Chapter 10 Lecture Genetik Kavramlar Concepts of Genetics Tenth Edition 1. DNA Yapısı Çeviri: Aslı Sade Memişoğlu
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
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
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
1 Moleküler genetiğin merkezi dogması: DNA RNA yı oluşturur (transkripsiyon) ve RNA da proteinleri oluşturur (translasyon) Transkripsiyon Ribozom Translasyon
2. DNA yapısını anlamak için nükleik asit kimyasını bilmek gerekir DNA nın yapıtaşları nükleotitlerdir İçerikleri Azot içeren bir baz Bir pentoz şeker Bir fosfat grubu
İki çeşit azotlu baz vardır: Pürinler Adenin (A) Guanin (G) Pirimidinler Sitozin (C) Timin (T) Urasil (U)
Pirimidin halkası Sitozin Urasil Timin Pürin halkası Guanin Adenin Figure 10.7a
DNA ve RNA A, C, ve G içerir T sadece DNA da bulunur U sadece RNA da bulunur
RNA şeker olarak riboz içerir DNA şeker olarak deoksiriboz içerir Riboz Deoksiriboz Figure 10.7b
Bir nükleosit azotlu baz ve pentoz şekerden oluşur Bir nükleotit fosfat grubu eklenmiş bir nükleosittir.
Nükleosit Nükleotit Üridin Deoksiadenilik asit
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
Deoksinükleosit difosfat (dndp) nükleosit trifosfat (NTP) Deoksitimidin difosfat (dtdp) Adenozin trifosfat (ATP) Figure 10.9
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
5 ucu 3-5 fosfodiester bağı 3 ucu Figure 10.10a
Figure 10.10b
3. DNA nın yapısı, işlevinin anlaşılması için kilit noktadır Chargaff (1949 1953) A miktarının T miktarı ile doğru orantılı ve G miktarının C miktarıyla doğru orantılı olduğunu göstermiştir. Pürinler toplamı (A+G) pirimidinler toplamına (T+C) eşittir
Bölüm 10.7 Linus Pauling X-ışını kırılımı tekniğini protein yapısını incelemede kullanmaktaydı Maurice Wilkins in laboratuvarında çalışan Rosalind Franklin (1950 1953) sarmal bir yapının tipik özelliğidir.
Linus Pauling X-ışını kırılımı tekniği Rosalind Franklin (1950 1953) sarmal yapı. Figure 10.11
Watson ve Crick (1953) önceki çalışmaları dikkatlice inceleyerek bir model oluşturdu. DNA iki zincirin antiparalel uzandığı, bazların üst üste 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
Çap Bir tam dönüş Küçük oluk Şeker-fosfat bel kemiği Büyük oluk Azotlu baz çifti Figure 10.12
Figure 10.12b
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
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 10.14 Sitozin Deoksiribozun C-1 pozisyonu
Bölüm 10.7 Şeker molekülleri ve bazların eksen boyunca dizilişi de yapıya daha fazla kararlılık sağlar.
4. RNA yapısı DNA ya benzer fakat tek zincirlidir RNA da, Şeker riboz DNA daki deoksiriboz yerine geçer DNA daki timin yerine urasil bulunur 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
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
rrna protein sentezinde görev alan ribozomların yapısal bileşiğidir. mrna protein sentezi için şablon görevi yapar trna protein sentezi için amino asitleri taşır
Chapter 10 Lecture Concepts of Genetics Konu 11 Tenth Edition DNA Eşlenmesi
1 DNA yarı korunumlu eşlenme ile kopyalanır DNA zincirlerinin tamamlayıcı olması, her birinin, diğerinin sentezine taslak oluşturmasını sağlar
Figure 11.1
Korunumlu Yarı korunumlu Dağıtıcı Bir eşlenme döngüsü Yeni sentezlenen zincirler mavi ile gösterilmiştir Figure 11.2
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.
