HAFTA I Genetiğe Giriş

Hücre Döngüsü ve Düzenlenmesi Mitoz – Mayoz Bölünme

Prof. Dr. Hilâl Özdağ

Biyoteknoloji ve Genetik I

Genetiğe Giriş

50 milyar hücre/insan 2 metre DNA/hücre 3.2 milyar baz/hücre

2 birey arasında 3.2 milyon bazlık bir fark (%0.1)

23 ciltlik bir ansiklopedi Sayfalar doğru ciltlerde

Bazı satırların sırası yanlış Ve bazı noktalarda eksikler mevcut.

Bu ansiklopedinin 34.000 konu başlığı (gen) 500.000 indeks maddesi (RNA) bulunuyor.

21.135 konu başlığı hakkında genel bilgimiz var. 3372sinin hakkında tahmin yapıyoruz.

603 tanesini hastalıklarla ilişkilendiriyoruz. 9740 tanesini kategorize edememiş durumdayız.

•  1865 – Mendel kalıtım materyali ile ilgili en ufak bir fikri yokken kalıtım kurallarının temelini attı

•  1869- Friedrich Miescher DNA molekülünü ilk kez izole etti.

•  1902- Walter Sutton kromozomların kalıtımdaki rolünü açığa çıkarttı

•  1909- Wilhem Johannsen ilk kez gen terimini kullandı

•  1952- Hershey ve Chase DNA’nın kalıtım materyeli olduğunu gösterdiler.

•  1953- Watson & Crick DNA’nın çift sarmal yapısını açıkladı –  Bu çalışma ile NOBEL aldılar

•  1966- Genetik kod çözüldü.

•  1972- İlk rekombinant DNA üretildi

•  1975-77- Maxam-Gilbert ve Fred Sanger DNA dizileme tekniğini geliştirerek

–  Bu çalışmaları ile NOBEL aldılar

•  1976- İlk genetik müh. şirketi “Genentech” kuruldu.

•  1983- Hastalığa neden olan gen ilk kez tanımlandı.

•  1983- PCR keşfedildi. –  Bu çalışma da NOBEL ile onurlandırıldı

•  1990 – HGP (İnsan genom projesi) başlatıldı.

•  1998 – İnsan genomunda bireylerarası çeşitliliğin haritasının çıkarılması projesi başlatıldı

•  2001 – İnsan genomunun dizilemesi bitirildi.

•  2001 sonrası ;

•  Genom projesi tamamlanan onlarca canlı •  Genetik mühendisliği sonucu elde edilen yeni türler •  Yenilebilen aşılar………. •  ………. •  ………..

Ökaryotik bir hücre..

•  Hücre Döngüsü ve Düzenlenmesi

Hücre Döngüsü

Mitoza hazırlık % 19

Mitoz ve hücre

bölünmesi % 2

DNA sentezinde

gerekli bileşenlerin

sentezi % 40

DNA sentezi % 39

HÜCRE DÖNGÜSÜ Durgunluk

evresi (değişken)

Hücre Döngüsünün Kontrolü G2 kontrol noktası M kontrol noktası

G1 kontrol noktası

Kısıtlama Noktası

Apoptoz kontrol noktası; - Tüm DNA kendini eşlemiş mi? - Çevre uygun mu?

İğ iplikleri düzenleme kontrol noktası ; - İğ iplikleri oluşturuldu mu? - Kromozomlar iğ iplikleri ile bağlantı kurdu mu? - Kromozomlar ekvatorda düzenlendi mi?

DNA Hasar kontrol noktası; - DNA onarılmış mı?

2001 Tıp Alanında NOBEL ödülü ; Hücre Döngüsü

Tomurcuklanan maya Bölünen maya Deniz Kestanesi Yumurtası

Ökaryotlarda hücre döngüsünü düzenleyen moleküllerin genetik identifikasyonu

Siklin proteinlerinin belirlenmesi ve

biyokimyasal keşfi

Hücre Döngüsünün Regülasyonu •  Siklinler ve CDK’lar

•  Siklinlerin herhangi bir katalitik

aktiviteleri yoktur. Siklin bağımlı kinazlar (CDKs) da eşlenik siklinleri ile

bağlanmadıkları takdirde inaktiftirler..

