Transcript Genel Biyoloji

FFMBG101- Genel Biyoloji
Kalıtımın
Moleküler
TemeliGenden
PowerPoint Lectures for
Biology, Seventh Edition
Proteine..
Neil Campbell and Jane Reece
Lectures by Chris Romero
© 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
2-6 Copyright
Aralık 2013
• Yaşamı Yönetim ve işletme kılavuzu
• 1953, James Watson ve Francis Crick
 Deoksiribonükleotit
yapısına ait
İkili sarmal modeli
Şekil 1
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
• DNA, kalıtım materyali
• Kalıtım bilgisi
– DNA’nın kimyasal dilinde kodlanır ve tüm
hücrelerde üretilir
• DNA programı
– Pekçok farklı tipte özelliklerin gelişimini yönetir
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Genetik Materyal Araştırması: Bilimsel Araştırma
• Kalıtımda DNA’nın rolü
– İlk çalışmalar bakteriler ve onları enfekte eden
virüsler üzerinde yapıldı
DNA’nın Bakterileri transforme edilebileceğinin
(dönüştürebileceğinin) kanıtı
Frederick Griffith_Streptococcus pneumoniae
Memelilerde zatürreye neden olan bakteri
• Bakterinin iki suşu ile çalıştı
Patojenik (virülent) suş ve patojenik olmayan (avirülent) suş
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
• Griffith
– Patojenik olmayan suşun canlı hücreleri;
transformasyonla bunlardan bazıları patojenik
özellik kazandı
Isı ile öldürülmüşS hücreleri
ve canlı R hücrelerii karışımı
CanlıS hücreleri
(kontrol) virülent
Canlı R hücreleri Isı ile öldürülmüş
(kontrol) avirülent S hücreleri
•
Griffith bu olayı transformasyon
olarak adlandırdı
SONUÇLAR
Fare ölür
Fare sağlıklı
Fare sağlıklı
Mouse ölür
Yabancı DNA’nın bir hücre
tarafından
asimilasyonundan dolayı genotipte
Şekil 2
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Kan örneklerinde
canlı S hücreleri
bulundu
ve fenotipte meydana gelen bir
değişme
Viral DNA’nın hücreleri programlayabileceğine dair
kanıt
• DNA’nın Genetik materyal olduğuna dair diğer
kanıt
–
Bakterileri enfekte eden bir virüsle çalışılarak elde edildi
• Bakterileri enfekte eden virüsler, bakteriyofajlar
– Moleküler genetik çalışmalarında
araştırıcıların yaygın
Faj başı
olarak kullandığı bir
materyal
DNA
Şekil 3
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Bakteri
hücresi
100 nm
Kuyruk
Kuyruk fiberi
The Hershey ve Chase deneyi, 1952
Deney:
Bakteri hücrelerini enfekte eden T2 fajının DNA ve proteinini işaretlemek için radyoaktif fosfor ve sülfürü kullandılar
Sonuç:
Faj proteinleri enfeksiyon sırasında bakteri hücresinin dışında kalırken faj DNA’sı hücre içerisine girer. Kültürü
yapıldığında radyoaktif faj DNA sı bulunan bakteri hücreleri radyoaktif fosfor içeren bazı yeni fajları dışarı salar.
Çıkarım: T2 fajının genetik materyali protein değil DNA’dır
Radyoaktif işaretli fajları
bakterilerle karıtşırdı.
Fajlar bakteri hücrelerini
enfekte etti
Kültür1: Fajlar faj
proteinine bağlanan
radyoaktif sülfür (pembe
renkli) lü ortamda üretildi
Kültür 2: Fajlar faj DNA
sına entegre
olan radyoaktif fosfor lu
(mavi)
ortamda üretildi
Şekil 4
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Bakterinin dışındaki fajları
ayırmak için belnderla
Santrifüj edildi, bakteriler
karıştırıldı
Tüpün dibinde pellet
oluşturdular
Pelet ve sıvıda
radyoaktivite ölçüldü
DNA’nın genetik materyal olduğunun diğer kanıtı
• 1950 lerin öncesinde, DNA zaten bilinmekteydi
– DNA nükleotit polimeridir ve her bir nükleotit
üç birimden meydana gelir: bir nitrojen baz, bir
şeker ve bir fosfat grubu
Şeker-fosfat iskeleti
5 end
O– 5
O P O CH2
O 1
O– 4 H
H
H
H
2
3
H
O
O P O CH2 O
O–
H
H
H
H
H
O
O P O CH2 O
O–
H
H
H
H
H
Şekil 5
O 5
O P O CH2
O 1
O– 4 H
H
Fosfat H
H
3 2
OH H
Şeker (deoksiriboz)
3 ucu
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Nitrojen bazı
CH3
O
H
N
N
H
O
Timin (T)
H
N
H
N
N
N
N
H
H
Adenin (A)
H H
H
N H
N
N
O
Sitozin (C)
H
N
N
N
O
N H
N H
H
Guanin (G)
DNA nükleotiti
• Erwin Chargaff farklı organizmalardan DNA nın baz
kompozisyonunu analiz etti
• 1947, Chargaff kuralları
– DNA kompozisyonu bir türden diğerine değişir
– A=T, G=C
• Bu türler arasındaki moleküler çeşitliliğin kanıtıdır
– Bu bulgu genetik materyal olarak DNA yı daha
güvenilir bir aday yaptı
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
DNA’nın yapısal modelinin oluşturulması:Bilimsel
araştırma
• DNA’nın genetik materyal olduğuna dair
biyologlar ikna oldu. Ancak;
– DNA’nın kalıtımdaki rolü üzerinde yapısal
özellikleri nasıl bir etki gösterir?
