Mononükleotitler aynı zamanda nükleozit monofosfat olarak da isimlendirilirler.Bunlara bir veya iki fosfatın eklenmesiyle "nükleozit difosfat veya trifosfat molekülleri oluşur.Nükleozit trifosfatlar içersinde hücre enerjisi için en önemlileri "Adenozin trifosfat (ATP) ve Guanozin trifosfat (GTP) "dir.Çünkü çok miktarda bir enerji bu moleküllerin son fosfat gruplarında bulunmaktadır.
ATP = Adenin + Riboz + 3 (PO4)
ATP sentezinin başlıca gerçekleştiği reaksiyonlar:
* glikoliz (sitoplazmada)
* hücre solunumu (mitokondri)
* fotosentez (kloroplast)
AMP + PO4 + enerji (E) -------> ADP + H2O
ADP + PO4 + E(7.3 kcal) ------->ATP+ H2O
ATP molekülünün başlıca kullanıldığı reaksiyonlar:
* Çoğu anabolik reaksiyonlarda.ÖrroteinDNA
RNA polisakkarit ve yağların sentezinde.
* Moleküllerin ve iyonların aktif taşınmasında
* Sinir hücrelerindeki uyartıların iletiminde
* Kasların kasılmasında
ATP + H2O -------> ADP +PO4 + E
ADP + H2O -------> AMP + PO4 + E
Her hücrede ~ bir milyar ATP molekülü vardır.Bu miktar hücrenin sadece birkaç dakikalık ihtiyacı için yeterlidir. Bu nedenle bu molekül hızlı bir şekilde yenilenmek (recycle) zorundadır. İnsanda yüz trilyon hücrenin olduğu düşünülürse ~ 10²³ ATP molekülü bulunmaktadır. Her ATP molekülünde dakikada üç defa son fosfat molekülü eklenip kopartılıyor. (Kornberg 1989 p-65) İnsan vücudunun tamamındaki ATP sadece 50g gelmektedir ve bu miktar mutlaka hergün yenilenmelidir. ATP 'nin kaynağı ise besinlerdir. 24 saatini sadece dinlenerek yatakta geçiren kişinin hücreleri ~ 40kg ATP molekülü kullanır.
NUKLEIK ASITLER

Nükleik Asitler vücudumuzun sadece %2 'sini oluşturmalarına rağmen çok önemli organik bileşiklerdendir.Çünkü genetik bilginin depolanmasından ortaya çıkmasından (expression) ve iletiminden sorumludurlar.Genetik bilginin ortaya çıkmasını şu örneklerle daha iyi anlayabiliriz : Bir organizmanın insan mı yoksa fare mi olduğu veya bir hücrenin kas hücresi mi yoksa sinir hücresi mi olduğunun gösterimidir.
Nükleik asitlerin yapısında C H O N P elementleri vardır.Nükleik asitlerin temel yapı birimi (monomeri) "nükleotitler"dir.Bazen mononükleotitler de denir. Nükleotitler ise üç bileşikten meydana gelmiştir :
1- Azotlu Baz
2- 5C'lu Şeker (pentoz)
3-Fosfat grubu (H3PO4)
Nükleotit = Baz + Şeker + Fosfat grubu

İki çeşit azotlu baz vardır:
a) Pürinler (çift halkalı) : İki çeşit pürin baz vardır ; Adenin (A) ve Guanin (G)
b) Primidinler (tek halkalı) : Üç çeşit primidin baz vardır ; Sitozin (C) Timin (T) Urasil (U)

Nükleik asitlere ismini yapısındaki 5C' lu şeker verir.Ribonükleikasitin (RNA) yapısında "riboz" şekeri deoksiribonükleikasitin (DNA) yapısında ise "deoksiriboz" şekeri bulunur.Aşağıdaki şekilde de görüldüğü gibi iki şekerin yapısal olarak aralarındaki tek fark deoksiribozun ikinci karbonunda hidroksil (OH)¯ grubunun olmamasıdır.

Yapısında sadece pürin veya primidin bazları ile riboz veya deoksiriboz şekeri bulunan moleküllere "nükleozit" denir. Nükleozite bir fosfat grubunun bağlanması ile oluşan moleküle " nükleotit" denir.Nükleozit ve nükleotitler yapısındaki azotlu bazlara göre isimlendirilirler.

