NÜKLEİK ASİTLER

Prof.Dr.H.Asuman TOKULLUGİL

2

1.RNA: Ribonükleik asitler 2.DNA: Deoksiribonükleik asitler

Genetik bilginin depolanmasında → DNA

Genetik bilginin transferinde → RNA

rol oynar.

3

Azotlu bir baz

+ şeker nükleotid + (monomer) fosforik asit nükleotidler=N.A oluşturur (polinükleotid)monomer polimer

mononükleotid= N.A yapıtaşı,yapı birimi

4

Nükleotid Yapı Taşları

1.Azotlu baz: Pürin veya pirimidin

2.Şeker : D-riboz veya 2 deoksi D- riboz

3.Fosforik asittir

5

I.AZOTLU BAZLAR

a.PURİNLERA-PURİNLER

6

B.PİRİMİDİNLER

7

İnozin : (pürin)

Pseudoüridin : (pirimidin)

→ t.RNA yapısında metilli türevlerdir.

8

TAUTOMERİZASYON Molekülün farklı bölgeleri arasında proton alış-verişi

oksopurin, keto → enol dengeli oksopirimidinlerde C=0

C -OH

9

Keto-enol izomerizasyonu Fizyolojik şartlarda keto formu

10

Nükleozid= baz + şeker Nükleotid= baz + şeker+ fosforik asit Nükleik asit= poli nükletid

11

N GLİKOZİD BAĞI

A) PURİNLERDE

12

B)PİRİMİDİNLERDE

13

NÜKLEOTİDLERİN FONKSİYONLARI

1.ATP: Evrensel kimyasal enerji taşıyıcısı

ATP ADP + Pi → 7.3 kcal/mol enerji

ATP AMP + PPi

PPi → 2Pi pirofosfataz

14

2.Biosentez reaksiyonlarında

TAŞIYICI ve AKTİVATÖR

a)S-adenozil methionin: Transmetilasyon reak.da

15

b)AMP 3 fosfoadenozin 5’fosfo sülfat =PAPS yapısında bulunur

Kondroitin sülfatın sülfatlanması

16

c)ADP : Koenzim A’nın bir parçası

17

d)UTP: Uridin trifosfat

1- Glikojen sentezi UDP-glukoz 2- Galaktoz metab UDP-galaktoz 3- Amino-şeker metab UDP-glukuronik asit 4- Uronik asit yolu 5- Bilirubin metab

18

e)CTP:Sitidin trifosfat CDP-Kolin → fosfolipid sentezi

CDP-digliserit → trigiserid sentezi

CDP-Kolin (=sitidin difosfat kolin)

19

3-Nükleozid trifosfatlar (nükleotid), biyosentez reaksiyonunda gerekli fosfat ve pirofosfatı sağlarlar:

Ör:ATP

a)Fosforilasyon Reaksiyonu

Heksokinaz X +NTP X-P + NDPGlukokinazFruktokinaz Glukoz + ATP G.6.P +ADPProteinkinaz

kinaz

Mg++

glukokinaz

20

B) Pirofosforilasyon Reaksiyonu Ör: Nükleotid sentezinde kullanılan ribozun

sentezi

Riboz-1-P + ATP PRPP + AMP ( PRPP = 1 Fosforibozil-5-pirofosfat )

21

4-Elektron transfer reaksiyonuna katılan koenzimler

NAD (nikotinamid adenin dinükleotid) NADP (nikotinamid adenin dinükleotid fosfat) FMN (Flavin adenin mononükleotid) FAD (Flavin adenin dinükleotid)

FAD 1-D-riboz yerine D-ribitol (şeker alkolü) FMN 2-Flavin azotlu baz ama N.A yapısında bulunmaz

22

ATP CTP RNA polinükleotidlerinin prekürsörü GTP URASİL RİBOZ UTP

dATP dCTP DNA polinükleotidlerinin prekürsörü dGTP TİMİN DEOKSİRİBOZ dTTP

23

5)İkincil haberci =Secondary messenger= Hücre içi habercisi Ör: c.AMP (çembersel AMP)

ATP 3’5’ cAMP +PPiAdenilat

siklaz

24

25

DNA’nın YAPISI ve ÖZELLİKLERİ 1) 3’ 5’ fosfodiester bağı

Adenin

Urasil (DNA’da timin)

Guanin

Sitozin

26

2) Polinükleotid zincirinin 3’ ucunda : serbest OH

5’ ucunda : 5’ trifosfatlar bulunur (öncül molekül)

5’ → 3’