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
• Maurice Wilkins ve Rosalind Franklin
– DNA nın moleküler yapısını çalışmak için X
ışının kristalografisi adlı tekniği kullandılar
• Rosalind Franklin
Bu tekniği kullanarak DNA molekül yapısınının
resmini ortaya çıkardı
İkili sarmal yapı
2 nm lik genişlik
Bazlar arasında 0.34 nm
lik mesafe
Şekil 5 a, b
(a) Rosalind Franklin
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
(b) Franklin’s X-ray diffraction
Photograph of DNA
• Watson ve Crick; DNA’nın ikili sarmal yapıda
olduğu sonucuna vardı
– X-ışını kristalografik görüntülerinden elde
edilen veriler ışığında
G
C
A
T
T
A
1 nm
C
G
C
A
T
G
C
T
A
T
A
A
T
T
A
G
A
Şekil 6 a, c
3.4 nm
G
C
0.34 nm
T
(a) DNA yapısının anahtar özellikleri
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
(c) Uzay doldurma modeli
• Franklin DNA’nın
– İki antiparalel şeker-fosfat iskeletinden
meydana geldiğini ve nitrojen bazlarının
molekülün iç kısımda yer aldığını belirtti
• Nitrojen bazlar
– Spesifik kombinasyonlarda eşleşmektedirler:
adenin ile timin, ve sitozin ile guanin
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
5 ucu
O
OH
Hidrojen bağı
P
–O
3 ucu
OH
O
O
A
T
O
O
O
CH2
P
–O
O
H2C
O
–O
P
O
O
G
O
C
O
O
CH2
P
O
O–
O
P
H2C
O
O
C
O
G
O
O
O
CH2
P
–O
O–
O
O
O–
O
P
H2C
O
O
A
O
T
O
CH2
OH
3 ucu
O
O–
P
O
Şekil 7b
(b) Kısmi kimyasal yapı
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
O
5 ucu
• Watson ve Crick eşlemede ek bir özgünlük
olması gerektiğini ortaya koydular
– Baz yapısı ile alakalı
• Herbir baz çifti farklı sayıda hidrojen bağı
oluşturur
– Adenin ve timin iki H bağı; sitozin ve guanin 3
H bağı oluşturur
•Bazlar iç kısımda, fosfat grupları dış tarafta
•Yarı korunumlu (semi konservatif) DNA
replikasyon modeli
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
H
N
N
N
N
Şeker
O
H
H
CH3
N
N
N
O
şeker
Timin (T)
Adenin (A)
H
O
N
N
Şeker
N
H
N
N
N
N
N
Şekil 8
H
H
Guanin (G)
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
H
O
şeker
Sitozin (C)
Temel Prensip: Kalıp zincire baz eşleşmesi
• DNA nın iki zinciri komplementer (birbirinin
tamamlayıcısı) olduğundan
– Replikasyonda her bir zincir yeni zinciri
oluşturmak üzere kalıp olarak görev yapar
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
•
Virüs ve Bakteri kromozomları nispeten
basit DNA molekülleridir
faj  (a) ve ondan izole edilen DNA (b)
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Table 12.1
T2 faj DNA sı
Supercoiling virüs vebakteri
Kromozomlarının
sıkışmasını
kolaylaştırır
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Figure 12.2
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Figure 12.4
DNA Fun Fact
İnsan hücresindeki DNA nın uzunluğu ~ 2 metres
İnsan vücudundaki hücre sayısı ~1014
İnsan vücudundaki DNA’nıntoplam uzunluğu ~ 2 x
1014 metre = 2 x 1011 km
Dünyanın Güneşe uzaklığı ~ 1.5 x 108 km
Dünya ve güneş arasında 1000 kez gidip gelecek
uzunlukta DNA ya sahipsiniz!
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
•
Ökaryotlarda DNA kromatinler içerisinde
organize olurlar
•
Kromatin yapısı ve Nükleozomlar
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Table 12.2
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Figure 12.8
Nükleozomların
core histonları
Nükleaz
~200 bp
Nükleaz
digest linker DNA
147 bp
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
•
Heterochromatin-Kromozom bantları mitotik
kromozom boyunca bölgeleri farklılaştırır
İnsan mitotik kromozomu
G-banded karyotype of a normal human male.
Chromosomes were derived from cells in metaphase.
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
•
Ökaryot kromozomu
Tekrarlı DNA larla karakterize edilen kompleks
sekans organizasyonu gösterirler
Satellit DNA
Sentromerik DNA dizileri
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Figure 12.15
DNA REPLİKASYONU
• DNA replikasyonunda
– Atasal molekül ayrılır, baz eşleşme kurallarına
göre yeni zincirler oluşturulur
T
A
T
A
T
A
C
G
C
G
C
T
A
T
A
T
A
A
T
A
T
A
T
G
C
G
C
G
C
G
A
T
A
T
A
T
C
G
C
G
C
G
T
A
T
A
T
A
T
A
T
A
T
C
G
C
G
C
A
G
(a) Ana DNA molekülü iki
komplementer zincirden
oluşmaktadır.
