concepts of genetics genetik kavramlarkisi.deu.edu.tr/asli.memisoglu/moleküler...

Chapter 10 Lecture

Concepts of GeneticsTenth Edition

DNA Yapısı ve Analizi

Konu 10

Genetik Kavramlar

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.

Eski DNA deneyleri

MÖ 8000 – DNA bilinmezden çok önce çiftçiler seçici çiftleştirme yapıyorlardı

Hurma ağacı tozlaşması

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



Bölüm 10.1 Genetik madde 4 özellik

göstermeli

• Bir molekülün genetik madde olarak görev

yapabilmesi için:

– kendini eşleyebilmeli

– bilgiyi saklayabilmeli

– bilgiyi ifade edebilmeli (ekspresyon)

– mutasyon yoluyla çeşitliliğe izin vermeli


Bölüm 10.1

• Moleküler genetiğin merkezi dogması:

DNA RNA’yı oluşturur (transkripsiyon) ve

RNA da proteinleri oluşturur (translasyon)

Transkripsiyon

Ribozom

Translasyon


10.2 1944’e kadar genetik madde protein olarak düşünülüyordu


Bölüm 10.2

• Genetik madde ebeveynden yavrulara

fiziksel olarak aktarılır

• Bunun için proteinler ve nükleik asitler en

önemli adaylardı

• 1940’larda genetikçiler proteinlerin kalıtımı

sağladığı görüşündeydi


Bölüm 10.2

Çünkü:

• Hücrelerde proteinler daha çeşitli ve çok miktarda bulunur

• Araştırmaların en aktif alanını oluşturuyorlardı ve nükleik asit kimyasına göre proteinlerle ilgili daha fazla bilgi vardı.

• DNA’nın genetik madde olmak için çok basit olduğu düşünülüyordu - sadece 4 tip nükleotit yanında 20 farklı amino asit vardı.


10.3 DNA’nın genetik madde olduğuna

dair kanıtlar bakteri ve bakteriofaj

çalışmalarında elde edildi


Bölüm 10.3

• Griffith (1927) hastalığa yol açmayan

(avirülent) Diplococcus pneumoniae

(memelilerde zatürreye sebep olan

bakteri) suşlarının dönüştürülerek hastalık

yapıcı (virülent) hale getirilebildiğini

gösterdi

• Bu dönüşümün sebebinin polisakkarit

kapsülü veya kapsül sentezi için gerekli bir

protein olduğunu düşündü

© 2012 Pearson Education, Inc. Figure 10.2

alınmasından

dönüşüm


Bölüm 10.3

• Avery, MacLeod, ve McCarty bu

transformasyona yol açan molekülün

protein değil DNA olduğunu gösterdi


Sıvı kültür ortamında

S hücreleri

S hücreleri tüpte

çöktürülür

Santrifüj Isı ile öldürHücreleri

patlat

Karbonhidrat, lipid ve

proteinleri ayır

ProteazRibonükleazDeoksiribonükleaz

Transformasyon testi

R hücreleri R hücreleri R hücreleri R hücreleri

DNA

parçalanmış

S hücreleri

Proteinleri

parçalanmış

S hücreleri

S hücreleri

Transformasyon

olmaz!!!Transformasyon

olur

RNA

parçalanmış

S hücreleriTransformasyon

olur

Transformasyon

olur

R hücreleri

S hücreleri

R hücreleri

S hücreleri

R hücreleri

S hücreleri

R hücreleri

Kontrol: S hücreleri

aktif faktörü içerir

Aktif faktör protein

değildir

Aktif faktör RNA

değildir

Aktif faktör DNA’dır


Bölüm 10.3

• Hershey ve Chase (1952), Escherichia coli (koli

basili bakterisi) ve bunu enfekte eden bir virüs

(bakteriofaj T2) kullanarak, protein değil,

DNA’nın genetik madde olduğunu gösterdi

• 32P and 35S radyoizotoplarını kullanarak,

enfeksiyon sırasında DNA’nın bakteri hücresine

girdiğini ve virüs üretimini yönlendirdiğini

gösterdiler

– Fosfor ve sülfür izotoplarını sırasıyla DNA ve

proteini işaretlemek için kullandılar


Protein kılıfFaj DNA’sı

Kuyruk lifleri

Faj kuyruk liflerinin bakteri

duvarına tutunması Faj genetik maddesi bakteri

içine girer?

Faj üremesi

Faj bileşenleri oluşur ve erişkin fajlar üretilir

Bakteri hücreleri patlar ve fajlar

dışarı yayılır

Hücreye giren ve faj

üremesini sağlayan

nedir?


İşaretlenmemiş faj

Faj radyoaktif ortam

içerisindeki bakteriye eklenir

Yeni oluşan virüsler işaretli

olur

İşaretli fajlar işaretsiz

bakterileri enfekte eder

Fajlarla bakterilerin ayrılması

Fajlar

işaretsizFajlar 35S

ile işaretliBakteriler 32P ile işaretli Bakteriler işaretli değil

Canlı P32 ile işaretli fajlar

üretilir

Canlı işaretsiz fajlar üretilir

32P 35S

32P 35S


10.4 Dolaylı ve doğrudan kanıtlar

ökaryotlarda genetik maddenin DNA

olduğu görüşünü destekledi


Bölüm 10.4

• Sitoplazmada protein miktarı fazladır fakat

DNA değildir

• Mitokondri ve kloroplastların genetik işlevi

vardır ve bu organellerde de DNA bulunur.

