DNA. Kendi kopyasını yapabilir, Tamir edilebilir, Rekombinasyon geçirebilir.

Transkript

1 DNA Kendi kopyasını yapabilir, Tamir edilebilir, Rekombinasyon geçirebilir.

2 DNA REPLİKASYONU DNA Replikasyonu, Mitoz-Mayoz dur. Önce G1 den sonra S fazında ORJİN denilen bölgede başlar. DNA POLİMERAZLAR Eukaryotlar : Polimeraz α, β, γ, Mitokondride δ, ε

3 6 farklı ökaryotik DNA polimeraz vardır DNA polimeraz α, δ (delta) ve ε ökaryotik çekirdek DNA sı replikasyonu için gereklidir. DNA polimeraz ve ζ (zeta) DNA tamirinde rol aldığı düşünülüyor. DNA polimeraz (gama) mtdna sentezinde rol alır.

4 DNA POLİMERAZ AKTİVASYONUNA KATILAN ENZİMLER * Helikaz * Primaz * Polimerazlar * Ekzonükleazlar * DNA Ligaz * Telomeraz * Topoizomeraz (Giraz)

5

6

7

8

9 DNA Sentezi 5 3 Yönünde İlerler Eğer zincir her zaman 5 3 yönünde ilerlerse her iki zincir nasıl aynı anda sentez edilebilir? Bu soru 1960 larda Reiji Okazaki ve ark. tarafından çözüldü. Okazaki fragmanları, bir DNA zincirinde sentez edilen kısa DNA parçaları. Leading strand (öncül zincir): 5 3 yönünde sürekli sentezin yapıldığı zincir Lagging strand (sonradan gelen zincir): Karşı zincirde 5 3 yönündeki sentezin hücre tipine bağlı olarak birkaç yüz ile birkaç bin baz çiftli fragmanlar halinde sentez edildiği zincir

10 Antiparalel zincirlerde DNA sentezi kesintili ve kesintisiz olarak gerçekleşir. Fig

11 DNA Sentezinin Başlaması İçin RNA Primerine Gereksinim Vardır DNA pol III ün polinükleotid zincirini uzatması için 3 OH grubuna ihtiyacı vardır. Kalıp DNA üzeirnde DNA ya komplementer olan RNA parçası (5-15 nt) PRİMAZ enzimi ( RNA pol) tarafndan sentezlenir. RNA primeri DNA pol I tarafından uzaklaştırılır ve zincir tamamlanır. evrensel (virusler->prok->euks) Fig

12

13

14 E. coli replikasyonunda, DNA polimeraz dışında 20 den fazla sayıda farklı enzim ve protein rol alır. Bu kompleksin tümünü DNA replikaz sistemi veya replizom denir. Replikasyonun başlaması için ikili sarmalı ayrılmasını sağlayan enzimler helikaz lardır. Zincir ayrılması ile oluşan topolojik stress topoizomerazlar ile giderilir. Ayrılmış zincirler DNA bağlayan proteinler ile stabilize edilir. Primazlar, genellikle kısa RNA parçacıkları olan primerleri sentezler. RNA primeri çıktıktan sonra boşluk DNA ligaz ile kapatılır.. Ökaryotlarda birden çok replikasyon orijini (yeast , memelilerde 25,000 den fazla replikon) bulunur.

15 Kesintili zincirde RNA primeri uzaklaştırıldığında kromozomun ucunda serbest 3 -OH grubunu sağlayacak kalıp zincir olmadığı için sentez yapılamaz. Kromozom RNA primerini boyu kadar kısalır.

16

17 Telemorlerin çoğu 5 -TTGGG-3 dizisi ile sonlanmaktadır. Telomeraz her replikasyonda telomerin kısalmasını önlemek için TTGGGG tekrar dizilerini kromozomun ucuna eklemektedir. İlave edilen diziler saç tokası gibi kıvrılır ve karşı karşıya gelen G ler arasında H bağı kurulur ve serbest 3 -OH grubu elde edilir. DNA pol I boşluğu doldurur.daha sonra saç tokası kırılır ve DNA kaybı engellenir.