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)
Replikasyon çatalı Figure 11.6
2. Bakterilerde DNA eşlenmesi DNA polimeraz DNA sentezler bir DNA kalıbına ve 4 deoksiribonükleosit trifosfata ihtiyaç duyar (dntp) DNA kalıbı (dnmp) ve onun komplementer dizisinin yeni oluşan bir bölümü Yeni sentezlenen zincire her seferinde 1 nükleotit eklenir (n+1) İnorganik pirofosfat
https://media.giphy.com/media/esuad3r WwIrqE/giphy.gif
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
5 uç, 3 ucu ile birleşir Büyüyen zincir Nükleosit trifosfat Figure 11.8
2 Bakterilerde 5 farklı DNA polimeraz keşfedilmiştir 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
3 DNA eşlenmesi sırasında pek çok karmaşık sorun çözülmelidir
3 7 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
3.1 Heliksin/Sarmalın açılması Belirli proteinler - DNA helikaz replikasyon orijinine bağlanır ve sarmalın açarlar
ATP hidrolizi İlk bağlanma ATP hidrolizi Replikasyon balonu oluşmaya başlar ATP hidrolizi Sarmalın açılması başlar Figure 11.9
3.2 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 Bu durum DNA sentezinde evrenseldir
Kalıp DNA RNA primeri RNA primerine eklenen yeni DNA Figure 11.10
3.3 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
Başlangıç RNA primeri Dna sentezi Figure 11.11
3.3 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
3.3 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 Kesintili zincir Kesintisiz zincir
3.4 Hata kontrolü ve düzeltmeler DNA eşlenmesinin bir parçasıdır Tüm polimerazların 3' - 5' ekzonükleaz aktivitesi vardır ve hata düzeltmelerinde hepsi rol alır
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 https://www.youtube.com/watch?v=mxajsbhdkbq Figure 11.13
4 Ökaryot DNA eşlenmesi prokaryotlara benzer fakat daha karmaşıktır
4 Prokaryotlara benzer özellikler Replikasyon orijinlerinde sarmalın açılması Replikasyon çatalı oluşumu Çift yönlü sentez, kesintili ve kesintisiz zincirleri oluşturur Ökaryot polimerazları da 4 deoksiribonükleosit trifosfat, kalıp DNA ve primere ihtiyaç duyar
4 Karmaşıklık: Prokaryotlara göre DNA miktarı çok fazla Kromozomlar çizgiseldir DNA proteinlerle bileşikler halinde bulunur
4 Ökaryot kromozomlarında birçok replikasyon orijini bulunur Bu dakikalar ile birkaç saat arasında bir sürede tüm DNA nın eşlenmesini sağlar
5.4 Çekirdek DNA sının eşlenmesinde 3 polimeraz Bir polimeraz mitokondri DNA eşlenmesinde Diğerleri DNA tamirinde Görev yapar
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 Table 11.5
https://www.youtube.com/watch?v=fef1skb1yv0
5 Kromozomların uçlarının eşlenmesi problem yaratır
5 Kromozomların sonlarında bulunan telomerler uzun tekrarlı dizilerden oluşur Kromozomların içerik ve kararlılığını sağlarlar Kesintili zincirin kromozom sonundaki sentezi problem yaratır: RNA primeri ayrıldığı zaman ortada serbest 3 -OH grubu kalmaz ve o bölüm eşlenmemiş olur
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 Figure 11.16
5 Telomeraz bu boşlukları doldurur Bir ribonükleoproteindir üzerinde tekrarlı dizinin tamamlayıcı dizisini içeren bir RNA barındırır Bu RNA kalıp olarak kullanılarak DNA sentezlenir Ters transkripsiyon
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 Figure 11.17
Çoğu somatik ökaryot hücresinde telomeraz aktif değildir Her bölünme sonrasında telomerler kısalır ve bir noktada hücre bölünmesi durur Bu sebeple normal vücut hücrelerinin belirli bir ömrü vardır Kanser hücrelerinde telomerazlar aktifleşir ve bu sayede ölümsüz olur