Her baz özgün partneri ile H bağı
yaparak
(c) Her bir parental zincir
(b) Replikasyondaki ilk basamak
yeni komplementer zinciri boyunca
İki DNA zincirinin ayrılması
Nükleotiterin sırasını belirlemek
Eşleşir: A ve T; G ve C
Şekil 9 a–d
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Üzere kalıp olarak
kullanılır
(d) Yeni zincirin
Şeker-fosfat iskeletini
Oluşturmak için bazlar
Birbirlerine bağlanırlar. Her yeni oluşan DNA
Bir parental zincir ve bir yeni
zincirden meydana gelmektedir
• DNA replikasyonu semikonservatiftir
–
Yeni oluşan iki molekülden
İlk replikasyon
biri eski zinciri ve yeni
sentezlenen zinciri
içermektedir
(a) Konservatif Model.
İki parental zincir yeni
oluşacak zincirler için
kalıp olarak görev
görür ve parental ikili
sarmalı muhafaza eder
Semikonservatif Model.
(b)
Parental molekülün zincirleri
ayrılır, Ve her biri yeni
komplementer zincirin
sentezi için Kalıp olarak
görev yapar.
(c)
Dağıtılmış Model.
Her iki yeni zincir eski ve
yeni sentezlenmiş
DNA karışımından
meydana gelir
Şekil 10
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Parental hücre
İkinci
replikasyon
• Meselson ve Stahl deneyleri
– Yarıkorunumlu DNA replikasyon modelini
destekledi
Her iki araştırıcı E. coli bakterisini 15N, ağır nitrojen izotopu işaretli nükleotid öncüllerini içeren
DENEY
ortamda uzun süre ürettiler. Dolayısıyla üreyen bakterinin DNA sı bu işaretli nükleotitleri yapısına kattı. Bilim insanları
bu kez bakteriyi sadece 14N içeren (daha hafif ve yaygın N izotopu) besiyerine ekip orada ürettiler.
Yeni oluşan DNA ‘ların yoğunşuklarını ölçerek DNA replikasyon modelini aydınlattılar.
1
2
Bakteri 15N
içeren besiyerinde üretildi
Bakteriler
14N içeren besiyerine
aktarıldı
SONUÇLAR
3
DNA örenekleri
20 dak. Sonra santrifüj edildi
(ilk replikasyon sonrası)
Şekil 11
4DNA örnekleri
40 dk. sonra
santrifüj edildi
(2. replikasyon
Sonrası)
Az
yoğun
Daha yoğun
Bu iki santrifüj tüplerindeki bantlar biri 20 diğeri ise 40 dakia sonra aynı erlenden alınan DNA örnekler in
santrifüjü sonrası sonuçları göstermektedir
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
ÇIKARIM
Meselson ve Stahl’ın bulguları: yarıkorunumlu DNA replikasyon modeli.
14N besiyerindeki ilk replikasyonda hibrit bir DNA bandı oluştu (15N–14N). Bu sonuç konservatif modelini çürüttü.
İkinci replikasyonda hem hafif hem de hibrit DNA üretildi, dispersif modeli çürüttü, semikonservtif modeli destekledi
İlk replikasyon
Konsevatif
model
Yarıkorunumlu
model
Dispersif model
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
İkinci replikasyon
DNA Replikasyonu
• DNA’nın kendini eşlemesi
– Hızı ve doğruluğu bakımından dikkate çekicidir
• 10 dan fazla enzim ve diğer prOteinler
– DNA replikasyonuna katılırlar
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Başlangıç: Replikasyon orijini-başlangıç noktası
• Bir DNA molekülünün replikasyonu
– Her iki zincirin ayrıldığı replikasyon orjini adlı
özel bölgelerde başlar
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
• Bir ökaryotik kromozomu
–
Yüzlerce ve hatta binlerce replikasyon orijini içerebilir
Replikasyon orjini
Parental (kalıp) zincir
Daughter (yeni) zincir
Balon
Replikasyon çatalı
1 Replikasyon iki parental zincirin
ayrıldığı ve raplikasyon balonlarının
oluşturdukları spesifik bölgelerde
başlar
0.25 µm
2 Balonlar lateral olarak genişlerler
DNA replikasyonu her iki yönde
ilerler
3
Sonunda, replikasyon balonları birleşir,
ve yeni zincirlerin sentezi
tamamlanır
İki yeni DNA molekülü
(a) Ökaryotlarda, her kromozomun kocaman DNA molekülü boyunca birçok yerde
DNA replikasyou başlar
Şekil 12 a, b
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
(b)
Bu mikrografta, Chinese hamster cell
kültürüne ait DNA boyunca üç
replikasyon balonu
Görülebilir.
Yeni DNA zincirinin uzaması
• Replikasyon çatalında yeni bir DNA’nın
uzaması
–
Yeni oluşan zincirin 3 ucuna nükleotitleri ekleyen DNA
polimerazlar adı verilen enzimler tarafından katalizlenir
Yeni zincir
5 uç
Şeker
Fosfat
Kalıp zincir
3 uç
3 ucu
5 ucu
A
Baz
T
A
T
C
G
C
G
G
C
G
C
A
T
A
P
OH
P
Pirofosfat
C
OH
3 uç
C
2 P
Şekil 13
Nükleozit trifosfat
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
5 uç
5 uç
Antiparalel Uzama
• Çift sarmalın antiparalel yapısı replikasyonu
nasıl etkiler?
