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 2012 Pearson Education, Inc.

3 Bölüm 11.1 DNA yarı korunumlu eşlenme ile kopyalanır DNA zincirlerinin komplementer olması, herbirinin diğerinin sentezine taslak oluşturmasını sağlar 2012 Pearson Education, Inc.

4 2012 Pearson Education, Inc. 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 2012 Pearson Education, Inc.

6 Korunumlu Yarı korunumlu Dağıtıcı Bir eşlenme döngüsü Yeni sentezlenen zincirler mavi ile gösterilmiştir 2012 Pearson Education, Inc. 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 2012 Pearson Education, Inc.

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 2012 Pearson Education, Inc. Figure 11.3

9 I. Nesil II. Nesil Yerçekimsel kuvvet 2012 Pearson Education, Inc. Figure 11.4

10 Bölüm 11.1 Taylor-Woods-Hughes (1957) kuru bakla, Vicia faba, kullanarak DNA eşlenmesinin ökaryotlarda da yarı korunumlu olduğunu göstermiştir Pearson Education, Inc.

11 I. Eşlenme 3 H-timidin varlığında Her iki kardeş kromatit işaretli İşaretlenmemiş kromozom Metafaz Anafaz Kromatitler ayrı hücrelere gider Parça değişimi yok Parça değişimi var 2012 Pearson Education, Inc. Figure 11.5a

12 II. Eşlenme İşaretsiz timidin İşaretlenmemiş kromatit Sadece bir kromatit işaretli Parça değişimi olan yer de işaretli Metafaz II Metafaz II 2012 Pearson Education, Inc. Figure 11.5b

13 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 Pearson Education, Inc.

14 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) 2012 Pearson Education, Inc.

15 Replikasyon çatalı 2012 Pearson Education, Inc. Figure 11.6

16 Bölüm 11.2 Bakterilerde DNA eşlenmesi DNA polymeraz DNA sentezler ve bir DNA kalıpuna 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 2012 Pearson Education, Inc.

17 WwIrqE/giphy.gif 2012 Pearson Education, Inc.

18 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 2012 Pearson Education, Inc.

19 5 uç, 3 ucu ile birleşir Büyüyen zincir Nükleosit trifosfat 2012 Pearson Education, Inc. Figure 11.8

20 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 pol I mutant E.coli de DNA eşlenmesinin devam ettiği fakat DNA tamirinin olmadığı gözlenmiştir 2012 Pearson Education, Inc.

21 1.2 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 Sadece DNA polimeraz I in 5' - 3' ekzonükleaz aktivitesi vardır: sentezi başlatmak için kullanılan parçaları kesip boşlukları doldurur 2012 Pearson Education, Inc.

22 Bakteri DNA polimeraz I, II ve III ün özellikleri Özellikler Zincir sentezini başlatma polimerleşme ekzonükleaz aktivitesi ekzonükleaz aktivitesi 1 hücredeki polimeraz sayısı 2012 Pearson Education, Inc. Table 11.2

23 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 2012 Pearson Education, Inc.

24 11.2 DNA polimeraz III, 10 alt birimden oluşan karmaşık bir enzimdir (holoenzim) Holoenzim ve diğer proteinler replikasyon çatalında replizom denilen bir yapı oluştururlar 2012 Pearson Education, Inc.

25 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 2012 Pearson Education, Inc. Table 11.3

26 2012 Pearson Education, Inc DNA eşlenmesi sırasında pekçok karmaşık sorun çözülmelidir

27 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 2012 Pearson Education, Inc.

28 Heliksin/Sarmalın açılması DnaA replikasyon orijinine bağlanır ve sarmalın açılmasındaki ilk adımlardan sorumludur Daha sonra DnaB ve DnaC nin bağlanması sarmalı daha da çözer 2012 Pearson Education, Inc.

