Chapter 10 Lecture. Konu 10 Genetik Kavramlar Concepts of Genetics Tenth Edition. DNA Yapısı ve Analizi

Transkript

1 Chapter 10 Lecture Konu 10 Genetik Kavramlar Concepts of Genetics Tenth Edition DNA Yapısı ve Analizi

2 Genetik malzeme nedir? Çoğunlukla genetiğin ikili sarmalın keşfiyle başladığı düşünülür ama aslında insanoğlu binlerce yıldır DNA yı çalışmakta ve değiştirmekteydi. Fakat detayları 20. yüzyılın ortalarına kadar anlaşılamamıştır

3 Eski DNA deneyleri MÖ 8000 DNA bilinmezden çok önce çiftçiler seçici çiftleştirme yapıyorlardı

4 Hurma ağacı tozlaşması

5 DNA nın keşfi 1944 e kadar kromozomların hangi bileşeninin kalıtımı sağladığı bilinmiyordu Çünkü yapılarında hem nükleik asit hem de protein vardı DNA olduğu anlaşılınca çalışmalar bunun nasıl olduğu yönünde ilerledi Yapısı bilindiğinde işlevinin daha kolay anlaşılacağı düşünüldü ve öyle oldu 1953 te James Watson ve Francis Crick yapıyı çözdü

6 Bölüm 10.1 Genetik madde 4 özellik göstermeli Bir molekülün genetik madde olarak görev yapabilmesi için: kendini eşleyebilmeli bilgiyi saklayabilmeli bilgiyi ifade edebilmeli mutasyon yoluyla çeşitliliğe izin vermeli

7 Bölüm 10.1 Moleküler genetiğin merkezi dogması: DNA RNA yı oluşturur (transkripsiyon) ve RNA da proteinleri oluşturur (translasyon) Transkripsiyon Ribozom Translasyon

8 e kadar genetik madde protein olarak düşünülüyordu

9 Bölüm 10.2 Genetik madde ebeveynden yavrulara fiziksel olarak aktarılır Bunun için proteinler ve nükleik asitler en önemli adaylardı 1940 larda genetikçiler proteinlerin kalıtımı sağladığı görüşündeydi

10 Bölüm 10.2 Çünkü: Hücrelerde proteinler daha çeşitli ve çok miktarda bulunur Araştırmaların en aktif alanını oluşturuyorlardı ve nükleik asit kimyasına göre proteinlerle ilgili daha fazla bilgi vardı. DNA nın genetik madde olmak için çok basit olduğu düşünülüyordu - sadece 4 tip nükleotit yanında 20 farklı amino asit vardı.

11 10.3 DNA nın genetik madde olduğuna dair kanıtlar bakteri ve bakteriofaj çalışmalarında elde edildi

12 Bölüm 10.3 Griffith (1927) hastalığa yol açmayan (avirülent) Diplococcus pneumoniae (memelilerde zatürreye sebep olan bakteri) suşlarının dönüştürülerek hastalık yapıcı (virülent) hale getirilebildiğini gösterdi Bu dönüşümün sebebinin polisakkarit kapsülü veya kapsül sentezi için gerekli bir bileşik olduğunu düşündü

13 Figure 10.2

14 Bölüm 10.3 Avery, MacLeod, ve McCarty bu transformasyona yol açan molekülün protein değil DNA olduğunu gösterdi 1944 teki yayınlarında «Gösterilen kanıtlar, Pneumococcus Tip III dönüştüren molekülün deoksiriboz tipte nükleik asit olduğu görüşünü destekliyor» dediler.

15 Sentrifüj Isı ile öldür Hücreleri patlat Sıvı kültür ortamında S hücreleri S hücreleri tüpte çöktürülür Karbonhidrat, lipid ve proteinleri ayır Deoksiribonükleaz Ribonükleaz Proteaz Transformasyon testi R hücreleri R hücreleri R hücreleri R hücreleri Transformasyon olmaz DNA parçalanmış S hücreleri Transformasyon olur RNA parçalanmış S hücreleri Transformasyon olur Proteinleri parçalanmış S hücreleri Transformasyon olur S hücreleri R hücreleri R hücreleri S hücreleri R hücreleri S hücreleri R hücreleri S hücreleri Aktif faktör DNA dır Aktif faktör RNA değildir Aktif faktör protein değildir Kontrol: S hücreleri aktif faktörü içerir Figure 10.3

