Genetik

Dünya tarihimizin son otuz yılında genetik sadece bu alanda uzmanlaşan bilim insanları tarafından değil, diğer meslek gruplarında bulunan ya da okuyup araştıran ilgili birçok insan tarafından da takip edilir oldu. Yaklaşık son on yıldır yapılan bilimsel araştırmalar, deneyler ve keşifler vesilesi ile genetik alanında insanın yaşamsal sırlarının çözülmeye başladığını görmekteyiz.

Biyoloji biliminin dallarından biridir genetik ve yaşam şifremiz içinde gizlidir. Genetik bilimi nesilden nesle aktarılan kalıtımı inceler. Bir insanın tamamını oluşturan yaklaşık 50 trilyon hücrenin her birinde 3.2 milyar baz (Çift) nükleotid vardır ve bu da bölümlere ayrılarak yaklaşık 25 bin gen olarak bilim insanları tarafından isimlendirilmiştir. İnsanın yaşamının inşası, gelişimi bu yapıya bağlıdır. Bir canlı varlığın tüm genetik bilgisine ise genom denir.

Fakat bakıldığında sadece 4 tane nükleotide sahibiz. Bunlar: Adenin (A) Timin (T) Guanin (G) Sitozin (C) adlı azotlu bazlardır. Genellikle, Adenin Timin ile eş olur ve Guanin de Sitozin ile yan yana gelir. Bu azotlu bazlar farklı şekilde eşleşirse örneğin, Adenin Guanin ile o zaman mutasyon (Değişim) ortaya çıkacaktır fakat bu duruma sahip kişide oluşturacağı farklılığı olumlu yönde veya olumsuz yönde yaratabilir.

Daha açıklamak gerekirse kişinin, fiziksel ya da zihinsel bir değişiklik olarak veya karakteristik bir özelliğinde farklılık gibi ortaya çıkabilir. Misal, 46 kromozomun 19. Numaralı kromozomunda bulunan 864 harf uzunluğundaki APOE4 genin 334. harfinin “A” (Adenin) yerine “G” (Guanin) olması Alzheimer hastalığına sebep olur.

Genler üzerindeki örnekleri çoğaltacak olursak, insanın 9. kromozomu üzerinde 1062 harf uzunluğunda ABO genindeki küçük farklar sayesinde kan grubu belirlenir. “A” kan grubu ile “B” kan grubu arasındaki fark sadece 7 harftir. “A” ile “0″ kan grubu arasındaki fark ise 258. harfin “G” (Guanin) olması gerekirken komple ortadan kaybolmasıdır. 

İnsanın birinci kromozomunda bulunan 10434 harf uzunluğundaki ASPM geninin orta yerinde 75 harf uzunluğunda bir kısım defalarca tekrar eder. İnsanda tekrar sayısı 64 kezdir. Bu gen izolösin (I) ve Glutamin’i (Q) sentezler. “IQ” seviyesini bu 75 harflik kısmın tekrar sayısı vesilesiyle öğrenilir.

Nükleotidlerin yapısına daha yakından bakacak olursak Baz, Şeker ve Fosfat’tan oluştuğunu görürüz. DNA ipliklerinin yönleri de genellikle Fosfat yukarı doğru ve Şeker aşağı tarafa doğru yönlü olarak gösterilir. Bu moleküllerin bir araya gelerek oluşumuna (Adenozin Trifosfat) ATP denir ve tüm bu açıkladığımız yapı bir hücrenin içinde yer alır. Hücrenin enerji kaynağı da ATP’dir. Yediğimiz yiyecekleri enerjiye ATP çevirir.

Hücre içine biraz daha derinlemesine bakıldığında nükleotidlerin de moleküllerden oluştuğunu görürüz, bunlar; Karbon, Hidrojen, Oksijen, Fosfor ve Sülfür’dür. Moleküller de milyonlarca atomdan oluşur, atomları da elementlerine göre ayırıp, incelersek, Proton (Pozitif yüklüdür), Elektron (Negatif yüklüdür) ve Nötron (Yüksüzdür) ile karşılaşırız.

