Chapter Konu 11 Lecture 11. Konu 11. Concepts of Genetics. Tenth Edition. 2-DNA Eşlenmesi ve Rekombinasyon

Transkript

1 Chapter Konu 11 Lecture 11 Concepts of Genetics Konu 11 Tenth Edition 2-DNA Eşlenmesi ve Rekombinasyon

2 Konu 11 İçerik 11.1 DNA yarı korunumlu eşlenme ile kopyalanır 11.2 Prokaryotlarda DNA eşlenmesi 11.3 DNA eşlenmesi sırasında pekçok karmaşık sorun çözülmelidir 11.4 DNA eşlenmesini özetleyen bir model 11.5 Eşlenme çeşitli genler tarafından kontrol edilir 11.6 Ökaryotlarda DNA eşlenmesi 11.7 Doğrusal kromozomun uçlarının eşlenmesi 11.8 DNA rekombinasyonu belirli enzimler tarafından kontrol edilir 11.9 Gen dönüşümü, rekombinasyonun bir sonucudur

3 Bölüm 11.1 DNA yarı korunumlu eşlenme ile kopyalanır DNA zincirlerinin komplementertamamlayıcı olması, her birinin diğerinin sentezine taslak oluşturmasını sağlar

4 Figure 11.1

5 Bölüm 11.1 DNA eşlenmesi (replikasyon) için 3 farklı yol mümkün: Korunumlu (Konservatif) Orijinal sarmal korunur ve 2 yeni sentezlenmiş zincir bir araya gelir. Yarı korunumlu (semikonservatif) Eşlenmiş her DNA molekülü bir yeni ve bir eski zincir içerir Dağıtıcı Ana zincirler yeni oluşan ikili sarmallara dağıtılır

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

7 Bölüm 11.1 Meselson ve Stahl (1958), 15 N-işaretli E. coli kullanarak Prokaryotlarda DNA eşlenmesinin yarı korunumlu olduğunu Her yeni DNA molekülünün bir eski ve bir yeni zincir içerdiğini göstermiştir

8 15 N içeren ortamda büyütülen E. coli E.coli azotlu bazları 15 N ile işaretlenmiş olur Nesil 0 I. Nesil II. Nesil III. Nesil 15 N işaretli E. Coli 14 N ortamına eklenir Hücreler 14 N ortamında 1 defa çoğalır Hücreler 14 N ortamında 2. defa çoğalır Hücreler 14 N ortamında 3. defa çoğalır Yerçekimsel kuvvet DNA ayrıştırılır ve aşamalı çökelme sağlanır Figure 11.3

9 I. Nesil II. Nesil Yerçekimsel kuvvet Figure 11.4

10 Bölüm 11.1 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.

11 Bölüm 11.1 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)

12 Replikasyon çatalı Figure 11.6

13 Bölüm 11.2 Bakterilerde DNA eşlenmesi DNA polimeraz DNA sentezler ve bir DNA kalıbına ve 4 deoksiribonükleosit trifosfata ihtiyaç duyar (dntp) DNA kalıpu (dnmp) ve onun komplementer dizisinin yeni oluşan bir bölümü Yeni sentezlenen zincire her seferinde 1 nükleotit eklenir (n+1) İnorganik pirofosfat

14 WwIrqE/giphy.gif

15 11.2 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

16 5 uç, 3 ucu ile birleşir Büyüyen zincir Nükleosit trifosfat Figure 11.8

17 11.2 Bakterilerde 5 farklı DNA polimeraz keşfedilmiştir DNA polimeraz I ilk defa hücrelerden ayrıştırılandır. Bu polimeraza hücre dışı laboratuvar koşullarında (in vitro) dntp ve kalıp DNA eklendiğinde yeni DNA sentezi yapabilir DNA polimeraz I, II, ve III varolan bir DNA zincirini uzatabilir fakat DNA sentezini başlatamaz Üçü de 3-5 ekzonükleaz aktivitesi gösterir: Sentezlenen DNA daki hataları bulur, yanlış nükleotitleri keser ve yerine doğrularını yerleştirir

18 Bakteri DNA polimeraz I, II ve III ün özellikleri Özellikler Zincir sentezini başlatma polimerleşme ekzonükleaz aktivitesi ekzonükleaz aktivitesi 1 hücredeki polimeraz sayısı Table 11.2

19 11.2 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

20 11.2 DNA polimeraz III, 10 alt birimden oluşan karmaşık bir enzimdir (holoenzim) Holoenzim ve diğer proteinler replikasyon çatalında replizom denilen bir yapı oluştururlar

21 DNA polimeraz III alt birimleri ve görevleri Alt birim Görev Gruplama polimerleşme ekzonükleaz Ana enzim oluşması Ana enzim: polinükleotit zincirini uzatır ve hata düzeltir Enzimi kalıp zincire yerleştirir Kayan kıskaç yapısı İki ana enzimi birleştirir Table 11.3

22 11.3 DNA eşlenmesi sırasında pekçok karmaşık sorun çözülmelidir

23 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 RNA Primerlerin kesilmesi Oluşan boşlukların doldurulması Hataların düzeltilmesi

