1. dna yapısıkisi.deu.edu.tr/asli.memisoglu/genetik ve biyotek/1-dna... · 2019-02-28 ·...
TRANSCRIPT
Chapter 10 Lecture
Concepts of GeneticsTenth Edition
1. DNA Yapısı
Genetik Kavramlar
Çeviri: Aslı Sade Memişoğlu
Genetik malzeme nedir?
• Çoğunlukla genetiğin ikili sarmalın keşfiyle
başladığı düşünülür ama aslında
insanoğlu binlerce yıldır DNA’yı çalışmakta
ve değiştirmekteydi.
• Fakat detayları 20. yüzyılın ortalarına
kadar anlaşılamamıştır
© 2012 Pearson Education, Inc.
DNA’nın keşfi
• 1944’e kadar kromozomların hangi
bileşeninin kalıtımı sağladığı bilinmiyordu
• Çünkü yapılarında hem nükleik asit hem
de protein vardı
• DNA olduğu anlaşılınca çalışmalar bunun
nasıl olduğu yönünde ilerledi
• Yapısı bilindiğinde işlevinin daha kolay
anlaşılacağı düşünüldü ve öyle oldu
• 1953’te James Watson ve Francis Crick
yapıyı çözdü
© 2012 Pearson Education, Inc.
© 2012 Pearson Education, Inc.
1 Genetik madde 4 özellik göstermeli
• Bir molekülün genetik madde olarak görev
yapabilmesi için:
– kendini eşleyebilmeli
– bilgiyi saklayabilmeli
– bilgiyi ifade edebilmeli
– mutasyon yoluyla çeşitliliğe izin vermeli
© 2012 Pearson Education, Inc.
1
• Moleküler genetiğin merkezi dogması:
DNA RNA’yı oluşturur (transkripsiyon) ve
RNA da proteinleri oluşturur (translasyon)
Transkripsiyon
Ribozom
Translasyon
© 2012 Pearson Education, Inc.
2. DNA yapısını anlamak için nükleik asit kimyasını
bilmek gerekir
• DNA’nın yapıtaşları nükleotitlerdir
• İçerikleri
– Azot içeren bir baz
– Bir pentoz şeker
– Bir fosfat grubu
© 2012 Pearson Education, Inc.
• İki çeşit azotlu baz vardır:
– Pürinler
• Adenin (A)
• Guanin (G)
– Pirimidinler
• Sitozin (C)
• Timin (T)
• Urasil (U)
© 2012 Pearson Education, Inc. Figure 10.7a
Pirimidin halkası
Sitozin Urasil Timin
Pürin halkası Guanin Adenin
© 2012 Pearson Education, Inc.
• DNA ve RNA A, C, ve G içerir
• T sadece DNA’da bulunur
• U sadece RNA’da bulunur
© 2012 Pearson Education, Inc. Figure 10.7b
Riboz Deoksiriboz
• RNA şeker olarak riboz içerir
• DNA şeker olarak deoksiriboz içerir
© 2012 Pearson Education, Inc.
• Bir nükleosit azotlu baz ve pentoz
şekerden oluşur
• Bir nükleotit fosfat grubu eklenmiş bir
nükleosittir.
Nükleosit Nükleotit
Üridin Deoksiadenilik asit
© 2012 Pearson Education, Inc.
• C-5' pozisyonu bir nükleotidde fosfat
grubunun bağlandığı yerdir.
• Nükleotitler 1, 2 veya 3 fosfat grubuna
sahip olabilirler ve buna göre NMP
(nükleosit monofosfat), NDP (nükleosit
difofat), ve NTP (nükleosit trifosfat)
olarak adlandırılırlar
© 2012 Pearson Education, Inc. Figure 10.9
Deoksinükleosit difosfat (dNDP) nükleosit trifosfat (NTP)
Deoksitimidin difosfat (dTDP) Adenozin trifosfat (ATP)
© 2012 Pearson Education, Inc.
• Nükleotitler fosfodiester bağı ile birbirine
bağlanır.
• Bu bağ bir nükleotidin C-5‘ pozisyonundaki
fosfat grubu ile diğer nükleotitin C-3'
pozisyonundaki OH grubu arasında
kurulur
– 2 nükleotit = dinükleotit
– 3 = trinükleotit
– 30 a kadar = oligonükleotit
– >30 = polinükleotit
© 2012 Pearson Education, Inc. Figure 10.10a
5’ ucu
3’ ucu
3’ - 5’
fosfodiester bağı
© 2012 Pearson Education, Inc. Figure 10.10b
© 2012 Pearson Education, Inc.
3. DNA’nın yapısı, işlevinin anlaşılması için kilit
noktadır
• Chargaff (1949–1953) A miktarının T
miktarı ile doğru orantılı ve G miktarının C
miktarıyla doğru orantılı olduğunu
göstermiştir.