27

3)RNA ile DNA’nın farkları

Baz :RNA ‘da Urasil DNA’ da Timin

Şeker : RNA’ da riboz 2’de OH grubu DNA’da deoksiriboz 2’de H grubu

28

HÜCRELER

EUKARYOTİK PROKARYOTİK

29

I-Prokaryotik Hücrelerin Özellikleri

E.koli gibi bakteriler Riketsiya Küçük ilkel Spiroket canlılar

1) Hücreler küçük 2) Sitoplazma: -depo granülleri -nükleer zon (çekirdeğimsi bölge) -sitoplazma zarı (tek zar) 3)Ribozomlar: Protein sentez yeri Ultrasantrifüjde 70 s çökme hızı 30 s , 50 s’lik iki alt birim 4)DNA : - Tek bir dev makromolekül - DNA-protein ilişkisi yok - Küçük sitoplazmik - DNA plazmid,epizom denir

30

II-Eukaryotik Hücrelerin Özellikleri: Yüksek bitki, hayvan, insan hücreleri1)Hücreler 1000-10000 kat büyük2)Sitoplazma: Zarla çevrili, sınırlı, şekilli organeller -mitokondri, kloroplast -Golgi cisimcikleri -Düz ve kaba EPR -lizozom -çekirdek 3)Ribozomlar: daha büyük 80 s de çöker : 40 s ve 60 s lik 2 alt birim

4)DNA:Kromozomlar halinde dağılmış durumda Drosofilia 8 kromozom İnsan 46 kromozom Tavuk 78 kromozom

31

Kromozom = 1 veya daha fazla sayıda DNA molekülü içerir

Kromatin= DNA + bazik protein(histonlar) = (nükleoprotein)

NÜKLEOLUS= Çekirdekçik:Ribozom sentez bölgesi

-% 0.1, 0.2 DNA mitokondri veya kloroplastlar içinde yer alır

32

DNA’nın Kimyasal Analiz Sonuçları 1)Adenin = Timin A=T A/T= 1 Guanin= Sitozin G=C G/C=1

2)Pürin nükleotid sayısı=Pirimidin nükleotid sayısı (A+G=T+C)

3) 4 ve 6. C da (NH2) grubu içeren bazların toplamı = 4 ve 6. C da (=O) grubu içeren bazların toplamı (A+C=G+T) (NH2) (=O)

4)Dissimetri oranı = A+T/G+C Belirli bir tür için sabit ve karakteristik, türler arası değişim

gösterir.

33

DNA X- Işını Kırınımı Bulguları 1953’te Watson ve Crick DNA çift sarmal yapısı

34

Watson-Crick DNA Modeli 1)Bazlar sarmal eksenine dik düzlem yapar

2)İki baz düzlemi arası arası =0.34 nm

3)Sarmalın bir tam dönüşü= 10 nükleotid=3.4 nm

4) Her 2 zincir birbirine komplementer A=T G=C

35

Hidrojen Bağları

36

5) Fosfodiester iskeleti

2 nükleotid birbirine fosfat grubu aracılığı ile 3’, 5’ grubları vasıtasıyla bağlanır.

5’ 3’ ne doğru uzar.

37

3’, 5’ fosfodiester bağı

Fosfoesteriskeleti

38

6)DNA Sarmalının Stabilitesi

1-Hidrojen bağları

2- Bazlar arası hidrofobik etkileşimler

7) pH= 7’ de fosfat grubları (-) yüklü. Bu nedenle asidik özellik Bu nedenle N.A denir

Hidrofilik

Hidrofobik

39

Denaturasyon, Renaturasyon: İzole edilmiş DNA çözeltisi Oda sıcaklığında pH 7 de viskoz çözelti

Aşırı pH viskozite ↓ Isı 80-90 olunca DNA da fiziksel değişim

H bağları Hidrofob etkileşimler bozulur ↓ karşıt zincirler kısmen veya tamamen açılır DNA denaturasyonu= DNA erimesi Tersinir olaydır

40

Hibrit DNA’ların Oluşumu

DNA’lar izole edilir

Ayrı ayrı denatüre edilirinsan sıçan

Karıştırılır

65°C birkaç saatbekletilir

İnsan sıçan Hibrid DNA

41

İki tür birbirine ne kadar yakınsa -Hibridleşme -DNA da sarmal yapı oluşturma oran olur

Ör: İnsan –sıçan hibritleşmesi İnsan – maya hibritleşmesi

42

Hibritleşme deneyleri genetik biyokimyada;

1)Akrabalık derecesinin tayini,

2)DNA-RNA hibridleşmesi → DNA-RNA

ilişkisi

3)Genlerin izolasyonu için kullanılır

43

Prokaryotik Hücrelerin DNA’ları Prokaryotik hücre → E.coli (bakteri) 200 misli DNA DNA virusu → Lamda faj.(bakteri virusu)