•  CDKs + siklin kompleksi hücre

döngüsünde etkin proteinleri fosforile

ederek işlev görür.

Leland H. Hartwell, R. Timothy Hunt, ve Paul M. Nurse siklin ve siklin bağılmlı kinazları bularak 2001 yılında NOBEL kazandılar…

Siklin – CDK kompleksleri

Ø G1 siklin-CDK kompleksi ; Aktif hale geldiğinde S-siklin ve DNA replikasyonunda gerekli olan enzimlerin trankskripsiyon faktörlerini tetikleyerek hücreyi S fazına hazırlar. Aynı zamanda S-faz inhibitörlerinin ubikitinasyonunu tetikleyerek degrade edilmelerini de sağlar. Ubikitinlenen protein proteolitik degradasyona açık hale gelir…

Ø S siklin-CDK kompleksi; İki amacı vardır; Zaten düzenlenmiş olan replikasyon komplekslerini aktive etmek ve yeni komplekslerin oluşumunu engellemek. Bu şekilde bir hücrenin genomunun bütün bölümlerinin replike olması ama ancak bir kez replike olması sağlanır.

Mitotik siklin-CDK kompleksi ;

Ø APC bir ubikitin ligaz’dır.

Aktif mitotik siklin –CDK kompleksi ; 1. Nükleer zarfın yıkımını 2. Kromozom kondensasyonunu 3. İğ ipliklerinin oluşumunu 4. Hedef proteinlerin degradasyonunu tetikler

Anafaz promote edici kompleks APC

Örnek işleyiş ;

Siklin D-CDK4 kompleksi Rb ‘yi fosforile eder. Rb, EF2 / Rb kompleksinden kopar. EF2 aktive hale gelir ve Siklin E, Siklin A, DNA polimeraz gibi genlerin transkripte edilmelerini sağlar..

P53-GENOMUN KORUYUCUSU Hücre Bölünmesi ve p53 Proteini

1. Aşama Sıcaklık radyasyon ya da kimyasallar nedeni ile DNA hasarı oluşur

2. Aşama Hücre bölünmesi durur ve P53 enzimleri hasar olan bölgeyi onarmak üzere harekete geçirir

DNA Onarım Enzimleri

P53 DNA ‘sı onarılan hücrelerin bölünmesine izin verir

P53 onarım gerçekleşemeyen hücrelerin imha edilmesini sağlar

1.  Aşama Sıcaklık, radyasyon ya da kimyasallar nedeni ile DNA hasarı oluşur

2. Aşama P53 hücre bölünmesini durdura- maz. DNA onarımı gerçekleşmez. Hücreler hasarlı DNA ile bölünmeye devam eder.

3. Aşama Hasarlı hücreler bölünmeye devam eder. Başka hasarlar da birikince hücre kanserleşir

Kanser Hücresi

P53 görevini birkaç farklı yolla gerçekleştirir;

1. DNA onarım proteinlerini aktive eder.

2. DNA hasarını algılayıp hücre döngüsünü G1/S kontrol

noktasında durdurur. Eğer hücre bu aşamada yeterince

tutulursa DNA onarım proteinleri hasarı onaracak

yeterli zamanı bulur. Ve hücre döngüsü kaldığı yerden

devam eder..

3. Hasar onarılamayacak gibiyse apoptozu başlatır.

Apoptoz

Nekroz Apoptoz

Kromatin kümelenir. Organeller yutulur.

Parçalanma

Hücre içeriğinin salınması

Enflamasyon

Fagositik hücre

Apoptatik cisim

Fagositoz

Nükleer fragmentasyon Kabarcık oluşumu Apoptatik cisimler

Ilımlı bir katlanma Kromatin yığılması ve ayrılması Sitoplazmanın kondensasyonu

Apoptoz = Programlı Hücre Ölümü Çok hücreli organizmalar da doğal bir süreç..