• DNA sadece genetik işlevin gerçekleştiği

yerlerde bulunur.

• Bu, DNA’nın genetik madde olduğunun

dolaylı kanıtıdır.


Bölüm 10.4

• UV (ultraviyole) ışınları genetik maddede mutasyon oluşturur ve en etkili olduğu dalga boyu 260 nm’dir.

• Bu demektir ki 260 nm’de ışını en güçlü şekilde emen molekül genetik madde olmaya adaydır.

• DNA ve RNA 260 nm’de fakat protein 280 nm’de UV ışınlarını emer.

– 280 nm’de herhangi bir mutasyon gözlenmez

• Bu da dolaylı kanıttır


Mu

tasy

on

sık

lığ

ıA

bzo

rpsi

yo

n(s

oğ

urm

a

gü

cü)

Soğurma spektrumu

Nükleik

asit

Dalga boyu

Dalga boyu

Etki spektrumu

Bölüm 10.4

• Günümüzdeki rekombinant DNA

teknolojisi doğrudan kanıt sunar

• İnsan DNA’sında bir geni içeren parça

bakteriye verilerek bakteride bu genin

kodladığı protein üretilir.

– Ör: insülin



Bölüm 10.5 Bazı virüslerde genetik madde RNA’dır

• 1956’da tütün mozaik virüsü ile yapılan

çalışmalarda virüsten ayrıştırılan RNA

tütün yapraklarına serpildi. Bir süre sonra

virüsün oluşturduğu aynı lezyonlar

yaprakların üzerinde görüldü.

• Bu tip virüslerde (RNA virüsleri) RNA

genetik bilgiyi taşımaktadır


Bölüm 10.6 DNA yapısını anlamak için nükleik asit

kimyasını bilmek gerekir

• DNA’nın yapıtaşları nükleotitlerdir

• İçerikleri

– Azot içeren bir baz

– Bir pentoz şeker

– Bir fosfat grubu


Bölüm 10.6

• 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


Bölüm 10.6

• 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

Bölüm 10.6

• RNA şeker olarak riboz içerir

• DNA şeker olarak deoksiriboz içerir


Bölüm 10.6

• Bir nükleosit azotlu baz ve pentoz

şekerden oluşur

• Bir nükleotit fosfat grubu eklenmiş bir

nükleosittir.


Adenozin

Sitidin

Guanosin

Üridin

Adenilik asit

Sitidilik asit

Guanilik asit

Üridilik asit

Deoksiadenozin

Deoksisitidin

Deoksiguanosin

Deoksitimidin

Deoksiadenilik asit

Deoksisitidilik asit

Deoksiguanilik asit

Deoksitimidilik asit

Ribonükleosit Ribonükleotit

Deoksiribonükleosit Deoksiribonükleotit

Nükleosit Nükleotit

Üridin Deoksiadenilik asit


Bölüm 10.6

• C-5' pozisyonu bir nükleotitte 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


Deoksinükleosit difosfat (dNDP) nükleosit trifosfat (NTP)

Deoksitimidin difosfat (dTDP) Adenozin trifosfat (ATP)


Bölüm 10.6

• 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


5’ ucu

3’ ucu

3’ - 5’

fosfodiester bağı


Bölüm 10.7 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.

• Fakat A + T yüzdesi, her zaman G + C

yüzdesine eşit olmamaktadır.

• Pürinler toplamı (A+G) pirimidinler

toplamına (T+C) eşittir


Bölüm 10.7

• Linus Pauling X-ışını kırılımı tekniğini

protein yapısını incelemede

kullanmaktaydı

• Maurice Wilkins’in laboratuvarında çalışan

Rosalind Franklin (1950–1953) çalışmaları

ile DNA’nın 3.4 angstromluk periyotlar

sergilediğini göstermiştir. Bu sarmal bir

yapının tipik özelliğidir.


Bölüm 10.7

• 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


Çap

Bir tam

dönüş

Büyük oluk

Küçük oluk

Şeker-fosfat

bel kemiği

Azotlu baz

çifti


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


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


Bölüm 10.7

• Şeker molekülleri ve bazların eksen

boyunca dizilişi de yapıya daha fazla

kararlılık sağlar.


Bölüm 10.8 DNA’nın farklı formları

• Farklı izolasyon koşullarında, DNA’nın

farklı yapıları gözlenmiştir.

• Watson-Crick DNA modeli olan B-DNA,

sulu, düşük tuzlu ortamda gözlenmişti ve

biyolojik olarak geçerli form olduğu

düşünülmüştür.


Bölüm 10.8

• A-DNA, B-DNA’ya göre daha sıkışık bir

yapıya sahiptir

– Yüksek tuz veya susuz koşullarda mevcuttur.

– A-DNA’nın hücre içi ortamda var olup

olmadığı tartışmalıdır.