Bazlara bir diğer adıyla nükleotidlere geri dönecek olursak, bunların oluşturduğu yapının tamamına Deoksiribo Nükleik Asit kısaca DNA adı verilir. Nükleotidler, DNA’nın yapı taşları bir anlamda nükleobaz çiftlerinin oluşturduğu yapı (DNA) mikroskopla bakıldığında iki uzun ipliğin aralarında bulunan moleküllerin oluşturduğu hidrojen bağları sayesinde tarif etmek gerekirse, burgu şeklinde düz değil, taşınabilir merdiven gibi görülür. Birçok araştırmada DNA “İkili sarmal” olarak ifade edilir. Bir DNA’nın oluşturduğu yapıya bazik proteinler (Histon) denir. Bu histonlar DNA’yı sarar sarmalar ambalaj haline getirir ve buna da kromozom denir.

Her hücre içinde 46 tane Kromozom bulunur. Anneden 23 ve babadan da 23 tane kromozom kişiye aktarılır. Bu 23 çift kromozomun 22 çifti (Eşey değildir) otozom, 23’üncü çifti (Eşey kromozom) ganozomdur. Biraz daha açıklayacak olursak 22 çift otozomal kromozom hücre yenilenmesi ve organizmanın gelişmesi için gerçekleşirken, cinsiyeti belirleyen kromozom (Ganozom) mayoz bölünür.

Mitoz bölünme hücrenin kendi kendine bölünerek çoğalmasına denir ve insanlar için çok önemlidir nedenine gelince bölünmenin amacı hasarlı dokuların yenilenmesi, büyüme ve gelişim ayrıca yaşlanmış olan hücrelerin yerine genç hücreler gelir. Mayoz bölünme ise iki hücrenin erkek veya dişi hücre (Gamet) birleşerek döllenmesi ile ancak gerçekleşir. İnsanda mayoz bölünme sayesinde hem yumurta hem de sperm hücreleri üretilir aynı zamanda bu hücre bölünmesi ile genetik çeşitlilik gerçekleşir. Ayrıca diploit hücrenin (İki kromozom taşıyan hücre, bir nevi yedekli hücre) haploit hücre (tek kromozom taşıyan hücre) oluşumunu sağlar.

Hücre bölünmesinden söz etmişken, hücre yenilenmesi ve hücre ömrünün sona ermesinden de bahsedelim. Sinir hücreleri insanın ömrü boyunca aynı kalır sadece koku hücreleri hariç, çünkü koku hücreleri ömür boyu aynı kalmaz. Her hücrenin yaşam ömrü insan ömründen çok daha düşüktür. Örneğin, karaciğer hücreleri 18 ay hayatta kalırlar, mide hücreleri 2 gün, deri hücreleri en fazla 34 gün en az 19 gün ve kemik iliği hücrelerinin ise 10 saatlik ömürleri vardır. Bu hücre ölmesi ve yenilenmesi ömrümüz boyunca devam eder.

Kendini koruyan sisteme sahip DNA, kendisini bölünen hücrelerin içine kopyalayarak eşleşme eylemini sürekli gerçekleştirir. Burgu bir merdivene benzeyen DNA ipliksi yapısı, mecazi olarak tarif edildiğinde bu merdivenin hidrojen basamaklarının el ele tutuşmayı bırakıp ortadan ayrıldığını düşünelim bu durumda DNA ikiye ayrılır. Her iki DNA parçasının eksik olan yarıları (eşlenikleri) için enzim denilen proteinler devreye girer.

Enzimler bir işlemi defalarca kusursuz şekilde tekrarlayabilirler ve bu durum da DNA üzerinde denetleme kontrol mekanizmasının lideri olarak çalışırlar. Enzimler herhangi bir DNA üzerinde hatalı bir şifre yerleşimini kontrol sırasında tespit ederse derhal hatalı kısmı çıkarıp doğru olanı yerine yerleştirir. Bu durum müthiş bir hızla gerçekleşir şöyle ki, dakikada 3000 basamak nükleotid üretimi yapılırken onarım enzimleri bu hızın üstünde hareket ederek kontrol ve düzeltme işlemlerini yapar. Biyokimyasal süreçlerde hayati önem taşıyan genler, vücudumuzda bulunan sistemleri ve görevlerini enzim ve proteinler vesilesiyle talimatlarını alır.

