revers transkriptaz enzimi taşıyan virüsler dışındaki canlılarda sistem tek yönlü işler, RNA dan DNA sentezi görülmez. DNA dan RNA tiplerinin sentezlenmesine transkripsiyon, RNA dan proteinin sentezlenmesine de translasyon denilmektedir (Şekil 4.5). DNA-

Transkripsiyon

RNA-

-•PROTEİN SENTEZİ

Translasyon

Şekil 4.5 Santral Doğma Protein Sentezi 4 aşamada gerçekleşir ; 1 -AMİNO ASİT AKTİVASYONU Sitoplazmada serbest halde bulunan aminoasitlerin mRNA da bulunan uygun kodonlara göre taşınmaları tRNA 1ar tarafından sağlanır. Aminoasitlerin tRNA ya bağlanması için ATP (Adenozin trifosfat) kullanılarak her aminoasit için özgül olan aminoaçil t-RNA sentetaz enzimi ile aktive edilmeleri gerekmektedir.

Aktivasyon aşağıdaki kademelerle gerçekleşir; Enzim + aa + ATP

^Enzim (aminoaçil-AMP) + PPi

RNA+enzim(aminoaçil-AMP)

^ Aminoaçil tRNA + Enzim+ AMP

2- SENTEZİN BAŞLAMASI (INITIATION) Protein sentezi AUG (methionin) başlama kodonu ile başlatılır. Prokaryotlarda bu kodona formil methionin tRNA, ökaryotlarda ise methionin tRNA bağlanır. Prokaryotlarda protein sentezinin başlayabilmesi için; Protein yapısındaki başlama faktörleri (IF 1,IF 2,IF 3) 16 SrRNA içeren ribozomun 30 S ünitesi - mRNA N-formil methionil-tRNA GTP (Guanozin trifosfat) gereklidir. Sentezi başlatma kompleksinin oluşabilmesi için önce IF 3, başlama faktörü 30 S subünitesi ile birleşir. Daha sonra bu yapıya IF 1 katılır ve en son olarak 30 S subünitesine sentezi yapılacak olan mRNA bağlanır. Bir sonraki aşamada ribozomun 50 S ünitesi, GTP hidrolizi ile bu komplekse eklenir ve böylece ilk tRNA nın P (peptidil tRNA) bölgesine yerleşmesi tamamlanmış olur. Ökaryotlardaki başlama faktörleri elFl, elF 2, elF 3,eIF 4, elF 5 dir. 3- UZAMA (ELONGATION) Bu evrede de protein yapısındaki uzama faktörleri fonksiyon yapmaktadır. Prokaryotlardaki uzama faktörleri EF-Tu, EF-Ts ve EF-G, ökaryotlardakiler ise EFİ ve EF - (3 dir. Sentez sırasında kodondaki şifreye uygun olan yeni bir aminoaçil sentetaz 70 S ribozomunun (Aminoaçil) bölgesine bağlanır, daha sonra, önceden P (Peptidil) bölgesine bağlanmış olan tRNA daki amino asit ile A bölgesine yeni bağlanan aminoaçil tRNA arasında peptid bağ meydana gelir ve A bölgesindeki peptidil tRNA P bölgesine transloke olur, mRNA bir kodon kayar, A bölgesi yeni gelecek tRNA için boşaltılır. Bu sırada 1 molekül GTP harcanır. Aynı işlem her tRNA için tekrarlanır. 38

4- SONLANMA (TERMINATION) Polipeptid zincirin uzama evresi, mRNA da belirlenen sıraya göre devam eder. UAA,UGA veya UAG dur kodonlarından birine gelindiği zaman özel sonlanma faktörleri olan RF1, RF 2 ve S faktörlerinin salınmasıyla sentezi tamamlanan protein kendisini taşıyan tRNA molekülünden ve ribozomdan ayrılır. Sentezi tamamlanan polipeptid daha sonra üç boyutlu yapısını kazanarak fonksiyonel protein işlevini yerine getirir.

4. 9

PROTEİN SENTEZİNİN DÜZENLENMESİ

Canlılar sahip oldukları enerjiyi mümkün olan en ekonomik biçimde kullanma eğilimindedirler, bu nedenle de protein sentezinin kontrolü oldukça hassas ve aynı zamanda karmaşık bir biçimde gerçekleşir. Yüksek yapılı organizmalarda, örneğin insanda her hücre yaklaşık 100000 kadar gen içerdiği halde bunların hepsi aynı zamanda fonksiyonel olarak işlev görmemekte, ancak gerekli olduğu dönemlerde genlerden sadece bir kısmı çalışmaktadır. Herhangi bir genin aktif olarak çalışabilmesi için üç önemli basamağın gerçekleşmesi gerekir; a- Kromatin yapısının açılması b- Ortamda transkripsiyon faktörlerinin bulunması c- Transkripsiyon faktörlerinin kromatin ağının açılmasıyla ortaya çıkan özgül DNA kesimlerine bağlanması ve başlama kompleksinin oluşması. Genin regülasyonunu sağlayan transkripsiyon faktörleri protein yapısında elemanlardır. Bugüne kadar çeşitli organizmalarda yüzlerce gen düzenleyici protein tanımlanmıştır. Genler, fonksiyonel ve yapısal olmak üzere iki tiptir. FONKSİYONEL GENLER; a- Regülatör (R-Düzenleyici) Genler: Baskılayıcı maddeleri sentezleyen genlerdir. b- Promotor (P- İlerletici) Genler: RNA polimeraz enziminin bağlandığı genlerdir. Enzimin bağlanmasından sonra DNA çift heliksi açılır ve RNA sentezlenmeye başlar. c- Operatör (O) Genler: Yapısal genlerin sentez aktivitesini kontrol ederler. YAPISAL GENLER, herhangi bir proteine gereksinim duyulduğu zaman ilgili DNA molekülünü sentezleyen genlerdir. Promotor ve operator genler ile yapısal genlerin oluşturdukları birime OPERON adı verilir. 40

Tek bir çembersel DNA ya sahip olan E.coli adlı bakteri, genetik çalışmaların yapılabilmesi için uygun bir modeldir ve genlerin işleyişi ile elde edilen bulguların çoğu da bu organizmalardan elde edilmiştir. Örneğin E.coli'nin gelişimi için gerekli olan triptofan amino asidi ortamda var ise organizma bu maddeyi sentezleyemez eğer yok ise, genler aktive olur ve aminoasidin sentezi yapılır. Sentez şöyle gerçekleşir; E.coli'de triptofan aminoasidinin sentezini sağlayan 5 enzimin genleri kromozomda yan yana dizilmişlerdir ve tek bir promotor bölgeden transkribe edilirler. Promotor genlerin ortasında triptofan reseptörünün bağlandığı operator genler bulunur. Hücredeki triptofan düzeyi düştüğü zaman RNA Polimeraz enzimi promotora bağlanır ve triptofan operonunun 5 genini çalıştırır. Triptofan konsantrasyonu yükseldiği zaman triptofan reseptörü aktive olarak operatore bağlanır ve RNA Polimerazm promotora bağlanmasını engeller. Ökaryotlarda RNA Polimeraz 1, 2, 3 olmak üzere üç tiptir ve bunların çalışması farklı regülatör bölgeler ve transkripsiyon faktörleri (TF) tarafından kontrol edilir. Enzimin, sentez başlama bölgesinin hemen üzerinde bulunan TATA adlı DNA dizisine ve transkripsiyon faktörlerinin belli bir sıra ile promotor bölgeye bağlanmaları ile transkripsiyonun başlaması kontrol edilir. Prokaryotlarda bir genin regülasyonu 1 veya 2 gen düzenleyici protein tarafından yapılırken, ökaryotlarda gen regülasyonu çok daha kompleks olmaktadır.

BOLUM 5 HÜCRENİN ENERJİ METABOLİZMASI 5.1

GİRİŞ

Metabolik Yollar Canlılar çeşitli yollarla aldıkları besinleri kullanarak enerji elde ederler. Katabolizmada ; polisakkarit, lipit ve proteinlerin birbirini izleyen reaksiyonlar ile 3 evrede parçalandıkları görülmektedir (Şekil 5.1). I. Evrede büyük moleküller kendilerini oluşturan başlıca yapıtaşlarına parçalanırlar. Şöyle ki; polisakkaritler heksoz ve pentozlara, lipitler yağ asidi ve gliserole, proteinler de aminoasitlere ayrışırlar. II. Evrede, ilk evrede farklı bileşiklerden elde edilen ürünler toplanarak basit arabileşiklere dönüşür. Örneğin heksoz ve pentoz 3 karbonlu arabileşik olan piruvata ve asetil-Ko A ya dönüşür. Benzer olarak çeşitli yağ asitleri de asetil-Ko A ya dönüşürler. m. Evrede ise asetil Ko-A, ortak katabolik yol ile CO2 ve H2O ya okside olur. Anabolizma yani küçük yapıtaşlanndan canlı için gerekli olan yeni maddelerin sentezi (Biyosentez) de 3 evrede gerçekleşir, ancak metabolik olaylar III. Evreden başlayarak tersine cereyan eder ve bu kez eneıji kullanılır.

-43 -

POLISAKKARIT

PROTEİN

LİPİT

i Aminoasit

EVRE I

Heksoz-Pentoz

Yağ asidi-Gliserol

PIRUVAT EVRE II SETIL KO-A' Krebs siklusu

i ,ETS (Elektron transport sistemi)

EVRE m

H20

CO2

Şekil 5.1 Katabolizmanın 3 evresi

H20

NH 2

ATP+ISI= ENERJİ

5.2 OKSİJENLİ SOLUNUM Canlılarda bulunan yağ, protein ve karbohidrat gibi besin maddelerinin hücrelerin yapılarını oluşturmalarının yanısıra organizmaya eneıji sağlamak üzere parçalandıklarını görmüştük. Açığa çıkan enerjinin bir kısmı ile ATP sentezlenir, geriye kalan kısım ise ısı enerjisine dönüşür. Besin maddelerinin oksijen kullanılarak yıkılmalarına aerobik (Oksijenli) solunum, oksijen kullanılmadan parçalanmalarına ise anaerobik (Oksijensiz) solunum adı verilir. Enerji elde etmek üzere en fazla kullanılan karbohidrat, 6 karbonlu monosakkarit olan glukozdur. İnsanlarda glikojen formunda karaciğerde depo edilir ve enerji gerektiği zaman önce glukoza dönüşür ve daha sonra yıkılır.