E.coli’de DNA -Tek ve çok büyük molekül -Çift sarmal yapısında , halkasal -4 milyon baz çiftinden m.g. -DNA’ nın uzunluğu, hücrenin uzunluğundan 700 kat -Süpercoiling ( DNA fonks. için gerekli) -Nükleer zon (=Çekirdeğimsi bölge) -Topoizomeraz(DNA giraz): Supercoiling yapan ya da açan enzimler -Halkasal DNA :plazmid- sitoplazmada

44

Nükleer DNA: Bir kaç bin gen

Küçük halkasal DNA: Bir kaç gen

GEN: Tek bir protein veya enzim kodlamak için gerekli DNA parçası (nükleotid dizisi)

45

Eukaryotik Hücre DNA’ları

-E.coli’ ye göre : Drosofilia ‘da 25 misli İnsanda 600 misli DNA -E.coli DNA sı=1.4 mm

-İnsan hücre DNA sı = 2m

46

KROMOZOM:

-nükleoprotein kümeleri

-genetik materyal kromozomlara bölünmüş

-kromozom organizmanın türüne özgü sayıda

-kromozomların DNA içeriği ve hacmi farklıdır

47

Her KROMOZOMDA

1) 1 DNA sarmalı

2) Proteinler (histonlar)

3) E.coli DNA’ sının 4-100 katı kadar

nükleotid içerir

(E.coli DNA’sı= 4 milyon baz çifti)

-Eukoryotik hücre DNA’ları doğrusal yapıda

48

GENOM: Bir hücredeki genlerin hepsi İnsan KC hücresi Hücre çapı = 25 μmetre Çekirdek çapı= 5 μmetre 46 kromozom DNA’ların toplam uzunluğu = 2 metre (=2.106 μ m)

49

KROMATİN -Kromozom materyali -Dağınık, koyu boyanan, ağımsı %60 protein %35 DNA dan oluşur %5 RNA

50

NÜKLEOZOMLAR

DNA sarmalı

Nükleozom çekirdeği

10 nm

H1 histon

Ayırıcı DNA

51

KROMATİNDE:

DNA + Histonlar = NÜKLEOZOM Histonlar: -Bazik proteinlerdir. -Lizin,arjinin -MA:11000-21000 -Prokaryot hüc.de bulunmazlar.

52

NÜKLEOZOM:

-10-11 nm çapında -Her nükleozomda 2’şer tane H2A, H2B, H3 ,H4

proteinleri bulunur (toplam 8 histon prot.) -DNA sarmalı nükleozomun çevresine 2 kez sarılır -Bir nükleozomda 200 baz çifti bulunur -20-120 nükleotidlik AYIRICI DNA SARMALI -H1 prot. = Ayırıcı bölgede

53

DNA REPLİKASYONU

Watson-Crick Hipotezi

ll ll ll - Yeni sentezlenen DNA zincirleri

- Ebeveyn DNA’lar kalıp rolü oynar

Ebeveyn Yavru sarmallar

54

Messelson ve Stahl Deneyi(1957)

1) E.Coli NH4Cl, (15N)’li besi yerinde üretiliyor

Cecium Cl içinde ultrasantrifüj

i)Normal E.coli -14N içeren

ii)15N ‘li besi yerinde üretilen E.coli

Hafif DNA(14N)

Ağır DNA(15N)

55

2)15N içeren E.coli ler 14N LÜ ortama alınıyor 1 nesil sonra

14N 15N

Hibrit DNAOrta noktaya çöker

56

3) 2 nesil sonra

14N 14N14N 15N

Hafif DNA(14N)

Hibrit DNA(14N 15N)

DNA replikasyonunda ; yavru DNA’ nın bir zinciri ebeveynden diğer zinciri yeni sentezleniyor

57

Semikonservatif replikasyon

58

Halkasal DNA’ nın Replikasyonu

59

Halkasal DNA’nın replikasyonu:

- Replikasyon yönünde DNA’nın açılması

- Çift yönlü

- Origin:Başlangıç noktası 100-200 nükleotidlik bir bölge, özel

bir protein tarafından tanınır

60

E.Coli’de DNA replikasyon çatalı oluştuktan sonra ;

→ 37 C de 45000 nükleotid/dakikada ilerler (replike olur) → 1 DNA sarmalı = 10 nükleotidde tam dönüş Bu nedenle ters yönde dönmesi gerekir 4500 devir / dk ters yönde döner ve DNA sarmalı açılır (Bu hız = 70 mil/saat)