18

19

20 Ökaryotik Replikasyon Polimeraz alfa replikasyonun başlamasından sorumludur (50,000/hücre) Polimeraz alfanın iki alt ünitesi RNA primerini sentezleyen primaz olarak işlev görür. Sonra diğer alt birim primerin ucuna nt takarak sentezi sürdürür. Pol a nın işlev kapasitesi düşüktür. Bu nedenle RNA primerine kısa bir DNA dizisi eklendikten sonra, polimeraz değişimi olarak billinen işlem gerçekleşir. Pol kalıptan ayrılır yerine pol delta) geçer. Böylece sentez hızı 100 kat arta, ve 3 ->5 ekzonükleaz aktivitesi kazanılır. Pol e, pol delta) ile aynı özelliklere sahiptir ancak değişik hücre koşullarında çalıştığı düşünülür. Tüm işlemler kesintili ve kesintisiz zincir için aynıdır.

21 RNA sentezi 3 aşamada gerçekleşmektedir. 1. RNA polimerazın promotere bağlanması 2. Uzama 3. Sonlanma (UAA, UAG, UGA)

22 TRANSKRİPSİYON (DNA DAN RNA SENTEZİ) DNA kalıbından RNA sentezlenmesine transkripsiyon denir. Transkripsiyon, hücre içi genetik bilgi akışının ilk basamağı olduğu için önemlidir. Transkripsiyon sonucunda, ikili sarmal DNA nın bir dizisinin eşleniği olan mrna molekülü sentezlenir. mrna daki her üçlü kodon, ayrıca peptit zincirine girecek olan aminoasiti taşıyan trna nın antikodonuna da eşleniktir.

23 Ökaryotik hücrelerde DNA nın çoğu çekirdekte bulunurken proteinler sitoplazmada sentezlenir. RNA ökaryotik hücrenin çekirdeğinde sentezlenir ve kimyasal olarak DNA ya benzer. RNA nın çoğu sitoplazmaya taşınır. Genellikle hücredeki RNA miktarı, protein miktarı ile orantılıdır.

24 RNA NIN DNA YA BAĞIMLI SENTEZİ RNA polimerazlar RNA yı sentezler. Sentez için DNA-bağımlı RNA polimeraz, bir DNA şablonu, nükleozid 5 trifosfatlar (ATP, GTP, UTP ve CTP) veya Mg2+ gereklidir. Sentez ribonükleotidlerin 3 -hidroksil ucuna eklenmesi ile 5 3 yönünde ilerler. RNA polimerazın en aktif formu çift sarmal DNA ya bağlı formudur. Başlama, RNA polimerazın promotor olarak adlandırılan spesifik bölgelere bağlanması ile başlar, primer e gereksinim yoktur. Transkripsiyon için bir bubble gereklidir. Bu E. coli de 17 baz çifti uzunluğundadır. E. coli de zincir uzama hızı nükleotid/saniye dir.

25 RNA POLİMERAZ VE RNA SENTEZİ DNA kalıbı üzerinden RNA sentezi, RNA polimeraz enzimi tarafından gerçekleştirilir. RNA polimeraz, DNA polimerazla aynı genel substratlara ihtiyaç duyar. Ancak dntp yerine NTP kullanır. Ve primere ihtiyaç duymaz.

26 DNA nın transkripsiyona uğrayan zinciri kalıp, eşleniği olan zincir de eş zincir adını alır. Transkripsiyon, kalıba bağlanma, başlangıç, zincir uzaması ve sonlanma aşamaları halinde gerçekleşir. Kalıba bağlanma, RNA polimerazın sigma alt birimi ile DNA nın özgül promotor dizisine bağlanması ile gerçekleşir. Promotor, genin transkripsiyon başlangıç noktasının gerisinde 5 ucundadır.

27 PROMOTOR Promotor, RNA polimerazın transkripsiyonu başlatmak üzere DNA ya bağlandığı özel bölgelerdir. Promotor mutasyonları gen ifadesini önemli biçimde azaltır. Promotorlarda, türler arasında korunmuş konsensüs diziler vardır. Bakteriyel promotorlarda -10 ve -35 olmak üzere iki konsensüs dizi bulunmuştur. Ökaryotik promotorlarda da -10 dizisine benzer konsensüs diziler bulunmuştur (TATA kutusu) Farklı sigma alt birimleri, farklı promotorlara bağlanarak transkripsiyon özgüllüğü sağlar.

28 TRANSKRİPSİYONUN BASAMAKLARI

29 ÖKARYOTLARDA TRANSKRİPSİYON Ökaryotlarda transkripsiyon, prokaryotlardakinden bazı belirgin farklılıklarla ayrılır. Ancak, yine de temel aynıdır.