-44-

Glukozun oksidasyonu aşağıdaki aşamalardan geçerek gerçekleşir. Glikoliz; Hücre sitoplazmasında meydana gelir. Glukoz, birtakım ara basamaklardan geçerek pirüvik asit molekülüne parçalanır sonuçta net 2 ATP elde edilir. Krebs evresi; Mitokondrinin matriks bölümünde meydana gelir. Bir önceki evrede meydana gelmiş olan pirüvik asitten oluşan asetil Ko-A sitrata dönüşür ve Krebs döngüsü başlar. Döngüde, birçok reaksiyon ve meydana gelen ara bileşikler sonucunda toplam 24 Hidrojen elde edilir. Elektron transport sistemi (ETS) ; Mitokondrinin iç zarında NAD, FAD, CoQ, Sitokrom b, sitokrom c, sitokrom a ve sitokrom a3 den oluşan elektron taşıma sistemi enzimleri yer almaktadır. Krebs döngüsünden elde edilen 24 Hidrojene ait elektronlar bu sistemden oksijene iletilirken, H2O nun yanısıra her bir elektron çifti için 3 er tane olmak üzere toplam 1 2 X 3 =36 ATP sentez edilmiş olur. Sonuç olarak, glikoliz evresinde elde edilen 2 ATP ile birlikte, Oksijenli solunumda 1 mol glukozdan net 38 ATP elde edilir. Karbohidratların dışında; yağlar, yağ asidi ve gliserole, proteinler de aminoasitlere parçalandıktan sonra glikoliz ve Krebs döngüsünün çeşitli aşamalarında reaksiyona katılarak enerji verirler. ANAEROBİK SOLUNUM Oksijenin bulunmadığı ortamlarda meydana gelen ve daha az enerji elde edilen solunum şeklidir. İnsan ve hayvan hücrelerinde egzersiz sırasında acil enerji gerektiren durumlarda anaerobik solunum meydana gelir ve son ürün olarak kaslarda laktik asit birikimi olur. Mikroorganizmalar gibi basit canlılar da besin maddelerini oksijen kullanmadan parçalayarak fermentasyonu (mayalanma) gerçekleştirirler. Bu sayede kendileri için gerekli enerjiyi sağlamalarının yanısıra alkol, sirke, turşu vs. gibi maddelerin oluşumunu da sağlarlar. Aerobik ve anaerobik solunumda glukozun piruvata kadar yıkımı olan glikoliz evresi ortaktır. Anaerobik solunum meydana geliyor ise oluşan piruvat tan hayvan hücrelerinde laktat, mikroorganizmalarda ise etanol oluşurken elde edilen net enerji 2 ATP dır.

-45-

BOLUM 6 CANLILARIN OLUŞUMU VE HAYATIN DEVAMI 6.1 GİRİŞ Yerkürenin yaşının 5-7 milyar yıl olduğu tahmin edilir. Canlılığın başlangıcının ise 2-2.5 milyar yıl önce olduğu, aradaki zaman diliminde kimyasal evrimin yaşandığı kabul edilmektedir. Kimyasal evrimi biyolojik evrim izlemiş ve günümüzde prokaryot adını verdiğimiz basit canlılardan gelişen ökaryotik canlılar ortaya çıkmıştır. Canlıların en önemli özelliklerinden biri olgunlaşma evresini tamamladıktan sonra kendilerine benzeyen yeni bireyleri dünyaya getirmek yani üremektir. Yeni bireyler meydana gelirken, anneden gelen ovum ile babadan gelen sperm bir araya gelerek zigotu oluşturur. Böylece her iki ebeveynin kalıtsal materyali birleşmiş olur ancak bu sırada sadece anneye ya da babaya benzeyen yavruların değil, genetik varyasyon (değişiklik) gösteren yeni kombinasyonların ortaya çıkması sağlanır. 6.2

HÜCRE BÖLÜNMESİ

2 tip hücre bölünmesi vardır. 1-Mitoz bölünme 2-Mayoz bölünme MİTOZ Zigot oluştuktan sonra başlayan hücre bölünmesidir. Canlılar büyümeleri için hücre sayılarını arttırmak zorundadırlar, o nedenle tüm vücut (soma) hücrelerinde mitoz görülür. Bazı hücrelerde bölünme, organizma belli bir büyüklüğe ulaşıncaya kadar sürerken, örneğin kan dokusunda olduğu gibi kimi hücrelerde de yaşam boyunca devam eder. Hücredeki bölünme olayları DNA'nm replikasyonu ve böylece iki katına çıkan

-47-

genetik materyalin eşit miktarlarda yavru hücrelere bölünmesi ile gerçekleşir. Bu olguların tümü hücre siklusunu (döngü) meydana getirir. Bir başka ifade ile hücre döngüsü, iki mitoz bölünme arasındaki dönemdir.

MİTOZ G2

Şekil 6.1 Hücre döngüsü Hücre siklusu birbirini izleyen 3 evreyi içerir (Şekil 6.1). 1. G 1 (G=Gap, aralık) EVRESİ: Post mitotik evre olarak da bilinir. Mitoz geçiren hücrelerde RNA ve protein sentezinin yapıldığı evredir. Henüz DNA sentezi yoktur. Bu dönemde kendilerini DNA sentezine hazır görmeyen hücreler Go adı verilen dinlenme dönemine girerler ve bu şekilde proliferasyona girmeden günler, haftalar hatta yıllar boyunca bekleyebilirler. 2. S (Sentez) EVRESİ: Bu evrede DNA sentezi yapılır. Hücre DNA sı iki katma çıkar, RNA ve protein sentezi devam eder. 3. G 2 EVRESİ: DNA sentezinin bitmesi ile mitozun başlaması arasında kalan evredir. RNA ve protein sentezi diğer evrelerdeki düzeyde sürer. Mitoz bölünmede birbirini izleyen 4 evre görülür. 1. PROFAZ: Kromatin iplikleri kısalıp kalınlaşarak, belirginleşir ve mikroskopta rahatlıkla gözlenebilen kromozomlar meydana gelir. Kromozomlar kendilerini eşleyerek herbiri KROMATİD adını alan bir çift oluştururlar. Sentrioller de kendilerini eşleyerek 2 çift haline geçerler ve çiftler birbirlerinden ayrılarak hücrenin kutuplarına doğru hareket ederler. Bu sırada plazmada aster iplikleri (iğ iplikçikleri) adı verilen protein iplikler oluşur. Nukleus zarı ve nukleolus profaz sonunda tamamen kaybolur.

-48-

2. METAFAZ: İkişer kromatidler halinde bulunan kromozomlar sentromerlerinden tutulu halde, iki kutup arasındaki ekvatoriyel düzleme sıralanırlar. Kromozomların net olarak görülmesi açısından dokulardan kromozom elde etmek için en uygun ortam metafaz evresidir. 3. ANAFAZ: Sentromerleri (kinetokor) ile iğ iplikçiklerine tutunmuş olan kromozomlar sentromer önde, kromozom kolları arkada olmak üzere kutuplara doğru çekilirler. Kardeş kromozomlar kutuplara ulaştığı anda anafaz biter. 4. TELOFAZ: Kardeş kromozomların kutuplara ulaşması ile telofaz başlar. Kromozomlar tekrar uzar, incelir ve kromatin iplikleri haline dönüşür. Endoplazmik retikulum tarafından nukleus zarı, akrosentrik kromozomlar tarafından da nukleolus yeniden oluşturulur, iğ iplikçikleri kaybolur. Böylece Karyokinez adı verilen nukleus bölünmesi tamamlanmış olur. Daha sonra ekvatoriyel düzlemde bir boğumlanma meydana gelir ve sitoplazma da bölünmesini tamamlar (Sitokinez) ve mitoz sona erer. Mitoz bölünme sonucunda tek bir hücreden birbirine eşit miktarda genetik yapıya sahip olan 2 yeni yavru hücre meydana gelir. MA YOZ BÖLÜNME Seksüel üreme görülen canlılarda eşey hücreleri (gametler) mayoz bölünme ile meydana gelir. Erkeklerdeki eşey hücrelerine spermium, dişilerde ise ovum adı verilir. Mayoz bölünmenin en önemli özelliği hücrelerdeki kromozom sayısının bölünme sonunda yarıya inmesidir, bu nedenle indirgenme bölünmesi olarak ta bilinir. Şöyle ki, insan vücut hücrelerinde 46, cinsiyet hücrelerinde ise 23 kromozom bulunur. Eğer mitoz bölünme gerçekleşmese idi, erkek ve dişi gametlerin birleşmesi sonucu meydana gelen zigotta normal bireylerde bulunması gerekenin iki katı kadar kromozom bulunacaktı. Bu bölünmede mitozdan farklı olarak ard arda iki farklı hücre bölünmesi meydana gelir. Mitoz ve mayoz bölünme arasındaki bir başka farklılık, mayoz bölünmenin 1. Profazmda anne ve babadan gelen homolog kromozomların karşılıklı gelerek gen alışverişinde bulunmalarıdır, (krosing över). Böylece yeni meydana gelen bireylerin ebeveynlerden birisine aynen benzemesi yerine, her ikisinden de ayrı ayrı alacağı -49-

genlerle farklı bir görünüme sahip olmaları sağlanmaktadır. Mitoz bölünme sonucunda ise kromozomların sayısı gibi yapısı da değişmeden kalır. Mitoz bölünme sonrasında iki yeni hücre, mayoz sonrasında ise dört yeni hücre oluşur. Mayoz bölünme aslında birbirini izleyen 2 ayrı bölünmedir. 1-MAYOZ bölünmede; PROF AZ 1 'in başında kromatin iplikleri kendilerini eşlerler ve kısalıp kalınlaşmaya başlarlar. Mitoz bölünmeden yine farklı olarak Profaz 1 evresi oldukça uzundur ve 5 alt evreye ayrılır; a- Leptoten: Kromozomlar ince uzun iplikçikler halinde belirginleşmeye başlar. Kromomer adı verilen kalınlaşmış bölgeler, her kromozom için karekteristiktir. Bir önceki S (Sentez) fazında kromozomlar replike olmalarına karşın, kardeş kromatidler gözlenmez. b- Zigoten: Anne ve babadan gelen homolog kromozomlar yan yana gelerek eşleşirler ve belli noktalarda birleşerek sinapsis oluştururlar. c- Pakiten: îyice kısalıp kalınlaşan ve eşleşmelerini tamamlayan kromozomlar 4 kromatidden oluştukları için tetrad adını alırlar. Bu evrede homolog olmayan kromatidler arasındaki gen alışverişi olarak tanımlanan krossing-over olayı gerçekleşir. d- Diploten: Bivalent haldeki kromozomlar birbirlerinden ayrılmaya başlarlar ancak kromatidler kiazma adı verilen birkaç noktada hala birbirlerine tutunmaya devam ederler ki bu noktaların krossing-over bölgelerini oluşturduğu düşünülmektedir. e- Diakinez: Homolog kromozomlar birbirlerinden tamamen ayrılırlar, en kısa ve kalın hallerine gelirler. Nukleolus parçalanır, nukleus zarı erimeye başlar ve 1. Profaz sona erer. MET AFAZ 1: Nukleus zarının tamamen kaybolması ile 1. Metafaz başlar. Sentriol çiftleri kutuplara çekilerek iğ (aster) ipliklerini oluştururlar. İkişer kromatidli homolog kromozomlar sentromerlerinden ekvatoriyel düzleme sıralanırlar. -50-

ANAFAZ 1: Her bivalentteki homolog kromozomlar sentromerleri önde olmak üzere kutuplara doğru çekilirler. TELOFAZ 1: Haploid (n) sayıda kromozom içeren kalıtsal materyel kutuplarda toplanır, sitokinezin de gerçekleşmesi ile l.Mayoz tamamlanmış olur ve 2 yavru hücre meydana gelir. Daha sonra interkinez adı verilen interfaz evresi başlar. Mitozdaki interfazdan farklı olarak bu dönemde DNA sentezi yoktur. 2. MA YOZ bölünme prensip olarak mitoz bölünme gibidir. PROFAZ 2: İğ iplikleri tekrar oluşur, nukleus zarı oluşmuş ise parçalanmaya başlar. METAFAZ 2 : Kardeş kromatidler ekvatoriyel düzlemde sıralanırlar. ANAFAZ 2: Kardeş kromatidler birbirlerinden ayrılarak sentromerleri önde olmak üzere kutuplara çekilirler. TELOFAZ 2: Haploid (n) sayıdaki kromozomlar kutuplara ulaşınca, uzun ipliksi formlarına dönerler. Nukleus zan ve nukleolus yeniden meydana gelir. Sitokinezin de tamamlanması ile 4 yavru hücre meydana gelir (Şekil 6.2).