• DNA polimeraz nükleotitleri ekler
– Sadece yeni oluşan zincirin serbest 3ucuna
• Kesintisiz zincir boyunca-DNA’nın tek bir kalıp
zinciri boyunca
– DNA polimeraz III tamamlayıcı-kompementer
zinciri devamlı olarak sentezleyebilir ve
böylelikle replikasyon çatalı ilerler
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
• Kesintili zincir’in- DNA’nı n diğer yeni zincirinin
uzaması için
– DNA polimeraz III replikasyon çatalından uzak
yönde çalışmalıdır
• Kesintili zincir
– Okazaki parçacıkları adı verilen bir dizi
segment olarak sentezlenir ve daha sonra bu
parçacıklar DNA ligaz tarafından birleştirilir
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
• leading ve lagging strandlerin DNA
replikasyonu süresince sentezleri
1 DNA pol Ill sadece
5
3 yönünde DNA zincirlerini uzatır
3
5
Atasal DNA
5
3
Okazaki
fragmentleri
2
1
3
5
DNA pol III
2 Bir yeni zincir-leading strand,
replikasyon çatalı ilerledikçe
Devamlı suretle 5
3 yönünde uzar
3
Diğer yeni zincir-lagging strand,
5
3 yöünde büyüyen ve Okazaki
parçacıkları adlı
Kısa segmentlerin 3
5
yönünde eklenmesiyle oluşur
Kalıp zincir
4
3
Leading strand
Lagging strand
2
Kalıp zincir
Şekil 14
1
DNA ligaz
Replikasyonun nihai yönü
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
DNA ligaz Okazaki fragmentlerini serbest
Uçları arasında bir bağ oluşturarak birleştirir ve
Bu devalı bir zincir meydana getirir.uous strand.
Primer RNA
• DNA polimerazlar bir polinükleotidin sentezini
başlatamazlar
– Çünkü onlar sadece nükleotitleri 3 ucuna
eklerler.
• Başlangıç nükleotit zinciri
– Bir RNA ya da DNA primeri dir.
• Sadece bir primer leading strand in sentezi için
gereklidir.
– Ancak kesintili zincir (lagging strand) in sentezi
için her bir Okakazi parçacığı ayrı ayrı
başlatılmalıdır.
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Kalıp DNA
RNA
primerinin
başlangıcı
Yeni DNA RNA primerine
eklenir
Şekil 15
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Figure 11.10
Şekil 16
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Başlangıç
RNA primeri
DNA sentezi
1
Primaz RNA nükleotitlerini
bir primer şeklinde birleştirir.
3
5
5
3
Okazaki parçacığı oluşur.
Parçacık 1 in RNA primeri
3
5
3
5
3
1
Birsonraki RNA primeri sağ tarafa ulaştığında
DNA pol III ayrılır.
Okazaki
fragment
3
4
DNA pol III DNA nükleotitlerini primere ekler ve 1.
2
Kalıp zincir
3
5
1
İkinci parçacığa primer bağlanır.
5
DNA pol III DNA
nucleotitlerini ekler ve
o parçacık 1.primere ulaşınca ayrılır
5
3
5
3
2
5
1
DNA pol 1 2. parçacığın
3’ ucuna ekleyerek
RNA yı DNA ile yer değiştirir
5
3
6
3
2
5
1
DNA ligaz en yeni DNA ile
7
Bu bölgedeki kesintili zincir tamamlanmış olur
Parçacık 1 in DNA sı arasında
Bir bağ oluşturur.
5
3
Şekil 17
3
2
1
Replikasyonun tüm yönü
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
5
DNA replikasyonuna yardım eden diğer proteinler
• Helikaz, topoizomeraz, tek-zincir bağlama
proteini
Table 16.1
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
DNA replikasyonunun özeti
Replikasyonun esas yönü
1
Lagging
Leading
strand Origin of replication strand
Helikaz parental
ikili sarmalı açar
2 Tek-zincir bağlama
proteini açılan kalıp
zincirlere bağlanarak
sabitler
3 leading zincir DNA pol III tarafından
5 3 yönünde kesintisiz olarak
sentezlenir
DNA pol III
Lagging
strand
Genel bakış
Leading
strand
Leading
strand
5
3
Parental DNA
Replikasyon çatalı
Primaz
DNA pol III
Primer
4 Primaz 5. Okazaki fragmenti
için RNA primerinin sentezini
başlatır
5
DNA pol III 4. fragmentin sentezini
Bitiriyor, 3. fragmetteki RNA primerine
Ulaştığında ayrılacak, replikasyon çatalına
yönelecek, ve 5. fragment primerinin 3
Ucuna DNA nükleotitlerini ekleyecek
4
6
DNA ligaz
DNA pol I
Lagging
strand
3
2
1
3
5
7
DNA pol I ikinci fragmentin 5 ucundan primeri
DNA ligaz ikinci fragmentin
Ayırır, ve üçüncü fragmentin 3 ucuna tek tek DNA
3 ucunu ilk fragmentin 5 ucuna
nükleotitlerini yerine yerleştirir. Son RNA
bağlar
Nükleotidinin DNA ile yer değiştirmesi şeker-fosfat
İskeletinde serbest 3 ucu bırakır
Şekil 18
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Proofreading ve DNA onarımı
• DNA polimerazlar yeni yapılmış DNA’yı kontrol
ederler-proofread
– Yanlış nükleotitleri yer değiştirirler
• DNA’nın mismatch onarımın da
– Onarım enzimleri baz eşleşmesindeki hataları
düzeltirler
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
• Nükleotit eksizyon onarımında
– Enzimler zarar görmüş DNA parçalarını kesip
değiştirirler
1
T dimeri DNA ya zarar verir
2
Bir nükleaz enzimi hasar görmüş DNA zincirini iki noktadan keser
Ve zarar görmüş parça çıkarılır
Nükleaz
DNA
polimeraz
3
Bir DNA polimeraz tarafından onarım sentezi kayıp
Nükleotit boşluklarını doldurur
DNA
ligase
Şekil 19
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
4
DNA ligaz yeni DNA’nın serbest ucunu eski DNA ya
