DNA REPLİKASYONU. Prof.Dr. Hüseyin H. Biyokimya Anabilim Dalı

Transkript

1 DNA REPLİKASYONU Prof.Dr. Hüseyin H SÖNMEZS Cerrahpaşa a Tıp T p Fakültesi Biyokimya Anabilim Dalı

2 DNA genetik bilginin depolandığı biyolojik makro moleküld ldür. Prokaryotlarda hücrenin diğer komponentleri ile birlikte bulunur. Ökaryotlarda ise nükleus içinde inde yer alır r ve nükleus zarı ile diğer hücresel h komponentlerden ayrılm lmıştır. Ökaryotlarda DNA proteinlere bağlı olarak kromatin adı verilen yapılar oluşturur.

3 DNA çok sayıda deoksiribo nükleotid birimlerinin birleşmesinden oluşur. ur. Nükleotidler azotlu baz, pentoz şekeri ve fosfat grubu olmak üzere 3 grubu içerir. i Azotlu bazlar pürin p ve pirimidin olarak 2 tiptir. Pentoz şekeri ise deoksiribozdur

4 DNA nın n 2 polinükleotid zincirinden oluşan sarmal heliks yapısı 1953 de Watson ve Crick tarafından ortaya çıkarıldı. Heliks yapısında yer alan 2 polinükleotid zincirin bazları arasında oluşan hidrojen bağlar ları ile birleşir. ir. Bir merkez eksen etrafında kıvrk vrılarak ikili sarmal yapıyı meydana getirir.polin Polinükleotid zincirinde yer alan 2 nükleotid arasında fosfodiester bağı vardır. r.

5 Her baz çiftinde bir zincirdeki bir pürin p diğer zincirdeki pirimidin ile hidrojen bağlar ları aracılığı ığı ile birleşir. ir. Adenin-timin arasında 2, guanin-sitozin arasında 3 hidrojen bağı oluşur. ur.

6 Her iki zincirin bazları düzlemsel yapıdad dadır r ve düzelemleri eksene diktir. Heliks sarmalın n bir tam dönüşünde d nde 10 baz çifti yer alır.

7 DNA nın n birbirini tamamlayan iki komplementer zinciri zıt z t yönly nlü yani anti paraleldir. Bir zincir yönünde nde iken diğeri yönündedir. ndedir.

8 DNA Replikasyonu nun nun Genel Özellikleri DNA replikasyonu semikonservatiftir. DNA nın n her bir ipliği i yeni ipliğin in sentezi için i in bir kalıp fonksiyonu görür. g r. Bu şekilde üretilen iki yeni DNA molekülünde bir yeni sentez edilen iplik bir de eski iplik yer alır. Replikasyonun semi konservatif olduğu Meselson-Stahl deneyi ile gösterilmig sterilmiştir. tir.

9 DNA replikasyonunda polimeraz enzimleri dışıd ışında 20 den fazla enzim, protein görev g alır. Tümüne T DNA replikaz sistemi veya Replizom denir. DNA replikasyon aşamaları Başlama lama safhası Replikasyon orjini (leri) nin belirlenmesi Çift iplikli DNA nın n tek iplikli yapı oluşturmak turmak üzere denatürasyonu Replikasyon çatalı oluşumu umu Uzama safhası Sonlanma safhası

10 Başlama safhası DNA polimeraz kalıp p olarak sadece tek zincirli DNA molekülü kullanır. Çift sarmal DNA molekülünün replikasyon öncesinde birbirinden ayrılmas lması gerekir. DNA replikasyonu prokaryotlarda replikasyon orijini olarak adlandırılan özel bir noktada başlar. Bu noktada replikasyon çatalı oluşur. ur.

11 DNA epilasyonu ökaryotlarda prokaryotların aksine birçok noktada birden başlar. Bu şekilde prokaryot DNA sına göre g çok daha büyük k olan ökaryot DNA sıı ıın replikasyonu kısa sürede tamamlanır.

12 Prokaryotlarda DNA Replikasyonu E.coli coli de DNA sı çift iplikli halkasal yapıdad dadır. DNA replikasyonu Ori C olarak adlandırılan replikasyon merkezinde başlar.bu lar.bu merkezin özelliği i tekrar eden 2 anahtar dizi içermesidir. i Birinci dizi 9 baz çiftinin 4 kez tekrar edilmesi, ikinci dizi 13 baz çiftinin 3 kez tekrar edilmesidir.