-51 -

Metafaz 1

Anafaz 1

RekombinantK Rekombinant Olmayan K.

Şekil 6.2 Mayoz Bölünme

-52-

6.3

GAMETOGENEZİZ

Erkek ve dişi gonadlarda gametlerin (eşey veya cinsiyet hücreleri) oluşmasına gametogeneziz denir. Erkek cinsiyet hücre olan sperm gelişimine SPERMATOGENEZ, dişi hücre ovumun gelişimine ise OOGENEZ adı verilmektedir. SPERMATOGENEZ; seksüel olgunlaşmanın tamamlanması ile testislerdeki seminifer tübüllerde meydana gelir. Primordial germ hücresinin çok sayıda mitoz geçirmelerini takiben farklı gelişim evrelerindeki SPERMATOGONİUM adı verilen diploid (2n) kromozom sayısına sahip hücreler seminifer tübüllere dizilirler ve gelişim süreçlerinin son evresinde de PRİMER SPERMATOSİT haline geçerler. Bu hücreler daha sonra 1. Mayoza girerek haploid (n) sayıda kromozom içeren SEKONDER SPERMATOSİTLERÎ oluştururlar. Sekonder spermatositler hızla 2. Mayoza girerler ve SPERMATÎDLERİ meydana getirirler. Bundan sonraki aşama spermatidlerin olgunlaşmasıdır. Bölünme sonunda tek bir primordial hücreden 4 tane olgun sperm meydana gelmiş olur. Spermatogonium => Primer spermatosit => Sekonder spermatosit => Spermatit =» S PERM ATOZO A OOGENEZ: Spermatogenezden oldukça farklı olarak oogenez doğumda büyük ölçüde tamamlanmış durumdadır. Şöyle ki; över korteksinde primordial germ hücresinden yaklaşık 30 mitoz geçirerek gelişen oogonium, prenatal gelişmenin 3. ayında PRİMER OOSİTLERİ oluşturmaya başlar. Yeni doğanda 2.5 milyon oosit var iken zamanla bunların çoğu dejenere olur ve sadece 400 kadarı olgunlaşır. Doğumda primer oositler profaz l'in diktiyoten evresine ulaşmış durumdadır ve bu şekilde yıllarca kalır. Kadın seksüel olgunluğa ulaştığı zaman her folikül olgunlaşarak ovulasyon meydana gelir ve oositler hızla 1. Mayozu tamamlarlar. İçlerinden en fazla sitoplazma, dolayısıyla organel içeren bir tanesi sekonder oosit haline geçer, diğerleri ise 1. Polar cisimciği meydana getirirler. Daha sonra hemen 2. Mayoz başlar ve ovulasyon sırasında metafaza geçer. Bundan sonraki aşamalar fertilizasyon

-53-

gerçekleşir ise devam eder, döllenme olmaz ise ovum 48 saat içerisinde ölür. Oogonium Primer oosit => Ootid => OVUM

Sekonder oosit ve Kutup cisimcikleri

Görüldüğü üzere överdeki tek bir primordial germ hücresinden sadece bir tane olgun ovum meydana gelmektedir.

-54-

BOLUM 7 ÖKARYOTİK DNA'NIN ORGANİZASYONU 7.1

GİRİŞ

GEN VE KROMOZOM Polipeptid veya fonksiyonel RNA molekülü gibi bir ürünün sentezlenmesinden sorumlu olan kromozomal DNA dizisine GEN adı verilir. înterfaz evresinde nukleusta bulunan genetik materyale KROMATİN denildiğini biliyoruz. Yapısı incelendiğinde kromatinin; DNA dışında çok az miktarda RNA ve proteinden oluştuğu görülmüştür. Bu proteinler 2 tiptir; 1. Histon (Bazik) (H1 ,H2a,H2b,H3,H4) 2. Histon olmayan asidik proteinler H1 dışındaki histonlardan 2 şer tanesinin (oktomer) üzerine yaklaşık iki kez DNA'nın sarılması ile nükleozom adı verilen boncuk veya disk benzeri yapılar meydana gelir. Nükleozomlar birbirine bağlaç (linker) DNA ile bağlanırlar, H1 histonu bu aşamada bağlanarak nükleozomların paketlenmesini sağlar. Kromatinin temel yapısal elementi olan nükleozomlar daha sonra oldukça yoğun şekilde kıvrılarak bobin benzeri bir solenoid model oluştururlar. Solenoidin her dönüşü 6 nükleozom içerir. Sonraki aşamada solenoidler 10 ila 100 kilobazlık aralıklarla histon olmayan proteinlere (skafold) bağlanırlar ve loop (domain) ya da ilmekler oluşturarak kromozomu meydana getirirler. Görüldüğü üzere canlı hücrelerde bulunan kromozomlar aslında mikroskoptaki preparatlarda veya fotoğraflarda görüldüğü gibi sabit olmayıp, akıcı ve dinamik yapılardır.

-55-

7.2

KROMOZOMLARIN MORFOLOJİK ÖZELLİKLERİ

Kroma (color) ve soma (vücut) kelimelerinden oluşan kromozomlar bölünme esnasında nuklear materyelin kondanse olması ile ortaya çıkan çubuk şeklindeki yapılardır. Her türün kromozom sayısı sabittir ve cinsiyet hücreleri dışında o türün bütün hücrelerinde aynıdır. Örneğin insanda 46, Drosofılada (meyve sineği) 8, bezelyede 14 kromozom bulunur. İnsanlardaki 46 kromozomun 44 tanesi vücut hücrelerine ait olup otozom adını alır, diğer iki tanesi ise cinsiyet hücrelerine ait kromozomlardır ve cinsiyet veya da seks kromozomları olarak adlandırılırlar. Kadınlarda cinsiyet kromozomları XX, erkeklerde ise XY dir. Bu kromozomlar üzerinde cinsiyeti belirleyen genler bulunmaktadır. Mitozun metafaz veya prometafaz (ya da geç profaz) evreleri kromozomların mikroskop altında incelenebildikleri en uygun dönemlerdir. Metafaz plağı adı verilen ve bir hücredeki tüm kromozomları içeren bu gruptaki kromozomlann sayıları ve morfolojik özellikleri saptanabilmektedir. Şekil 7.1 de görüldüğü üzere bir kromozomun yapısı incelendiğinde aşağıdaki kısımlar görülür;

> Telomer > Kısa Kol (p) -> Kromatid

^ Sentromer

• Uzun Kol (q) -•Telamer

KROMATİD: Kromozomu oluşturan ve sentromerde birleşen iki yavru daldan herbiridir.

-56-

SATELLİT: İnsan akrosentrik kromozomları olan 13,14,15,21 ve 22 No'lu kromozomların kısa kollarına ince saplarla bağlanan nüklear materyeldir. SEKONDER BOĞUM (Darlık): 1,3,9 ve 16 numaralı kromozomlarda görülen ikinci bir darlıktır, açık boyanır. HETEROKROMATİN: İnterfaz sırasında çözülmeden kalan, daha koyu boyanan ve inaktif genleri içeren kesimdir. ÖKROMATİN: İnterfaz sırasında çözülen, açık boyanan ve aktif genlerin bulunduğu genetik materyaldir. SENTROMER (Primer büzüntü, darlık): Kromozomların bölünme sırasında iğ iplikçiklerine tutundukları ve kromatidlerin birleştiği kısımdır. Sentromer aynı zamanda kromozomu kısa kol (p) ve uzun kol olmak üzere iki kısma ayırmaktadır. Sentromerin lokalizasyonu kromozomlar 4 gruptur;

ve p,q kollarının

uzunluklarına

göre

1. Metasentrik: Sentromer ortadadır, kısa ve uzun kollar eşit uzunluktadır. 2. Submetsentrik: Sentromer merkezden uzaktır ve iki kolu birbirine eşit değildir. 3. Akrosentrik: Sentromeri kromozomun bir ucuna çok yakın olan kromozomlardır. 4. Telosentrik: Sentromer tek uçtadır ve tek kromozom kolu vardır. İnsanlarda bu tip kromozomlar bulunmaz. TELOMER: Kromozomların uç kısımları olup, sık tekrarlayan karekteristik DNA dizilerini içerirler. 7.3 KROMOZOMLARIN SINIFLANDIRILMASI 1956 yılında Tijo ve Levan adlı araştırıcılar tarafından insanlarda 46 kromozomun olduğu gösterilmiştir. Bir süre sonra kromozomların rahatlıkla incelenebilmesi için gruplandırma gereksinimi ortaya çıkmış ve bu amaçla; kromozomların boyları, sentromer pozisyonları, sekonder darlığın bulunup bulunmaması, bant ve otoradyografık özellikleri dikkate alınarak geliştirilen bir sınıflandırma sistemi uygulamaya konmuştur. -57-

Bu sisteme göre insan kromozomları; A,B,C,D,E,F,G kromozomları olarak gruplandırılırlar.

ve cinsiyet

A grubu: 1,2,3 No'lu boyları en büyük olan grubu oluşturur. 1 ve 3 No'lu kromozomlar metasentrik, 2 No'lu kromozom ise submetasentriktir. B grubu: 4 ve submetasentriktir.

5 No'lu

kromozomları

içerir.

Her

ikisi

C grubu: 6-12 No'lu kromozomları içerir, oldukça heterojen bir gruptur ancak bantlama yapılarak ayırd edilebilirler. Hepsi submetasentriktir. D grubu: 13-15 No'lu büyük akrosentrik kromozomları içerir. E grubu: 16-18 No'lu submetasentrik kromozomlardır. kromozom metasentriğe daha yakın görünür.