yapıştırır ve böylece zincir tamamlanır
DNA molküllerinin Uçlarının replikasyonu
Ökaryotik kromozomal DNA’nın sonları
Her bir replikasyon evresinde gitgide kısalır
5
Leading strand
Lagging strand
Parental zincir uçları
3
Son fragment
Önceki fragment
RNA primer
5
Kesintili zincir
3
Primer uzaklaştırılır ancak DNA
ile yer değiştirilemez, çünkü DNA
polimeraz için gerekli replaced
3ucu yoktur
Primerlerin çıkarılması ve DNA ile yer değiştirmesi
3’ ucu varsa mümkündür
5
3
İkinci tur replikasyon
5
Yeni kesintisiz zincir 3
Yeni kesintili zincir 5
3
Daha sonraki replikasyon turları
Şekil 20
kısa ve Daha kısa genç (kardeş) DNA molekülleri
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
• Ökaryotik kromozomal DNA molekülleri
– Telomerler: Uçlardaki nükleotit sekansları,
DNA moleküllerinin uçlarına yakın genlerin
erozyonunu erteler
Şekil 21
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
1 µm
• Eğer her hücre döngüsünde germ hücrelerinin
kromozomları kısalırlarsa
– Temel genler üretildikleri gametlerden
kaybolacaktır
– Telomeraz
Germ hücrelerinde telomerlerin uzunluğun
kontrol eder
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Genel Bakış: Genetik Bilgi akışı
• Gen ifadesi
• Transkripsiyon ve translasyon: Genler bu iki
proses ile proteinleri meydana getirirler
• Beadle ve Tatum developed: “bir gen bir enzim
hipotezi”
– Bir genin fonksiyonu spesifik bir enzimin
üretimini dikte eder
Bu hipotezde ufak değişiklikler yapıldı:
Genler polipeptit zincirlerini ya da RNA
moleküllerini kodlarlar
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Transkripsiyon ve Translasyonun temel prensipleri
• Transkripsiyon
– DNA’nın yönetiminde RNA sentezi
– Mesajcı RNA (mRNA) oluşur
• Translasyon
– mRNA’nın yönetiminde meydana gelen, bir
polipeptidin gerçek (actual) sentezi
– Ribozomlarda gerçekleşir
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Prokaryotlarda;
– Transkripsiyon ve translasyon birlikte gerçekleşir
TRANSKRİPSİYON
DNA
mRNA
Ribozom
TRANSLASYON
Polipeptit
(a) Prokaryotik hücre. I Bir nükleusu olmayan bir hücrede, transkripsiyonla üretilen mRNA
anında ek bir işlem olmaksızın translasyon a uğrar.
Şekil 22
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Ökaryotlarda;
– RNA transkriptleri gerçek mRNA meydana
gelmeden önce değişikliğe uğrar
Hücre zarfı
TRANSKRİPSİYON
RNA PROSESİ
DNA
öncül-mRNA
mRNA
Ribozom
TRANSLASYON
Polipeptit
Şekil 23
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
(b) Ökaryotik hücre. Nukleus transkripsiyon için ayrı bir
kompartıman sağlar. Orjinal RNA transkripti, öncül mRNA,
nukleusu mRNA olarak terk etmeden önce çeşitli
yollarla işlemlerden geçer
• Hücreler hücresel bir komuta zinciri ile
yönetilirler
– DNA RNA protein
Genetik Kod
• Kaç baz bir aminoaside karşılık gelir?
Kodonlar: Üçlü Bazlar
• Genetik bilgi
– Çakışmayan üçlü baz serileri, ya da kodonlar
olarak kodlanırlar
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
• Transkripsiyon sırasında (süresince)
– Geni bir mRNA molekülünün uzunluğu boyunca
baz sıraları belirler
Gen 2
DNA
molekülü
Gen 1
Gen 3
DNA zinciri 3
5
A C C A A A C C G A G T
(kalıp)
TRANSKRİPSİYON
mRNA
5
U G G U U U G G C U C A
Kodon
TRANSLASYON
Protein
Şekil 24
Trp
Amino asit
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Phe
Gly
Ser
3
Cracking the Code
• mRNA’daki bir kodon;
– Ya bir amino aside transle olur ya da translasyonel
stop sinyali olarak görev yapar
Şekil 25
CUU
CUC
C
CUA
CUG
CCU
CCC
Leu CCA
CCG
Pro
AUU
AUC
A
AUA
AUG
ACU
ACC
ACA
ACG
Thr
GUU
G GUC
GUA
GUG
lle
Met or
start
GCU
GCC
Val
GCA
GCG
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Ala
G
U
UGU
Cys
UGC
C
UGA Stop A
UGG Trp G
U
CAU
CGU
His
CAC
CGC
C
Arg
CAA
CGA
A
Gln
CAG
CGG
G
U
AAU
AGU
Asn
AAC
AGC Ser C
A
AAA
AGA
Lys
Arg
G
AAG
AGG
U
GAU
GGU
C
GAC Asp GGC
Gly
GAA
GGA
A
Glu
GAG
GGG
G
Üçüncü mRNA bazı (3 uç)
İlk mRNA bazı (5 uç)
İkinci mRNA bazı
U
C
A
UAU
UUU
UCU
Tyr
Phe
UAC
UUC
UCC
U
UUA
UCA Ser UAA Stop
UAG Stop
UUG Leu UCG
• Kodonlar belli bir polipeptidin üretilmesi için
doğru reading frame i okumalıdır
Genetik Kodun evrimi
• Genetik kod büyük ölçüde (neredeyse)
evrenseldir
– En basit bakteriden en karmaşık hayvanlara
organizmalar tarafından paylaşılır
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Transkripsiyon: DNA direktifli RNA sentezi
• RNA sentezi
– RNA polimeraz tarafından katalize edilir, enzim
DNA zincirlerini ayırır ve RNA nükleotitlerini
biraraya getirir
– RNA da T yerine U bazı A ile eşleşir
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Bir RNA Transkriptinin sentezi
• Transkripsiyon basamakları
Promotor
– Başlama
Transkripsiyon birimi
5
3
3
5
DNA
Başlangıç noktası
RNA polimeraz
– Uzama
– Sonlanma
1
Initiation. RNA polimeraz promotora bağlandıktan sonrai,
DNA zincirleri ayrılır, ve polimeraz kalı zincir üzerindeki başlangıç
noktasında RNA sentezini başlatır.