13 Replikasyon merkezinde replikasyonun başlayabilmesi için i in DNA nın n iki zincirinin birbirinden ayrılmas lması ve replikasyon çatalının meydana gelmesi gerekir. Bu amaç için in farklı protein ve enzimler fonksiyon görür. r.

14 Başlama lama safhasındaki anahtar komponent DnaA proteinidir. 20 civarında DnaA protein molekülünden oluşan bir kompleks merkezde tekrar eden 9 baz çiftinin bulunduğu u bölgeye b bağlan lanır. Bu işlemde i ATP harcanır. r. 13 baz çiftinin bulunduğu u bölgede b DNA denatüre edilir. Bu işlemde i lemde ATP ve HU olarak adlandırılan histon benzeri protein kullanılır.

15 Takiben DnaB proteini, DnaC proteinini içeren i bir reaksiyon ile denatüre olan bölgeye b bağlan lanır. DnaB helikaz olarak etki eder ve replikasyon çatalı oluşturur. Ayrılm lmış olan DnaA zincirlerinin her biri tek zincirli DNA bağlay layıcı protein olarak adlandırılan SSB proteinleri ile etkileşir ir (single( stranded binding protein) Bu proteinler tek zincirli DNA yı stabilize eder ve renatürasyonu rasyonu önler. Çift sarmalın n açılmasa lması ile oluşan topolojik gerilim topoizomeraz (DNA gyrase) ) tarafından dengelenir.

16 Uzama safhası Bu safhada replikasyon çatalı ile oluşan iki ana zincir yeni DNA iplikçiklerinin iklerinin sentezi için i in kalıp p görevi g görür. g r. Ana zincirleri kalıp p olarak kullanıp p yeni DNA sentezini yapacak olan enzim DNA polimerazdır. DNA polimeraz bu sentezi yönünde nde yapabilir. E.coli coli de 3 tip DNA polimeraz mevcuttur. I, II ve III tipleri DNA replikasyonu polimeraz III tarafından yapılır.

17 DNA polimerazın substratları dört deoksiribonükleotid kleotid trifosfattır. datp, dctp, dgtp, dttp DNA polimeraz iki serbest nükleotid n arasındaki reaksiyonu kataliz edemez. Polimeraz ancak mevcut bir kalıbın n serbest 3 OH 3 ucuna nukleotid ilavesi yapabilir. Bu ön n zincir Primer olarak adlandırılır. r.

18 Primer DNA polimeraz için in bir nukleotidi ilk kabul edici yer olarak görev g yapar. Primer, primaz olarak adlandırılan bir enzim tarafından sentez edilen ve birkaç nukleotidden oluşan bir RNA parças asıdır. DNA kalıbı T C G T C G G A G C A G C G Primer 3 OH dg TP PPi OH

19 DNA Replikasyonu DNA molekülünün n ayrılan iki zincirinde aynı anda meydana gelir, ancak aynı şekilde cereyan etmez. Bir zincir replikasyon çatalına doğru kesintisiz olarak kopya edilebilir. Diğer zincir ise kısa k fragmentler şeklinde sentez edilir ve bu parçalar alar daha sonra birleştirilir. Bunlara Okazaki fragmentleri denir.

20 Bir okazaki fragmenti tamamlandığı zaman RNA primer polimeraz 1 tarafından uzaklaştırılır. r. Arada kalan boşluklar DNA ligaz ile doldurulur. Ligaz bir iplikçiğin in 3 3 hidroksil ucu ile diğerinin 5 5 fosfat ucu arasında bir fosfodiester bağı ğının oluşumunu umunu katalizler.

21 Sonlanma safhası E.coli coli de DNA nın n iki replikasyon çatalı terminal bölgede birleşir. ir. Bu bölge b 20 baz çiftinden oluşur ur ve Ter. adını alır. Bu bölge b aynı zamanda TUS (terminus( utilization substance) ) adlı protein için i in bağlanma bölgesi b içerir i ve replikasyon bu bölgede b durur.