16 No'lu

F grubu: 19 ve 20 numaralı metasentrik kromozomlardır. G grubu : 21 ve 22 numaralı küçük akrosentrik kromozomlardır. X kromozomu: C grubu kromozomlardan 6 numaralı kromozoma benzer, bantlama yapılarak ayrılır. Y kromozomu: Büyüklük olarak G grubu kromozomlara benzer ancak satellitleri yoktur, uzun kolları birbirine paraleldir ve daha koyu boyanır. 7.4

KROMOZOM YÖNTEMLERİ

ELDE

ETME

İNCELEME

Periferik kan lenfositleri başta olmak üzere kemik iliği, deri fıbroblastları, amniyon sıvısı, koryon villus hücreleri ve kanser dokusundan kromozom elde etmek mümkündür. En sık olarak kullanılan periferik kan kültürü; aşağıdaki basamaklarda anlatıldığı şekilde uygulanır. İlk aşamada steril olarak ve pıhtılaşmayı önlemek üzere heparin kullanılarak alınan kan, önceden hazırlanmış olan kültür (vasat) ortamına ekilir. Kültürde; M 199, RPMI 1640, Mc Coy's, Ham's F10, MEM (Minimal essential medium) gibi besiyerlerinden herhangi birisi tercih edilerek kullanılır. Kültür ortamında ayrıca kontaminasyonu (mikrobik bulaşma) önlemek amacıyla antibiyotik, mitozu uyaran fîtohemaglutinin ve L-glutamin bulunur. -58-

Genel olarak 5 ml'lik kültür ortamına 0.4 ml erişkin kanı eklenir ve 37 C° lik etüvde 72 saat inkübe edilir. Kültür süresinin son ikinci saatinde (70. saat) mitozu özellikle metafaz evresinde durduran kolşisin adlı madde eklenir. Süre sonunda kültür içeriği santrifüj edilerek üstte kalan supernatan kısmı atılır. Dipte çökelmiş olan hücrelerin üzerine hipotonik bir solüsyon (KC1- Potasyum klorür) koyularak hücrelerin patlatılması ve kromozomların açığa çıkarılması sağlanır. Daha sonra 3:1 oranında hazırlanan metanol, asetik asit karışımı (fîksatif) kullanılarak kromozomlar fıkse edilir ve lam üzerine yayılarak kurutulur ve preparat haline getirilir. 1972 yılına kadar kromozomlar sadece boyanarak incelenirken, günümüzde kromozomların tek tek tanımlanabilmesi ve yapılarının detaylı olarak incelenebilmesi için bantlama yöntemleri geliştirilmiştir. Bantlama yöntemlerinden en yaygın olarak kullanılan G (Giemsa) bandıdır. Diğer bantlardan bazıları R bandı,C bandı,Q bandı ve NOR (Nüklear organizer region) dur. G bandı uygulanarak elde edilen karyotip örneği Şekil 7.2 de görülmektedir. Son yıllarda kromozomların incelenmesinde kullanılan FISH (Floresans in situ hibridizasyon), PCR ve Flow sitometri yöntemleri de oldukça güvenilir sonuçlar vermektedir.

-59-

11 b »

Tİ

ir H*t «I

k ••»•ı /«fa

/ I %

«w-» * *r

f ut.**

Şekil 7.2 Normal insan karyotipi -60-

BOLUM 8 MENDEL İLKELERİ 8.1 GİRİŞ Kalıtsal özelliklerin sonraki kuşaklara nasıl aktarıldığı ilk kez Gregor Mendel tarafından 1866 yılında ortaya konmuştur. Mendel, bezelye (Pisum sativum) bitkisi üzerinde 7 ayrı özelliği ele alarak yaptığı gözlemlerini matematiksel yöntemlerle açıklamış ve Genetik biliminin temellerini atmıştır. Mendel'in o dönemde kalıtsal birim olarak ifade ettiği kavram, bugün GEN olarak tanımlanmaktadır. Mendel'in ilkelerini daha iyi anlayabilmek için bazı kavramların açıklanmasında yarar vardır. Canlıların çeşitli özelliklerini kontrol eden genler çiftler halinde bulunmakta olup, aynı genin alternatif formlarına ALEL adı verilir. Bir özelliği belirleyen aleller homolog kromozomlar üzerinde LOKUS olarak tanımlanan karşılıklı bölgelerde bulunurlar. Farklı özellikleri etkileyen genler birbirinin aleli değildir. Bir organizmanın kalıtsal bilgisini kapsayan tüm genlerine GENOTİP denir. Bir bireyin genetik yapısı olan genotip ve çevre ile tayin edilen gözlenebilir fizyolojik, morfolojik ve biyokimyasal özellikleri ise o bireyin FENOTİP' ini oluşturur. Homolog kromozomların belli bir lokusunda bulunan aleler identik yani birbirinin aynı ise birey bu özellik için HOMOZİGOT'tur. Örneğin AA veya aa. HETEROZİGOT: Bir çift homolog kromozom üzerinde belli bir lokusta iki farklı alel taşıyan birey veya genotiptir. Ör. Aa -61 -

OTOZOMAL: Cinsiyet kromozomları dışındaki kromozomlardır. DOMİNANT: Heterozigotlarda fenotipik özelliklerdir. Büyük harf ile gösterilir. Ör. A

olarak

gözlenebilen

RESESİF: Homozigot veya hemizigot gözlenen (eksprese olan) veya özelliklerdir. Küçük harf ile gösterilir. Ör.a

gen

Örneğin ; insan vücudunda pigment bulunmaması albinizm adı verilen otozomal resesif bir hastalıktır ve aa olarak ifade edilir. A: Dominant normal alel a: resesif mutant (albino) alel GENOTIP AA Homozigot dominant Aa Heterozigot aa Homozigot resesif

FENOTIP Normal(Pigment var) Normal pigmentli (taşıyıcı) Albino (Pigment yok)

HEMİZİGOT: İki yerine sadece bir kromozom veya kromozom segmenti bulunan bireylerdir. Bu durum ya X'linked genler için söz konusudur, homolog kromozomlardan birinin delesyona uğradığı kromozomlarda ortaya çıkar. TAŞIYICI: Eğer heterozigot bir kişi fenotipik etkisi zararlı, gizlenmiş resesif bir alel ile normal dominant aleli birlikte bulunduruyor ise bu bireylere taşıyıcı denir. Mutant gen işaretlenir. Ör. Bb* (b= mutant gen) YABANIL TİP: Toplumda normal aleli taşıyan bireylerdir. (+) ile gösterilir. ÜSTÜN DOMİNANTLIK (ÖVER DOMİNANS): Bazen gen ayrıcalığı nedeniyle heterozigot her iki homozigotun fenotipik ölçülerini aşabilir, bu duruma üstün dominantlık denir. EKSİK (KISMİ) DOMİNANTLIK: Aa genotipi, fenotipik olarak aa özelliklerini gösteriyor ise bu duruma eksik veya kısmi dominantlık denir. -62-

TAM DOMİNANTLIK: Aa genotipine sahip birey kendisinden beklenen Aa genotipini gösteriyor ise o zaman dominantlık tamdır şeklinde ifade edilir. *

aa fenotipi

Aa fenotipi

AA fenotipi

Aa burada ise

tam

üstün

eksik dominantlık

dominantlık

ORTAKLAŞA DOMİNANTLIK (KODOMİNANS) Heterozigot durumda iken her iki alelin de kendini ifade etmesidir. Örneğin; X maddesi AA ve Y maddesi de aa tarafından sentezleniyor ise, heterozigot Aa hem X, hem de Y maddelerini sentezleyebilecektir. Kodominansın en iyi bilinen örneği insanlardaki MN kan grubunu oluşturan alellerdir. MULTIPL ALELLER: Aynı kromozom lokusunda bir gen lokusunda bulunan iki veya daha fazla alel grubuna çoklu veya multipl aleller denir. Örnek olarak, bir diğer kan grubu sistemi olan ABO kan gruplarını verebiliriz. Diploid canlılarda bu alellerden sadece ikisi bulunur. Nitekim insanlar A0,AA,B0,BB,00 ve AB kan gruplarından birine sahiptirler. EPİSTASİZ: Belli bir lokustaki genin bir başka lokustaki genin etkisini örtmesi veya baskı altına almasına epistazis, baskı altında kalınmaya da hipostazis denir. PENETRANS: Bir geni taşıyan ve o gene ait özelliği gösteren kişilerin sıklığıdır. Aşağıdaki formül ile gösterilir; n (geni eksprese edenler) P;

n (geni taşıyanlar) Penetrans 0 ila 100 arasında değişir. Eğer bir genotipin sıklığı % 100 den az ise azalmış penetrans vardır. -63-

Örneğin; herhangi bir genin penetransı % 70 ise, söz konusu geni taşıyan kişilerin ancak % 70' i bu özelliği gösteriyor demektir. NON-PENETRANS: Mutant alel kalıtılır, ancak eksprese edilmez ise penetrans göstermiyor, anlamına gelen bu ifade kullanılır. LETAL (ÖLDÜRÜCÜ) GENLER: Bazı genlerin fenotipik olarak belirmesi, prenatal veya postnatal dönemde kişinin ölümüne neden olur. Homozigot veye heterozigot durumda etkilerini gösteren bu genlere letal genler denir. EKSPRESİVİTE: Kişilerde belli bir alelin nasıl ve/veya hangi derecede ifade edildiğini gösterir. Değişken ekspresivite olabilir ancak birey o geni taşıyor ise eksprese edilememe durumu söz konusu değildir. 8.2

tamamen

MENDEL İLKELERİ

1- AYRIŞIM İLKESİ: Mendel tarafından, yavruya anne veya babanın genlerinin yalnız bir alelinin aktarıldığı gösterilmiştir. Bugün de biliyoruz ki belli karekterleri oluşturan genler ayrıdır, birbirleriyle karışmazlar ve birbirlerini etkilemezler. Böylece hem genler, hem de genin alternatif formları olan aleller bağımsız olarak birbirlerinden ayrılarak (segregasyon) gametlere geçerler ve farklı yavru bireylere ulaşırlar. Bu kurala 1. Mendel ilkesi denir. Örneğin ; bir gen; a l ve a 2 alellerinden oluşuyor ise bunlardan yalnızca biri gametler aracılığı ile yavrulara aktarılacaktır. Tek bir özellik söz konusu ise bir gen, dolayısıyla bir çift alel söz konusudur ve monohibrid (tekil melez) çaprazlama meydana gelir. Mendel, yaptığı çaprazlamalarda kırmızı ve beyaz renkli çiçek açan bezelyeleri kullanmıştır. Melezlemenin başladığı ilk kuşağa parentel kuşak (P) adı verilir. Parentel kuşakta kırmızı renkte çiçek açan homozigot dominant (KK) bezelyeler ile beyaz renkte çiçek açan homozigot resesif (kk) bezelyeler çaprazlanmıştır. KK bireyler sadece K gametlerini, kk bireyler de sadece k gametlerini vereceğinden 1. Kuşağı meydana getiren Fİ (fılial) bireylerin hepsi heterozigot, Kk genotipinde olacaktır. Beyaz çiçeklilik resesif -64-

olduğundan (k), bu bireyler genotiplerinde aleli taşıdıkları halde fenotip olarak hepsi kırmızı çiçekli görünürler. Bu bireyler kendi aralarında tekrar çaprazlanacak olursa ikinci yavru kuşak (F2) meydana gelir. Çaprazlamanın yapıldığı bireylerden bu kez hem K hem de k gametleri geleceğinden F2 kuşağında üç genotip ortaya çıkar; KK,Kk ve kk. Fenotipik olarak da 3:1 oranında kırmızı ve beyaz çiçekli bezelyeler gözlenir. Birinci kuşakta (F 1) kaybolmuş gibi gözüken (k) nin, ikinci kuşakta (F 2) tekrar gözlenmesi bu özelliğin aslında kaybolmadığını, resesif ve dominant genlerin birbirlerinden bağımsız olarak ayrılarak yeni kuşaklara geçtiğini gösterir. Eksik dominantlık, ortaklaşa dominantlık ve letal genlerin etkilerinin söz konusu olduğu durumlarda 3:1 fenotipik oranından sapmalar görülür. Şekil 8.1 de yukarıda sözü edilen monohibrid çaprazlama örneği gösterilmektedir. Parentel kuşak (Pl)

