Genetik Şifre ve Transkripsiyon

Transkript

1 Genetik Şifre ve Transkripsiyon Prof. Dr. Sacide PEHLİVAN 12 Aralık 2016

2 RNA (Ribonükleik Asit): Ribonükleotid Polimeri Tek zincirli bir moleküldür. İçerdiği şeker ünitesi riboz dur. DNA dan baz içeriği olarak farklılık gösterir; timin bazı yerine urasil içerir.

3 RNA Yapısı

4 RNA da baz eşleşmesi guanine cytosine adenine uracil

5 DNA ve RNA yapısının karşılaştırılması Özellik DNA RNA Nükleotidlerden oluşur evet evet Şeker ünitesi deoksiriboz riboz 2 OH grubu yok var Bazlar A; G, C, T A, G, C, U Fosfodiester bağı var var zincir çift tek Kararlılık Oldukça kararlı Kolayca yıkılabilir İkincil yapısı Çift zincirli heliks Birçok tipte

6 RNA Tipleri Transfer RNA (adaptör molekül) Haberci (Messenger) RNA (protein sentezi için kalıp) Ribozomal RNA (protein sentezi) Small nüklear RNA (splicesomal RNA, RNA işlenmesinde görevli) Small nükleolar RNA (ribozomal RNA işlenmesinde görevli) İnterferans (Interference) RNA (gen susturma) mekanizmasında görevli) Micro RNA (transkripsiyon-translasyonun kontrolü) Small Cajal RNA (Küçük RNA ların döngüsünü sağlamak) Virus RNA (virus genomunu kodlar)

7 Mesajcı (Messenger) RNA, mrna DNA daki mesajı sitoplazmadaki protein üretme merkezine taşımaktadır. Yapı olarak doğrusaldır, tek zincirlidir. Sekonder ve tersiyer yapıda nadir görülürler Protein sentezinden hemen sonra yıkılırlar, hatta protein sentezi sürerken yıkım başlar. Bu moleküllerin yarı ömürleri hücreye bağlı olarak değişmektedir. Bakterilerde 1-2 dk, memeli hücresinde dk dır, kanser hücrelerinde 10 dk dır. * İSTİSTA OLAN HÜCRE VAR MI?

8 Eritrositlerde kalıcı mrna bulunmaktadır; mrna + protein (informozom) halinde bulunurlar. Bakterilerde spor oluşumu sırasında da informozom yapısı görülür. Hücrenin farklılaşma ve gereksinimine bağlı olarak mrna yarı ömrü değişmektedir. Ör: ortamda prolaktin var ise laktoalbuminler sentezleneceği için m-rna prolaktinle birleşerek yıkılmaktan korunur ve hücrenin gereksinimine göre bu durum değişmektedir.

9 mrna taşıyıcılığı farklılık göstermektedir. Prokaryotlarda polisistroniktir (sistron: gen alt bölgesi), aynı fonksiyonu yapan genler ardarda dizilmiştir. - Ökaryotlarda ise monosistroniktir, yani tek bir proteinin sentezini gerçekleştirirler. NEDEN?

10 Transfer RNA (trna) nükleotid uzunluğunda bir RNA -Bir amino asitin mrna molekülünü tanıyabilmesi çok zor olduğundan adaptör molekül olarak trna bu iki molekülün bir araya gelmesini sağlar. Böylece hem amino asit hem de mrna yı tanıyarak doğru amino asitleri doğru mrna bölgesine taşır.

11 Transfer RNA Yapısı TyC Loop Variable loop D Loop Acceptor Stem Anticodon Loop

12 trna trna nın iki tür aktivitesi bulunmaktadır; 1.sentetik aktivite; amino asitin trna ya bağlanmasıdır. 2.hidrolitik aktivite; yanlış bağlanan amino asidin hidrolizle aktif bölgeden uzaklaştırılmasıdır. -Amino asidin trna ya bağlanması ATP gerektiren bir mekanizmadır.

13 Ribozomal RNA (rrna) Ribozomların yapısında bulunan ve yapısal bir molekül olan rrna nın molekül içinde çift zincirler bulunmasına karşın, genel bir sekonder ya da tersiyer yapıları yoktur. Ribozomlar= rrna + protein den oluşur. Ribozomlar iki alt üniteden oluşur. Prokaryotlarda 70S, ökaryotlarda 80S lik ribozomlar bulunur. (S: Svedberg ünitesi, sedimentasyon hızını ifade eder, ultrasantrifüjü bulan bilim adamının isminden gelmektedir.)