• C-DNA, D-DNA, E-DNA, ve P-DNA da

sağ sarmal olup, daha sıkışık yapıda

formlardır


Bölüm 10.8

• Z-DNA sol sarmal bir yapı gösterir

• DNA bazı genetik işlevleri yerine getirmek

için başka formlara dönüşüyor olabilir fakat

bu henüz araştırılması gereken bir

konudur.


Bölüm 10.9 RNA yapısı DNA’ya benzer fakat tek

zincirlidir

• RNA’da,

– Şeker ribose DNA’daki deoksiriboz yerine

geçer

– DNA’daki timin yerine urasil bulunur


Bölüm 10.9

• 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


Bölüm 10.9

• 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


Bölüm 10.9

• rRNA protein sentezinde görev alan

ribozomların yapısal bileşiğidir.

• mRNA protein sentezi için şablon görevi

yapar

• tRNA protein sentezi için amino asitleri

taşır


https://www.ted.com/talks/james_w

atson_on_how_he_discovered_dna

?language=tr

https://www.ted.com/talks/james_watson_on_how_he_discovered_dna?language=tr

Bölüm 10.10 DNA ve RNA çalışmalarında analitik

teknikler

• UV ışını abzorpsiyon (emme)

– DNA ve RNA UV ışınını en yüksek 260 nm’de

soğrur

– UV ışını ile pürin ve pirimidin halkaları

arasındaki etkileşim sebebiyle olur

– Azotlu baz içeren bileşiklerin yerlerinin

belirlenmesi, izolasyonu ve karakterizasyonu

için kullanılır


• Sedimentasyon

(çökelme)


Nükleik asit örneği

Deneyin başlangıcı

Örnek yukarıdan aşağıya konsantrasyon farkı gösteren tüpe yüklenir

Örnek yüksek hızda dönen ultra sentrifüjde

çevirilir

Ayrışan örneğin bülümleri farklı

tüplere alınır

Tüpler 260 nm’de ölçülür

6 ve 9 numaralı örnekler ile daha sonraki

analizlere geçilir

Bölüm 10.10

• Sedimentasyon tekniğinde moleküller yüzme

yoğunluklarına (buoyant dansite) göre ayrılır.

Farklı türlerin DNA’ları farklı yoğunluk gösterir


Yü

zme

yo

ğu

nlu

ğu

G-C çiftlerinin yüzdesi

Bölüm 10.10

• DNA ve RNA’nın denatürasyon (doğal yapının

bozulması) ve renatürasyonu (doğal yapının tekrar

oluşması)

• Isı veya kimyasallar DNA gibi büyük moleküllerin yapısını

bozar.

– Hidrojen bağları kopar fakat kovalent bağlar kopmaz

– İkili zincir ayrılır

– G-C çifti, A-T’ye göre bir fazla H-bağı içerdiğinden, ayrılmaları için

daha fazla ısı gerekir

– Tm = molekülün %50’sinin ayrıldığı sıcaklık

– Farklı DNA örnekleri analiz edilebilir ve G-C/A-T miktarları tespit

edilebilir

– Sıcaklık yavaşça düşürüldüğünde her zincirler kendi komplementer

bazlarını bularak tekrar birleşir ve eski yapıyı oluşturur



Sıcaklık

Bölüm 10.10

Moleküler hibridizasyon

• Denatürasyon ve renatürasyon

özelliğinden yararlanılır.

– Birbirine bir miktar komplementer olan her

DNA/RNA zinciri H-bağ yapabilir

– RNA eğer bir DNA’dan üretilmişse onunla

hibridizasyon yapar

– İki farklı türün DNA’sı ısıtılıp tekrar

soğutulduğunda eğer aralarında benzerlik

varsa birbirleriyle H-bağlar kurar



DNA-3’ün bir

zincirinin

transkripsiyonu

DNA zincirleri

Isı

Tekli DNA zincirleri

DNA-3’ün bir zincirine komplementer

RNA

RNA, DNA örneğine eklenir

Hibridizasyon

Komplementer çiftlerin oluşumu – bir

DNA/RNA hibridi bulunur

Bölüm 10.10

• Floresan in situ (doğal ortamında)

hibridizasyon – FISH


Bölüm 10.10

Elektroforez

• Nükleotitler fosfat gruplarından dolayı eksi

yüklüdür.

• Bu, bir jel içinde elektrik akımına maruz

kaldıklarında artı yöne doğru hareket etmelerine

sebep olur.

• Jelin yapısı deliklidir ve küçük moleküller

büyüklere göre daha hızlı hareket eder.

• Bu sayede çok benzer DNA veya RNA

molekülleri birbirinden büyüklüklerine göre

ayrılabilir



DNA parçaları Akım uygulanır

Kuyucuk Katot

Anot

Jel parçaları

DNA ilerler

Daha uzun

parçalı

bantlar

Daha kısa

parçalı

bantlar

Otoradyografi veya

floresan görüntüleme

Moleküller

uzunluklarıyla ters

orantılı olarak ilerler

concepts of genetics genetik kavramlarkisi.deu.edu.tr/asli.memisoglu/moleküler...

Documents