KK Kırmızı çiçekli

Gametler

kk Beyaz çiçekli

1. Kuşak (F 1)

Kk (Hepsi kırmızı)

Kk X Kk

2.Kuşak (F 2)

KK (Kırmızı)

Kk 3

Şekil 8.1 Monohibrid çaprazlama

-65-

kk 1

(Beyaz)

2- BAĞIMSIZ AÇILIM İLKESİ (DÜZENLENME) İki karekteri oluşturan ve farklı kromozomlarda bulunan gen çiftleri yavrulara geçebilmek için önce birbirlerinden ayrılırlar ve homolog kromozomlar arasında meydana gelen kros-over sonrasında rekombinant kromozomlar haline geçerek bir sonraki kuşağa aktarılırlar. Bu kurala bağımsız düzenlenme ilkesi denir. Bağımsız düzenlenme ilkesine ilişkin çaprazlama yapılırken anne ve babanın, yani atasal kuşak bireylerin fenotiplerine bakılarak genotipleri belirlenir ve daha sonra bu bireylerin vereceği gamet tip ve sayıları saptanır. Aynı kromozom üzerinde bulunan iki farklı genin bu kurala uymayacağı burada bir kez daha hatırlanmalıdır. P

UU KK

uu kk

;

Uzun-Kırmızı X

kısa-beyaz

Gametler

i F1

UuKk X UuKk

i Gametler UK

UUKK

UUKk

UuKK

UuKk

UUKk

UUkk

UuKk

Uukk

UuKK

UuKk

uuKK

uuKk

UuKk

Uukk

uuKk

uukk

Şekil 8.2 İki gen çiftinin bağımsız düzenlenme ilkesine göre dağılımları.

-66-

Şekil 8.2 de görüldüğü üzere ebeveynlerden gelen gametler Punnet karesi adı verilen sisteme yerleştirilerek çaprazlama yapılır ve yeni meydana gelen bireylerin genotipleri ve fenotipleri bulunur. Örneğimizde elde edilen fenotip oranları şöyle bulunmuştur; 9

Uzun- Kırmızı

ATASAL

Uzun-Beyaz

REKOMBİNANT

Kısa-Kırmızı

REKOMBİNANT

Kısa-Beyaz

ATASAL

Yukarıda uygulandığı gibi eğer çaprazlamada iki çift gen var ise bu dihibrid çaprazlamadır. Bireyin taşıdığı özellik sayısı arttıkça verebileceği gamet sayısı da artar. Şöyle ki, bireyin taşıdığı özellik sayısı 'n' ile gösterilir ise gözlenen gamet sayısı 2 " olacaktır. KONTROL ÇİFTLEŞMESİ (TEST ÇİFTLEŞMESİ) Mendel yaptığı deneylerin doğruluk derecesini ölçmek üzere kontrol çiftleşmesi adını verdiği yöntemi uygulamıştır. Test, F 1 de elde edilen bireylerin homozigot ebeveynlerle çiftleştirilmesi suretiyle yapılır. Örneğin, F 1 de, Aa heterozigot bir birey elde edildi ise test çifleşmesi şu şekilde yapılır; Aa

Gametler

aa 1:1

-67-

Görüldüğü gibi F 1 deki heterozigot birey A ve a olmak üzere 2 tip gamet vermiştir. Çaprazlama yapılan homozigot resesif birey ise tek tip ' a 'gameti verdiğinden, sonuçta 1:1 oranında bireyler elde edilmiştir. Oysa, Fİ deki birey heterozigot değil de homozigot ise; hepsi aynı fenotipe sahip bireyler ortaya çıkar. AA X

Gametler

Aa Tümü aynı O halde bireyin herhangi bir özellik bakımından homozigot yada heterozigot mu olduğunu anlamak için bu bireyin söz konusu özellik açısından homozigot resesif bir bireyle çaprazlanması yeterli olacaktır. Monohibrid çaprazlamada olduğu gibi di,tri ve polihibrid çaprazlamalarda da kontrol çaprazlaması kullanılır. Örneğin dihibrid bir çaprazlamada F 2 bireyi geri çaprazlandığı zaman meydana gelen bireylerin oranı 1:1:1:1 şeklinde ise bu birey heterozigottur. Mendel'in ayrışım ve bağımsız düzenlenme ilkeleri uyarınca davranış gösteren özellik ya da niteliklere Mendeliyen özellik (nitelik), bunların kalıtımına da Mendeliyen kalıtım (inheritance) adı verilir.

-68-

BÖLÜM 9 KALITSAL HASTALIKLAR 9.1 GİRİŞ Canlılar tek hücreli zigot formlarından, yaşamlarının sonuna değin hem kalıtsal hem de çevresel faktörlerin etkileri altındadır. Hastalıkların ortaya çıkmasında bu faktörler değişik oranlarda etkin olurlar. Örneğin, brakidaktili (kısa parmaklılık) olgusunda kalıtsal, veba hastalığında çevresel, diabette ise hem kalıtsal hem de çevresel etmenler söz konusudur. Kalıtsal hastalıklar etyolojilerindeki faktörün türüne göre 3 gruba ayrılırlar. a-Kromozomal hastalıklar b-Gen düzeyindeki hastalıklar c-Multifaktoriyel hastalıklarlar 9.2 A-KROMOZOMAL HASTALIKLAR Genetik materyaldeki mutasyonlar bazen kromozomun çok geniş bir bölgesini kapsayabilir. Bu düzensizlik ışık mikroskobunda gözlenebilecek kadar büyük ise kromozomal düzensizlik olarak tanımlanır. Tanımlanan gebeliklerin % 15 i erken düşüklerle (spontan abortus) sonuçlanır ve bunların % 50 sinden fazlasında kromozom bozukluğu vardır. Dolayısıyla tanımlanan gebeliklerin % 5 inde kromozom anomalisi vardır denilebilir. Yeni doğanlarda ise bu sıklık % 0.7 civarındadır. Kromozomal düzensizlikler iki türlüdür, a. SAYISAL b. YAPISAL

-69-

a-SAYISAL: Hücrelerdeki kromozom sayısının o türe özgü kromozom sayısından az ya da çok olmasıdır. İki şekilde görülür; i-Poliploidi: Hücrelerdeki kromozom sayısının haploid sayının tam katları kadar artmasıdır. Haploid kromozom sayısı 'n' olarak ifade edilir ve gamet hücrelerindeki sayıya eşittir. Örneğin, insan haploid kromozom sayısı 23 dür. Fertilizasyon sonucu insan hücrelerinde ulaşılan kromozom sayısına diploid denir ve 2n olarak gösterilir. İnsanlar diploid canlılar oldukları için gamet hücreleri dışındaki tüm hücreler diploiddir ve 2n = 46 olarak ifade edilir. Triplodi ( 3n = 69 ) : Temel kromozom sayısının üç katı kadar artmasıdır. Tetraploidi ( 4n = 92 ) : Haploid kromozom sayısının dört katı kadar artmasıdır. Teorik olarak diğer ploidiler de olabileceği halde henüz insanlarda gösterilmemiştir. Poliploidinin ortaya çıkış nedenleri çeşitlidir; Endomitoz : Hücre bölünmesine hazırlık olarak kromozomlar katları kadar çoğalır, profaz ve metafaz gerçekleşir ancak anafaz, telofaz ile hücre ve sitoplazma bölünmeleri gerçekleşmez. Buna bağlı olarak kromozom sayıları her bölünmede nukleustaki sayının (n) katları kadar artar, endomitoz meydana gelir. Tetraploidi, iki zigotik bölünmenin tamamlanamamasmdan kaynaklanır. Triploidi: Genellikle fertilizasyon sırasında bir spermium yerine iki spermiumun aynı ovumu döllemesi (dispermi) ya da ovum veya spermiumda olgunlaşma bölünmelerinden birinin olmaması sonucunda normal haploid gametin yerine diploid gametin oluşması ile ortaya çıkar.