DNA’nın en başlıca görevlerinden biri canlının genetik bilgisini saklamak ki bu milyonlarca yıl hatta tarih öncesinden kalan kemiklerden alınan örneklerden DNA alına bilindiğini biliyoruz. Ayrıca DNA, RNA üretimini de yapmakla mesuldür. Ribonükleik Asit (RNA) Deoksiribo Nükleik Asit (DNA) arasında görüleceği gibi De-OK-siribo yani “OK” ile ifade edilen oksijen RNA’da yoktur, bunun anlamı da DNA’da bir oksijen RNA’dan fazladır. RNA, DNA’dan aldığı talimatlarını yerine getirerek gerekli proteinleri üretir ve nükleotidlerin dizilimini sağlar. RNA, DNA gibi iki ipliksi yapıdan oluşmaz, tek ipliksi yapısı vardır ve DNA kadar sağlam değildir. Ribonükleik Asit (RNA) Fosfat, Şeker ve Azot moleküllerinden oluşur.

RNA içinde bilinmesi gereken en önemli durum değişikliği ise DNA’da bulunan 4 nükleotidin bir tanesi devre dışı kalır. DNA’da Adenin (A), Timin (T) ikilisi ve Guanin (G) de Sitozin (C) ikilisi şeklinde eşleşir diye açıklamıştık fakat RNA’da Timin (T), Urasil (U) ile yer değiştirir ve artık Adenin(A), Urasil (U) ile eştir. DNA’dan RNA üretimine transkripsiyon ve RNA’dan protein üretimine detranslasyon denir.

Translasyon (Okuma) işlemi, amino asitlerin peptit bağlarıyla uç uca eklenerek kısa polimer zincirleri oluştururlar ve bunlara da “peptit” denir. Uzun polimer zincirlere ise “polipeptit” denir hepsi proteinin yapı taşlarıdır. Hücre içerisinde ribozomlarmRNA (Messenger RNA) mesajları ileten RNA da denebilir, bu molekülleri yapma talimatlarını kullanarak amino asitleri uç uca ekler ve proteinleri sentezleme işlemine girer. DNA’nın protein üretimi ve hücreden hücreye aktarımı esastır ve genlerin kodlandığı kısma ekzon denilir. Ayrıca ekzon üzerinde protein sentezine girmeyip kodlanmayan genlere de intron denir.

Transkripsiyon ise, polimeraz enziminin yardımı ile oluşturulmuş RNA’nın, mesajcı RNA’nın (mRNA) içine RNA iplikçiğinin aktarılmasına denir.

RNA türlerinden Transfer RNA (tRNA) adından da anlaşılacağı gibi taşıyıcı ve uyarlayıcı görevi vardır. Bu molekül, sentetase adı verilen bir enzim tarafından harekete geçirilerek amino asitlere bağlanır ve ribozomlar üzerinde yer alan kodonları taşır. Amino asitler her zaman kendilerine ait bir tRNA’nın 3’ CCA ucuna bağlanırlar.

Genetik bilgi aktarımı yukarda açıklandığı gibi özetlenecek olursa; mesajcı RNA (mRNA)’dan başka, taşıyıcı RNA (tRNA) da devreye girerek ribozomlarda protein sentezini gerçekleştirir. Mesajcı RNA (mRNA) da yer alan kodonların taşıdığı bu genetik mesajlar ribozomlarda adım adım deşifre edilerek uygun amino asitler taşıyıcı RNA (tRNA) tarafından ribozoma aktarılarak görevini yapar.

Amino asitler sadece sitoplazmada üretilirler. Hücre sitoplazmasında 20 çeşit aminoasit bulunur. Esansiyel ve esansiyel olmayan amino asitleri ve vücutta bulunan görevlerine bakacak olursak öncelikle esansiyel olan amino asitler:

Fenilalanin: Dopamin ve norepinefrin gibi nörotransmitterlerin üretilmesinden sorumludur.

Histidin: Sinir hücrelerini hasara karşı koruyan miyelin kılıflarının sağlığını destekler.

Isolösin: Detoksifikasyon, bağışıklık fonksiyonu ve hormon ve toksin atılımını sağlar.

Lizin: Büyüme, gelişim ve doku onarımı aynı zamanda çeşitli hormon, protein ve enzimlerin üretimini oluşturur.

Lösin: Protein sentezi, yara iyileşmesi, kan şekeri kontrolü ve metabolizmasını çalıştırır.

Metionin: Cildi elastik tutar ve saç ve tırnakları güçlendirir.

