Nükleik Asitlerin İşlevi

Transkript

1 Nükleik Asitler

2 Nükleik Asitlerin İşlevi n n n n n Metabolik işlemlerde kullanılan enerji (ATP: Adenozintrifosfat) Hücrelerin hormonlara ve diğer hücre dışı uyarılara karşı yanıtında ana bağlantı bileşeni olması (camp: siklik Adenozin monofosfat) Metabolik araürünlerin ve enzim kofaktörlerin yapısal bileşeni (NAD: Nikotinamid adenin dinükleotid) Genetik bilginin depo edildiği moleküller olan deosinükleik asit (DNA) ve ribonükleik asit (RNA) gibi nükleik asitlerin yapı taşı olması Her protein nükleik asit dizisinde şifrelenmiş olması ve genetik bilginin nesiller boyu geçişi hayati önem taşımaktadır

3 Nükleik Asitlerin İşlevi n n n Protein veya RNA gibi işlevsel biyolojik ürünlerinin sentezi için gerekli olan bilgiyi taşıyan DNA dizisi gen olarak tanımlanmaktadır. DNA nın en önemli işlevi genetik bilginin depolanması ve aktarılmasıdır. RNA nın işlevi geniştir ve birçok sınıfa ayrılır: q q q Protein sentezinin yapıldığı ribozomal RNA (rrna) nın bileşenidir Proteinin sentez edildiği ribozomlara genetik bilginin taşınmasına aracılık eden haberci RNA (mrna) mrna daki bilgileri özgül amino asit dizilerine tranfer eden moleküller olan transfer RNA (trna)

4 n n n Nükleotidlerin bileşeni q q q Azot içeren baz Şeker (Pentoz) Fosfat Fosfat grubu olmayan molekül nükleozit olarak isimlendirilir Azot içeren bazlar; q q Pirimidin Pürin türevleridir

5

6

7

8

9 DNA RNA n n n Pürinler q Adenin q Guanin Pirimidin q q Sitozin Timin Şeker q 2 -deoksi-d-riboz n n n Pürinler q q Adenin Guanin Pirimidin q q Sitozin Urasil Şeker q D-riboz DNA ve RNA moleküllerinin yapısını oluşturan ard arda dizilmiş nükleotidler birbirine fosfat grubu köprüleriyle kovalent olarak bağlanırlar. Bağlanma sırasında fosfat grubu, nükleotidlerin birinin 5 - hidroksil grubuyla bunu izleyen nükleotidin 3 -hidroksil grubu arasında fosfodiester bağı oluşturur.

10 q Nükleik asitlerin kovalent yapıdaki omurgası, birbirini izleyen fosfat ve pentoz gruplarından oluşurken, azot içeren baz grupları ise omurgaya düzenli aralıklarla bağlanmış yan grup görünümündedir. q DNA ve RNA moleküllerinin omurgaları hidrofilik yapıdadır q Genelde 50 veya daha az sayıda nükleotid içeren polimerler oligonükleotid, daha uzun polimerler polinükleotid olarak isimlendirilir

11 POLİNÜKLEOTİTLER n İki mononükletit arasında bağ yapısında, iki şekere bağlı fosfat grubu yer alır oluşan bağ fosfodiester bağıdır, çünkü fosforik asit her iki taraftaki alkol grubu ( iki şekerdeki OH grubu ) ile ester bağı yapar. Aynı bağ, RNA da da bulunur. n dinukleotitler & trinükleotitler n oligonükleotitler (<20) n polinükleotitler (>20) n Uzun polinükleotid zincirleri varyasyon sağlamaktadır. q 1000 nt oluşan bir zincir kombinasyon ile oluşturulabilir.

12 q Zincir boyunca bütün fosfodiester bağları aynı yönelime sahip olup, sonuçta doğrusal yapıdaki nükleik asit zincirine 5 ve 3 uçları oluşur. q Serbest pürin ve pirimidinler zayıf bazik bileşikler olup, bu özelliklerinden ötürü baz diye isimlendirilir. q James D. Watson ve Francis C

13 Chargaff Kuralları q DNA yı meydana getiren baz bileşimi genelde türden türe değişiklik gösterir q Aynı türün değişik dokularından saflaştırılan örnekler aynı baz bileşimine sahiptir. q Türe ait baz bileşimi organizmanın yaşı, beslenme durumu veya çevre değişimiyle değişmez. q Tüm hücre DNA larında adenozin baz sayısı, timidin baz sayısına (A=T), guanozin baz sayısı da sitidin baz sayısına eşittir (G=C). Dolayısıyla A+G=T+C dir