-70-

Endoredublikasyon: Kromozomlar bölünme sırasında normal olarak kendilerini dublike ederek katları kadar artar, ancak hemen ardından hücre bölünmesi gerçekleşmez ise, hücrede sentromerlerinden birbirlerine tutunmuş çok sayıda kromatidden oluşan kromozomlar ortaya çıkar. Bu olaya endoredublikasyon denir. ii-Anöploidi: Temel kromozom sayısının katları kadar olmayan artma ya da eksilmelere denir. Anöploidi tipleri; TRİZOMİ: Herhangi bir kromozomdan hücrede iki tane bulunması gerekirken üç tane olmasıdır. Trizomi, otozomal kromozomlarda görüldüğü gibi cinsiyet kromozomlarında da görülür. Otozomal kromozomlarda en sık görülen tipleri; Trizomi 21 (Down sendromu), Trizomi 18 (Edwards sendromu), Trizomi 13 (Pateu sendromu) dür. Cinsiyet kromozomlarında ise; en fazla 47,XXY (Klinefelter), 47,XYY ve 47,XXX olgularına rastlanır. Down Sendromunun insidansı 1/800 canlı doğum olup 30 yaşın üzerindeki annelerde bu insidans daha da artmaktadır. Hipotoni, karekteristik dismorfik yüz özellikleri, ellerde Simian çizgisi ve diğer dermatoglifik özellikler, 1/3'ünde konjenital kalp hastalıkları ve özellikle mental retardasyon ile tanımlanır. Trizomi 21'in yanısıra Robertsonian translokasyonu ve parsiyel trizomi 21 sonucunda da Down Sendromu görülür. MONOZOMİ: Belli bir kromozomdan normalde iki adet bulunması gerekir iken bir tane bulunmasıdır. Otozomal monozomiler letaldir, ölü doğumlarda ya da erken spontan düşüklerde görülmemiştir. En sık rastlanan monozomi, X kromozomu monozomisi olan Turner sendromudur (45,X). Spontan düşüklerde bu derece sık görülmesine karşın, Turner Sendromlu bireyler doğarlar ve yaşamlarını sürdürürler. Bu kişilerde tek bir X kromozomu bulunur. Normalde isekadınlarda bulunan iki X kromozomundan sadece birinin aktif olup, diğerinin inaktif olduğunun kabul edilmesine karşın (Lyon hipotezi) Turner sendromu olan kişilerde birtakım bozukluklar ortaya çıkmaktadır. -71 -

Sendromlann bazılarında mozaisizm söz konusudur (Bölüm 9.3). Mozaik bireylerde mutasyona uğramış hücre oranına göre sendromun ciddiyeti değişir. Anöploidinin meydana geliş nedenleri; a-Ayrılamama (Non-disjunction) Bölünmenin anafaz evresinde kromozomların sentromerlerinden uzunlaması yerine, meydana gelen hata sonucu enine ikiye bölünmeleri ile hücrenin bir kutbuna iki kromozom birlikte giderken diğer kutba aynı kromozomdan hiç parça gitmez. Sonuçta oluşan yavru hücrelerden bir bölümü bu kromozomlardan üç tane içerirken (trizomik), diğer bölümünde ilgili kromozomdan hiç bulunmaz (monozomik). Bu olaya ayrılamama denir. Olgunun ortaya çıkmasındaki etmenler kesin olarak bilinmemekle beraber ileri anne yaşı, maternal hipotiroidizm, radyasyon veya viral enfeksiyona bağlı olarak görülme sıklığında artış olduğu bildirilmektedir. b-Anafaz gecikmesi (Anafaz lagging) Normalde uzunlamasına bölünerek kutuplara çekilmekte olan kromozomlardan biri anafaz sırasında geri kalır. Hareket etmekte geciktiği için geri kalan bu kromozom ya diğer kromatidinin bulunduğu kromozom grubuna katılır ya da bölünme sırasında ortadan kaybolur. İlk olasılıkta söz konusu kromozomdan hücrede bir tane olması gerekirken iki tane bulunur ve bu hücre normal bir tane kromatid içeren hücre ile birleşirse toplam üç adet kromozom içeren, yani trizomik hücre ortaya çıkar. İkinci olasılık ortaya çıkar ve kromozom kaybolur ise o kromozomdan hiç bulundurmayan hücre ile yine normal bir adet kromozom taşıyan hücre birleşir ve monozomik hücre meydana gelir. b-YAPISAL KROMOZOM ANOMALİLERİ Kromozomların yapılarında meydana gelen düzensizliklerdir. Birçoğu mikroskopta saptanabilir. i-Translokasyon:Bir kromozomdan kopan parçanın başka bir kromozoma yerleşmesidir. Eğer translokasyon sırasında kromozom parçası yani genetik materyal kaybı yok ise dengeli, aksine gen kaybı var ise dengesiz translokasyon söz konusudur. -72-

Uç tip translokasyon vardır; Karşılıklı (Resiprokal) : Bir kırılma sonucu homolog veya homolog olmayan kromozomlardan kopan parçaların karşılıklı yer değiştirmesidir. Sentrik füzyon (Robertsonian) : Akrosentrik kromozomların kısa kollarının kaybolması, uzun kollarının birleşmesi sonucu meydana gelir. Transpozisyon : Homolog olmayan iki kromozomdan birinde iki noktada, diğerinde ise bir noktada kırılma olur. Daha sonra birinciden kopan parça ikincinin arasına girer ve kaynaşırsa transpozisyon meydana gelir. ii-Delesyon: Kromozomdan bir parçanın kopup kaybolmasıdır. Eğer kırılma kromozomun uç kısmında ise terminal delesyon ortaya çıkar. İki darbe sonucu kopan parça aradan çıktıktan sonra geriye kalan kısımlar yeniden kaynaşırsa interstitiel delesyon dan söz edilir. iii-Duplikasyon (Artma) : İki kromozomdan birinde çift taraftan kopan parça, diğerinde tek bölgeden kopan aralığa girerek kaynaşırsa duplikasyon ortaya çıkar. iv-İnversiyon : Kromozomda iki noktada kopma olması ve hemen ardından kopan parçanın kendi ekseni etrafında dönerek kopmanın meydana geldiği noktalardan tekrar yapışmasıdır. Ters dönen kromozom parçası sentromeri içeriyor ise perisentrik, sentromerin dışında ise parasentrik olarak tanımlanır. v- Ring (Yüzük) kromozom : Kromozomun her iki kolunun uçlarında kopma meydana gelirse bu bölgeler yapışkan hale geçerek birleşirler. Görünüm yuvarlak bir şekil aldığı için kromozoma yüzük adı verilmektedir. vi- İzokromozom : Sentromerlerin boyuna yerine enine bölünmesi sonucu meydana gelen kromozomlardır. Bu hatalı bölünme sonucunda ya sadece kısa kolları ya da uzun kolları içeren kromozomlar meydana gelir.

-73 -

9.3 B-GEN DÜZEYİNDEKİ HASTALIKLAR Kromozomlar üzerinde lokalize olan genlerde meydana gelen mutasyonlar sonucunda ortaya çıkan hastalıklardır. Mendel yasalarına uygun olarak kalıtılırlar ve belli kalıtım kalıpları gösterirler. Bilindiği üzere insanlardaki 46 kromozomdan 44 tanesi otozomdur ve üzerlerinde otozomal genler taşırlar, geriye kalan 2 kromozom ise cinsiyet kromozomudur ve cinsiyeti belirleyen genler taşırlar. Gen düzeyindeki hastalıkların incelenmesinde en sık uygulanan yöntem pedigri-aile yöntemidir. Pedigride tüm aile fertleri bir şema üzerinde gösterilir, probandm diğer kişiler ile olan yakınlığı ve tüm bireylerin belli bir kalıtsal özelliğe göre durumları belirtilir. Hastalık ve aile hakkında fikir vermesi açısından çok önemlidir. Uzman kişiler tarafından yeterli zaman ayrılarak ve mümkün olan en fazla sayıda aile ferdi ile görüşülerek hazırlanmalıdır. Pedigride kullanılan bazı semboller Şekil 9.1 de gösterilmektedir.

•

Erkek

Düşük

Kadın

Evlilik

•

Proband

•—o •=o

Taşıyıcı

DjO

Çocuksuz Evlilik

Ölü birey

jzr

Prenatal ölüm

Akraba Evliliği

Monozigotik ikizler

| Otozomal özellikler için heterozigot

Şekil 9.1 Pedigride kullanılan bazı semboller

-74-

Kalıtım kalıpları 2 grupta toplanır; a-OTOZOMAL i-Otozomal dominant ii-Otozomal resesif b-GONOZOMAL (CİNSİYETE BAĞLI) i-X'e bağlı dominant ii-X'e bağlı resesif iii- Y kromozomal i-Otozomal dominant kalıtım: Otozomal kromozomlar üzerinde taşman dominant nitelikli genlerle olan kalıtıma denir. Özellikleri; - Hastalık kuşak atlamaz ve dikey kalıtımlıdır. Bir başka ifade ile her kuşakta görülür. - Hasta kişinin ya annesi ya babası, ya da her ikisi birden hastadır. Hastalık kız ve erkek çocuklarda aynı oranda görülür. - Eşlerden birisi hasta, (heterozigot) diğeri normal ise doğacak çocukların yarısı (%50) hasta olur. - Hem anne hem baba hasta (heterozigot) ise çocukların % 75'i hasta olur. - İlgili genin penetransı tam olmaz ise hastalık kuşak atlıyor gibi görünür. - Hastalık sporadik vak'a olarak ortaya çıkmış ise hasta kişinin anne ve babası normaldir. - Anne ya da babadan birinin gonadlarmda bir mutasyon olmuş ise kendileri normal oldukları halde birden fazla çocukları hasta olabilir (Şekil 9.2 ). Otozomal dominant hastalıklardan bazıları; Akondroplazi, Huntington Koresi, Polikistik böbrek sendromudur.

- 75 -

o1 n

J T 1

o-r-m 4

r ^

Şekil 9.2 Otozomal dominant kalıtım ii-Otozomal resesif kalıtım Mutant gen, homolog kromozomların her ikisi üzerinde birden bulunduğu zaman yani homozigot olduğu zaman etkisini gösteriyor ve hastalık oluşuyor ise hastalık, otozomal resesif olarak tanımlanır. Bu durumda hasta kişiler hem annelerinden hem de babalarından birer tane mutant gen alırlar. Bir mutant gen için anne ve babaları heterozigot olan çocukların her birinin % 25 olasılıkla homozigot mutant, dolayısıyla hasta olma riskleri vardır.. Eğer herhangi bir ailede bu tip hastalık var ise ailenin birçok bireyi heterozigot taşıyıcı olabilir. Bu nedenle akraba evlilikleri ciddi sakıncalar yaratmaktadır (Bölüm 11 ). Özellikleri; - Hastalık genellikle tek kuşakta görülür, geçiş yatay tiptedir. - Hasta çocuğun kardeşleri cinsiyet farkı olmaksızın 1/4 olasılıkla hasta, 3/4 olasılıkla sağlıklı olurlar. - Hasta çocuğun anne ve babası normal görünümlü ve taşıyıcıdır. - Hasta kişi normal bir birey ile evlenirse çocuklarının hepsi normal fakat taşıyıcı olur. - Akraba evlilikleri hastalık riskini arttırır. - Hasta kişi heterozigot olarak aynı mutant geni taşıyan bir bireyle evlendiği zaman çocuklarının yarısı heterozigot normal, yarısı hasta olur. - Küçük ailelerde olgular familyal olmaktan çok sporadiktir.

-76-

Otozomal resesif hastalıklardan bazıları, Adrenogenital Albinizm ve Fenilketonüri olarak sayılabilir.

sendrom,

Şekil 9.3 Tipik otozomal resesif kalıtım gösteren bir ailenin pedigrisi b-GONOZOMAL KALITIM i-X'e bağlı dominant kalıtım X kromozomu üzerindeki genler dominant veya ressesif olabilir, ancak kadınlarda iki X olduğu için kalıtım biçimleri farklı olmaktadır. Bu tip bir hastalığı olan kadın, hastalığı hem kız hem de erkek çocuklarının yarısına verir, fakat baba erkek çocuklarına X kromozomu veremeyeceği için erkek çocuklar normal olurlar. Özellikleri; -Hasta erkeğin kız çocukları hasta, erkek çocukları ise normal olur. -Hasta kadının kız ve erkek çocuklarının yansı hasta olur. -Hastalık erkekten erkeğe geçmez. Örneğin hipofosfatemik raşitizm hastalığı bu şekilde kalıtılır. (Şekil 9.4 ).