Mitoz – Mayoz Bölünme

Hücre Bölünmesi

prokaryotlarda - binary füzyon Bir bakteri iki bakteri oluşturmak üzere ikiye bölünür Öncesinde tek dairesel kromozom replike olur İki tane birbirinin aynı hücre oluşur ve süreç 15 dakika sürer. Ökaryotlarda- Hücre bölünmesinden önce DNA replike olur Somatik Hücrelerde – mitoz İki birbirinin aynı kardeş hücre oluşur Eşey Hücrelerinde – mayoz Gametlerin oluşturulması daha uzun zaman alır…

Mitoz

DNA Replikasyonu

MİTOZ

İki diploit hücre

Homolog Kromozomlar Homolog Kromozomlar

Replikasyon

Homolog Kromozomlar

Kardeş Kromatit

Kardeş Kromatit

Sentromer

Kromozomun yapısı

Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.

Metafaz kromozomu

Kinetokor Kinetokor mikrotübülleri

Kromozomun sentromeri

Kardeş kromatitler

Kromozom Dublikasyonu 0.5 µm

Chromosome duplication (including DNA synthesis)

Centromere

Separation of sister

chromatids

Sister chromatids

Centrometers Sister chromatids

.

Kromozom dublike olduğunda sentromer bölgesinden birbirime bağlı iki kardeş kromatit oluşur. Her kromatit DNA molekülünün Bir kopyasını içerir.

Mekanik prosesler iki kardeş Kromatiti iki kromozom Oluşturacak şekilde böler ve iki Kardeş hücreye dağıtır.

Ökaryotik bir hücre çok sayıda kromozoma sahiptir. Burada tek kromozom üzerinden örnek verilmiştir. Dublikasyondan önce her kromozomda tek bir DNA molekülü vardır

Mitoz

İnterfaz

Hayvan Hücresi Bitki Hücresi

Hücre Membranı Nükleus

Sitoplazma

Profaz

•  .

Sentrioller Kardeş kromatitler

İğ iplikleri

İğ iplikleri

Sentioller

Hayvan Hücresi Bitki Hücresi

Metafaz Sentrioller

İğ iplikleri

Hayvan Hücresi Bitki Hücresi

Anafaz sentrioller

İğ iplikleri

Hayvan Hücresi Bitki Hücresi

Telofaz

Çekirdek Çekirdek

Kromatin

Hayvan Hücresi Bitki Hücresi

Sitokinez

Hayvan Hücresi Bitki Hücresi

Hayvan Hücrelerinde mitoz

Interfaz

                                                             Profaz

                                                             Metafaz

                                                             Anafaz

                                                             Telofaz

                                                             Sitokinez

                                                            

Mitoz Animasyon

http://www.cellsalive.com/mitosis.htm

Mayoz Bölünme

İnterfaz

Profaz

sitokinez

Telofaz 2

Anafaz 2

Metafaz 2

İnterfaz 2

Telofaz 1

Anafaz 1

Metafaz 1

Prometafaz

Kromozomlar hücrenin ortasında dizilir

Her biri 23 kromozom içeren 4 hücre oluşmuştur

46 ‘şar kromozom içeren iki hücre oluşur

Mikrotübüller yok olur. Hücre bölünmesi başlar

Ayrılan kromozomlar iki uca çekilir

Nükleus yok olur ve mikrotübüller sentromerlerle bağlantı kurar.

Kromozom sayısı 92’ye yükselir ve krossover gerçekleşir

46 kromozom

mikrotübüller sentromerlerle bağlantı kurar.

kromozomlar iki uca çekilir

Mikrotübüller yok olur. Hücre bölünmesi başlar

Krossover

Pierce B., Genetics: A conceptual Approach,

Rekombinasyon

Pierce B., Genetics: A conceptual Approach,

Mitoz/Mayoz

•  http://www.zerobio.com/crossing_over.htm

•  Genetic variation