29 ATP hidrolizi İlk bağlanma ATP hidrolizi Replikasyon balonu oluşmaya başlar ATP hidrolizi Sarmalın açılması başlar 2012 Pearson Education, Inc. Figure 11.9

30 Sarmalın açılması Bu tip proteinler iki zincir arasındaki hidrojen bağlarını kırmak için ATP hidrolizinden gelen enerjiyi kullanır DNA helikaz olarak adlandırılır Tek-zincir bağlanma proteinleri (SSBP) zincirlerin açık biçimde kalmasını sağlar 2012 Pearson Education, Inc.

31 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 2012 Pearson Education, Inc.

32 2012 Pearson Education, Inc.

43 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 DNA polimeraz I bu RNA primerini keser ve DNA ile değiştirir Bu durum DNA sentezinde evrenseldir 2012 Pearson Education, Inc.

44 Kalıp DNA RNA primeri RNA primerine eklenen yeni DNA 2012 Pearson Education, Inc. Figure 11.10

45 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 2012 Pearson Education, Inc.

46 Başlangıç RNA primeri Dna sentezi 2012 Pearson Education, Inc. Figure 11.11

47 11.3.5,6 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 2012 Pearson Education, Inc.

48 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 2012 Pearson Education, Inc.

49 Kesintili zincir Kesintisiz zincir 2012 Pearson Education, Inc. Figure 11.12

50 11.3 -alt birimi ana enzimin sentez sırasında kalıp DNA dan düşmesini engeller Bu yapı kayan kilit olarak da adlandırılır 2012 Pearson Education, Inc.

51 Hata kontrolü ve düzeltmeler DNA eşlenmesinin bir parçasıdır Tüm polimerazların 3' - 5' ekzonükleaz aktivitesi vardır ve hata düzeltmelerinde hepsi rol alır 2012 Pearson Education, Inc.

52 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 2012 Pearson Education, Inc.

53 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 2012 Pearson Education, Inc. Figure 11.13

54 2012 Pearson Education, Inc. =mxajsbhdkbq

55 11.5 Eşlenmeyi çeşitli genler kontrol eder Bazı genlerin işlevsiz hale getirilmesi hücreyi öldürür DNA eşlenmesine dahil olan genler koşullu mutasyon tekniği ile tespit edilmiştir ÖR: Sıcaklığa bağlı mutasyon: bir gen belirli bir sıcaklıkta işlevli fakat diğer bir sıcaklıkta işlevini yitirir gen mühendisliği ile oluşturulur 2012 Pearson Education, Inc.

56 2012 Pearson Education, Inc Ökaryot DNA eşlenmesi prokaryotlara benzer fakat daha karmaşıktır

57 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 2012 Pearson Education, Inc.

58 11.6 Karmaşıklık: Prokaryotlara göre DNA miktarı çok fazla Kromozomlar çizgiseldir DNA proteinlerle bileşikler halinde bulunur 2012 Pearson Education, Inc.

59 11.6 Ökaryot kromozomlarında birçok replikasyon orijini bulunur Bu dakikalar ile birkaç saat arasında bir sürede tüm DNA nın eşlenmesini sağlar 2012 Pearson Education, Inc.

61 11.6 Maya genomları orijin bulundurur Bunlara kendiliğinden eşlenen diziler denir (ARSs) Bu diziler 11 bazlık ortak dizi ve bunu çevreleyen belirli diziler içerir 2012 Pearson Education, Inc.

62 11.6 Ökaryot orijinleri ayrıca replikasyon zamanını da belirler Ön replikasyon kompleksleri orijinlerde toplanır Hücre döngüsünün erken G1 evresinde orijinler 6 proteinden oluşan bir replikasyon kompleksi tarafından tanınır Orijin replikasyon kompleksi (ORC) 2012 Pearson Education, Inc.

63 11.6 Çekirdek DNA sının eşlenmesinde 3 polimeraz Bir polimeraz mitokondri DNA eşlenmesinde Diğerleri DNA tamirinde Görev yapar 2012 Pearson Education, Inc.