-77-

2 o

•

III

IV Şekil 9.4 X'e bağlı dominant kalıtım

•a

t 2

Ö 3

ii-X'e bağlı resesif kalıtım Kadınlarda iki X kromozomu olduğundan resesif etkili mutant gen ya homozigot ya da heterozigot durumda olacaktır. Oysa erkekte tek X kromozomu olduğundan bu kromozom üzerindeki genin Y kromozomu üzerinde alleli bulunmamaktadır (hemizigot). Bu nedenle X kromozomu üzerindeki gen ister resesif, ister dominant etkili olsun etkisini gösterecektir. Mutant genler çoğunlukla hasta olmayan taşıyıcı kadınlar tarafından aktarılarak erkeklerde hastalık meydana getirir. Özellikleri; - Hastalık erkeklerde görülür ve bunların anneleri normal, ancak ilgili gen için taşıyıcıdır. - Hastalık babadan oğula geçmez. - Hasta erkek sağlıklı kadınla evlenirse, kız çocuklarının tümü taşıyıcı, erkeklerin tümü sağlam olur. - Taşıyıcı kadın sağlıklı erkekle evlenirse kızların yarısı normal, yarısı taşıyıcı, erkek çocukların ise yarısı sağlıklı, yarısı hasta olacaktır. - Hasta erkek taşıyıcı kadınla evlenirse kızların yarısı hasta, yarısı taşıyıcı, erkeklerin yansı sağlıklı diğer yansı ise hasta olacaktır. Örneğin; Hemofili, Ducnenne tipi kas distrofisi, Testiküler feminizasyon gibi hastalıklar bu tip kalıtım gösteren hastalıklardan bazılarıdır. (Şekil 9.5)

-78-

OrO 1 2 D 1

ö 2

Şekil 9.5 X'e bağlı resesif kalıtım iii- Y kromozomal kalıtım Y kromozomu üzerinde erkekliği belirleyen genlerin (SRY gibi) dışında fazla gen bulunmadığı düşünülmektedir. Bu şekilde kalıtıldığı düşünülen herhangi bir hastalıkta henüz tanımlanmamıştır. Tek gen hastalıklarının geçişini etkileyen Mendeliyen kalıtım kalıplarının dışında, klasik olmayan transmisyon şekilleri vardır. MİTOKONDRİYEL KALITIM Kendine özgü DNA içeren mitokondri basit füzyon ile bölünmek suretiyle çoğalır. Bölünme sırasında eğer mutasyona uğramış DNA var ise bu DNA nın tümü bir hücreye, normal olan DNA diğer hücreye veya her iki DNA da tek bir hücreye geçebilir. Bu durumda mutant geni alan hücrede aktarılan mutant gen miktarına bağlı olarak hastalık ortaya çıkar. Ovumda bol miktarda mitokondri bulunur oysa spermiumda çok az sayıdadır ve bunlar yavrulara geçmez. Bu nedenle mitokondriyel hastalıklar sadece anneden çocuklara geçer, babadan geçiş olmaz. Bazı mitokondriyel hastalıklar MELAS, MERRF ve Leber'in optik atrofısi dir. MOZAİSİZM Tek bir zigottan gelişen bireyde veya dokuda iki veya daha fazla genetik yapıya sahip hücrelerin bulunmasıdır. Somatik veya germline (cinsiyet hücreleri) hücrelerde meydana gelebilir. Kromozomal düzensizliklerde görülür, ortaya çıkmasındaki başlıca nedenin somatik mutasyon olduğu kabul edilmektedir.

-79-

GENOMİKIMPRINTING Bazı genetik düzensizliklerde hastalık fenotipinin görünümü (ekspresyonu) otozomal genin anneden veya babadan kalıtılmasına göre değişiklik gösterir, bu olguya genomik imprinting denir. Örneğin 15 numaralı kromozomda (15 qllql3) meydana gelen delesyon çocuklara anneden aktarılırsa Angelman sendromu, babadan aktanlırsa Prader-Willi sendromu görülür. Her iki sendrom, birbirinden tamamen farklı klinik bulgular ile seyreden ayrı hastalıklardır. UNİPARENTAL DİZOMİ Bir kromozomun homologlarının, anne veya baba olmak üzere ebeveynlerden sadece birinden çocuklara aktarılmasıdır. Yukarıda anlatılan Prader-Willi sendromunda 15. Kromozomda delesyon olmadığı halde her iki homologun da anneden kalıtıldığı, babadan hiç kromozomun alınmadığı vak'alarda hastalığın yine ortaya çıktığı görülmüştür. O halde özetle denebilir ki; normal gelişim için genlerin yavrulara her iki ebeveynden de aktarılması gerekmektedir. C- MULTİFAKTÖRİYEL HASTALIKLAR (POLİJENİK) Multifaktöriyel kalıtım ile geçen hastalıklar iki ya da daha fazla mutant gen ile çevresel etkenlerin etkileşimi sonucu ortaya çıkan hastalıklardır. Hesaplanması zor olmakla birlikte tekrarlama riskinin birinci derece akrabalarda % 2 ila 10 olarak değiştiği kabul edilmektedir. Nöral tüp defektleri, yank dudak, yarık damak, konjenital kalp anomalileri bu tip hastalıklara örnek olarak verilebilir.

-80-

BOLUM 10 PRENATAL TANI (DOĞUM ÖNCESİ TANI) 10.1

GİRİŞ

Son yıllarda geliştirilen yöntemlerle fetüs henüz anne karnında iken bazı kalıtsal hastalıkların tanılarının konması mümkün hale gelmiştir. Böylece anomalili bebek sahibi olma riski olan ailelere fetüsün durumu hakkında bilgi verilerek, kendilerine prenatal girişimden, eğer yaşamla bağdaşmayan bir hastalık söz konusu ise gebeliği sonlandırmaya kadar varan geniş spektrumda birtakım seçenekler sunulmuş olur. Hatta bazı endişelerle gebe kalma korkusu olan kişiler de bu tip testlerin olması güvencesi ile yeni gebelik karan alabilirler. Doğum öncesi tanı yapılmasını gerektiren durumlar (endikasyonlar) şunlardır; a. Kromozom anomalisi açısından yüksek risk taşıyan çiftler; b. Anne yaşının 35 in üzerinde veya 16 dan küçük olması c. Eşlerden birinin translokasyon taşıyıcısı veya kromozomal anomaliye sahip olması d- Çiftin daha önce kromozom anomalili bebek sahibi olması e- Patolojik ultrason bulgusu f- Ailede anomalili doğum, 2 den fazla nedeni bilinmeyen ölü doğum ve/veya mental retardasyon hikayesinin bulunması g. Ailede Mendeliyen genetik hastalıkların bulunması h. Maternal patoloji olması, (örneğin epilepsi veya insüline bağlı diabeti olan kişilerde anomalili doğum riski artar.) i.

16.-18. Haftalarda ölçülen ve fetüsün durumu hakkında bilgi veren alfa-fetoprotein, serbest östriol ve beta human koryonik gonadotropin hormon düzeylerindeki değişikliklere bağlı olarak riskli üçlü test sonucu elde edilmesi -81 -

j. X'e bağlı genetik hastalık taşıyanlarda eğer hastalık için spesifik bir tanı yöntemi uygulanmıyor ise cinsiyetin saptanması k. Gebelik sırasında enfeksiyon veya teratojene maruz kalma Prenatal tanı yöntemleri vazif ve invazif olmak üzere 2 gruba ayrılır; tnvazif yöntemler, fetüse ait hücrelerin direkt olarak alınarak incelendiği yöntemlerdir. Bu hücreler alındıktan sonra üzerlerinde incelenecek hastalığın tipine göre sitogenetik, biyokimyasal (enzim) ve moleküler genetik (DNA) çalışmalar yapılır. Gerçek endikasyonu olan kişilere uygulanmalıdır zira testin tipine göre değişen ölçüde anneye zarar verme riski taşımaktadır. İnvazif yöntemlerden bazıları şunlardır; 1- KORYON VİLLUS BİYOPSİSİ (CVS- CHORIONIC VİLLUS SAMPLING) Gebeliğin 11. Haftasından başlayarak 2. ve 3. Trimestre boyunca uygulanabilen bir yöntemdir. Fetus ile aynı genetik yapıya sahip olan ve ileride plasentayı oluşturacak olan koryon villus dokusunun incelenmesi esasına dayanır. Koryon villus dokusu 3 kısımdır; -

Sitotrofoblast hücreleri Sinsisyotrofoblastlar Villus stroması

Sitotrofoblastlar mitotik aktivitesi çok yüksek olan hücrelerdir, bu nedenle direkt preparasyon ya da kısa süreli kültürde (3 ila 56 saat arasında değişen sürelerde) kullanılırlar. Sinsisyotrofoblastlann bölünme özelliği yoktur, hormon ölçümlerinde kullanılırlar. Villus stroması ise fetal damar ve bağ dokusu hücrelerinden (mezenşim, fıbroblast, retikulum h.) oluşur. Uzun süreli kültürde üreyen hücreler bu hücrelerdir.

-82-

Plasentanın pozisyonu ve gebelik haftasına bağlı olarak koryon villus dokusu kadın hastalıkları ve doğum uzmanı tarafından transabdominal veya transservikal olarak alınır. Alman materyal içerisinde anneye ait dokuların olmaması için doku, inverted (ters bakışlı) mikroskop altında uzman bir kişi tarafından iyice temizlenmelidir. Koryon villus almımı (aspirasyonu) sırasında anneye ait desidua hücreleri de villus dokusu ile birlikte alınabilir. O zaman maternal hücre kontaminasyonu ortaya çıkar ve elde edilen kromozomlar hem anneye hem fetusa ait olacağından yanıltıcı sonuçlar verir. Bu nedenle ortaya çıkması olası yalancı negatif ve yalancı pozitif sonuçları engellemek amacıyla CVS yöntemi uygulanacak ise hem direkt hem de uzun süreli kültür yöntemi birlikte çalışılmalıdır. Yalancı negatif sonuç, fetus anomalili iken sonucun normal bulunmasıdır. Tam tersi olarak fetus normal olduğu halde patolojik sonucun bulunması ise yalancı pozitif bulgudur. CVS, erken dönemde uygulanabilen bir prenatal tanı yöntemidir ve işlem sonrası düşük riski oranının 2 ila 10 arasında olduğu bildirilmektedir. Bazı merkezler bu oranın diğer yöntemlere göre yüksek olduğunu kabul ederken diğer merkezler herhangi bir farklılık olmadığını savunmaktadırlar. 2-