• Pürinler toplamı (A+G) pirimidinler
toplamına (T+C) eşittir
© 2012 Pearson Education, Inc.
Bölüm 10.7
• Linus Pauling X-ışını kırılımı tekniğini
protein yapısını incelemede
kullanmaktaydı
• Maurice Wilkins’in laboratuvarında çalışan
Rosalind Franklin (1950–1953) sarmal bir
yapının tipik özelliğidir.
© 2012 Pearson Education, Inc. Figure 10.11
Linus Pauling X-ışını kırılımı
tekniği
Rosalind Franklin (1950–1953)
sarmal yapı.
© 2012 Pearson Education, Inc.
Watson ve Crick (1953) önceki çalışmaları
dikkatlice inceleyerek bir model oluşturdu.
• DNA iki zincirin antiparalel uzandığı,
bazların üst üste tabakalar halinde dizildiği
bir sağ yönlü sarmaldır.
• İki zincir A-T ve G-C baz eşleşmeleriyle
birbirine bağlanır
• Bir sarmal dönüşte 10 baz çifti bulunur
© 2012 Pearson Education, Inc.
© 2012 Pearson Education, Inc. Figure 10.12
Çap
Bir tam
dönüş
Büyük oluk
Küçük oluk
Şeker-fosfat
bel kemiği
Azotlu baz
çifti
© 2012 Pearson Education, Inc. Figure 10.12b
© 2012 Pearson Education, Inc.
Bölüm 10.7
• A-T ve G-C baz eşleşmesi iki zincir
arasındaki komplementer (tamamlayıcı)
durumu oluşturur ve sarmalın kararlı
yapısını sağlar
• A-T baz çifti iki hidrojen bağı ve G-C baz
çifti birbiriyle üç hidrojen bağı yapar
© 2012 Pearson Education, Inc. Figure 10.14
Deoksiribozun
C-1’
pozisyonuAdenin Timin
Guanin Sitozin
Deoksiribozun
C-1’
pozisyonu
Deoksiribozun
C-1’
pozisyonu
Deoksiribozun
C-1’
pozisyonu
Adenin-Timin baz çifti
Guanin-Sitozin baz çifti
Hidrojen bağı
© 2012 Pearson Education, Inc.
Bölüm 10.7
• Şeker molekülleri ve bazların eksen
boyunca dizilişi de yapıya daha fazla
kararlılık sağlar.
© 2012 Pearson Education, Inc.
4. RNA yapısı DNA’ya benzer fakat tek zincirlidir
• RNA’da,
– Şeker riboz DNA’daki deoksiriboz yerine
geçer
– DNA’daki timin yerine urasil bulunur
• Çoğu RNA tek zincirlidir fakat bazı RNA’lar
kendi içinde katlanmalarla çift zincirli
bölümler oluştururlar – ikincil yapı
• Ayrıca bazı virüslerin çift zincirli RNA
genomu vardır
© 2012 Pearson Education, Inc.
• Genetik bilginin ifadesinde görev alan üç
çeşit hücresel RNA sınıfı vardır.
– mesajcı RNA (mRNA)
– ribozomal RNA (rRNA)
– transfer RNA (tRNA)
• Bunların hepsi transkripsiyon sırasında
DNA’nın zincirlerinin birinden
komplementer kopya olarak üretilir
© 2012 Pearson Education, Inc.
• rRNA protein sentezinde görev alan
ribozomların yapısal bileşiğidir.
• mRNA protein sentezi için şablon görevi
yapar
• tRNA protein sentezi için amino asitleri
taşır
Chapter 10 Lecture
Concepts of GeneticsTenth Edition
DNA Eşlenmesi
Konu 11
© 2012 Pearson Education, Inc.
1 DNA yarı korunumlu eşlenme ile kopyalanır
• DNA zincirlerinin tamamlayıcı olması, her
birinin, diğerinin sentezine taslak
oluşturmasını sağlar
© 2012 Pearson Education, Inc. Figure 11.1
© 2012 Pearson Education, Inc. Figure 11.2
Korunumlu Yarı korunumlu Dağıtıcı
Bir eşlenme döngüsü Yeni sentezlenen zincirler mavi ile gösterilmiştir
© 2012 Pearson Education, Inc.
1.
• DNA eşlenmesi replikasyon orijininde
(başlangıç noktası) başlar.
• Eşlenme sırasında sarmal zincirleri açılır
ve bir replikasyon çatalı oluşturur.
• Eşlenme çift yönlüdür; dolayısıyla iki ayrı
çatal oluşur.
© 2012 Pearson Education, Inc.
1.
• Tek bir orijinden, bir başlatma olayıyla
sentezlenmekte olan DNA birimine
replikon adı verilir.