61

Eukaryotik DNA’ların Replikasyonu

-Birçok origin mevcut

-Çift yönlü

-Hızı prokaryotların 10 da biri kadar

Tek origin olsa → 2 ayda replikasyon

(Binlerce origin → binlerce replikasyon çatalı

Bu nedenle → replikasyon hızlı olur )

62

REPLİKASYON

Çift yönlü replikasyon sonucu oluşur

Kabarcıklar

63

DNA POLİMERAZ I ENZİMİ

64

Deoksiribonükleozid 5’trifosfat = NTP

(dNMP)n + dNTP DNA

(dNMP) n+1 + PPiUzamış DNA

65

DNA POLİMERAZ I ENZİMİ

Substratları : dATP, dTTP, dCTP, dGTP, bir DNA çifti sarmalı

Kofaktörleri : Mg++ ve Zn++ iyonları

DNA çift sarmalı = başlangıç ve kalıp Mevcut DNA zinciri kalıp kabul edilir

Buna KOMPLEMENTER= KARŞIT zincir sentezlenir

Sentez (zincirin uzaması) 5’ → 3’ yönünde olur

66

Uzayan DNA zinciri

Zincire yeni girecek

dNTPdGTP

67

68

REPLİKASYON OLAYI 1)Başlama noktasının tanınması(origin)

2)Ebeveyn sarmalın dönerek açılması

3)Yavru komplementer zincirlerin oluşumu

4)Zincirin uzaması

5)Zincirin sarmal şeklini alması

6)Replikasyonun sonlanması

20 veya enzim = DNA replikaz sisitemi (REPLİZOM)

69

E.coli bakterisinde : DNA polimeraz I : Hücre içinde en fazla DNA poimeraz II : İşlevi ? DNA polimeraz III: DNA sarmalının uzamasından esas sorumlu enzim DNA polimeraz III holoenzim (subuniteleri) -550.000 M.a ‘da -Zn++ iyonları mevcut, aktivite için Mg++ gerekli

70

DNA polimeraz I ve III

a)Endonükleaz aktivitesi: 5’ → 3’ ucuna doğru yeni nükleotidler takarak ilerler

b)Her iki enzimde - DNA kalıp zincirine ve buna sarmal olarak sarılmış PRIMER zincire gerek duyar

alt birimi = Ebeveyn DNA ‘daki primer zinciri tanıyarak ona bağlanır

c) Ekzonükleaz aktivitesi Hem 3’ → 5’, hemde 5’ → 3’ yönünde zincirden nükleotid koparma aktivitesidir

71

OKAZAKİ PARÇALARI:

-Normalde DNA replikasyonu 5’ → 3’ yönünde

Replikasyonda karşıt zincir oluşturulur A zinciri : 5’ → 3’ yönünde normal replikasyon B zinciri : 3’ → 5’ yönünde replike olmaz.Bu nedenle

5’ → 3’ yönünde okazaki parçaları ile replike olur

72

73

Replikasyondaki enzimler ve işlevleri 1)PRİMAZ Enzimi -Okazaki parçalarınn oluşumu için gerekli -Açılan replikasyon çatalının ucuna birkaç tane ribonükleotid takarak → primer sarmal m.g (öncül)

2)DNA polimeraz III : Primer sarmala → deoksiribonükleotidleri takar, zincir uzar

3)DNA polimeraz I : a) Ekzonükleotidaz aktivitesi ile

ribonükleotidleri çıkarır sonra b) Aynı yere : kalıba uyan deoksiribonükleotidleri takar

-Okazaki parçaları meydana gelmiş olur

74

4)DNA ligaz Okazaki parçalarını birleştirir

5)Helikaz enzimi -DNA sarmalını ters yönde döndürerek, zinciri DÜZLEŞTİREN ve AÇAN enzim -Çatalın hemen önünde bulunur

6)DNA bağlayıcı protein(DBP) -Düzleşip açılan DNA’nın tekrar kapanmasını önler

7)Topoizomerazlar -Sarmal 4500 devir/dak hızla düzelir -Dengeleyici oynak nokta olmasa → bu hızda replikasyon

çatalının önündeki kromozom ters yönde dönebilirdi

75

Topoizomerazlar

a)Dengeleyici oynak nokta: Helikazın önüne oturur. Helikazla aynı hızda, helikazla kendi arasındaki DNA segmentini 180ºlik dönmelere tabi tutar. DNA düzleşmesine yardımcı olur b)Superkoling olayı: Topoizomeraz sarmalın düzleştirilmesine yardımcı olur Helikaz sarmalı açar(Prokaryotlarda :Topoizomeraz=DNA giraz)

Topoizomeraz

Helikaz

76

77

HİSTONLARIN REPLİKASYONU Kesikli DNA zincirinin bulunduğu yavru

sarmalda yeni histonlar yeni nükleozomları oluştururlar.