Ribonükleozitler Ribonükleotitler Deoksiribonükleozitler Deoksiribonükleotitler
Adenozin Adenilikasit Deoksiadenozin Deoksiadenilik asit
Sistidin Sistidilik asit Deoksisistidin Deoksisistidilik asit
Guanozin Guanilik asit Deoksiguanozin Deoksiguanilik asit
Uridin Uridilik asit Deoksiuridin Deoksiuridilik asit
Bir nükleotitin yapısındaki moleküller arasındaki bağlar oldukça özeldir : Şekerin karbon-1'i (C-1) ile azotlu baz bağlanır. Eğer baz purin ise azot-9 (N-9) atomu ile şeker "kovalent bağ " yapar.Eğer baz pirimidin ise N-1 atomu ile şeker " kovalent bağ" yapar.Bir nükleotitdeki fosfat grubu ise şekerin C-2' C-3' veya C-5' atomlarına bağlanabilir.Biyolojik sistemlerde en sık rastlananı ise fosfatın C-5' e bağlanmasıdır.Bunu yukardaki nükleotit şeklinde görebilirsiniz.

PROTEİN SENTEZİ

SANTRAL DOGMA
DNA RNA ve proteinler arasında bir döngü vardır.DNA RNA sentezinde kullanılır daha sonra RNA protein sentezinde görev alır.Bu proteinlerin hücrede yapısal ve işlevsel rolleri vardır.Aynı zamanda genetik bilgiyi bir hücreden diğerine aktarmakla da görevlidirler.Bunların içersindeki tüm enzimler ve diğer proteinler DNA replikasyonunda RNA sentezinde ve protein sentezinde görev alırlar.Hücredeki bu bilgi akışı moleküler biyolojinin "santral dogması"dır.

Genlerden proteinlere giden yolda iki basamak vardır; "transkripsiyon (yazılım)" ve "translasyon (okuma)".
TRANSKRİPSİYON (DNA nın RNAyısentezlemesi):
Transkripsiyon DNA replikasyonuna benzer : RNA zincirinin büyümesi 5'---->3' yönünde nükleotitlerin eklenmesiyle gerçekleşir.
Transkripsiyon DNA replikasyonundan üç yönden farklıdır:
Birincisi ; DNA sarmalındaki bir zincirin replikasyondaki gibi hepsi değil sadece bir bölümü kalıp olarak kullanılır.
İkincisi ; Kullanılan enzimler farklıdır : Üç çeşit RNA polimeraz enzimi( rRNA mRNA tRNA için) kullanılır.
Üçüncüsü ; DNA replikasyonundan farklı olarak çift zincirli değil tek zincirli molekül oluşur.
DNA DNA DNA RNA
C ------> G C ------> G
G ------> C G ------> C
T ------> A T ------> A
A ------> T A ------> U
Replikasyondaki bazların Transkripsiyondaki bazların eşlenmesi eşlenmesi
Transkripsiyon DNA'nın bir zinciri üzerindeki "pramatör" (promoter) denilen özel baz sıralamasından başlar.RNA polimeraz enzimi promatörün yerini kendi başına bulamaz.DNA'da promatörden birkaç nükleotit (~40 nükleotit) öncesinde bir veya birkaç küçük proteine bağlanır. Daha sonra RNA polimeraz enzimi promatör ile birleşip DNA çift sarmalı açılır. RNA polimeraz enzimi DNA zinciri üzerinde ilerledikçe çift sarmal açılır ve RNA sentezi devam eder. Bitiş sinyalinin alındığı baz dizilimine gelince RNA sentezi durur ve meydana gelen RNA zinciri DNA'dan ayrılır.

mRNA Transkripsiyonu:
RNA çeşitleri içersinde sadece mRNA çekirdekten sitoplazmya sentezlenecek protein ile ilgili bilgileri taşır.Fakat yeni kopyalanan mRNA önce bazı düzenlemelerden geçirilir sonra çekirdekten ayrılır:
Önce sentezlenen mRNA'nın ilk ucu (5' ucu) hemen kapatılır. Kapatma işlemi bir nükeotitin bir metil grubu ve fosfat grubuna kovalent bağ yapması ile gerçekleşir.Bu nükleotit "kep (cap)" olarak ifade edilir.Bu cap translasyon sırasında başlangıç işareti olarak tanınır.mRNA'nın diğer ucunda ise poly-A kuyruğu denilen 100-200 Adenin molekülü içeren bölüm vardır.Bu kısım mRNA'nın sitoplazmada küçülmesini önlemeye yardım etmektedir.
Diğer bir düzenleme ise; yeni sentezlenen mRNA bir dizi amino asit için fazla şifre içerir.Asıl şifrelerin olduğu kısımlara "exon" denir. Amino asit dizilimi ile ilgili bilgi içermeyen kısımlara ise "intron" denir.mRNA çekirdekten ayrılmadan önce intronlar kesilip atılır ve exonlar birleşirler.