22 Ökaryotlarda DNA Replikasyonu Ökaryotik hücrenin siklusu 4 faz içeriri

23 Ökaryot DNA replikasyonu Ökaryot hücrelerde DNA replikasyonundaki en belirgin fark birçok replikasyon orjini içermesidir. Ökaryot hücrelerde DNA replikasyonu hücre döngüsünün n S fazında cereyan eder. Replikasyon orjinlerine ARS (Autonomusly( replicating sequences) ) denir. S fazı öncesi G1 fazı esnasında nda bütün b n ARS dizilerine bazı özel proteinler bağlan lanır r ve orijin tanı kompleksleri ÖRL ler (origin recognition complex) ) oluşur. ur. S fazında özel kinazlar ORC ye bağlanarak lanarak DNA polimerazın hızlanmasına na olanak sağlayan ön replikasyon komplekslerini oluşturur.

24 α δ Ökaryot DNA polimerazlar Nükleer DNA replikasyonu Ε β Tamir fonksiyonu γ Mitokondrial DNA replikasyonu

25 Ökaryotik kromozomlar prokaryotik kromozomlardan farklı olarak doğrusal rusal yapıdad dadır. Kromozomların n ucu telomer olarak adlandırılan yapılar ile sonlanır. Bu durum DNA replikasyonunun sonlanmasında nda kesintili zincirde problem yaratır. r.

26 Hücreler normalde yaklaşı şık k 50 kez bölünürler b (Hayflick( limiti) Bu süres reçte telomerler progressif olarak kısalk salır Her hücre h bölünmesinde b kısalan k telomer kritik uzunluğa gelince hücre h bölünmesi b durur Yaşlanma ve Ölüm Telomeraz denilen enzim aktif olursa hücre h büyümeye b ve bölünmeye devam eder

27 TELOMERAZ Ribonukleoprotein yapıda bir revers transkriptazdır Kromozom uçlaru larına telomerik tekrarların n eklenmesini katalizler

28 TELOMERAZ Bazı fetal dokular, germ hücreleri, kök k k hücre, h kapasitesi yüksek bazı hücreler (sperm, replikatif kapasitesi y ovum, epidermal deri hücresi h vb.) ve kanser hücreleri telomeraz aktivitesi gösterirg Somatik hücrelerde h ise yok veya ölçülemeyecek kadar düşüktd ktür Telomeraz aktivitesi çocuklarda erişkinlere kinlere göre g daha yüksektir y

29 DNA (Kromozom) Mutasyonları Mutasyonlar başlıca 2 şekilde görülebilir. g 1-Kromozom sayısında meydana gelen değişimler imler 2-DNA nın n nükleotid n dizisinde meydana gelen değişiklikler iklikler 1-Kromozom sayısında meydana gelen değişimler imler Örneğin: -Diploid genomdan tek kromozom kaybı: Monozami (2n-1) -Diploid genoma tek kromozom ilavesi *Trizomi (2n+1) *Down Sendromu (Kromozom 21)

30 2-DNA nın n nükleotid n dizisinde meydana gelen değişiklikler iklikler -DNA üzerindeki bu tip mutasyonlara DNA replikasyonu ya da onarımı sırasındaki hatalar, fiziksel ve kimyasal etkenler yol açar. a ar. 1-Nokta mutasyonları Transisyon Transversiyon 2-Çerçeve eve kayması mutasyonları Delesyon İnsersiyon

31 Nokta Mutasyonları En çok rastlanan tiptir. Tek bir baz çiftinin değişimi imi ile meydana gelir. Transisyon Tip Bir pürin p diğer pürin p veya bir Pirimidin diğer bir pirimidin ile yer değiştirir O 6 Transversiyon tip Pürin yerine pirimidin ya da Pirimidin yerine pürin p katılır. GGG AGG Glisin Arginin

32 Çerçeve eve Kayması Mutasyonları (Delesyon) DNA yapısına bir baz girmesi veya çıkması ile oluşur. ur. Normal kodonlarda nükleotid dizisinin okuma çerçevesi evesi değişir ir ve amino asid dizilimi kayar. Liz AAG Arj AGA C Gln GAA AAG Liz AAG CAG AGA AGA A Arg GAA G AAG AAG AA

33 RNA Transkripsiyonu

34 DNA nın n yapısında deoksiribonükleotidlerin kleotidlerin doğrusal dizilimi yer alır. Bu dizi genlerin son ürünü olan proteinlerin yapımı için in komut verir.