14

15

16 TRANSKRİPSİYON İki aşamada gerçekleşir 1. RNA sentezi 2. RNA nın işlenmesi

17

18 Transkripsiyonun replikasyon ile benzerliği,... Komplemanter baz çiftleşmesi Polimerazlarla (RNA) katalizlenir Prokaryot: 1 tane polimeraz Ökaryot: 3 tane polimeraz

19 Transkripsiyonun Özellikleri Hücresel RNA lar DNA dan sentezlendiğinden transkripsiyon adını alan mekanizma ile sentezlenirler. Transkripsiyonun ana enzimi RNA polimerazlardır. RNA polimeraz tek zincirli hale gelen DNA molekülünde kalıbı tanır. Farklılıklar olmasına karşın mekanizma replikasyon ile aynıdır.

20 Transkripsiyonun Replikasyondan farklı yönleri Transkripsiyon primer gerektirmemektedir, fakat en son sentezlenmiş RNA zincirinin taşıdığı etiketler (ppp-a veya ppp-g) RNA sentezinin nasıl başladığını izah etmektedir. Yeni sentezlenmiş RNA molekülünün 5 ucu ya pppg veya pppa ile başlar. Bu etiketlerin oluşu RNA zincirlerinin yeniden sentezlendiğini göstermektedir.

21 RNA Polimerazlar - Prokaryotların çoğunluğunda RNA tiplerinin tümünün transkripsiyonu tek bir RNA polimeraz tarafından yapılır. Ancak 6 tane alt ünitesi vardır. -Ökaryotlarda ise 3 tip RNA polimeraz bulunur. I rrna genlerinin transkripsiyonunu yapar II protein kodlayıcı genlerin transkripsiyonunu yapar. III Küçük RNA ların transkripsiyonunu yapar (trna gibi).

22 RNA polimerazlar bir genin transkripsiyonunu nasıl başlatır? -Her genin Promotör olarak adlandırılan ve RNA polimeraz tarafından tanınan özgün dizileri mevcuttur. -RNA polimerazın bu bölgeye bağlanması ile transkripsiyon başlar. -RNA polimeraz 5 3 yönünde sentez yapar.

23 RNA polimeraz DNA nın hangi zincirinin transkripsiyonda kalıp olarak kullanılacağını nasıl bilmektedir? Promotör dizisi yalnızca kalıp zincirde bulunur. Diğer zincir bunun komplementeridir.

24 Promotör Dizileri DNA nın tek zinciri anlamlıdır, diğer zincir stabilite için gereklidir. Bu iki zincirden biri kalıp görevi görecektir. Bunları belirleyen ise promotör dizileridir. Bu diziler bç den oluşur ve primidin bazlarından (T,C) zengindir. Timinden zengin olan zincir kalıp olarak kullanılır.

25 RNA transkriptleri, kalıp DNA ya komplementer ve antiparaleldir.

26 Promotör

27 Ortak Diziler (Consensus Sequences) Bakteride TATAAT TTGACA Pribnow box traskripsiyon başlama bölgesinin 10 nükleotid (-10) yakınında bulunur. traskripsiyon başlama bölgesinin 35 nükleotid (-35) yakınında bulunur.

28 Bakterilerde bulunan promotör Consensus diziler (ortak diziler); değişik genlerde promotör bölge içinde benzer olan dizilerdir.

29 E. coli RNA Polimeraz α +α+ β+β + σ+ p olmak üzere alt birimlerden oluşur. α 2 ββ σ = Holoenzyme α 2 ββ = Core enzyme (çekirdek polimeraz) αα ββ = Core enzim; polimerizasyon aktivitesi bu kısımdadır. σ Factor; promoter dizilere bağlanmayı sağlar, başlama faktörüdür, doğru yerden sentezin başlamasını sağlar. p protein ise sentezin sonlanmasında rol almaktadır.

30 Bakteriyal Transkripsiyon

31 Transkripsiyon -Sentezin başlaması ve sürmesi ökaryot ve prokaryotlarda hemen hemen aynıdır; -RNA polimerazın promotör e bağlanması, bunun sonunda DNA zincirinde bölgesel açılma ve zincir seçimi -sentezin başlaması, -uzama, -sonlanma

32 Prokaryotik transkripsiyon, uzama Core RNA polimeraz sigma faktör yardımıyla promoter dizilere bağlandıktan sonra, dna heliksi bölgesel olarak açılır.

33 Transkripsiyonun sonlanması Transkripsiyonun sonlanması aktif kompleksin özel bir dizi üzerine bağlanması ile sağlanır. RNA zincirinin uzamasının sonlanması bu sonlanma dizilerine transkripsiyon kompleksinin yerleşmesi ile DNA ile olan bağ zayıflar ve dna dan ayrılır. Bu mekanizma ile birlikte bazı bakterilerde sentezlenen RNA zincirine bağlanan faktör ile (rho gibi) RNA polimeraz DNA dan ayrılır.