14 DNA Çifte Sarmal Yapıdadır q DNA molekülü heliks yapıda olup, uzun ekseni boyunca düzenli tekrarlayan iki yapı (biri 3,4 Å ve diğeri 34 Å uzunluğunda) gösterir. q DNA çifte sarmal yapıda olup, birbirini izleyen deoksiriboz ve fosfat gruplarının hidrofilik omurgası dış yüzeydedir. Her bir iplikçiğin pürin ve pirimidin bazları çift sarmalın iç tarafına yığışmıştır.

15

16

17

18 DNA daki baz eşleşmesi modelin genetik açıdan en önemli özelliğidir. Bu yerleşim nedeniyle eksen boyunca büyük ve küçük oluklar ortaya çıkar. n Sağ el sarmalının uzaydaki konformasyonu, Watson Crick in verilerine en uygun olanıdır.

19 DNA ÇİFTE SARMALINDA ZİNCİRLER BİRBİRLERİNİN TAMAMLAYICISIDIR.

20 n n n n DNA molekülü kendini oluşturan nukleotidlerin sayısına bağlı olarak, büyüklüğü türden türe değişen, uzun zincir şeklinde bir yapı gösterir. İnsanda bu zincirin uzunluğu açıldığında 2 metreye kadar varabilir. Bütün halinde eldesi zincirin hassas ve kırılgan yapısından ötürü çok güçtür. Nukleotidlerin yapısı bazik olmasına karşın omurgadaki PO4(fosforik asit) grubunun varlığı polinükleotid zincirlerin asit özellikte olmalarına yol açar ve nükleik asit terimi de bu özellikten kaynaklanır. Molekülü oluşturan zincirlerin birbirlerinden kolaylıkla ayrılabilmesi ve yeniden birleşebilmesidir. Protein sentezi ve DNA replikasyonu (kendi kopyasını oluşturması) bu özellik sayesinde meydana gelebilir. DNA nın iki zinciri, birbirine sadece H bağları ve hidrofobik etkileşimlerle bağlı olmaları nedeni ile, nükleotidleri arasındaki kovalent bağlardaki herhangi bir kopma olmaksızın çözülebilir (denatürasyon). Aynı şekilde çözülmüş molekülün zincirleri tamamlayıcı bazları arasında H bağlarının oluşumu ile birleşip sarmal yapıyı yeniden oluşturabilir (renatürasyon).

21 Farkli DNA formlari

22 DNA VE RNA ARAŞTIRMALARINDA KULLANILAN ANALİTİK YÖNTEMLER n U.V ışığının soğurulması ( nm arasında en fazla) n Çökelme Davranış ı - Nükleik asitler çeşitli gradiyent santrifügasyon işlemleri ile ayrılabilirler. Çökelme özelliği molekülün yoğunluğu, kütlesi ve biçimine bağ l ı d ı r v e Svedberg katsayısı (S) olarak ölçülür.

23

24

25

26

27

28

29

30 KISMEN DENATÜRE DNA

31 KROMOZOM YAPISI VE DNA ORGANİZASYONU

32 DNA MOLEKÜLÜNÜN BÜYÜKLÜĞÜNÜN HÜCRENİN BOYUTLARI İLE KIYASLANMASI

33 DNA NIN KROMOZOMLARDA PAKETLENMESİ n n n n Kromozomlar içerdikleri DNA moleküllerinden çok daha kısadırlar. Bu nedenle DNA nın kromozomlara paketlenmesi için hayli organize bir paketleme sistemi gereklidir. Ökaryotlarda DNA kromatin şeklnde düzenlenmiştir. DNA paketlenmesi ile ilgili ilk veriler 1970 lerde biyokimyasal analizler ve elekrtomanyetik çalışmalarından elde edilmiştir. İlk bilgiler DNA nın DNA-binding proteinler olarak da bilinen histonlar ile ilişkili olduğu idi. Ancak ayrıntılı yapı billinmiyordu yıllarnda birkaç araştırma grubu kromatinler (DNA-histon kompleksi) üzerinde nüklease protection assay i yapmışlardır. DNAhiston kompleksi enzimlerle muamale edildiğinde DNA sadece histon proteinlerinin yer almadığı bölgelerden kesilmiştir. Yaklaşık 200 bç uzunluğunda pekçok fragment oluşmuştur. Bu gözlem enzimatik parçalanmanın gelişigüzel olmadığını göstermiştir.