30 ÖKARYOTİK HÜCRELERDE 3 TİP NÜKLEER RNA POLİMERAZ BULUNUR RNA polimeraz I (Pol I) sadece tek tip RNA sentezinden (preribozomal RNA) sorumludur. Bu RNA 18 S, 5.8 S ve 28 S rrna lar için prekürsördür. Pol I promotorlar bir türden diğerine sekansta farklılık gösterir. RNA polimeraz II (Pol II) nin temel fonksiyonu mrna ve bazı spesifik RNA ların sentezidir.bu enzim binlerce farklı RNA bölgesini tanıyabilir. RNA polimeraz III (Pol III) trna, 5 S rrna ve bazı küçük özel RNA ları sentezler. Pol III ün promotorları iyi karakterize edilmiştir.

31 MRNA İŞLENME BASAMAKLARI mrna nın 5 ucuna şapka (cap) yapısı takılır. mrna nın 3 ucuna poli A kuyruğu eklenir. Öncül mrna yapısındaki proteine dönüşmeyecek bölgeler (intronlar) çıkartılarak proteine dönüşecek bölgeler (eksonlar) birleştirilir. Bu işleme sıplaysing (splycing) denir.

32 ÖKARYOTLARDA TRANSKRİPSİYONUN FARKLARI Ökaryotlarda transkripsiyon çekirdekte, translasyon sitoplazmada birbirinden tamamen ayrılmış olarak gerçekleşir. Transkripsiyon başlamasının regülasyonu için özgül DNA dizileri ve protein faktörlerin etkileşimi daha komplekstir. Promotorlara ek olarak genin 5 kontrol bölgesinin dışında genin içinde ve 3 aşağı bölgesinde de yer alabilen enhensır diziler bulunur. Sentezlenen ilk RNA kopyası, olgun ökaryotik mrna ya dönüşmek için bir dizi işlenme basamağından geçer.

33 ÖKARYOTİK MRNA EK İŞLEMLERE TUTULUR 5 cap (baş bölgesi) ve 3 poli(a) kuyruğu 5 cap (baş bölgesi) da 7-metilguanozin 5 terminal ucunda 5 5 trifosfat bağı ile zincire eklenir. Poli (A), adenilat rezidüzüdür ve 3 ucunda bulunur. Poliadenilat polimeraz poli (A) kuyruğunu uzatır.

34 ÖKARYOTLARDA RNA NIN TRANSKRİPSİYON SONRASI İŞLENMESİ

35 ÖKARYOTİK PRİMER RNA TRANSKRİPTİNE POLİ (A) KUYRUĞUNUN EKLENMESİ

36

37

38

39

40 DEJENERE ŞİFRE VE WOBBLE HİPOTEZİ Genetik şifre dejeneredir. Sadece Triptofan ve Metionin bir kodonla belirlenir. Geri kalan tüm aminoasitlerin birden fazla kodonu vardır. Aynı aminoasiti belirleyen kodonların ilk iki bazı aynıdır. 3. bazın değişkenliği, Wobble hipotezi ile açıklanır.

41 KODON-ANTİKODON BAZ EŞLEŞMESİ Wobble sayesinde trna daki bir antikodon, mrna da birden fazla kodonla eşleşebilir.

42 Kodon ve antikodon eşleşmesi

43 BAŞLAMA, SONLANDIRMA VE BASKILAMA Protein sentezinin başlaması özgül bir işlemdir. Bakterilerde protein sentezinde zincirdeki ilk aminoasit N-formil metionindir. Bu aminoasit, AUG ile kodlanır. Ökaryotlarda ilk amino asit metionindir. mrna üzerindeki dur kodonları, protein sentezinin sonlanmasını sağlar.

44

45

46

47

48 RNA POLİMERAZ ENZİMİ Enzim, a, b, b ve s alt birimlerinden oluşur. Enzimin aktif formuna holoenzim denir. b ve b katalitik bölgelerdir ve transkripsiyon için aktif merkezi oluştururlar. s alt birimi, transkripsiyonun başlamasında görevlidir ve düzenleyici işlevi vardır. E.coli de enzim tek formdadır, ancak birkaç değişik sigma faktörü vardır. Ökaryotlarda RNA polimeraz üç değişik formda bulunur.