• Bakterilerin bir adet dairesel DNA’sı vardır
ve DNA sentezi tek bir noktada başlar –
replikasyon orijini - OriC
• Tüm bakteri kromozomu tek bir replikon
oluşturur (6.6 milyon baz çifti)
© 2012 Pearson Education, Inc. Figure 11.6
Replikasyon
çatalı
© 2012 Pearson Education, Inc.
2. Bakterilerde DNA eşlenmesi
• DNA polimeraz DNA sentezler
• bir DNA kalıbına ve 4 deoksiribonükleosit
trifosfata ihtiyaç duyar (dNTP)
DNA kalıbı (dNMP) ve
onun komplementer
dizisinin yeni oluşan bir
bölümü
Yeni sentezlenen zincire
her seferinde 1 nükleotit
eklenir (n+1)
İnorganik
pirofosfat
• https://media.giphy.com/media/eSUaD3R
WwIrqE/giphy.gif
© 2012 Pearson Education, Inc.
© 2012 Pearson Education, Inc.
2
• Zincirin uzaması 5‘ - 3' yönünde olur.
• Her seferinde 3’ ucuna bir nükleotit eklenir
• Nükleotit eklendiğinde uçta olan iki fosfat
kesilir ve ortaya boş bir 3'-OH grubu çıkar
• Her yeni nükleotit bu 3’-OH grubuna
eklenir
© 2012 Pearson Education, Inc. Figure 11.8
Büyüyen
zincirNükleosit
trifosfat
5’ uç, 3’ ucu ile
birleşir
© 2012 Pearson Education, Inc.
2
• Bakterilerde 5 farklı DNA polimeraz keşfedilmiştir
• DNA polimeraz III hücre içinde (in vivo) 5’ - 3’ DNA
sentezinden esas sorumlu olan enzimdir
• 3' - 5' ekzonükleaz aktivitesi hata düzeltmeye
yarar
• DNA polimerazlar I, II, IV, ve V ultraviyole (UV)
gibi çeşitli dış etkenlerle oluşan DNA hasarlarının
düzeltilmesinde görev yapar
© 2012 Pearson Education, Inc.
3 DNA eşlenmesi sırasında pek çok
karmaşık sorun çözülmelidir
© 2012 Pearson Education, Inc.
3
• 7 temel sorun:
– DNA sarmalının açılması
– Bu açılma sırasında oluşan fazladan
sarmallaşmanın azaltılması
– Polimeraz sentezi başlatamadığı için bir çeşit
primer (başlatıcı) sentezi: Bu bir RNA
molekülüdür
– İkinci zincirin kesintili sentezi
– Primerlerin kesilmesi
– Oluşan boşlukların doldurulması
– Hataların düzeltilmesi
© 2012 Pearson Education, Inc.
3.1 Heliksin/Sarmalın açılması
• Belirli proteinler - DNA helikaz
replikasyon orijinine bağlanır ve sarmalın
açarlar
© 2012 Pearson Education, Inc. Figure 11.9
ATP hidrolizi
İlk bağlanma
ATP hidrolizi
Replikasyon balonu
oluşmaya başlar
ATP hidrolizi
Sarmalın açılması başlar
© 2012 Pearson Education, Inc.
3.2 Sentezin başlatılması
• DNA polimeraz III, zinciri uzatabilmek için serbest bir 3’-OH grubuna ihtiyaç duyar
• Bunun için primaz bir RNA primeri (öncü) sentezler ve serbest -OH sağlanmış olur
• Bu durum DNA sentezinde evrenseldir
© 2012 Pearson Education, Inc. Figure 11.10
Kalıp DNA
RNA
primeri
RNA primerine eklenen
yeni DNA
© 2012 Pearson Education, Inc.
3.3 Kesintili sentez
• Replikasyon çatalı ilerledikçe iki zincirden
sadece biri kesintisiz senteze kalıp
oluşturabilir – kesintisiz zincir
• Diğer zincir kesintili olarak sentezlenir –
kesintili zincir
• Çünkü sentez sadece 5’-3’ yönünde
olabilir – kalıp DNA buna göre 3’-5’
yönünde okunur
• fakat çatal aynı yönde ilerler – bir zincir
tersten okunuyor gibi düşünülebilir
© 2012 Pearson Education, Inc. Figure 11.11
Başlangıç
RNA primeri
Dna sentezi
© 2012 Pearson Education, Inc.
3.3 Primerin kesilmesi, parça birleştirilmesi
• Kesintili zincirin her parçasına Okazaki
parçaları adı veirilir.
• Her parçada bir RNA primeri bulunur
• Sonrasında DNA polimeraz I bu primerleri
keser ve
• DNA parçaları ligaz enzimi tarafından
birleştirilir
© 2012 Pearson Education, Inc.