5
3
3
5
Kalıp DNA zinciri
Ayrılmış
RNA
DNA
transkriptit
2
Geri birleşen
Elongation. Polimeraz DNA’yı açarak aşağıya doğru ilerler, ve
RNA transkirptini 5  3  ynünde uzatır. Transkripsiyon yolunda
DNA zincirleri tekrar eski ikili sarmal yapısına döner.
RNA
5
3
3
5
3
5
RNA
transkripti
3
Termination. Sonunda, RNA transkripti salınır ve polimeraz
DNA’dan ayrılır
5
3
3
5
5
Şekil 26
tamamlanmş RNA
transkripti
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
3
Elongation- Uzama
Kalıp olmayan DNA zinciri
RNA nükleotitleri
RNA
polimeraz
A
T
C
C
A
A
3
3 ucu
U
5
5
A
E
G
C
A
T
A
G
G
T
Transkripsiyon yönü
(“aşağıya doğru”)
Yeni sentezlenen
RNA
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
T
Kalıp DNA zinciri
RNA Polimeraz Bağlanması ve Transkripsiyonun başlaması
• Promotorlar RNA
sentezinin başlaması
için işaret verirler
1
TRANSCRIPTION
DNA
RNA PROCESSING
Pre-mRNA
Ökaryotik promotorlar
mRNA
TRANSLATION
Ribosome
Polypeptide
Promotor
• Transkripsiyon
faktörleri
5
3
3
5
T A T A A AA
AT AT T T T
TATA box
Başlangıç noktası
2
– Ökaryotik RNA
polimerazın
promotoz
sekanslarını
tanımalarına
yardımcı olurlar
Kalıp DNA zinciri
Çeşitli transkripsiyon faktörleri
Transkripsiyon faktörleri
5
3
3
5
3
İlave transkripsiyon faktörler
RNA polimeraz II
5
3
Transkripsiyon faktörleri
3
5
5
RNA transkripti
Şekil 27
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Transkripsiyon başlangıç kompleksi
RNA zincirinin Uzaması
• RNA polimeraz DNA boyunca hareket
ettiğinden
– RNA nükleotitleri ile eşleştirme için bir defada
10 ila 20 DNA bazınının açığa çıktığı bir
sürede ikili sarmalı açmaya devam eder
Transkripsiyonun sonlanması
• Terminasyon mekanizması
– Prokaryot ve ökaryotlarda farklıdır
Ökaryotik hücreler transkripsiyon sonrasında RNA yı değiştirirler
Ökaryot nükleusundaki enzimler
Genetik mesajlar sitoplazmaya gönderilmeden önce belirli şekillerde premRNA modifiye edilir.
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
mRNA uçlarının değişmesi
• Pre-mRNA’nın her ucu belirli şekillerde
modifiye edilirler
– 5 ucu modifiye bir nükleotit cap alır
– 3 ucu bir poly-A ucu alır
Modifiye bir guanin nükleotidi 5 ucuna eklenir
TRANSCRIPTION
RNA PROCESSING
50 ila 250 adenin nükleotidi 3 ucuna
eklenir
DNA
Pre-mRNA
5
mRNA
Protein-kodlayan segment segmentPoliadenilasyon sinyali
3
G P P P
AAUAAA
AAA…AAA
Ribosome
TRANSLATION
5 Cap
5 UTR
Start kodon Stop kodon
Polypeptide
Şekil 28
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
3 UTR
Poly-A kuyruğu
Bölünmüş genler ve RNA ekleme (Split Genes and RNA
Splicing)
• RNA splicing
– İntronları çıkarıp ekzonları birleştirir
TRANSCRIPTION
RNA PROCESSING
DNA
Pre-mRNA
5 Exon Intron
Pre-mRNA 5 Cap
30
31
1
Kodlayan
segment
mRNA
Ribosome
Intron
Exon
104
Exon
105
3
Poly-A kuyruğu
146
Intronlar kesilir ve ekzonlar
biraraya getirirli
TRANSLATION
Polypeptide
Poly-A kuyruğu
mRNA 5 Cap
1
3 UTR
Şekil 29
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
146
3 UTR
RNA splicing
• Bazı durumlarda spliceosom lar tarafından
RNA transkripti (pre-mRNA)
gerçekleştirirlir
5
Intron
Exon 1
Exon 2
Protein
1
Diğer proteinler
snRNA
snRNPs
Spliceosome
2
5
Spliceosome
bileşenleri
Kesilen intron
3
Şekil 30
5
mRNA
Exon 1
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Exon 2
Ribozimler
• Ribozimler
– Enzim olarak görev yapan ve RNA ekleyebilen
(splice) katalitik RNA molekülleridir
İntronların işlevsel ve evrimsel önemi
• İntronların varlığı alternatif RNA splicing e izin
verir
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
• Proteinler çoğunlukla modüler mimariye sahiptirler
– Domain denilen ayrı yapısal ve işlevsel
bölgelerden oluşurlar
• Çoğu durumda
– Farklı ekzonlar bir proteinde farklı domainleri
kodlarlar
Gene
DNA