35 Bir DNA kalıbından RNA moleküllerinin llerinin sentezlenmesi işlemine i lemine transkripsiyon (okuma) adı verilmektedir. Tüm ökaryotik hücreler 4 tip RNA içerir. i

36 Replikasyon ve Transkripsiyon arasındaki belirgin farklar Replikasyon esnasında nda tüm t m DNA molekülü kopyalanır. Transkripsiyonda ise her defasında yalnız özel gen ya da gen grupları transkribe edilir. Bazı DNA bölgeleri b ise hiçbir zaman transkripsiyona uğramaz. u ramaz. Spesifik baz dizileri transkribe edilecek olan DNA segmentinin başlang langıcını ve sonunu işaretler. i Transkripsiyonda da başlama, lama, uzama ve sonlanma safhaları vardır. r. Transkripsiyon bir primere ihtiyaç göstermez. DNA nın n yalnız z bir iplikçili iliği i kalıp p olarak fonksiyon görür. g r. Transkripsiyon sonucu sentez edilen molekül l ekleme, çıkarma gibi çeşitli modifikasyonlara uğrar u ve fonksiyonel şekle dönüşür. d

37 Prokaryotik Gen Transkripsiyonu DNA ikili sarmalının n zincirlerinden biri üzerindeki bir bölgeye b komplementer olan RNA molekülünün n sentezlenmesi işlemi i lemi RNA polimeraz enzimi ile yapılır. Prokaryotik hücreler tek tip RNA polimeraz içerir. Bu RNA polimeraz farklı RNA tiplerini sentez edebilir. RNA polimeraz yaklaşı şık k 500 kd büyüklüğünde ve birçok alt üniteden oluşan kompleks bir enzimdir. Halo enzim α2 β β w σ RNA polimeraz aktivite için i in çift iplikli RNA ya bir iplik kalıp p olarak kullanılır. Çekirdek enzim Promotor bölgeyi tanır r ve Sentezi başlat latır. ya gereksinim duyar ve

38 RNA sentezi, RNA polimeraz emiminin DNA molekülü üzerinde promotor olarak adlandırılan spesifik baz dizilerini tanımas ması ile başlar. Promotor diziler transkripsiyonun başlama lama bölgesini b belirler. Bu dizilerdeki mutasyonlar genin ifade edilmesini ciddi biçimde imde etkiler.

39 Bakteriyel promotorlarda konsensus diziler 1-Transkripsiyon başlama noktasının n 10 nükleotid n uzaktaki-10 bölgesi Pribnow kutusu TATAAT 2-Başlama noktasına na 35 nükleotid n uzaktaki 35 bölgesib TGTTGACA

40 DNA üzerindeki promotor bölgeyi tanıyan RNA polimeraz üzerindeki sigma alt birimidir. Bu alt birim enzimin core kısmına geçici olarak bağlan lanır ve enzimi spesifik bölgeye b yönlendirir. y Sigma alt birimi sentezin başlamas lamasını takip eden birkaç fosfodiester bağı ğından sonra enzimin core kısmından ayrılır. r. RNA polimeraz enziminin bağlanmas lanması DNA çift iplikçiğinin inin açılmasa lmasına ve transkripsiyon kabarcığı ığının oluşumuna umuna neden olur. Yaklaşı şık k 17 bazlık k bir bölge b açılır.

41 RNA polimeraz etkisi ile RNA polimerizasyonu ortamdaki ribonükleotidlerin fosfodiester bağı ile birbirlerine bağlanmas lanması şeklinde devam eder. Sentez yönündedir. ndedir. E.coli coli de sentez hızıh yaklaşı şık k 50 nükleotid/ n kleotid/sn dir.

42 Sonlanma Transkripsiyonun sonlanma safhası da hassas bir kontrol altındad ndadır. Kalıp p olarak kullanılan lan DNA iplikçiğinin inin transkribe edilen bölgeleri sonlanma sinyalleri içerir. i Bakterilerde iki tür t r sonlanma mevcuttur. 1-p p (rho( rho) ) faktörünün n gerekli olduğu u sonlanma 2-rho faktöründen bağı ğımsız z sonlanma

43 Rho faktörü bir hekzamerik proteindir ve sonlanma bölgesinde tek zincirli RNA ya bağlanarak kalıp p DNA dan ayrılmas lmasını stimüle eder. rho faktöründen bağı ğımsız z sonlanma da GC ve takiben AT bazlarından zengin olan sonlanma bölgesinde b RNA transkripti saç tokası şeklinde bir yapı oluşturabilir ve polimeraz enzimi yavaşlar.