3.3 Kesintili sentez
• Her iki DNA zincirinin aynı anda
sentezlenebilmesi için kesintili zincire kalıp
oluşturan DNA, tersine katlanır.
• Böylece 3’-5’ olarak okunur ve yeni zincir 5’-3’
olarak sentezlenir
Kesintili zincir
Kesintisiz zincir
© 2012 Pearson Education, Inc.
3.4
• Hata kontrolü ve düzeltmeler DNA
eşlenmesinin bir parçasıdır
• Tüm polimerazların 3' - 5' ekzonükleaz
aktivitesi vardır ve hata düzeltmelerinde
hepsi rol alır
© 2012 Pearson Education, Inc. Figure 11.13
Kesintili zincir kalıp DNA
Kesintisiz zincir kalıp DNA
HelikazDNA giraz
alt birim kayan kilit
Polimeraz III çifti
Okazaki parçaları
RNA
primeri
Tek zincir bağlanma proteinleri
https://www.youtube.com/watch?v=mxAjSBhDkBQ
© 2012 Pearson Education, Inc.
4 Ökaryot DNA eşlenmesi prokaryotlara
benzer fakat daha karmaşıktır
© 2012 Pearson Education, Inc.
4
• Prokaryotlara benzer özellikler
– Replikasyon orijinlerinde sarmalın açılması
– Replikasyon çatalı oluşumu
– Çift yönlü sentez, kesintili ve kesintisiz
zincirleri oluşturur
– Ökaryot polimerazları da 4
deoksiribonükleosit trifosfat, kalıp DNA ve
primere ihtiyaç duyar
© 2012 Pearson Education, Inc.
4
• Karmaşıklık:
– Prokaryotlara göre DNA miktarı çok fazla
– Kromozomlar çizgiseldir
– DNA proteinlerle bileşikler halinde bulunur
© 2012 Pearson Education, Inc.
4
• Ökaryot kromozomlarında birçok
replikasyon orijini bulunur
• Bu dakikalar ile birkaç saat arasında bir
sürede tüm DNA’nın eşlenmesini sağlar
© 2012 Pearson Education, Inc.
5.4
• Çekirdek DNA’sının eşlenmesinde 3
polimeraz
• Bir polimeraz mitokondri DNA
eşlenmesinde
• Diğerleri DNA tamirinde
Görev yapar
© 2012 Pearson Education, Inc. Table 11.5
Ökaryot DNA polimerazları
Polimeraz Alt birimler 3’-5’ ekzonükleaz Görev
RNA/DNA primeri, sentezin başlaması
Kesintili zincir sentezi, tamir, kontrol
Kesintisiz zincir sentezi, kontrol
Mitokondri DNA eşlenmesi ve tamiri
DNA tamiri
• https://www.youtube.com/watch?v=FEF1sKB1yV0
© 2012 Pearson Education, Inc.
© 2012 Pearson Education, Inc.
5 Kromozomların uçlarının eşlenmesi
problem yaratır
© 2012 Pearson Education, Inc.
5
• Kromozomların sonlarında bulunan
telomerler uzun tekrarlı dizilerden oluşur
• Kromozomların içerik ve kararlılığını
sağlarlar
• Kesintili zincirin kromozom sonundaki
sentezi problem yaratır:
– RNA primeri ayrıldığı zaman ortada serbest
3’-OH grubu kalmaz ve o bölüm eşlenmemiş
olur
© 2012 Pearson Education, Inc. Figure 11.16
Kesintili zincir kalıp DNA’sı
Kesintisiz zincir kalıp DNA’sı
Sentez
Primerler kesildi A ve b boşlukları ortaya çıktı
A boşluğu dolduruldu b boşluğu doldurulamadı
© 2012 Pearson Education, Inc.
5
• Telomeraz bu boşlukları doldurur
– Bir ribonükleoproteindir – üzerinde tekrarlı
dizinin tamamlayıcı dizisini içeren bir RNA
barındırır
– Bu RNA kalıp olarak kullanılarak DNA
sentezlenir
– Ters transkripsiyon
© 2012 Pearson Education, Inc. Figure 11.17
Telomeraz bağlanır
DNA sentezlenir
Telomeraz hareket eder ve ilk 2 adım tekrarlanır
Telomeraz ayrılır ve primaz ile DNA polimeraz boşluğu doldurur
Primer kesilir ve ligaz iki nükleotiti bağlar
© 2012 Pearson Education, Inc.
• Çoğu somatik ökaryot hücresinde
telomeraz aktif değildir
• Her bölünme sonrasında telomerler kısalır
ve bir noktada hücre bölünmesi durur
– Bu sebeple normal vücut hücrelerinin belirli bir
ömrü vardır
• Kanser hücrelerinde telomerazlar aktifleşir
ve bu sayede ölümsüz olur