Replikasyon çatalında DNA sentez yönü bir zincirde :5’→3’ ,

diğer zincirde ise 3’→5’ dir.

3’→5’ yönünde sentez kesikli zincir şeklindedir.

5’→3’ yönünde lider zincir sentezlenir.

78

Eski ve yeni histonlar nasıl dağılım gösterir ?

In vitro DNA sentezi yapılıyor

Bir protein sentez inhibitörü olan sikloheksimid ortama ekleniyor

(Böylece yeni histon sentezi engelleniyor)

Bu şartlar altında DNA sentezi 15 dk devam ediyor

Yeni sentezlenen DNA’ nın yarısı DNAaz I’le tamamen yıkılıyor

Diğer yarısı ise 200 baz çifti içeren parçalara ayrılıyor.

79

Bu deney ve density-labeling çalışmaları şunu düşündürmüştür;

Ebeveynden gelen histonlar yeni DNA sarmallarından sadece birisinde bulunur

Diğer yavru sarmalda ise önce histon yoktur ve çıplaktır

E/M da da replikasyon çatalında bir tarafta histonlar bulunurken diğer tarafta bulunmadığı görülüyor

Özellikle replikasyon esnasında ebeveynden gelen histonlar konservatif olarak ayrılı (veya tek bir yavru DNA sarmalında toplanır)

80

Özetle;

Replikasyon esnasında ebeveynden gelen histonlar

konservatif olarak ayrılır

(veya tek bir yavru DNA sarmalında toplanır)

81

Bu bulgular;

Histonların replikasyon esnasında DNA’ dan ayrışmadığını gösterir

Gerçekte, eski histonlar lider zincirin olduğu yavru sarmalda durur

Buna karşın yeni sentezlenen histonlar kesikli DNA zincirinin olduğu yavru DNA sarmalında toplanır

82

Bu farkın bir olası nedeni şu olabilir :

Histonlar, tek sarmallı DNA’ya kıyasla, çift sarmallı DNA’ya çok daha kuvvetle bağlanırlar

Eski histonlar olasılıkla kesikli sarmalı bırakırlar

Çünkü bunda okazaki parçalarının birleşmesinden önce tek sarmallı bölgeler vardır.

Bu nedenle öbür zincire geçerler.

83

TRANSKRİPSİYON

DNA’ daki baz dizilişi= genetik bilgi içerir Bazların özel dizilişi= genetik şifre DNA nın ufak bir kısmının açılması (=gen= Bir protein kodlayacak baz dizesi)

Transkripsiyon

RNA sentezi Translasyon

Protein sentezi

84

TRANSKRİPSİYON →

-DNA’ daki baz dizilişine göre genetik şifrenin RNA’ya aktarılması -Komplementer olay

85

RNA’lar

1)Habercil (messenger RNA= mRNA) DNA Ribozomlara gider Transkripsiyon

2)Taşıyıcı RNA(transfer RNA= tRNA) Her aa’e özgü bir tRNA vardır

3)Ribozomal RNA (rRNA) Hepsi nükleusta DNA’dan transkripsiyonla sentezlenirler

86

mRNA

Uzunluğu değişik, tek zincir halinde molekül

MONOGENİK (MONOSİSTRONİK): Tek genin bilgisini POLİGENİK (POLİSİSTRONİK): Çok genin bilgisini taşıyorsa denir

-Prokaryotlardaki mRNA’lar poligenik-Eukaryotlardaki mRNA’lar monogenik

mRNA mol. uzunluğu kodladığı polipeptid zincirinin uzunluğuile sınırlı. 3 baz → 1 aa kodlar Bu nedenle 100 aalik bir polipeptid zinciri için en az 300 bazlık RNA gereklidir

87

Prokaryot mRNA ları gen.la kodladıkları polipeptid zinciri için gerekenden daha uzun

→5’ ucunda :LİDER bölge (25-150 baz) polipeptid kodlamaz

Poligenik mRNA’larda, INTERGENİK BÖLGE polipeptid kodlamaz

Protein kodlamaz Protein kodlar

-Bir metabolik yol enzimleri için poligenik mRNA kullanılır

Lider bölge

Gen Iİntergenik

bölgeGen II

5’ 3’

88

mRNA Sentezi:

DNA’ya bağımlı RNA polimeraz enzimi

-DNA ‘nın bir zincirini kalıp gibi kullanır

-Buna komplementer RNA zinciri oluşturur

-Aktif merkezinde Zn++

-Mg++ ‘a gerek duyar

-Substratları: ATP, GTP, UTP, CTP

-5’ → 3’ yönünde zincir uzaması

-3’ ucuna ribonükleotid birimlerini takar

89

RNA polimeraz reaksiyonu:

n(NMP)n + NTP (NMP) n+1 + PPi Ribonükleosid uzamış RNA ( ve

5’ trifosfat fosfat grubları)

( fosfat grupları)

90

DNA kalıp görevi görür

DNA’da : A T G C (deoksiribonükleotid)

RNA’da : U A C G (ribonükleotidler)

- Primer zincire gerek yok, ama ÖZGÜL BİR BAŞLAMA noktası gerekli

-RNA polimeraz bu noktaya oturduktan sonra→ TRANSKRİPSİYON başlar

91

TRANSKRİPSİYON’un Safhaları

RNA polimerazın→

1- Başlama noktasına oturması

2- Birkaç fosfodiester bağı yapması

3- Sigma birimi (enzimin bir alt birimi, holoenzimden ayrılması

4- Zincirin uzaması

5- Genin transkripsiyonunun bitme sinyali= DNA kalıbı

üzerindeki DURMA DİZİSİ

6- RNA ve RNA polimerazın DNA’dan ayrılması.

(Rho) P proteini

92

RNA polimeraz :

Prokaryotlarda: -M:A 500.000 -Kompleks, holoenzim -5 polipeptid subuniti var (2, , ’, ) -mRNA, tRNA; rRNA sentezler

Eukaryotik hücrelerde: RNA polimeraz I : Nukleolusta lokalize rRNA sentezlerRNA polimeraz II : Kromatin içinde lokalize mRNA sentezler RNA polimeraz III :Kromatin içinde lokalize tRNA ve 5s’lik rRNA sentezler

93

94

Transkripsiyonun İnhibisyonu

Aktinomisin D: Prokaryot ve eukaryotlarda ; DNA

sarmalında G-C arasına oturur, transkripsiyonu kitler ve zincir uzayamaz

Akridin D: Aktinomisin D gibi aktivite Rifampicin D: Prokaryotlarda RNA polimerazın bir alt

birimine bağlanarak enzimi bloke eder

95

Posttranskripsiyonel İşlem

Enzimatik olarak RNA’ya bazı grubların takılması ve çıkarılması →

RNA’nın AKTİFLEŞMESİ

DNA RNA zinciri AKTİF RNA transkrip. Posttranskripsiyonel

işlem

96

Heterojen nükleer RNA =hnRNA

Eukaryotik hücrelerde önce nükleer RNA’lar sentezlenir

Heterojen nükleer RNA

mRNA + sRNA(small RNA)

97

Eukaryotik mRNA’ların,Prokaryotik mRNA’lardan Farkları:

1) Eukaryotik mRNA’lar :MONOGENİK 2) Eukaryotik mRNA 3’ ucunda POLİ-A KUYRUĞU (100-200 tane –A-A-A-) (Poliadenilat polimeraz, substrat ATP) 3) Eukaryotik mRNA 5’ ucunda → 7-METİL GUANOSİN şapkası Şapka → Translasyonu başlatmak üzere ribozoma

bağlanmada yardımcı Şapka ve kuyruk → mRNA’ yı enzimatik yıkımdan korur

98

99

Reverse Transkriptaz (Ters transkripsiyon yapıcı) ve Kanser Oluşumu

Viral RNA Komplementer Reverse DNA (cDNA) transkriptaz

Kuşlarda Rous sarkomu etkeni :RNA virusu

Bunda ; RNA’ ya bağımlı DNA polimeraz (reverse transkriptaz)

100

101

Hormon Üretimi

Reverse transkriptaz sentetik gen sentezi

E.coli’ye verilir Plazmid oluşturma (cDNA)

Hızla çoğalır Translasyon

Sonuçta istenen protein,Ör:İNSULİN

102

TRANSLASYON Replikasyon DNA

Transkripsiyon Reverse Transkripsiyon (R.Transkriptaz)

RNA Translasyon

PROTEİN

103

PROTEİN SENTEZİ (Translasyon) a) Protein sentezi çok karmaşık bir olaydır Eukaryotik hücrelerde : 70 tane ribozomal protein 20 tane protein: aa aktivasyonu için 12 tane protein: translasyonda enzim 100 tane protein: posttranslasyonel işlemlerde 100 tane rRNA, mRNA, tRNA -Yaklaşık 300 tane makromolekül → 1 polipeptid zincirinin sentezi için gerekir

b) Protein sentezi çok hızlı gerçekleşir. 100 aa’lik polipeptid 5 sn’de

c) Hücre içi protein sentezi çok sıkı kontroldedir.Gerektiği kadar protein sentezlenir