Ribozomların Yapısı :
Zarla çevrili olmayan hücrenin en küçük organelleridir.Endoplazmik retikulumun üzerinde çekirdekte mitokondride kloroplastta ve sitoplazmada bulunur.
Görevi: Protein sentezlemek
Bakteri hücrelerinde ~ 10000 kadar ribozom bulunurken ökaryotik hücrelerde bu sayıdan çok daha fazla ribozom bulunur.
Ribozomların çapı ~ 250Å dur.Büyük ve küçük olmak üzere iki alt birimden oluşmuştur.Ökaryotik ve prokaryotik ribozomlar arasında bazı farklılıklar dışında bütün ribozomların sahip olduğu ortak özelliklerin bazıları şunlardır:
Her iki alt birimde bir veya birden fazla rRNA ve bir dizi proteinden oluşmuştur : Ökaryotik ribozomun; Protein kısmı sitoplazmada ribozomlarda rRNA kısmı ise çekirdekçikte yapılır.Büyük ve küçük alt birimin birleşmesi ise çekirdekçikte olur.
Hücrelerde iki farklı büyüklükte ribozom bulunur: 70S ve 80S (S=Swedberg birimi). Prokaryotlarda ve ökaryotların mitokondri ve kloroplastlarında 70S ökaryot hücrelerde ise 80S ribozomları bulunur.
Prokaryotlardaki ribozomun ; büyük alt biriminde bir tane 23S rRNA bir tane 5S rRNA molekülü ve 31 tane protein molekülü bulunur.Küçük alt biriminde bir tane 16S rRNA ve 21 protein molekülü vardır.
Ökaryotlardaki ribozomun ; büyük alt biriminde bir tane 28S rRNA ve ona eşlik edn bir tane 5.8S ve 5S rRNA molekülü ve 34 protein molekülü bulunur.Küçük alt biriminde bir tane 18S rRNA ve 21 den fazla protein molekülü bulunur.
İnsanda rRNA yı kodlayan 200 gen 5 kromozoma dağılmıştır : 13. 14. 15. 21. 22. kromozomlardır.
İnterfaz safhasında çekirdekte rRNA genlerinin bulunduğu bu 5 bölge birleşerek bir çekirdekçiği oluşturur.

Küçük alt birime mRNA ve başlangıç faktörü bağlanır.
Büyük alt birim de ise polipeptid zincirin büyümesini sağlayan "peptidiltransferaz" enzimi ve oluşan yeni polipeptid zincirinin ribozomdan ayrılma noktası bulunur.

E.R un üzerinde bir ribozom; büyük (yeşil) ve küçük(mavi)altbirim ile birlikte
TRANSLASYON :
mRNA nın DNA dan aldığı şifreleri okuyup bu şifrelere göre protein sentezlenmesi olayıdır.
Translasyon; Başlangıç (initiation) Büyüme (chain elongation) ve Bitiş (chain termination) olmak üzere üç aşamada gerçekleşir.
1-Başlangıç (initiation) : E.coli üzerinde yapılan incelemelerde translasyonun başlangıç aşaması için şunlar gereklidir : bir mRNA molekülü sentezi başlatan özel bir tRNA GTP Mg++ ve en az üç protein (initiation factors = IF).
Önce başlatan tRNA ribozomun küçük alt birimine bağlanır sonra başlangıç kodonu (AUG) tRNA'nın önüne gelecek şekilde mRNA'nın kep kısmı küçük alt birime bağlanır. Bu olay sırasında enerji harcanır (GTP molekülü GDP'ye dönüşür).
2-Büyüme (chain elongation) : Aşağıdaki resimde de görüldüğü gibi ribozomun altbiriminde tRNA 'nın bağlanacağı iki bağlanma bölgesi vardır : P( Peptidil) ve A (Aminoksil) bölgeleri.
Başlatan tRNA P bölgesine bağlanarak AUG kodonuna karşılık gelir. mRNA'daki ikinci üçlü baz dizilimi hangi tRNA 'nın A bölgesine bağlanacağını tayin eder.tRNA 'nın A bölgesine bağlanması ile "peptidil transferaz enzimi" amino asitler arasında peptid bağının oluşarak birbirlerine bağlanmasını katalizler.(Bu enzim ribozomun büyük alt biriminin bir bölümüdür)
Aynı zamanda P bölgesindeki tRNA ile ona bağlı amino asit (kovalent bağı) arasındaki bağ hidrolize uğrar veya kopar. Bu reaksiyonun sonucunda A bölgesindeki tRNA'ya bağlı olarak bir dipeptid oluşur.Bu şekilde polipeptid zincirinin oluşma aşaması ikinci aşamayı oluşturur.
Bu olayda gözlenen hata oranı ise 10¯4 dür.

3-Bitiş (chain termination) : Protein sentezinin bitiş sinyalini aşağıdaki stop kodonlarından biri verir:
UAG UAA UGA
Bu kodonlara karşılık gelen herhangi bir amino asit yoktur.Bitiş kodonu GTP-RF(salgılatıcı faktörleri) aktif hale getirir. GTP-RF'lerde polipeptid zincirini tRNA 'dan koparır. Daha sonra tRNA ribozomdan ayrılır ve ribozomda büyük ve küçük alt birimine ayrılır.