34

35 HİSTONLAR KÜÇÜK BAZİK PROTEİNLERDİR

36 Packaging DNA Histone octomer Histone proteins B DNA Helix 2 nm

37 Packaging DNA Histone octomer Histone proteins B DNA Helix 2 nm

38 Packaging DNA 11 nm Histone octomer Histone proteins B DNA Helix 2 nm Nucleosome

39 Packaging DNA Histone H1

40 DNA Paketlenmesi Histone H1

41 DNA Paketlenmesi Beads on a string 11 nm Tight helical fiber 30 nm Looped 200 nm Domains Protein scaffold

42 DNA Paketlenmesi Nucleosomes 11 nm 30 nm Tight helical fiber Metaphase Chromosome 200 nm 700 nm Looped Domains B DNA Helix 2 nm Protein scaffold

43 BİR ÖKARYOTİK KROMOZOMDA DNA NIN KATLANMA MODELİ

44 n Kromatin: Bölünmeyen ökaryotik hücredeki kromozomal materyale denir. Amorftur ve nükleus ta rasgele dağılmıştır. n Histon: Bir kromatinde DNA nın sıkıca bağlantılı olduğu proteinler n Nükleozom: Histonlar ve DNA nükleozom adı verilen yapılar üniteler içinde katlanırlar.

45

46 Polipeptid Zincirini Haberci RNAlar Kodlar q RNA, DNA da kodlanmış bilginin işlevsel bir proteinin amino asit dizilimi oluşturmasında bir ara bileşik gibi davranır. q Ökaryotlarda DNA genel olarak çekirdek içerisinde bulunurken, protein sentezi sitoplazma içinde bulunan ribozomlarda yer alır. q RNA hem çekirdek, hem de sitoplazma içinde bulunur ve sitoplazmada protein sentezi artışıyla RNA nın sitoplazmada miktarı artar. q Genetik bilgiyi DNA dan ribozomlara taşıyan molekül haberci (messenger) RNA (mrna)dır. mrna polipeptid zincirindeki aminoasit dizisinin belirlenmesi için şablon (kalıp) oluşturur. DNA şablon olarak kullanılarak mrna oluşmasına transkripsiyon denir

47

48

49

50

51

52

53

54

55

56

57

58

59 RNA Kompleks Üç Boyutlu Yapıya Sahiptir q Transfer RNA (trna) protein sentezinde adaptör olarak işlev görür. trna bir uçlarından bir amino aside kovalent olarak bağlanmış olup mrna ile eşleşir ve üzerinde bulunan amin asidi büyümekte olan polipeptid zincirine doğru dizilimle aktarır. q Ribozomal RNA (rrna) ise ribozomun yapısal bileşenidir. q Bunların dışında özgül işlev gösteren ribozimler enzimatik aktiviteye sahiptir.

60 Nükleik Asitler Değişime Uğrayabilir q Pürin ve pirimidinler kovalent yapıları içinde kendi kendine oluşan birçok değişikliğe uğrarlar. Genetik bilginin şifrelendiği DNA yapısında değişik nedenlerle oluşan kalıcı değişiklikler mutasyon olarak tanımlanır. q Bazı nükleotid bazları dış halka amino gruplarını kendiliğinden kaybeder (deaminasyon). Sitozin deaminasyonu sonucunda ortaya çıkan urasil onarım sistemiyle uzaklaştırılabilmektedir. Sitozin deaminasyonu G C baz eşleşmesinda azalmaya, A=U baz eşleşmesinde fazlalaşmaya neden olacaktır. q U.V, X-ışınları, nitröz asit, nitrit ve nitrat tuzları DNA hasarına yol açtıkları kanıtlanmıştır

61

62 q Diyetle alınan nükleotidlerin dokuların nükleik asit sentezi için kullanılmazlar (~%5) q Diyette bulunan nükleik asitlerin yıkımı ince barsakta gerçekleşir. q Pankreatik enzimler nükleotidleri hidroliz ederek nükleozidlere ve serbest bazlara parçalanır. q Hücrelerin içinde, pürin nükleotidleri spesifik enzimlerle ardaşık reaksiyonlar sonucu yıkılır ve son ürün olarak ürik asit oluşur. q Pürinler ürik asite metabolize edildikten sonra idrarla atılır.