AMNİYOSENTEZ

İlk kez 1966 yılında Steel ve Breg adlı araştırıcılar tarafından uygulanan yöntem günümüzde de yaygın olarak kullanılmaktadır. Gebeliğin 16 ila 20. haftaları arasında fetusun içerisinde bulunduğu amniyon sıvısından 2-20 ml kadar ultrason eşliğinde alınarak 2 ila 3 hafta arasında kültüre edilir ve elde edilen kromozomlarda sitogenetik inceleme yapılır. Kalıtsal hastalıkların tanısını koyabilmek için, amniyon sıvısında direkt olarak, enzim tayini, DNA analizi ve diğer biyokimyasal analizler de yapılmaktadır. Sitogenetik inceleme sırasında mozaik sonuçlar elde edilirse mutlaka daha ileri incelemeler örneğin kordosentez yapılmalıdır. İşleme bağlı fetal kayıp oranı % 0.5 ile %1 arasında değişir. Rh uyuşmazlığı olan çiftlerde işlem sonrasında anneye Rh immunglobulin verilmektedir. -83-

KORDOSENTEZ

Gebeliğin 24. haftasından başlayarak 3. Trimestre sonuna kadar uygulanabilen bir yöntemdir. Ultrason eşliğinde fetal umblikal korda girilerek 1-4 ml kadar fetal kan alınır. Kanın gerçekten fetusa ait olup olmadğı APT testi ile kontrol edilir. Kordosentez, fetal kanda hemoglobinopatilerin saptanmasında, fetal enfeksiyonların tanısında, 3. Trimestrede ultrasonda malformasyon saptandığında, geç dönemde (3. Trimestre) başvuran riskli gebeliklerde ve CVS ya da amniyosentezde şüpheli sonuçlar elde edildiğinde kullanılan bir yöntemdir. İşleme bağlı fetal kayıp oranı % 1 olarak bildirilmektedir. Geç dönemde uygulanması dezavantaj olmakla birlikte çabuk sonuç alınması (yaklaşık 3-4 gün) ve hemoglobinopatilerde kullanılması avantaj olarak kabul edilir. ' Daha ender olarak kullanılan invazif yöntemler; - Fetal deri biyopsisi - Fetal karaciğer biyopsisi - İntrauterin kas biyopsisidir. İnvazif olmayan yöntemler; hasta açısından herhangi bir risk oluşturmazlar. En yaygın olarak kullanılanlar şunlardır; 1- ULTRASONOGRAFİ Fetusun anne karnında görüntülenmesidir. Günümüzde çok yaygın olarak kullanılmakta, özellikle morfolojik bozuklukların saptanmasında çok önemli rol oynamaktadır. 2-

ÜÇLÜ TEST

Anne karnında meydana gelen birtakım biyokimyasal değişiklikler fetusun sağlıklı olup olmadığına dair fikir vermektedir. Örneğin Down sendromlu fetusların karaciğerlerinde alfa feto protein (AFP) sentezi yetersiz olmaktadır, buna bağlı olarak anne kanında ölçülen maternal serum AFP düzeyi de normalden düşük olur. Aynı şekilde human -84-

koryonik gonadotropin ((3 hCG) ve serbest östriol (uE3) değerlerinin de normalden düşük olduğu görülmüştür. Nöral tüp defektleri, trizomı 18, trizomi 13 gibi patolojik olgularda da üçlü test sonuçlan fikir vermektedir, ancak sonuç kesin değildir. Şüpheli üçlü test sonucu elde edildiğinde, invazif prenatal tanı yöntemlerinden biri (genellikle amniyosentez) mutlaka uygulanarak kesin sonuç elde edilmelidir.

-85-

diğer bireylerin de incelenmesi gerekebilir. Hastalığın türü kesin olarak belirlendikten sonra danışmanlık verilir. Danışma verilirken olgunun tüm özellikleri, tedavi olanakları ve tekrarlama riski aileye detayları ile anlatılmalı ve konuşma sırasındaki ifadeler ailenin eğitim düzeyine göre seçilmelidir. Konuşma kesinlikle suçlayıcı, yargılayıcı veya yönlendirici tarzda olmamalı ve ailenin psikolojik durumu göz önünde tutulmalıdır. Bazı aileler için birden fazla görüşme gerekebilir, görüşmeden sonra ailede yeni meydana gelecek değişikliklerin bildirilmesi istenir ve haberleşme sürdürülür. Genetik danışmaya başvurulması gereken durumlar (endikasyonlar); a- İlerlemiş anne yaşı (>35): Anne yaşının ilerlemesi sendromu gibi bazı kromozomal hastalıkların artmaktadır. Bu nedenle ileri yaş gebeliklerinde danışma verilerek ailelere prenatal tanı uygulanması

ile örneğin Down görülme sıklığı mutlaka genetik önerilmelidir.

b- Ailede bilinen veya şüphelenilen kalıtsal bozukluk: Kromozomal bozukluklar için yine prenatal tanı önerilir, gen düzeyindeki bozukluklarda Mendeliyen kalıtım kalıplarına uygun risk hesapları yapılır ve bazılarında moleküler biyolojik teknikler uygulanarak tanı koymak ve yine prenatal dönemde tanı koymak mümkün olabilmektedir. c- Tek veya multipl malformasyonlu fetus veya bebek doğumu: Bu tip olgularda fetus veya bebeğin karyotipi incelenmeli, sonuç normal bile olsa daha sonraki gebeliklerde mutlaka prenatal tanı önerilmelidir. d- Mental retardasvon : Ailede zihinsel özürlü birey var ise bu kişinin kromozom analizi yapılmalıdır. Mental retarde bireylerin gen düzeyinde de bozukluk olabilir veya hem kromozom hem gen düzeyindeki çalışmalar normal sonuç verebilir. O nedenle hangi nedenle ortaya çıktığına bakılmaksızın ailedeki indeks vak'a incelenmeli ve sonuçlara göre aileye danışmanlık verilmelidir. e- Teratojen etkisi : Gebelik döneminde mutasyona yol açan ajanlara maruz kalan kişilerin bebeklerinin etkilenip etkilenmediklerinin araştırılması gerekmektedir. Burada önemli olan teratojen ile karşılaşılan dönem, teratojenin cinsi, etki süresi ve miktarıdır.

f- Tekrarlayan düşükler: Birinci trimestre düşüklerin (spontan abortus) yaklaşık % 50 sinde kromozom bozukluğu saptanmıştır. İkiden fazla düşüğü olan kadınlarda uterus anomalisi, hormonlar, immünolojik faktörler gibi nedenler öncelikle incelendikten sonra hala olayın nedeni açıklanamayabilir. O zaman eşlerden periferik kan alınarak kromozom analizi yapılması önerilmektedir zira habitüel abortus gözlenen çiftlerin % 3-5 kadarında dengeli translokasyon taşıyıcılığı bildirilmektedir. g- Akrabalık : Gelişmiş ülkelerdeki akraba evlilikleri % 0.05 civarındadır, hatta Amerika Birleşik Devletlerinin bir bölümü ve Afrika'nın bazı ülkelerinde birinci derece akraba evlilikleri yasaklanmıştır. Ülkemizde ise akraba evliliklerinin sıklığı oldukça yüksek olup % 20 ila 25 arasında değişir ve bölgesel farklılıklar gösterir. Akraba evliliklerinin sakıncası, otozomal resesif hastalıkların ortaya çıkma olasılığının artması nedeni ile ortaya çıkar. Karşılaşılan bir başka problem de eğer ailede belli bir otozomal resesif hastalık tanımlanmıyor ise bu ailelere prenatal tanı testleri uygulanmasının hiçbir yarar sağlamamasıdır. Ancak ailede bilinen bir genetik hastalık var ise ve bu hastalığa neden olan gen tanımlanmış ve spesifik inceleme yöntemi var ise prenatal tanı uygulanabilir.

-89-

KAYNAKLAR 1- Conn

E.E.,

Stumpe P.K.,

Bruening

G.,Doi

R.H:

Outlines

Biochemistry, First Edition, John Wiley & Sons Inc., Ankara, 1987. 2- Murray R.K., Granner D.K., Mayes P.A., Rodwell V.W: Harper's

Biochemistry, Tvventy-first Edition, Appleton & Lange,U.S.A., 1988. 3- Thompson M.W., Mclnnes R.R., Willard F.H: Genetics in Medicine,

Fifth Edition, W.B. Saunders Company, U.S.A., 1991. 4- Aktan F: Medikal Biyoloji, Sanem Matbaası, Ankara, 1980. 5- Alberts B., Bray D., Lewis J., Raff M., Roberts K., Watson J.D:

Molecular Biology Of The Celi, Third Edition, Garland Publishing, Inc., U.S.A., 1994. 6- Mathews C.K., Holde K.E: Biochemistry, The Benjamin / Cummings Publishing Company, Canada, 1990. 7- Özgüç M: Nükleik Asit-Protein İlişkisi, Türk Tabipleri Birliği Yayınları, Ankara, 1992. 8- Başaran N: Tıbbi Genetik, Altıncı Baskı, Bilim ve Teknik Yayınevi, Eskişehir, 1996. 9- Çolak A., Pınarbaşı E: Tıbbi Biyoloji Ders Kitabı, İkinci Baskı, Cumhuriyet Üniversitesi Rektörlük Basımevi, Sivas, 1994. 10-Batat İ., Bahçeci Z: Genetik Ders Notları, Atatürk Üniversitesi FenEdebiyat Fakültesi Yayınları, Erzurum, 1993. 11- Günalp A., Ayter Ş., Lüleci G., Kart A., Sakızlı M: Tıbbi Biyoloji Ders

Kitabı, Ankara, 1986. 12-Demirtaş H: Tıbbi Biyoloji ve Genetik Ders Notları, Erciyes Üniversitesi Matbaası, Kayseri, 1993. 13-Kasap H., Kasap M., Matur A: Tıbbi Biyoloji I, Çukurova Üniversitesi Tıp Fakültesi Yayınları, Adana, 1995. 14-Başaran A: Tıbbi Biyoloji Ders Kitabı, Üçüncü Baskı, Bilim Teknik Yayınevi, Eskişehir, 1992. -90-

15- Lehninger A.T: Biochemistry, Second Edition, Worth Publishers Inc.Nevv York, 1975. 16- Simpson J.L., Golbus M.S: Genetics In Obstetrics & Gynecology, Second Edition, W.B Saunders Company, Mexico, 1992. 17- Aydınlı K: Prenatal Tanı ve Tedavi, Perspektiv, İstanbul, 1992. 18- Emery A.E.H: Principles and Practice of Medical Genetics, Second Edition, Churchill Livingstone, Edinburg, London, Melbourne and New York, 1990. 19-Şaylı B.S:Teorik ve Klinik Sitogenetik, Dördüncü baskı, Ankara Üniversitesi Tıp Fakültesi Basımevi, Ankara, 1979. 20- Şaylı B.S: Temel Medikal Genetik, Üçüncü baskı, Ankara Üniversitesi Basımevi, Ankara, 1976.

-91 -

Kapak: Hakan Büyükçaylı Baskı: Ankara Üniversitesi Basımevi»2006