44 Ökaryotik Gen Transkripsiyonu

45 Ökaryotlarda 3 tip RNA polimeraz vardır. r. Tip Lokalizasyon Hücresel transkriptleri α-amanitine karşı duyarlılığı I Nukleolus 18S, 5.8S ve 28S rrna Duyarsız II Nukleoplazma mrna prekürsör ve hnrna Kuvvetli inhibe olur II Nukleoplazma trna ve 5S rrna Yüksek konsantrasyonda duyarlı

46 Ökaryotlarda transkripsiyonun başlama bölgelerinde b prokaryotlara benzer biçimde imde özel baz dizilimleri içeren i bölgeler vardır. r bölgesinde b bulunan TATA kutusu 2 80 bölgesinde b yer alan CAAT kutusu

47 Rifampisin ve aktinomisin transkripsiyonu inhibe eden iki antibiyotiktir. Rifampisin RNA sentezinin RNA zincirindeki ilk birkaç fosfodiester bağı ğını oluşumunu umunu engelleyerek transkripsiyonu inhibe eder. Aktinomisin spesifik olarak çift iplikli DNA ya bağlanarak RNA transkripsiyonunu inhibe eder. Ayrıca amanita phalloides adlı mantar tarafından üretilen alfa amanitin RNA polimeraz II ye bağlanarak RNA sentezinin uzama safhasını bloke eder. Yüksek konsantrasyonlardaki alfa amanitin polimeraz III ü inhibe edebilir buna karşı şılık polimeraz I bu toksine karşı duyarlı değildir.

48 Sentez edilen RNA molekülleri lleri primer transkripsiyon adını alır r ve modifikasyona uğrayarak u olgun şekle dönüşür. d Olgun RNA molekülüne dönüşüm d m post transkripsiyonel modifikasyon olarak isimlendirilir. Prokaryotik trna ve rrna molekülleri lleri ile tüm t ökaryotik RNA molekülleri lleri bu modifikasyona uğrar. u

49 5 cap oluşumu umu mrna Modifikasyonu Ökaryotlarda RNA polimerazii kalıp p DNA zincirinden büyük b k bir primer transkript sentezler Sentez edilen bu primer transkriptin 5 ucuna bir cap takılır. 5 cap oluşturmak turmak için i in bu uçta u bulunan nükleotidin n terminal trifosfatı bir fosfatını kaybeder, 5 5 difosfat oluşur. ur. Bu difosfatın β fosfatı GTP nin α fosfatı ile etkileşir. ir. S adenozin metioninden (SAM) bir metil grup guanin halkanın 7.pozisyonuna transfer edilir. Böylece B 7 metil guanizin cap yapısı oluşur. ur. Bu yapı molekülü nükleazların yıkımına karşı korur ve aynı zamanda olgun mrna nın ribozomlara bağlanmas lanmasında nda rol alır.

50 mrna ya PoliA zincirinin eklenmesi PoliA zinciri çekirdek enzimi olan poliadenilat polimeraz ile oluşur. ur. AAUAAA dizisine yakın n bir noktada nükleotidler n ekzonukleaz ile uzaklaşı şır. Buraya yaklaşı şık k 250 nukleotidlik polia zinciri ilave edilir. Bu yapı mrna nın stabilize olmasını ve çekirdekten çıkışını kolaylaştırır. r.

51 Ökaryötik pre-mrna transkripti ekzon ve intron adı verilen bölgeler b içerir. i Ekzonlar olgun mrna da mevcut iken, intronlar transkriptten uzaklaştırılır. r. Bu nedenle intronlar proteinin aminoasit dizisine katkıda bulunmaz. Pre-mRNA transkriptindeki intron-ekzon ayrım bölgelerindeki diziler (5 ) ) GU ve (3 ) AG dir dir.