Exon 1 Intron Exon 2
Transcription
RNA processing
Intron Exon 3
Translation
Domain 3
Domain 2
Domain 1
Şekil 31
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Polipeptit
Translasyon-RNA direktifli polipeptit sentezi
Translasyonun moleküler bileşenleri
• Bir hücre mRNA mesajını proteine transle eder
ve bunun transfer RNA (tRNA) yardımıyla
yapar
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Translasyon: temel konsept
TRANSCRIPTION
DNA
mRNA
Ribosome
TRANSLATION
Polypeptide
Amino asitler
Polipeptit
Amino asit bağlı tRNA
Ribozom
Gly
tRNA
Antikodon
A A A
U G G U U U G G C
Kodonlar
5
Şekil 32
mRNA
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
3
tRNA’nın yapısal ve fonksiyonel özellikleri
• Bir tRNA molekülü
– Sadece 80 nükleotit uzunluğuncaCA tek zincirli
C
bir RNA da oluşur
– Kabaca L-şeklindedir
•
tRNA molekülleri özdeş değildir
–
Her biri bir ucunda belirli amino asitleri taşırlar
–
Her biri diğer ucunda antikodon a sahiptir
(a) İki boyutlu yapı. 3’ ucundaki amino asit bağlanma yerinin baz dizisi
olarak dört baz çiftli bölgeler ve üç loop tüm tRNA lar için
karakteristiktir. Antikodon üçlüsü her tRNA tipi için bözgüldür
(Yıldızlar tRNA karakteristiği olarak kimyasal olarak modifiye olmuş
bazları işaret eder)
Şekil 33
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
3
A
C
C
A 5
C G
G C
C G
U G
U A
A U
A U
U C
UA
A G *
C A C AG
*
U
C
C
G
*
*
G U G U *
G
C
C G A G
A G G
* *
U C
*
G
A
*
G C
G C
Hidrojen bağları
U A
* G
A
A*
C
U
*
A
G
A
Amino asit
bağlanma yeri
Antikodon
5
Amino asit bağlanma yeri
3
Hydrogen
bonds
A AG
3
Antikodon
(c)
(b) Üç boyutlu yapı
Şekil 34
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
5
Antikodon
Sembolik şekli
Ribozomlar
– Protein sentezi boyunca tRNA antikodonlarının
mRNA kodonları ile spesifik olarak eşleşmesini
kolaylaştırır
Ribozom altbirimleri
–
Ribozomal RNA (rRNA) denilen
protein ve RNA dan oluşturulur
DNA
TRANSCRIPTION
mRNA
Ribosome
TRANSLATION
Çıkış tüneli
Polypeptide
Büyüyen polipeptit
tRNA
molekülleri
Büyük altbirim
E
P A
Küçük altbirim
5
mRNA
3
(a)
Şekil 36
Fonksiyonel ribozomun bilgisayar modeli. Bir bakteri ribozom yapısı
(ökaryot ribozom da kabaca benzerdir)
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Ribozom tRNA için üç bağlanma bölgesine sahiptir
– P bölgesi
– A bölgesi
– E bölgesi
P bölgesi (Peptidil-tRNA
Bağlanma bölgesi)
A bölgesie (AminoaçiltRNA bağlanma bölgesi)
E bölgesi
(Çıkış bölgesi)
Büyük alt birim
E
P
A
mRNA
Bağlanma bölgesi
Küçük altbirim
(b)
Bağlanma bölgelerini gösteren şematik model..
Şekil 36
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Amino ucu
Büyüyen polipeptit
Polipeptit zincirine eklenecek bir sonraki amino asit
tRNA
3
mRNA
5
Kodonlar
(c) mRNA ve tRNA lı şematik bir model tRNA antikodonunun bir mRNA kodonu ile eşleştiği bir
bağlanma bölgesine uyum gösterir. P bölgesi büyüyen polipeptide bağlı tRNA yı tutar. A bölgesi
polipeptit zincirine yeni eklenecek amino asiti taşıyan tRNAyı tutar. Deşarj olan tRNA E
bölgesinden ayrılır.
Şekil 36
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Bir polipeptidin inşaası
• Translasyon basamakları
– Initiation- başlama
– Elongation-uzama
– Termination-sonlanma
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Ribozom etkileşimi ve translasyonun başlaması
• Translasyonun başlangıç basamağı
– mRNA’yı polipeptidin ilk amino asidini taşıyan
tRNA’yı, ve ribozomun iki altbirimini biraraya
getirir
Büyük ribozom altbirimi
P bölgesi
3 U A C 5
5 A U G 3
Başlatıcı tRNA
GTP
GDP
E
A
mRNA
5
Start codon
mRNA bağlanma bölgesi
1
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
3
Translasyon başlangıç kompleksi
Küçük ribozom altbirimi
Küçük ribozomal altbirim mRNA molekülüne bağlanır.