24 Heliksin/Sarmalın açılması DnaA replikasyon orijinine bağlanır ve sarmalın açılmasındaki ilk adımlardan sorumludur Daha sonra DnaB ve DnaC nin bağlanması sarmalı daha da çözer Topluca DNA helikaz olarak adlandırılırlar Tek-zincir bağlanma proteinleri (SSBP) zincirlerin açık biçimde kalmasını sağlar

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

26 Açılma sırasındaki gerilmenin azaltılması Sarmalın açılması diğer bölgelerde aşırı sarmallaşmaya yol açar DNA giraz gevşetme işlevi görür Düğümleşmiş bölgelerde DNA zincirlerini keser daha sonra bunlar tekrar birleştirilir

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

37

38 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 Sonunda DNA polimeraz I bu RNA primerini keser ve DNA ile değiştirir Bu durum DNA sentezinde evrenseldir

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

40 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 polimeraz aynı yönde ilerlerken diğer zincirin okuma yönü ters kalır.

41 Başlangıç RNA primeri Dna sentezi Figure 11.11

42 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

43 11.3.5,6 Primerin kesilmesi, parça birleştirilmesi Kesintili zincirin her parçasına Okazaki parçaları adı verilir. Her parçada bir RNA primeri bulunur Sonrasında DNA polimeraz I bu primerleri keser ve DNA parçaları ligaz enzimi tarafından birleştirilir

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

45 11.4 DNA eşlenmesi modeli Tek bir replikasyon çatalındaki DNA eşlenmesi: DNA polimeraz III Tek zincir bağlanma proteinleri DNA giraz DNA helikaz RNA primerleri içerir

46 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

47 =mxajsbhdkbq =7Hk9jct2ozY

48 11.6 Ökaryot DNA eşlenmesi prokaryotlara benzer fakat daha karmaşıktır

49 11.6 Prokaryotlara benzer özellikler Replikasyon orijinlerinde sarmalın açılması Replikasyon çatalı oluşumu Çift yönlü sentez, kesintili ve kesintisiz zincirleri oluşturur Ökaryot polimeraları da 4 deoksiribonükleosit trifosfat, kalıp DNA ve primere ihtiyaç duyar

50 11.6 Karmaşıklık: Prokaryotlara göre DNA miktarı çok fazla Kromozomlar çizgiseldir DNA proteinlerle bileşikler halinde bulunur

51 11.6 Ökaryot kromozomlarında birçok replikasyon orijini bulunur Bu dakikalar ile birkaç saat arasında bir sürede tüm DNA nın eşlenmesini sağlar Ökaryot orijinleri ayrıca replikasyon zamanını da belirler Ön replikasyon kompleksleri orijinlerde toplanır

52 Figure 11.14

53 11.6 Çekirdek DNA sının eşlenmesinde 3 polimeraz Bir polimeraz mitokondri DNA eşlenmesinde Diğerleri DNA tamirinde Görev yapar

54 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

55 11.6 Pol,, ve ɛ başlangıç ve polimerleşmedeki temel enzimlerdir Pol RNA primer sentezinde görev yapar Sonra polimeraz değişimi olur: Pol kesintili zinciri ve Pol ɛ kesintisiz zinciri sentezler

56 Kesintili zincir Kesintisiz zincir

57 11.7 Kromozomların uçlarının eşlenmesi problem yaratır

58 11.7 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

59 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

60 11.7 Telomeraz bu boşlukları doldurur Bir ribonükleoproteindir üzerinde tekrarlı dizinin tamamlayıcı dizisini içeren bir RNA barındırır Bu RNA kalıp olarak kullanılarak DNA sentezlenir Ters transkripsiyon

61 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

62 Section 11.7 Çoğu somatik ökaryot hücresinde telomeraz aktif değildir Bu sebeple her bölünme sonrasında telomerler kısalır ve bir noktada hücre bölünmesi durur Kanser hücrelerinde telomerazlar aktifleşir ve bu sayede ölümsüz olur Yaşlanmayı bu enzimler ile önleme çalışmaları sürmektedir

63 11.8 DNA rekombinasyonu da eşlenme gibi belirli enzimlerce gerçekleştrilir

64 11.8 Genetik rekombinasyon aşamaları: Endonükleaz ile çentik açılması Zincir değişimi ve komplementerle eşleşme bağlanma Kolların göç etmesi ayrılma

65 Figure 11.18

66 Endonükleaz enzimi ile çentik Figure 11.18a

67 Figure 11.18b

68 Zincir değişimi Figure 11.18c

69 Değişen zincirlerin bağ oluşumu - ligaz Kolların göç etmesi Figure 11.18d

70 Figure 11.18f

71 Holliday yapısı Figure 11.18g

72 Endonükleaz ile çentik çentik çentik Figure 11.18h

73 Rekombinant zincirler Figure 11.18i

74 11.8 Bu olaya homolog rekombinasyon denir: iki kromozom arasında birbirine benzer dizideki büyük parçaların değişimi Mayoz sırasında görülen parça değişimi bu şekilde gerçekleşir Rekombinasyonun bir sonucu olarak Gen dönüşümü: birbirine benzerliği olan iki gen arasındaki genetik değişim Mendel oranlarından sapmalara yol açabilir

75 2 homolog bölge Yaban tip allel Rekombinasyon sonucu bazlar eşleşemez DNA Tamiri Mutant allele dönüştü Mutant allel Yaban tip olarak kaldı Figure 11.19