52 Splays (kesip, çıkarma, birleştirme) mekanizmalarına na göre g intronlar çeşitli gruplara ayrılır. r. Grup I ve Grup II intronlar herhangi bir ilave protein ya da enzimatik aktivite gereksinimi olmaksızın n kesip çıkarma işlemini i lemini kendileri yapabilir (self splicing)

53 Splays mekanizması her iki grupta da benzer biçimde imde iki transesterifikasyon mekanizması içerir. Grup I intronlar bir guanin nükleotid kofaktöre gereksinim duyar. Ancak bu enerji kaynağı olarak kullanılmaz. lmaz. Guaninin 3.hidroksil grubu bir nükleofil olarak kullanılır.

54 Grup II intronlardaki reaksiyon da Grup I e benzer ancak bir guanin nükleotid kofaktör olarak kullanılmaz. lmaz.

55 İntronların üçünc ncü ve en büyük b k grubu nüklear mrna primer transkriptlerinde bulunur. Bunlar splaysozomal intronlar olarak adlandırılır. r. Bu intronların kendileri kesip çıkarma işlemini i lemini yapamaz.ilave olarak büyük b k protein komplekslere ihtiyaç duyar. Bu kompleks splaysozom olarak adlandırılır. r. Bu yapılar özelleşmiş RNA protein kompleksleri, küçük üçük nüklear ribonükleoproteinler (snrnps)) içerir. i Her snrnps ler de küçük üçük nüklear RNAs içerir (snrnas)

56 Nüklear ribonükleoproteinler olan U1 ve U2 introna bağlan lanır. Oluşan kompleks splaysozom olarak adlandırılır. r. U1 intron-ekzon bağlant lantı bölgesine bağlan lanırken U2 intron içerisinde adenin içeren bölgeye b bağlan lanır. Diğer ribonükleoproteinler U4,U5,U6 komplekse bağlan lanır ve bir loop oluşturulur. İntronun 5 ucundaki G kalınt ntısına na bağlı fosfat grubu adenin kalınt ntısının n 2 2 hidroksil grubu ile bağ oluşturur. Bir yıkım y m meydana gelir. İntronun 3 ucunda ikinci yıkım y m oluşur. ur. Ekzonlar birleştirilir.

57 Ökaryotik rrna Modifikasyonu rrna geni 45S büyüklb klüğünde bir transkript oluşturur. Bu transkript proteinler ile birleşerek erek ribonükleoprotein partikülleri oluşturur. 45S transkriptinin nükleotidlerinin %1-2 si metillidir. Bu metik grupları transkriptin yıkımı çin marker fonksiyonu görür. g r. Meydana gelen bir seri yıkım y m sonucu 18S, 28S ve 5.8S rrna lar meydana gelir.

58 Ökaryotik trna Modifikasyonu trna primer transkripti yaklaşı şık k 100 nükleotid n uzunluğunda unda oluşturulur. Bu primer transkript 5 ve 3 3 uçlarından yıkılarak y intronlar uzaklaştırılır. r. Bu olayda endonükleazlar görev yapar. Daha sonra 3 ayrı modikasyon meydana gelir. 1-Urasil SAM tarafından metillenir.. Timin oluşur ur 2-Urasilin çift bağlar larından biri dihidrourasil oluşturmak üzere indirgenir 3-Bir urasil kalınt ntısından ndan pseudoüridin oluşturulur. Son olarak 3 3 uca CCA dizisi ilave edilir.

59 Genetik Şifre ve Protein Sentezi

60 Protein sentezi biyosentetik işlemler lemler arasında en kompleks olanlardandır. r. Protein sentezi çok sayıda ribozomal proteinleri, enzimleri, protein faktörleri, trna lar ları içerir. Bir hücrenin h tüm t biyosentetik reaksiyonlar için i in kullandığı kimyasal enerjinin %90 ı protein sentezi için in harcanır. r. Protein sentezinin bu çok kompleks yapısına karşı şın n hızıh oldukça a yüksektir. y E.coli coli de 100 amino asidlik bir polipeptidin sentezi 5 sn. sürer. s

61 DNA nın n yapısındaki deoksiribonükleotidlerin kleotidlerin doğrusal dizilimi genlerin son ürünü olan proteinlerin yapımı için in komut verir de Francois Jacob ve Jacques Monod mrna nın varlığı ığını ortaya atmış ve bu buluş genetik bilginin DNA da depolandığı halde, proteine çevrilen şifrenin RNA da bulunduğuna una açıklık k getirmiştir. tir. Asıl l sorun dört d harfin (Dört nükleotidin) n 20 amino asidin dizilimini nasıl l belirlediğidir. idir.