Prokaryotik hücrede, bu bölgedeki mRNA bbağlanma
bölgesi başlangıç kodonunun hemen üstündeki bir
spesifik nükleotit sekansınaı tanır. Antikodon UAC
li başlatıcı tRNA, başlangıç kodonu AUG ile eşleşir.
Bu tRNA metiyonin aminoasidini taşır.
Şekil 38
5
3
2
Ribozomal altbirimiin gelişi başlangıç kompleksini tamalmlar
Başlama faktörleri adlı proteinler tüm translasyon bileşenlerini
biraraya getirmek için gereklidir. GTPbiraraya gelmek için gerek
Enerjiyi sağlarBaşlatıcı tRNA P bölgesindedir; A bölgesibir sonr
Aminoasidi taşıyan tRNA için açıktır
Polipeptit zincirinin uzaması
• Translasyonun uzama basamağı
– Amino asitler bir önceki aminoaside sırayla
eklenirler
1
TRANSCRIPTION
Kodon tanıma. Gelen aminoaçil tRNA’nın
antikodonu A bölgesindeki komplementer
mRNA ile eşleşir. GTP nin hidrolizi bu
basamağın doğruluğu ve efficiency si ni artırır
Polipeptidin
amino ucu
DNA
mRNA
Ribosome
TRANSLATION
Polypeptide
mRNA
Bir sonraki aminoaçil tRNA
İçin hazır ribozom
E
3
P A
site site
5
2 GTP
2 GDP
E
E
P
P
A
2
GDP
3
Şekil 39
GTP
Translokasyon. Ribozom A bölgesindeki tRNA yı
P bölgesine geçirir. P bölgesindeki boş tRNA
E bölgesine hareket ettirilir ve buradan salınır.
mRNA ona bağlanan tRNA ile birlikte hareket
eder, böylece A bölgesinde translate edilecek
bir sonraki kodonu getirir.
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
A
E
P
A
Peptit bağı oluşumu Büyük altbirimin
rRNA molekülü A bölgesindeki yeni
aminoasit ile P bölgesindeki büyüyen
aminoasidin karboksil ucu arasında peptit
bağı oluşumunu katalizler. Bu basamak
A bölgesindeki tRNA yı polipeptide bağlar
Translasyonun sonlanması
• Translasyonun son basamağı terminasyondur
– Ribozom mRNA daki stop kodonuna ulaşır
Salınma faktörü
Serbest polipeptit
5
3
3
5
5
3
Stop kodonu
(UAG, UAA, veya UGA)
1 Bir ribozom mRNA daki stop
2
3
İki ribozom altbirimi ve diğer
kodonuna ulaştığında, ribozomun
Release faktörü P bölgesindeki
komponentler kompleksten ayrılır
A bölgesi tRNA yerine release
tRNA ile polipeptit zincirinin
faktör denilen proteini kabul eder.
son aminoasidi arasındaki
bağı hidroliz eder. Polipeptit ribozomdan ayrılır
Şekil 40
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Poliribozomlar
• Tek bir mRNA molekülünü aynı anda çevirebilen
çok sayıdaki ribozomlardır
– Poliribozom
Tamamlanmış polipeptit
Büyüyen
polipeptitler
Gelen
ribozom
altbirimleri
mRNA
başlangıcı
(5 uç)
(a)
mRNA
sonu
(3 ucu)
mRNA molekülü poliribozom adlı ribozom jümeleri tarafından aynı anda çevrilirler
Ribosomes
mRNA
0.1 µm
Şekil 42
(b)
Prokaryotik hücrede büyük bir poliribozom (TEM).
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Fonksiyonel proteinin tamamlanması ve
hedeflenmesi
• Polipeptit zincirleri
– Translasyon işleminden sonra modifikasyona
uğrar
Protein Katlanması ve Post-Translasyonel
Modifikasyonlar
• Translasyon sonrası
– Proteinler üç boyutlu yapılarının etkileyen bir
biçimde modifiye olabilirler
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Belirli lokasyonlara polipeptitlerin hedeflenmesi
• Hücrelerde iki tip ribozom populasyonu yer alır:
– Serbest ve bağlı
• Serbest ribozomlar sitozolde yer alırlar
– Tüm proteinlerin sentezini başlatırlar
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
• Endomembran sistemine yada sekresyona
hedeflenen proteinler
– ER ye taşınmalıdırlar
– Bunu sahip olduğu sinyal tanıma parçasını (a
signal-recognition particle (SRP)) bağlayan
sinyal peptitler sayesinde gerçekleştirir
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
• Proteinleri ER ye taşıyan sinyal mekanizması
1 Polypeptide
synthesis begins
on a free
ribosome in
the cytosol.
2 An SRP binds
to the signal
peptide, halting
synthesis
momentarily.
3 The SRP binds to a
receptor protein in the ER
membrane. This receptor
is part of a protein complex
(a translocation complex)
that has a membrane pore
and a signal-cleaving enzyme.
4 The SRP leaves, and
the polypeptide resumes
growing, meanwhile
translocating across the
membrane. (The signal
peptide stays attached
to the membrane.)
5 The signalcleaving
enzyme
cuts off the
signal peptide.
6 The rest of
the completed
polypeptide leaves
the ribosome and
folds into its final
conformation.
Ribosome
mRNA
Signal
peptide
Signalrecognition
particle
(SRP) SRP
receptor
CYTOSOL protein
ERLUMEN
Translocation
complex
Şekil 43
Copyright © 2005 Pearson Education, Inc. publishing as Benjamin Cummings
Signal
peptide
removed
ER
membrane
Protein