16 Bölüm 10.3 Hershey ve Chase (1952), Escherichia coli (koli basili bakterisi) ve bunu enfekte eden bir virüs (bakteriofaj T2) kullanarak, protein değil, DNA nın genetik madde olduğunu gösterdi 32 P and 35 S radyoizotoplarını kullanarak, enfeksiyon sırasında DNA nın bakteri hücresine girdiğini ve virüs üretimini yönlendirdiğini gösterdiler Fosfor ve sülfür izotoplarını sırasıyla DNA ve proteini işaretlemek için kullandılar

17 Protein kılıf Faj DNA sı Kuyruk lifleri Hücreye giren ve faj üremesini sağlayan nedir? Faj kuyruk liflerinin bakteri duvarına tutnması Faj genetik maddesi bakteri içine girer? Bakteri hücreleri patlar ve fajlar dışarı yayılır Faj üremesi Faj bileşenleri oluşur ve erişkin fajlar üretilir Figure 10.4

18 İşaretlenmemiş faj Faj radyoaktif ortam içerisindeki bakteriye eklenir Yeni oluşan virüsler işaretli olur İşaretli fajlar işaretsiz bakterileri enfekte eder Fajlarla bakterilerin ayrılması Fajlar işaretsiz Bakteriler P 32 ile işaretli Fajlar S 35 ile işaretli Bakteriler işaretli değil Canlı P 32 ile işaretli fajlar Canlı işaretsiz fajlar üretilir üretilir Figure 10.5

19 10.4 Dolaylı ve doğrudan kanıtlar ökaryotlarda genetik maddenin DNA olduğu görüşünü destekledi

20 Bölüm 10.4 Sitoplazmada protein miktarı fazladır fakat DNA değildir Mitokondri ve kloroplastların genetik işlevi vardır ve bu organellerde de DNA bulunur. DNA sadece genetik işlevin gerçekleştiği yerlerde bulunur. Bu, DNA nın genetik madde olduğunun dolaylı kanıtıdır.

21 Section 10.4 UV (ultraviyole) ışınları genetik maddede mutasyon oluşturur ve en etkili olduğu dalga boyu 260 nm dir. Bu demektir ki 260 nm de ışını en güçlü şekilde emen molekül genetik madde olmaya adaydır. DNA ve RNA 260 nm de fakat protein 280 nm de UV ışınlarını emer. 280 nm de herhangi bir mutasyon gözlenmez Bu da dolaylı kanıttır

22 Abzorpsiyon (emiş gücü) Mutasyon sıklığı Etki spektrumu Dalga boyu Nükleik asit Emme spektrumu Dalga boyu

23 Bölüm 10.4 Günümüzdeki rekombinant DNA teknolojisi doğrudan kanıt sunar İnsan DNA sında bir geni içeren parça bakteriye verilerek bakteride bu genin kodladığı protein üretilir. Ör: insülin

24 Bölüm 10.5 Bazı virüslerde genetik madde RNA dır 1956 da tütün mozaik virüsü ile yapılan çalışmalarda virüsten ayrıştırılan RNA tütün yapraklarına serpildi. Bir süre sonra virüsün oluşturduğu aynı lezyonlar yaprakların üzerinde görüldü. Bu tip virüslerde (RNA virüsleri) RNA genetik bilgiyi taşımaktadır

25 Bölüm 10.6 DNA yapısını anlamak için nükleik asit kimyasını bilmek gerekir DNA nın yapıtaşları nükleotitlerdir İçerikleri Azot içeren bir baz Bir pentoz şeker Bir fosfat grubu

26 Bölüm 10.6 İki çeşit azotlu baz vardır: Pürinler Adenin (A) Guanin (G) Pirimidinler Sitozin (C) Timin (T) Urasil (U)

27 Pirimidin halkası Sitozin Urasil Timin Pürin halkası Guanin Adenin Figure 10.7a

28 Bölüm 10.6 DNA ve RNA A, C, ve G içerir T sadece DNA da bulunur U sadece RNA da bulunur

29 Bölüm 10.6 RNA şeker olarak riboz içerir DNA şeker olarak deoksiriboz içerir Riboz Deoksiriboz Figure 10.7b

30 Bölüm 10.6 Bir nükleosit azotlu baz ve pentoz şekerden oluşur Bir nükleotit fosfat grubu eklenmiş bir nükleosittir.

31 Nükleosit Nükleotit Üridin Deoksiadenilik asit Ribonükleosit Adenozin Sitidin Guanosin Üridin Deoksiribonükleosit Deoksiadenozin Deoksisitidin Deoksiguanosin Deoksitimidin Ribonükleotit Adenilik asit Sitidilik asit Guanilik asit Üridilik asit Deoksiribonükleotit Deoksiadenilik asit Deoksisitidilik asit Deoksiguanilik asit Deoksitimidilik asit Figure 10.8