62 20 tür t r amino asidin protein molekülündeki diziliş sırasının n belirlenmesi için i in azotlu bazlarında özel bir diziliş göstermesi gerekir. Bu ancak özel bir kodlama sistemi ile olabilir. Bu kodlama sisteminde her aminoasid için in bir baz olsa 4 1 =4 kod olur (4<20). Bu kodlama sisteminde her aminoasid için in iki baz olsa 4 2 =16 kod olur (16<20). Her amino asid için in 3 bazdan oluşan bir kod olur ise 4 3 =64 kod olur (64>20).

63 Genetik şifre (Kod) nin genel özellikleri Genetik şifre mrna daki ribonükleotid bazları kullanılarak larak doğrusal olarak yazılır. mrna daki üç ribonükleotid bir kodon u oluşturur turur ve her bir kodon bir amino asidi belirler. Genetik şifre dejeneredir. Bir amino asid birden fazla kodon tarafından belirlenebilir. 18 aminoasidin birden fazla kodonu vardır. r. Aynı amino asidi belirleyen kodonlara sinonim kodonlar denir.

64 Şifrede başla ve dur sinyalleri bulunur. AUG=Başlama kodonu UAA, UAG,UGA=Sonlanma kodonları Şifre içinde i inde virgüller yoktur. Şifre duraksamazdır (Kodonlar arasında bir boşluk yoktur). Şifre evrenseldir (virüs, probaryat, ökaryotlar aynı şifreyi kullanır). Ancak bazı istisnalar saptanmış ıştır.

65 mrna nın translasyonu amino asidlerin polipeptid zincirine biyolojik polimerizasyonudur. Bu işlem i lem ribozomlarda gerçekle ekleşir.

66 Ribozomal Yapı A o büyüklüğünde partiküllerdir. Sitoplazmada ya serbest halde ya da endoplazmik retikulumun yüzüne yapışı ışık k olarak bulunurlar. Yapısal olarak rrna ve protein içerirler. i Bir büyük b k bir küçük üçük k olmak üzere iki alt birim içerirler. i Alt üniteler Svedberg birimi ile tanımlan mlanır. Ultra santrifüjde oluşan çekim alanında nda hareket eden cisimciklerin çökelme hızlarh zlarını belirleyen bir birim olup, cisimciğin in kütlesi k ile ilişkilidir.

67 mrna nın translasyonu ile ilgili başlıca sorulardan biri, sitozoldeki aminoasidlerin mrna daki uygun kodonlarına na nasıl l doğru olarak aktarıld ldığıdır. trna nın bulunuşu u ile bu sorunun cevabı yanıtlanm tlanmıştır. trna, mrna daki kodonlar ile doğru amino asidler arasındaki adaptör r moleküld ldür.

68 t-rna Yapısı nükleotidi n içeren i küçük üçük k yapılard lardır. r. Yapılar larında adenin, guanin, sitozin ve urasil dışında psödouridin douridin, dihidrourasil,, timin gibi bazlar da bulunur. Bu yapılar post transkripsiyonel modifikasyonlar sonucu oluşur. ur. Baz eşlenmelerine e bağlı olarak t-rna t ikincil yapı oluşturur. Modifiye bazlar içeren i halkasal bölgelerde b baz eşleşmesi bulunmaz.

69 t-rna nın n kollarından ikisi adaptör r fonksiyonu görür. g r. Bir tanesi amino asid koludur. Bu kolun 3 ncundaki 3 adenosin kalınt ntısı spesifik bir amino asid ile esterleşir. Diğeri antikodon koludur. 3.kol D koludur ve dihidroüridin ridin içerir. 4.kol T ψ C halinden ribotimizin psodouridin içerir.