64 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 2012 Pearson Education, Inc. Table 11.5

65 11.6 Pol,, ve ɛ başlangıç ve polimerleşmedeki temel enzimlerdir Pol nın kalıp DNA dan düşmeden bir defada sentezleyebildiği uzunluk azdır 2012 Pearson Education, Inc.

66 11.6 Pol RNA primer sentezinde görev yapar Sonra polimeraz değişimi olur: Pol kesintili zinciri ve Pol ɛ kesintisiz zinciri sentezler 2012 Pearson Education, Inc.

68 11.7 Kromozomların uçlarının eşlenmesi problem yaratır 2012 Pearson Education, Inc.

69 11.7 Kromozomların sonlarında bulunan telomerler uzun tekrarlı dizilerden oluşur Kromozomların içerik ve kararlılığını sağlarlar 2012 Pearson Education, Inc.

70 11.7 Kesintili zincirin kromozom sonundaki sentezi problem yaratır: RNA primeri ayrıldığı zaman ortada serbest 3 -OH grubu kalmaz ve o bölüm eşlenmemiş olur 2012 Pearson Education, Inc.

71 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 2012 Pearson Education, Inc. Figure 11.16

72 11.7 Telomeraz bu boşlukları doldurur Bir ribonükleoproteindir üzerinde tekrarlı dizinin komplementer dizisini içeren bir RNA barındırır Bu RNA kalıp olarak kullanılarak DNA sentezlenir Ters transkripsiyon 2012 Pearson Education, Inc.

73 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 2012 Pearson Education, Inc. Figure 11.17

74 Section 11.7 Çoğu somatik ökaryot hücresinde telomeraz aktif değildir Her bölünme sonrasında telomerler kısalır ve bir noktada hücre bölünmesi durur Kanser hücrelerinde telomerazlar aktifleşir ve bu sayede ölümsüz olur 2012 Pearson Education, Inc.

75 11.8 DNA rekombinasyonu da eşlenme gibi belirli enzimlerce gerçekleştrilir 2012 Pearson Education, Inc.

76 11.8 Genetik rekombinasyon aşamaları: Endonükleaz ile çentik açılması Zincir değişimi ve komplementerle eşleşme bağlanma Kolların göç etmesi ayrılma 2012 Pearson Education, Inc.

78 Endonükleaz enzimi ile çentik 2012 Pearson Education, Inc. Figure 11.18a

79 2012 Pearson Education, Inc. Figure 11.18b

80 Zincir değişimi 2012 Pearson Education, Inc. Figure 11.18c

81 Değişen zincirlerin bağ oluşumu - ligaz Kolların göç etmesi 2012 Pearson Education, Inc. Figure 11.18d

82 2012 Pearson Education, Inc. Figure 11.18f

83 Holliday yapısı 2012 Pearson Education, Inc. Figure 11.18g

84 Endonükleaz ile çentik 2012 Pearson Education, Inc. Figure 11.18h

85 Rekombinant zincirler 2012 Pearson Education, Inc. Figure 11.18i

86 11.8 Bu olaya homolog rekombinasyon denir: iki kromozom arasında birbirine benzer dizideki büyük parçaların değişimi Mayoz sırasında görülen parça değişimi bu şekilde gerçekleşir 2012 Pearson Education, Inc.

87 11.8 Rekombinasyonun bir sonucu olarak Gen dönüşümü: birbirine benzerliği olan iki gen arasındaki genetik değişim Mendel oranlarından sapmalara yol açabilir 2012 Pearson Education, Inc.

88 2 homolog bölge Yaban tip allel Rekombinasyon sonucu bazlar eşleşemez DNA Tamiri Mutant allele dönüştü Mutant allel Yaban tip olarak kaldı 2012 Pearson Education, Inc. Figure 11.19