104

Translasyonu Evreleri

1- AA’lerin aktivasyonu

2- Polipeptid zincirinin başlaması

3- Uzama

4- Sonlanma ve ribozomdan ayrılma

5- Kıvrılma ve işlenme

105

I.evre :AA’lerin aktivasyonu

aa + tRNA + ATP aminoasil-tRNA +AMP + PPi a.asil-tRNA sentetaz

Tersinmez reak. Gº’ = -7.0 kcal/mol

Mg 2+

106

Ör: isolösil-tRNA sentetaz =E

a) isolösin + ATP + E E-İsölösil-AMP + PPi

a) E-[isolosil- AMP] +tRNA ile → İsolosil-tRNA ile + E + AMP

Gº’ = -7 kcal/mol

107

108

T=ribotimidin=Pseudoüridin

DHU=Dihidrouridin

tRNA

109

Polipeptid zincirinin başlaması

110

II.evre:

Polipeptid zincirinin başlaması

1) RİBOZOMLAR:

111

21 tane polipeptid

34 tane polipeptid

Prokaryot Eukaryot

112

2) Başlangıç amino asiti

Prokaryotlarda: Peptid zincirinin aminoterminalinde : N-FORMİL METHİONİN bulunur H COO-

ı l

H-C-N-C-H ll l O CH2 l N-formil CH2

l grubu S l CH3

113

Bu aa 2 reaksiyonla oluşur

ATP AMP + PP

a) Methionin + tRNA fmet methionil- tRNAfmet

Mg ++

Methionil –tRNA sentetaz

b)Formil grubunun methionil’in amino grubuna transferi

N10- Formil tetrahidrofolat + Met-tRNAfmet tetrahidrofolat +fmet-tRNAfmet

N10- FH4 transformilaz

-Transformilaz serbest methionine formil bağlayamaz.Özgül substratı Met-tRNAfmet

tRNAmet :Peptid zinciri içindeki methionine özgü

tRNAfmet :Başlangıçtaki formillenmiş methionine özgü.Bu tRNA sadece formil

grubu alabilir

114

EUKARYOTLARDA:

-Ekstramitokondrial ribozomlarda, methioninle sentez başlar. t-RNAmet

-Mitokondri ve kloroplastlardaki ribozomlarda, N-formil Met-tRNAfmet ile başlar

*Mitokondrilerin bakteriden oluşumu; simbiotik yaşam teorisini destekler

115

B)Polipeptid sentezinin Başlaması

Prokaryotlarda gerekli yapılar;

1) 30 S subuniti (16 s rRNA içerir)

2) Sentezlenilecek polipeptidi kodlayacak mRNA

3) Başlangıç aa-tRNA=N-formil methionil-tRNA fmet

4) Başlama faktörleri BF-1 (IF-1)

BF-2 (IF-2)

BF-3 (IF-3)

5) GTP

116

Başlama kopmleksinin oluşumu

3 safhada gerçekleşir.

117

1.safha

30 s ribozom üniti + BF-3 → Bağlanır (30 s ve 50 s‘ın birleşmeleri engellenir) mRNA + 30 s subünitine → Bağlanır

Başlangıç sinyali Başlangıç kodunu 30 s deki 16 s rRNA N-fmet-tRNAfmet deki UAC ile karşıttırİle koplementer bazoluşturur

6-8 taneA ve G A U G

5’ 3’

118

İşte başlangıç sinyali sayesinde;

a) mRNA 30 s’te doğru yere oturur

b) Başlangıçtaki AUG kodonu= N fmet tRNAfmet

Zincir içindeki AUG kodonu= met-tRNAmet bağlar

119

2. safha

30 s subüniti GTP-BF-2 BF-3 + mRNA Nfmet-tRNAfmet

BÜYÜK BAŞLANGIÇ KOMPLEKSi

120

3.safha

121

1- mRNA ‘da AUG kodonu

fmet-tRNAfmet’de UAC’nin

anti kodonu

2- Ribozomal P noktası

başlangıç aasil-tRNA doğru yere oturmasını

sağlar

122

Ribozomlarda aminoasil-tRNA’ları bağlamak için 2 bölge vardır

A Bölgesi : Aminoasil kısmı

P Bölgesi : Peptidil kısmı

- Bu bölgeler 50 s ve 30 s subunitelerinin spesifik kısımlarından m.g

-P bölgesine sadece başlangıç fmet-tRNAfmet

bağlanırken A bölgesine ise diğer yeni gelen aminoasil-tRNA’ lar bağlanır

123

124

İkinci kodon

125

III. Evre:Uzama

Gerekli yapılar 1-Başlangıç kompleksi : 70 s ribozom mRNA fmet-tRNAfmet

2- Bağlanılacak bir sonraki aminoasil-tRNA (mRNA’ da AUG’den sonraki kodona uyan

antikodonlu aasil-tRNA)