70 Protein Sentez Basamakları Amino asid aktivasyonu ve trna ya bağlanmas lanması Polipeptid zincir sentezinin başlamas laması Polipeptid zincir sentezinin uzaması Polipeptid zincir sentezinin sonlanması ve ribozomdan ayrılmas lması Katlanma ve posttranslasyonel işlemlerlemler ve polipeptidin

71 Amino Asid Aktivasyonu Protein sentezinin ilk fazı sürecinde sitozolde 20 farklı aminoasid trna sentetaz enzimleri ile spesifik trna lar larına bağlan lanır. t-rna larda antikodonun 3.bazı esnek (wobble( wobble) ) olduğu için in 32 farklı t-rna olduğu u düşünülmektedir. d Buna karşı şılık k her amino asid için in spesifik bir aminoaçil il trna sentetaz vardır. r.

72 Reaksiyon iki safhada oluşur. ur. 1.safhada amino asidlerin aktif şekli olan amino açil adenilat lar lar oluşur. ur. İkinci safhada ise aktifleşmi miş amino asid t-rna ya aktarılır. r.

73 Peptid Zincirinin Sentezinin Başlamas laması Prokaryotik hücrelerde polipeptid sentezinin başlamas laması için: in: 30 S ribozomal alt ünite mrna molekülü f met-trna trna Başlatma latma faktörleri (IF1, IF2, IF3) GTP 50 S ribozomal alt ünite

74 Başlama lama kompleksinin oluşumu umu 3 kademede meydana gelir: 1. Kademe 30 S ribozomal alt ünite iki başlama lama faktörü bağlar (IF1, IF3) mrna 30 S alt üniteye bağlan lanır. Başlat latıcı kodon AUG nin önünde nde bulunan altı bazdan oluşan (AGGAGG) Shine-Dalgarno dizisi küçük k alt birime bağlanmada rol oynar. Bakteriyel ribozomlar üç bölge içerir. i A P E bölgelerib (amino açil) ) (Peptidil( Peptidil) ) (Exit( Exit) Başlat latıcı kodon AUG P bölgesinde b pozisyon alır.

75 2.Kademe Bu kademede 1.kademede oluşmu muş olan yapıya GTP bağlı IF-2 2 ve f-metf met-trnatrna ilave olur. Bu RNA nın n anti kodonu mrna nın başlat latıcı kodunu ile eşe oluşturur.

76 3.Kademe Bu kademede oluşan büyük b k kompleks 50 S ribozomal alt ünite ile birleşir. ir. IF2 ye bağlı GTP hidroliz olur. Üç başlama faktörü ribozomdan ayrılır. r. Sonuçta 70 S ribozomdan oluşan başlama kompleksi meydana gelir.

77 Protein Sentezinin Uzama Safhası Uzama safhası Başlama lama kompleksi Aminoaçil il trna lar Uzama faktörleri (EF-Tu, EF-Ts Ts,, EF-G) GTP içerir. i

78 Uzama safhasının n 1.kademesinde Uygun aminoaçil il trna GTP bağlı EF-Tu kompleksine bağlan lanır. Oluşan amino açil-trna EF-Tu. GTP kompleksi 70 S başlama kompleksinin A bölgesine b bağlan lanır. GTP hidroliz olur ve EF-Tu. GDP kompleksi 70 S ribozomdan ayrılır. r. EF-Tu GTP kompleksi yeniden oluşturulur. turulur.

79 Uzama safhasının n 2. Kademesinde; Ribozomun P ve A bölgelerindeki b iki amino asid arasında bir peptid bağı oluşturulur. Bu reaksiyon peptidil transferaz enzimi ile gerçekle ekleştirilir ve sonuçta A bölgesinde b dipeptidil- trna meydana gelir.

80 Uzama safhasının n 3.kademesi Translokasyondur. Ribozom mrna nın 3 yönünde nde bir kodon hareket eder. Bu hareket ile dipeptidil trna A bölgesinden b P bölgesine kayar. Deaçil trna da P den E bölgesine b kayar. Bu hareket EF-G G (translokaz( translokaz) ) gerektirir. Enerji GTP hidrolizinden sağlan lanır. Ribozom artık k 3.aminoasid için haz in hazırdır. r.

81 Protein Sentezinin Sonlanması Uzama safhası mrna üzerinde üç sonlandırıcı kodon (UAA, UAG, UGA) dan birinin mevcudiyeti ile sonlanır. Sonlanma kodonunu takiben sonlandırma faktörleri (RF1,RF2,RF3) devreye girer. Terminal peptidil trna bağı hidroliz edilir.