49 GENETİK ŞİFRENİN KARAKTERİSTİK ÖZELLİKLERİ mrna, ribonükleotitlerin doğrusal diziliminden oluşur. Her üç ribonükleotit, bir kodon oluşturur. Her bir kodon bir aminoasit belirler. Genetik şifre özgündür. Genetik şifre dejeneredir. Şifrede Başla ve Dur kodonları vardır. Şifrede duraksama yoktur. Şifre üst üste çakışmaz. Şifre hemen hemen evrenseldir.

50 Protein Sentezi için mrna Ribozomlar trna Aminoasitler gereklidir

51 trna nın karakteristik yapısal özellikleri bulunur Birçok trna nın 5 ucunda guanilat (PG) rezidüsü ve 3 ucunda, CCA (3 ) sekansı vardır. Aminoasit kolu spesifik bir amino asidi taşır. Antikodon kolu, antikodon içerir. TψC kolu, ribotimidin (T), pseudouridin (ψ) içerir. D ve TψC kolları trna nın katlanması için önemlidir.

52 Tüm trna ların genel yonca yaprağı şeklinde sekonder yapıları

53 3-D Structure of trna Fig.14.4 T C

54 Protein Sentezi Amino asidlerin aktivasyonu İnitiasyon Elongasyon Terminasyon ve salınım Katlanma ve posttranslasyonel işlemler

55 Protein Sentezi

56 Her bir amino asit için özgül amnioaçiltrna sentetaz enzimi vardır Her bir trna ya doğru aminoasitin tanınıp, bağlanması gerekir. Ayrıca, bu süreç enerji gereksinen bir sentez sürecidir. Bu nedenle, her hücrede her bir aminoasite özgü aminoaçil trna sentetaz enzimleri bulunur. Enzim katalizli tepkimede ATP hidrolizi ile aktive edilen amino asit, trna nın 3 ucundaki adenin bazına ait riboz şekerin 3 -OH grubuna bağlanır.

57 trna doğru aminoasiti tanımalıdır aminoacyl trna synthetases tarafından katalizlenir amino asitler aktive edilir (aminoacyladenylic acid) ATP gerekir Mg 2+ Amino acid + trna + ATP aminoacyltrna + AMP + PPi Fig. 14.5

58 Protein Sentezinin BasamaklarıBaşlama Sentezin başlaması için: GTP, IF1, IF2, IF3 gereklidir. İlk olarak SSU rrna (16S) özgül DNA dizilerini bulur: Shine-Dalgarno sequence (AGGAGG)

59 Shine-Dalgarno dizesi (5 ) AUG ile initiasyon mrna da Shine-Dalgarno dizesi ile doğru pozisyondan başlatılır.

60 Shine-Dalgarno dizisi

61 Sentezin başlaması Bakteriyel ribozomda amino açil trna ların bağlandığı üç bölge vardır: Amino açil veya A bölgesi, P bölgesi, E (çıkış) bölgesi 1. İlk olarak mrna başlama faktörleri ile birlikte (IF1, 2, 3) küçük alt birime bağlanır. 2. Başlatıcı fmet-trna P bölgesindeki mrna kodonuna bağlanır; IF3 ayrılır. 3. Büyük alt birim komplekse bağlanır; IF1 ve IF2 ayrılır; EF-Tu, trna ya bağlanarak, A bölgesine girişi kolaylaştırır.

62 Zincir uzaması: İlk basamak (ikinci amino açil trna nın bağlanması ) İkinci yüklü trna, EF-Tu nun yardımı ile A bölgesine girer; uzamanın ilk basamağı başlar.

63 Uzama, İkinci basamak: Peptid bağı oluşumu A bölgesinde Dipeptit bağı oluşur (Peptidil transferaz aktivitesi); Yüksüz trna, E bölgesine hareket eder ve ribozomu terk eder. Yeni oluşan dipeptit P bölgesine hareket eder. mrna 3 baz kayar; EF-G translokasyon basamağını kolaylaştırır, uzamanın ilk basamağı tamamlanır.

64 Uzama, üçüncü basamak: translokasyon EF-Tu +GTP + trna A bölgesine yerleşir, EF-Tu girişi kolaylaştırır; Peptid bağı oluşumu ile tripeptid elde edilir. yüksüz trna, E bölgesine hareket eder. mrna 3 baz kayar; EF-G translokasyon basamağını kolaylaştırır, uzamanın ilk basamağı tamamlanır.