Triptofan: Ruh halini, ağrıyı, iştahı ve uykuyu düzenleyen bir nörotransmitter olan serotonin üretimine yardımcı olur.

Treonin: Kolajen ve elastin gibi bağ dokularının temelidir.

Valin: Beyin fonksiyonlarını, kas koordinasyonunu ve dinginliğini sağlar.

Esansiyel olmayan amino asitler ise:

Alanin: Metabolizmaya yardımcı olur ve kaslar, beyin ve merkezi sinir sistemi için enerji kaynağıdır.

Arginin: Bağışıklık fonksiyonunu uyarır, yorgunlukla savaşır ve kalp sağlığını üst seviyede tutar.

Aspartat: Asparagin, Arginin ve Lizin gibi diğer bazı amino asitlerin üretilmesine yarar.

Asparagin: Beyin ve sinir hücresi fonksiyonunu arttırır.

Glisin: Beyin sağlığını desteklemek için bir nörotransmitter işlevi görür.

Glutamat: Merkezi sinir sisteminde nörotransmitter görevindedir.

Glutamine: Birçok metabolik süreci desteklemesinin yanı sıra vücuttaki hücreler için enerji üretir.

Proline: Eklem sağlığını, metabolizmayı ve cilt elastikiyetini desteklemeye yardımcı olan kolajen’dedir.

Serin: Yağ metabolizması, bağışıklık fonksiyonu ve kas büyümesini destekler.

Sistein: Saç, cilt ve tırnaklarda bulunan ana protein türü olan sistein, kolajen üretimi ve cilt sağlığını destekler.

Tirozin: Tiroid hormonlarının, melanin ve epinefrinin sentezlenmesine yarar.

Yapısında farklı türler barındıran amino asitlere “konjuge proteinler” denir. Konjuge proteinler, kovalent veya kovalent olmayan bağlarla, nükleik asitler, nükleoproteinleri, lipitler, lipoprotein’leri, karbonhidratlar, glikoprotein’leri ve daha birçok küçük molekül kütleli maddeleri, ayrıca metaller ve metal içeren gruplar ile farklı kompleks yapıların oluşumunu sağlayabilir.

Genetik bilim insanları kromozomları şekil itibari ile büyükten küçüğe doğru sıralamışlardır (1.,2.,3.,4., … 46. şeklindedir) ve Y kromozomu en küçük ve en sonuncusudur. X görünümlü kromozomun tek bir ipliğine kromatit denir. İki kromatit bir araya gelerek kromozomu oluşturur, kromatitlerin birleştiği noktaya da sentromer diye adlandırılır. X şeklinin aşağı doğru bakan kısmını bacakları, üstte kalan kısmını kolları gibi düşünürsek ellerinin eldiven ile ve ayaklarının çorap ile sıkı sarılmış haline telomer denir ve 46 kromozom üzerinde 92 tane telomer vardır. Telomer’in görevi kromozomu koruyup, ömrünü uzun tutmaktır.

DNA’da bulunan gen bölgelerinin kromozom üzerinde bulunan yerlerine lokus denir. Genlerin karakteristik özelliğini gösteren ve her bir genin olası çeşidine Alel (Alelmorf) denir. Örnek olarak gösterecek olursak, Botanikçi Gregor Mendel’in bezelyeler üzerinde yaptığı kalıtım çalışmalarının benzerini genetik bilimi insanları hala kullanmaktadır. Misal, AA homozigot baskın (Dominant), aa homozigot (Recessive) ve Aa heterozigot olarak geçer. Baskın gen ve çekinik gen birleşiminde genellikle baskın gen özellikleri çocuğa geçer. Buna göre, kahverengi gözlü biriyle, ela ya da yeşil gözlü biri çiftleştiğinde, yavruları genellikle kahverengi göz renkli olur sebebi ise dominant gen özelliği çekinik gen özelliğine baskın geldiği içindir.

Genetik nesilden nesle ve hücreler arası şifreler oluşturularak aktarılır ve genetik biliminde buna genetik kod olarak isim verilir. DNA veya RNA dizilerini oluşturan nükleotidlerin yan yana diziliminde üçlü halde okunduğunda buna kodon denir ve karşısına bir protein alır. Proteinler, Amino Asitlerden oluşur, Örneğin, RNA’nın başlangıç üçlüsü yani kodonu genellikle, Adenin- Urasil- Guanin (AUG) şeklindedir ve Metiyonin amino asiti karşısına gelir.