32 Bölüm 10.6 C-5' pozisyonu bir nükleotidde fosfat grubunun bağlandığı yerdir. Nükleotitler 1, 2 veya 3 fosfat grubuna sahip olabilirler ve buna göre NMP (nükleosit monofosfat), NDP (nükleosit difofat), ve NTP (nükleosit trifosfat) olarak adlandırılırlar

33 Deoksinükleosit difosfat (dndp) nükleosit trifosfat (NTP) Deoksitimidin difosfat (dtdp) Adenozin trifosfat (ATP) Figure 10.9

34 Bölüm 10.6 Nükleotitler fosfodiester bağı ile birbirine bağlanır. Bu bağ bir nükleotidin C-5 pozisyonundaki fosfat grubu ile diğer nükleotitin C-3' pozisyonundaki OH grubu arasında kurulur 2 nükleotit = dinükleotit 3 = trinükleotit 30 a kadar = oligonükleotit >30 = polinükleotit

35 5 ucu 3-5 fosfodiester bağı 3 ucu Figure 10.10a

36 Figure 10.10b

37 Bölüm 10.7 DNA nın yapısı, işlevinin anlaşılması için kilit noktadır Chargaff ( ) A miktarının T miktarı ile doğru orantılı ve G miktarının C miktarıyla doğru orantılı olduğunu göstermiştir. Fakat A + T yüzdesi, her zaman G + C yüzdesine eşit olmamaktadır. Pürinler toplamı (A+G) pirimidinler toplamına (T+C) eşittir

38 Bölüm 10.7 Linus Pauling X-ışını kırılımı tekniğini protein yapısını incelemede kullanmaktaydı Maurice Wilkins in laboratuvarında çalışan Rosalind Franklin ( ) çalışmaları ile DNA nın 3.4 angstromluk periyotlar sergilediğini göstermiştir. Bu sarmal bir yapının tipik özelliğidir.

39 Figure 10.11

40 Bölüm 10.7 Watson ve Crick (1953) önceki çalışmaları dikkatlice inceleyerek bir model oluşturdu. DNA iki zincirin antiparalel uzandığı, bazların üstüste tabakalar halinde dizildiği bir sağ yönlü sarmaldır. İki zincir A-T ve G-C baz eşleşmeleriyle birbirine bağlanır Bir sarmal dönüşte 10 baz çifti bulunur

41

42 Çap Bir tam dönüş Küçük oluk Şeker-fosfat bel kemiği Büyük oluk Azotlu baz çifti Figure 10.12

43 Figure 10.12b

44 Bölüm 10.7 A-T ve G-C baz eşleşmesi iki zincir arasındaki komplementer (tamamlayıcı) durumu oluşturur ve sarmalın kararlı yapısını sağlar A-T baz çifti iki hidrojen bağı ve G-C baz çifti birbiriyle üç hidrojen bağı yapar

45 Adenin-Timin baz çifti Deoksiribozun C-1 pozisyonu Adenin Timin Deoksiribozun C-1 pozisyonu Guanin-Sitozin baz çifti Deoksiribozun C-1 pozisyonu Guanin Hidrojen bağı Figure Sitozin Deoksiribozun C-1 pozisyonu

46 Bölüm 10.7 Şeker molekülleri ve bazların eksen boyunca dizilişi de yapıya daha fazla kararlılık sağlar.

47 Bölüm 10.8 DNA nın farklı formları Farklı izolasyon koşullarında, DNA nın farklı yapıları gözlenmiştir. Watson-Crick DNA modeli olan B-DNA sulu, düşük tuzlu ortamda gözlenmişti ve biyolojik olarak geçerli form olduğu düşünülmüştür.

48 Bölüm 10.8 A-DNA, B-DNA ya göre daha sıkışık bir yapıya sahiptir Yüksek tuz veya susuz koşullarda mevcuttur. A-DNA nın hücre içi ortamda var olup olmadığı tartışmalıdır. C-DNA, D-DNA, E-DNA, ve P-DNA da sağ sarmal olup, daha sıkışık yapıda formlardır

49 Figure 10.15a

50 Figure 10.15b

51 Bölüm 10.8 Z-DNA sol sarmal bir yapı gösterir DNA bazı genetik işlevleri yerine getirmek için başka formlara dönüşüyor olabilir fakat bu henüz araştırılması gereken bir konudur.