65 Bakterilerde protein sentezinin terminasyonu Basamak 1- DUR kodonlarına gelindiğinde, GTP bağımlı salınma faktörlerine harekete geçme sinyali verilirve polipeptit zinciri ile trna arasındaki bağı kırarak zincirin translasyon kompleksinden ayrılmasını sağlar. Basamak 2- Bu kırılmadan sonra trna ribozomdan salınır ve ribozom alt birimlerine ayrılır.

66 Polizom Hem ökaryotik, hem de prokaryotik hücrelerde protein sentezinde 10 ile 100 ribozom aynı anda aktiftir. Bunlara polizom denir.

67

68

69

70

71

72

73

74 Ökaryotlarda Protein Sentezi Daha komplekstir mrna stoplazmaya taşınır mrna 1-2 saatte yıkılır Kozak sequence 5 -ACCAUGG.. AUG Met kodlar Daha fazla sayıda ribozom görev alır Ribozomlar E.R a tutunur.

75 PROTEİN SENTEZİ A- Başlama Evresi : Ribozom küçük birimi mrna ya bağlanır. AUG kodonu da spesifik bir trna (Metionin trna) kodonuna bağlanır. Ribozom büyük birimi doğru bir şekilde küçük birime bağlanır. Başlama evresinin tüm reaksiyonlarında Başlama faktörleri, GTP ve ATP yer almaktadır.

76 PROTEİN SENTEZİ B- Uzama Evresi : mrna daki ikinci kodona göre (AUG) uygun bir trna bağlanır. ( A bölgesi) Metionin (P bölgesi) a.a ile ikinci bağlanan a.a arasında bir peptid bağ kurulur. İki a.a zinciri olan trna, A bölgesinde P bölgesine transloke olur. Ribozomun bir kodon ilerlemesi üzerine mrna daki üçüncü kodona göre uygun bir trna komplekse bağlanır. a.a şifresi olan tür kodonlar okunduktan sonra, uzama evresi sona erer.

77 PROTEİN SENTEZİ C- Sonlanma Evresi : Sonlandırma kodonu olan UAG, UAA, UGA birisinin mrna da Ribozom tarafından okunması durumunda protein sentezi sona erer. Kompleks aşamalı olarak dağılır ve polipeptid zinciri uygun yere transfer olur.

78 Ökaryotik initiasyon kompleksinin oluşumundaki protein kompleksler

79

80

81

82

83 Sekonder yapıda, polipeptit zincirinde birbirine komşu olan amino asitlerin oluşturduğu, düzenli ve tekrarlayan bir konfigürasyon bulunur.

84 Proteinin tersiyer yapısı zincirin uzaydaki 3 boyutlu konformasyonunu ifade eder. Bu yapı uzayda.. Sisteinler arasındaki disülfid bağları Hidrofilik polar R grupları Hidrofobik nonpolar R grupları ile stabilize edilir

85 Quaternary Structure Birden çok polipeptit zincirinin biraraya gelmesi ile kuaterner yapı oluşur.

86 Translasyon Sonrası Modifikasyonlar N-ucu ve C-ucundaki a.a ler çoğunlukla uzaklaştırılır yada değişime uğrar. Bazen tek bir a.a değişime uğrayabilir. Bazen karbohidrat yan zincirleri takılabilir Polipeptit zincirlerinde kırpılma yapılabilir. Sinyal dizileri proteinden uzaklaştırılır. Polipeptit zincirleri çoğu kez metallerle kompleks yapar Folding: chaperonins

87

88 Kodon ve antikodon eşleşmesi trna da bulunan inosinat (I), U, C ve A ile hidrojen bağı yapabilir

89 Wobble bazı Wobble bazı trna ların birden fazla kodonu tanımalarını sağlar Antikodon: trna da mrna ya karşılık gelen kodon. Antikodon daki ilk baz (5 3 yönünde) wobble bazdır.

90 Wobble Hipotezi 1. Bir mrna kodonundaki ilk iki baz, trna daki antikodon ile her zaman güçlü Watson-Crick baz eşleşmesi yapar. 2. Antikodondaki ilk baz (5 3 yönünde okunur) kodondaki 3. bazın karşısındaki bazdır. trna tarafından tanınan kodonların sayısını belirler (Bkz. Tablo) 3. Tüm 61 kodonun translasyonu için minumum 32 trna gereklidir.

91 ikodondaki Wobble bazı trna nın tanıyabildiği kodon sayısını nasıl belirler