Sırası gelmişken metiyonin amino asiti vücudumuzda Glutatyon denen antioksidana dönüşür ve ayrıca hücre yenilenmesi (Metilasyon) için de yardımcıdır. Fakat başlangıç her zaman AUG kodonu şeklinde olmadığı ender zamanlar da vardır, örneğin, RNA zinciri GUG (Guanin-Urasil- Guanin) veya UUG (Urasil- Urasil-Guanin) diye başlayabilir ve bu kodonlar GUG kodonu, valin amino asitini karşısına alır, UUG kodonu da lösin amino asitini ancak başlangıç ​​kodonları olarak metiyonin veya formilmetiyonin gerçekleşir. DNA ve RNA dizilimlerinde genellikle 5’ uçlarından 3’ uçları yönüne doğru bir anlamda amino uçlardan karboksi uçlara doğru sentezleme gerçekleşir.

Genler ve etkileşimlerine bakarken hücre yenilenmesi konusunda MTHFR 877TT geninin küçük bir üzerinde değişiklikle C677T şeklinde okunuyorsa sahip olan kişi, Folik Asit ve B12 vitaminlerinde bir sorun yaşayabilir. Tüm genler üzerinde çevre etkisi çok önemlidir. Hayat şartlarının iyi olması, kişinin gerekli uyku, spor, yemek ve gıda takviyeleri vesilesi ile olabilecek bir hastalığa meyil vermeden genlerin aktivitesi durdurulabilir. Buna birçok bilim insanı “Biohacking” diyor.

Vücutta “Biohacking” yapabilmek için gen testi yaptırmak gerekir. Kişinin gen haritasını okuduğumuzda örneğin, FTO ve MC4R adlı genlerin varlığı tespit edildi herhangi bir işlevsel bozukluk ya da protein etkileşiminde bir sorun var mı diye kontrol ettikten sonra özellikle FTO geninin obeziteye yatkınlık yaratabileceği bilgisi ile kişinin vücut metabolik hızı ve vücut ısısını kontrol eden gen FABP2 ile egzersize yanıt genleri olan ADRB2 ve ADRB3 genetik kodlarını kontrol etmek gerekir. Bu bilgiye sahip olduktan sonra kişinin yemek programı ve hareket, egzersiz planı belirlenerek tam hedefine bir anlamda deneme yanılma yöntemine maruz kalmadan, fazladan emek para ve vakit harcamadan olumlu sonuç almak mümkündür.

Bir sporcunun elit seviyede olup olmayacağını genetiğinden anlayabiliriz. Örneğin ACTN3 elit atletlerin sahip olduğu bir gendir. Bu gen sporcunun hızı ve dayanıklılığını gösterir. Bu genin 4 çeşidi iyi sporcularda vardır, şöyle ki ACTN1, ACTN2, ACTN3 ve ACTN4’tür. Bu genlere bakarak sporcunun hızlı kasılan kaslara sahip olduğunu görebilir ve eğer küçük yaşlardaysa onu örneğin, sprinter yani iyi bir 100 metre koşucusu olması için yönlendirebiliriz. Eğer çocuk yavaş kasılan kaslara sahipse onu dayanıklılık sporlarına örneğin, iyi bir maraton koşucusu veya futbolcu olabileceğini öngöre biliriz.

Bu sebeple genetik kodlarımızı bilmek ve gerekirse uzmanlardan buna göre yönlendirme veya hastalanırsak tedavi planlamasını isteyebiliriz. Ayrıca insanın sağlığını kontrol altına almasını bilmek, sağlığı açısından kötü, birden gelişen bir hastalık, gafil avlanmayacağı bilgisi ile kaygıdan uzaklaşacaktır. Genetik bilim insanlarına göre insan ömrü 135 yaşına kadar gidebilir fakat biz yaşam koşullarımız, yiyeceklerimiz, hava kirliliği, toksinler, stres altında kalarak, depresyon, hareketsizlik ve daha birçok neden sebebiyle ömrümüzü kısaltırız. Sağlıklı, uzun ömürlü bireyler olmak için, genetik kodumuzu öğrenerek sağlığımızın kontrolünü ele alabiliriz.