126

3- Uzama Faktörleri Tu Ts G

4- GTP

127

Uzamanın Safhaları 1. safha

Bir sonraki aasil-tRNA + Tu- GTP → aasil-tRNA –Tu-GTP

aasil-tRNA-Tu-GTP Tu-GDP+Pi

+ Yeni aasil-tRNA 70 s70s başlangıç kompleksi (kompleks)

128

Rejenerasyon Reaksiyonu

Tu-GDP Tu-GTP GTP GDP

Ts

129

Bir sonraki kodon

130

2. Safha: P ve A bölgelerinde oturan aa’ler arasında peptid bağı m.g 50 s subunitindeki; peptidil transferaz enzimi

131

3. safha: TRANSLOKASYON

Ribozomun mRNA üzerinde 3’ ucuna doğrubir kodon kaymasıdır

Böylece → A bölgesindeki dipeptidil-tRNA P bölgesine P bölgesindeki- boş tRNA → sitoplazmaya

132

Translokasyonda

1)G= Translokaz (uzama faktörü)

2) GTP GDP + Pi (enerji) gerekir

133

A kısmı bir sonrakiAasil t-RNA için hazır

Dipeptidil t-RNA2

Translokasyonkademesi

134

IV-Sonlanma ve Ribozomdan Salınma

mRNA’daki şifreye göre son aa takıldıktan sonra SONLANMA KODONLARI; UAA, UAG, UGA ‘dır. Bunlar hiçbir aa kodlamaz

Bu kodonlara gelinince 3 tane SONLANMA veya SALINIM FAKTÖRÜ işe karışır

R1, R2, S → Sonlanma proteinleridir

135

SONLANMA veya SALINIM FAKTÖR’lerinin işlevleri :

1- Polipeptid zincirini son tRNA’dan ayırma ve polipeptid zincirini sitoplazmaya salma

2- P kısmında boş kalan tRNA’ yı → sitoplazmaya 3- 70 s ribozomu 30s + 50 s’li subunitelere ayırma (Böylece yeni bir polipeptid zinciri sentezlenebilir)

136

mRNA

Başlama sinyali

Başlama kodonu

Sonlanma kodonları

Aa kodlayan kodonlar

137

V.Kıvrılma ve İşlenme

Posttranslasyonel Modifikasyonlar -Polipeptid zincirinin biolojik aktif hale

gelmesi için geçirdiği değişimler;

Sekonder, tersiyer, kuarterner yapıların oluşumu

Bazı grupların takılması

Bazı grupların çıkarılması

138

PROTEİN SENTEZİNİN DÜZENLENMESİ

1- Transkripsiyonel Kontrol → Bakterilerde 2-Translasyonel Kontrol → Eukaryotlarda (karmaşık, ?)

139

TRANSKRİPSİYONEL KONTROL

Bir hücredeki enzimler;

A) YAPISAL enzimler:

Her hücrenin tipine göre sabit miktarda

B) UYARILABİLİR enzimler:

Yapımı şartlara göre veya

(uyarılabilen- baskılanabilen enzimler)

140

A) BASKILANABİLEN enzim

E.coli → tek N kaynağı NH4+ tuzları

→ tüm aa’leri sentezler

*Ortama histidin ilavesiyle, histidin sentezleyen enzimler baskılanır

(son ürün inhibisyonu)

141

B)UYARILABİLEN enzim

Normalde mikterı az, ama bazı şartlarda yapım miktarı artan enzimler

Ör: -Galaktozidaz Laktoz → D-Glukoz + D-Galaktoz

E.coli’de

- -Galaktozidaz normalde 5-6 tane.

- Ortamda glukoz varsa bu enzim hiç kullanılmaz

- Tek C kaynağı laktozlu besi yerinde

-1-2 dk’da 1000 tane - Galaktozidaz sentezi

142

OPERON: Birbiriyle fonksiyonel olarak ilişkili ve şartlara göre açılıp, kapatılabilen genler grubudur

143

LAC OPERONU

Yapısal genler : z → -Galaktozidaz y → permeaz a → A proteini

Düzenleyici gen : i → represör protein

Kontrol genleri : p → promoter 0 → operator

İndükleyici : allolaktose (Laktozun izomeri)

144

DNA’ da Lak operon’unun genetik yapısı