34 Prokaryotik ekspresyon: Operon Promotör Operatör Regülatör Yapısal Genler

35 Ökaryotlarda Transkripsiyon Prokaryotlara göre daha karmaşıktır. Prokaryot ve ökaryot sistemler arasında temel iki farklılık vardır; Bakterilerde tüm genler tek bir RNA polimeraz ile transkripsiyona uğrarken ökaryotik hücreler farklı türdeki genleri kopyalayan farklı RNA polimerazlar içerirler Ökaryotik RNA polimeraz promotöre doğrudan bağlanamaz, ek proteinler ile etkileşime ihtiyaç duyar.

36 Ökaryotik RNA Polimerazlar RNA Polimeraz RNA polimeraz I Sentezlenen RNA Tipi Büyük rrna lar RNA polimeraz II RNA polimeraz III mrna, snrna, scrna trna, küçük rrna bazı snrna ve scrna Mitokondri RNA pol. Kloroplast RNA pol. Mitokondri genleri Kloroplast genleri

37 Transkripsiyon Faktörleri İnsan genomunun %5 i transkripsiyon faktörlerini kodlamaktadır İkiye ayrılır Genel transkripsiyon faktörleri Bazal transkripsiyon için gerekli Özgül (Specific) transkripsiyon faktörleri Enhancer ve silencer lar Upstream faktörler Aktivatör ya da repressörler

38 Transkripsiyonun özelikleri Transkripsiyon hızı saniyede nükleotidtir Proof reading olmadığından hata olasılığı yüksektir ve yaklaşık 10 4 nükleotidde bir hata olur, bu hatalar sonraki kuşağa aktarılmadığından tolere edilmektedir. Başlama promoter bölgesinde, sonlanma terminator bölgededir.

39 Transkripsiyonun Aşamaları; Başlama, Uzama ve sonlanma

40 Transkripsiyonun Aşamaları; Başlama, Uzama ve sonlanma

41 Transkripsiyonun Aşamaları; Başlama, Uzama ve sonlanma

42 Transkripsiyonun Aşamaları; Başlama, Uzama ve sonlanma

43 Transkripsiyon sonrası RNA nın işlenmesi mrna nın işlenmesi; 1.Uçlarda işlenme (terminal işlenme) Capping Poli A kuyruğunun eklenmesi 2.Modifikasyon trna ya bazların eklenmesi 3.RNA Splicing

44 RNA nın İşlenmesi; 5 cap ve poli(a) kuyruğu

45

46 RNA nın İşlenmesi: RNA splicing (kesip-ekleme)

47

48 İntron Tipleri İntronlar 4 sınıfa ayrılır; Spilicing mekanizmasına göre, Dizilerin özelliklerine göre Öncül trna da bulunan intronlar Group I intronlar Group II intronlar Öncül mrna da bulunan intronlar (spliceosom kompleksi aracılığı ile)

49 Alternatif Kesip-Ekleme Splicing in alternatif splicing bölgelerinde (splite site ) olaması bir genden birden fazla ürün sentezlenebilmesine imkan verir -Alternatif splicing kontrol edilir; Gelişim sırasında farklı zamanlarda ve farklı hücre tiplerinde değişmektedir. GENE (hnrna) farklı mrna ürünü

50 RNA splicing yeni proteinlerin evrimine izin verir Aktif olmayan bir splicing bölgesinde (splice site), nükleotid değişimi ile bu bölge kaybolur ve bunun sonucunda yeni bir bölge aranır (criptic site) ve splicing gerçekleşir ve mutant proteinler oluşur. RNA splicing mekanizmasının esnek olması rastgele muatasyonlara neden olur, bu da genlerin ve organizmaların evrimi açısından önemlidir.

51 Nükleolus ve rrna Nükleolus rrna ve proteinlerin organize olduğu yerdir. Diğer bir ifade ile ribozomun iki alt ünitesinin organize olduğu yerdir.

52 rrna işlenmesi

53 Transkripsiyon mekanizmasının düzenlenmesi Transkripsiyon faktörlerinin aktivitesinin değişimi Bazı transkripsiyon faktörleri RNA pol kompleksinin bağlanmasını etkiler Bazı transkripsiyon faktörleri kromatin yapısını değiştirebilir

54 Aktivatörler; histon asetilesyonunu tetikler

55 Repressörler; histon deasetilasyonunu tetikler

56 Aktivatörler; RNA pol. kompleksini tetikler

57 epressörler; ranskripsiyonal ktivasyonu önler

58