Chapter 10 Lecture. Genetik Kavramlar Concepts of Genetics Tenth Edition. 1. DNA Yapısı. Çeviri: Aslı Sade Memişoğlu

Transkript

1 Chapter 10 Lecture Genetik Kavramlar Concepts of Genetics Tenth Edition 1. DNA Yapısı Çeviri: Aslı Sade Memişoğlu

2 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

3 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

4 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

5 1 Moleküler genetiğin merkezi dogması: DNA RNA yı oluşturur (transkripsiyon) ve RNA da proteinleri oluşturur (translasyon) Transkripsiyon Ribozom Translasyon

6 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

7 İki çeşit azotlu baz vardır: Pürinler Adenin (A) Guanin (G) Pirimidinler Sitozin (C) Timin (T) Urasil (U)

8 Pirimidin halkası Sitozin Urasil Timin Pürin halkası Guanin Adenin Figure 10.7a

9 DNA ve RNA A, C, ve G içerir T sadece DNA da bulunur U sadece RNA da bulunur

10 RNA şeker olarak riboz içerir DNA şeker olarak deoksiriboz içerir Riboz Deoksiriboz Figure 10.7b

11 Bir nükleosit azotlu baz ve pentoz şekerden oluşur Bir nükleotit fosfat grubu eklenmiş bir nükleosittir.

12 Nükleosit Nükleotit Üridin Deoksiadenilik asit

13 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

14 Deoksinükleosit difosfat (dndp) nükleosit trifosfat (NTP) Deoksitimidin difosfat (dtdp) Adenozin trifosfat (ATP) Figure 10.9

15 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

16 5 ucu 3-5 fosfodiester bağı 3 ucu Figure 10.10a

17 Figure 10.10b

18 3. DNA nın yapısı, işlevinin anlaşılması için kilit noktadır Chargaff ( ) 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

19 Bölüm 10.7 Linus Pauling X-ışını kırılımı tekniğini protein yapısını incelemede kullanmaktaydı Maurice Wilkins in laboratuvarında çalışan Rosalind Franklin ( ) sarmal bir yapının tipik özelliğidir.

20 Linus Pauling X-ışını kırılımı tekniği Rosalind Franklin ( ) sarmal yapı. Figure 10.11

21 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

22

23 Çap Bir tam dönüş Küçük oluk Şeker-fosfat bel kemiği Büyük oluk Azotlu baz çifti Figure 10.12

24 Figure 10.12b

25 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

26 Adenin-Timin baz çifti Deoksiribozun C-1 pozisyonu Adenin Timin Deoksiribozun C-1 pozisyonu Guanin-Sitozin baz çifti Deoksiribozun C-1 pozisyonu Guanin Hidrojen bağı Figure Sitozin Deoksiribozun C-1 pozisyonu

27 Bölüm 10.7 Şeker molekülleri ve bazların eksen boyunca dizilişi de yapıya daha fazla kararlılık sağlar.

28 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

29 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

30 rrna protein sentezinde görev alan ribozomların yapısal bileşiğidir. mrna protein sentezi için şablon görevi yapar trna protein sentezi için amino asitleri taşır

31 Chapter 10 Lecture Concepts of Genetics Konu 11 Tenth Edition DNA Eşlenmesi

32 1 DNA yarı korunumlu eşlenme ile kopyalanır DNA zincirlerinin tamamlayıcı olması, her birinin, diğerinin sentezine taslak oluşturmasını sağlar

33 Figure 11.1

34 Korunumlu Yarı korunumlu Dağıtıcı Bir eşlenme döngüsü Yeni sentezlenen zincirler mavi ile gösterilmiştir Figure 11.2

35 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.

36 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)

37 Replikasyon çatalı Figure 11.6

38 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

39 WwIrqE/giphy.gif

40 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

41 5 uç, 3 ucu ile birleşir Büyüyen zincir Nükleosit trifosfat Figure 11.8

42 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

43 3 DNA eşlenmesi sırasında pek çok karmaşık sorun çözülmelidir

44 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

45 3.1 Heliksin/Sarmalın açılması Belirli proteinler - DNA helikaz replikasyon orijinine bağlanır ve sarmalın açarlar

46 ATP hidrolizi İlk bağlanma ATP hidrolizi Replikasyon balonu oluşmaya başlar ATP hidrolizi Sarmalın açılması başlar Figure 11.9

47 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

48 Kalıp DNA RNA primeri RNA primerine eklenen yeni DNA Figure 11.10

49 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

50 Başlangıç RNA primeri Dna sentezi Figure 11.11

51 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

52 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

53 3.4 Hata kontrolü ve düzeltmeler DNA eşlenmesinin bir parçasıdır Tüm polimerazların 3' - 5' ekzonükleaz aktivitesi vardır ve hata düzeltmelerinde hepsi rol alır

54 alt birim kayan kilit Tek zincir bağlanma proteinleri Okazaki parçaları Polimeraz III çifti RNA primeri Kesintisiz zincir kalıp DNA Helikaz DNA giraz Kesintili zincir kalıp DNA Figure 11.13

55 4 Ökaryot DNA eşlenmesi prokaryotlara benzer fakat daha karmaşıktır

56 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

57 4 Karmaşıklık: Prokaryotlara göre DNA miktarı çok fazla Kromozomlar çizgiseldir DNA proteinlerle bileşikler halinde bulunur

58 4 Ökaryot kromozomlarında birçok replikasyon orijini bulunur Bu dakikalar ile birkaç saat arasında bir sürede tüm DNA nın eşlenmesini sağlar

59 5.4 Çekirdek DNA sının eşlenmesinde 3 polimeraz Bir polimeraz mitokondri DNA eşlenmesinde Diğerleri DNA tamirinde Görev yapar

60 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 Table 11.5

61

62 5 Kromozomların uçlarının eşlenmesi problem yaratır

63 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

64 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 Figure 11.16

65 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

66 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 Figure 11.17

67 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