52 Bölüm 10.9 RNA yapısı DNA ya benzer fakat tek zincirlidir RNA da, Şeker ribose DNA daki deoksiriboz yerine geçer DNA daki timin yerine urasil bulunur

53 Bölüm 10.9 Çoğu RNA tek zincirlidir fakat bazı RNA lar kendi içinde katlanmalarla çift zincirli bölümler oluştururlar ikincil yapı Ayrıca bazı virüslerin çift zincirli RNA genomu vardır

54 Bölüm 10.9 Genetik bilginin ifadesinde görev alan üç çeşit hücresel RNA sınıfı vardır. mesajcı RNA (mrna) ribozomal RNA (rrna) transfer RNA (trna) Bunların hepsi transkripsiyon sırasında DNA nın zincirlerinin birinden komplementer kopya olarak üretilir

55 Bölüm 10.9 rrna protein sentezinde görev alan ribozomların yapısal bileşiğidir. mrna protein sentezi için şablon görevi yapar trna protein sentezi için amino asitleri taşır

56 atson_on_how_he_discovered_dna?language=tr

57 Bölüm DNA ve RNA çalışmalarında analitik teknikler UV ışını abzorpsiyon (emme) DNA ve RNA UV ışınını en yüksek 260 nm de emer UV ışını ile pürin ve pirimidin halkaları arasındaki etkileşim ile olur Azotlu baz içeren bileşikleri yerlerinin belirlenmesi, izolasyonu ve karakterizasyonu için kullanılır

58 Sedimentasyon (çökelme) Örnek yüksek hızda dönen ultra sentrifüjde çevirilir Ayrışan örneğin bülümleri farklı tüplere alınır Örnek yukarıdan aşağıya konsantrasyon farkı gösteren tüpe yüklenir Nükleik asit örneği Deneyin başlangıcı 6 ve 9 numaralı örnekler ile daha sonraki analizlere geçilir Tüpler 260 nm de ölçülür

59 Bölüm Yüzme yoğunluğu Sedimentasyon tekniğinde moleküller yüzme yoğunluklarına (buoyant dansite) göre ayrılır. Farklı türlerin DNA ları farklı yoğunluk gösterir G-C çiftlerinin yüzdesi

60 Bölüm DNA ve RNA nın denatürasyon (doğal yapının bozulması) ve renatürasyonu (doğal yapının tekrar oluşması) Isı veya kimyasallar DNA gibi büyük moleküllerin yapısını bozar. Hidrojen bağları kopar fakat kovalent bağlar kopmaz İkili zincir ayrılır G-C çifti, A-T ye göre bir fazla H-bağı içerdiğinden, ayrılmaları için daha fazla ısı gerekir T m = molekülün %50 sinin denatüre olduğu sıcaklık Farklı DNA örnekleri analiz edilebilir ve G-C/A-T miktarları tespit edilebilir Sıcaklık yavaşça düşürüldüğünde her zincirler kendi komplementer bazlarını bularak tekrar birleşir ve eski yapıyı oluşturur

61 Sıcaklık

62 Bölüm Moleküler hibridizasyon Denatürasyon ve renatürasyon özelliğinden yararlanılır. Birbirine bir miktar komplementer olan her DNA/RNA zinciri H-bağ yapabilir RNA eğer bir DNA dan üretilmişse onunla hibridizasyon yapar İki farklı türün DNA sı ısıtılıp tekrar soğutulduğunda eğer aralarında benzerlik varsa birbirleriyle H-bağlar kurar

63 DNA-3 ün bir zincirinin transkripsiyonu DNA-3 ün bir zincirine komplementer RNA DNA zincirleri Isı RNA, DNA örneğine eklenir Tekli DNA zincirleri Hibridizasyon Komplementer çiftlerin oluşumu bir DNA/RNA hibridi bulunur

64 Bölüm Floresan in situ (doğal ortamında) hibridizasyon FISH

65 Bölüm Elektroforez Nükleotitler fosfat gruplarından dolayı eksi yüklüdür. Bu, bir jel içinde elektrik akımına maruz kaldıklarında artı yöne doğru hareket etmelerine sebep olur. Jelin yapısı deliklidir ve küçük moleküller büyüklere göre daha hızlı hareket eder. Bu sayede çok benzer DNA veya RNA molekülleri birbirinden büyüklüklerine göre ayrılabilir

66 Kuyucuk Katot DNA ilerler DNA parçaları Akım uygulanır Jel parçaları Anot Moleküller uzunluklarıyla ters orantılı olarak ilerler Otoradyografi veya floresan görüntüleme Daha uzun parçalı bantlar Daha kısa parçalı bantlar