PROKARYOTLARDA GEN İFADESİNİN DÜZENLENMESİ



Benzer belgeler
7. PROKARYOTLARDA GEN İFADESİNİN DÜZENLENMESİ

7. PROKARYOTLARDA GEN İFADESİNİN DÜZENLENMESİ

Doç.Dr.Erdal BALCAN 1

PROTEİN SENTEZİNİN DÜZENLENMESİ VE AŞAMALARI

Biyoteknoloji ve Genetik I Hafta 12. Prokaryotlarda Gen İfadesinin Düzenlenmesi

PROKARYOTLARDA GEN EKSPRESYONU. ve REGÜLASYONU. (Genlerin Gen Ürünlerine Dönüşümünü Kontrol Eden Süreçler)

GEN EKSPRESYONUNUN KONTROLÜ VE DÜZENLENMESİ GEN İFADESİ

Transkripsiyon ve Transkripsiyonun Düzenlenmesi

MOLEKÜLER BİYOLOJİ DOÇ. DR. MEHMET KARACA (5. BÖLÜM)

TRANSLASYON VE DÜZENLENMESİ

Replikasyon, Transkripsiyon ve Translasyon. Yrd. Doç. Dr. Osman İBİŞ

Tanımlamalar PROTEİN SENTEZİ; TRANSLASYON. Protein sentezi ;translasyon. mrna ; Genetik şifre 1/30/2012. Prof Dr.Dildar Konukoğlu

Hücrede Genetik Bilgi Akışı

GENETİK İFADENİN DÜZENLENMESİ

TRANSLASYON ve PROTEİNLER

15- RADYASYONUN NÜKLEİK ASİTLER VE PROTEİNLERE ETKİLERİ

GENETİK I BİY 301 DERS 6

hendisliği BYM613 Genetik MühendisliM Tanımlar: Gen, genom DNA ve yapısı, Nükleik asitler Genetik şifre DNA replikasyonu

Biyoteknoloji ve Genetik I Hafta 13. Ökaryotlarda Gen İfadesinin Düzenlenmesi

GENETİK. Öğt. Gör. Meltem KÖKDENER

GEN EKSPRESYONUNUN KONTROLÜ

TRANSKRİPSİYON AŞAMASINDA KROMATİN YAPININ DÜZENLENMESİ

BAKTERİLERİN GENETİK KARAKTERLERİ

Konu 4 Genetik Şifre ve Transkripsiyon

ÜNİTE 4:VİRÜS VE BAKTERİ GENETİĞİ

Prokaryotik promotor

12. SINIF KONU ANLATIMI 6 GENETİK ŞİFRE VE PROTEİN SENTEZİ 2

Hücrelerde gerçekleşen yapım, yıkım ve dönüşüm olaylarının bütününe metabolizma denir.

Enzimler. Fiziksel İlkeler. Enzim Etkinliğinin Düzenlenmesi

İ. Ü İstanbul Tıp Fakültesi Tıbbi Biyoloji Anabilim Dalı Prof. Dr. Filiz Aydın

YAZILIYA HAZIRLIK SORULARI. 12. Sınıf 1 GENDEN PROTEİNE

2. Histon olmayan kromozomal proteinler

III-Hayatın Oluşturan Kimyasal Birimler

ÇOK HÜCRELİ ORGANİZMALARIN GELİŞİMİ

RNA Yapısı ve Katlanması, Hücrede Bulunan RNA Çeşitleri

TRANSLASYON VE TRANKRİPSİYON

Genetik Şifre ve Transkripsiyon

Transkripsiyona Genel Bakış

GOÜ TIP FAKÜLTESİ DÖNEM I III. KURUL

Biyoteknoloji ve Genetik II. Hafta 8 TRANSLASYON

DNA Replikasyonu. Doç. Dr. Hilal Özdağ. A.Ü Biyoteknoloji Enstitüsü Merkez Laboratuvarı Tel: /202 Eposta:

GLİKOJEN FOSFORİLAZ HAZIRLAYAN: HATİCE GÜLBENİZ ( ) Prof. Dr. Figen ERKOÇ GAZİ EĞİTİM FAKÜLTESİ GAZİ ÜNİVERSİTESİ


A. DNA NIN KEŞFİ VE ÖNEMİ

12. SINIF KONU ANLATIMI 2 DNA VE RNA

HORMONLAR VE ETKİ MEKANİZMALARI

GENETİK ŞİFRE. Prof. Dr. Filiz ÖZBAŞ GERÇEKER

DNA ONARIMI VE MUTASYON. Merve Tuzlakoğlu Öztürk Bakteri genetiği dersi Sunum

Genden proteine Genler, transkripsiyon ve translasyon yolu ile proteinleri belirler Transkripsiyon, DNA yönetiminde RNA sentezidir Ökaryotik

Transkripsiyon (RNA Sentezi) Dr. Mahmut Çerkez Ergören

Hafta VIII Rekombinant DNA Teknolojileri

Prokaryotlarda durum. Gen düzenleyici proteinler ve gen anlatımının düzenlenmesi

Ders 8 trna-rrna yapısı, İşlenmesi ve İşlevleri

DNA REPLİKASYONU. Dr. Mahmut Cerkez Ergoren

RNA biosentezi (transkripsiyon)

8 - ÖKARYOTLARDA GEN İFADESİNİN DÜZENLENMESİ

Bakteriler Arası Genetik Madde Aktarımı

GENETİK ŞİFRE PROF. DR. SERKAN YILMAZ

2. Kanun- Enerji dönüşümü sırasında bir miktar kullanılabilir kullanılamayan enerji ısı olarak kaybolur.

BİYOLOJİ DERS NOTLARI YGS-LGS YÖNETİCİ MOLEKÜLLER

DÖNEM 1- A, 3. DERS KURULU ( )

İ. Ü İstanbul Tıp Fakültesi Tıbbi Biyoloji Anabilim Dalı Prof. Dr. Filiz Aydın

Paleoantropoloji'ye Giriş Ders Yansıları

HÜCRELERARASI İLETİŞİM

Sınıf ; Çalışma yaprağı 3

İstanbul Tıp Fakültesi Tıbbi Biyoloji ABD Prof. Dr. Filiz Aydın

6. BÖLÜM MİKROBİYAL METABOLİZMA

Nucleik asitlerin hücre hayatı için önemi A-Oswgld Avery nin yaptığı çalışmalar ve sonuçları:

Genetik şifre, Transkripsiyon ve Translasyon ASLI SADE MEMİŞOĞLU

1.Oksidoredüktazlar Oksidoredüktazların en önemli koenzimleri a) Nikotinamid-adenin Dinükleotidler (NAD) b) Nikotinamid-Adenin-Dinükleotid-fosfat

13 HÜCRESEL SOLUNUM LAKTİK ASİT FERMANTASYONU

ETKİN İLAÇ KULLANIMINDA GENETİK FAKTÖRLER. İlaç Kullanımında Bireyler Arasındaki Genetik Farklılığın Mekanizması

DNA dan Kromozomlara

ayxmaz/biyoloji 2. DNA aşağıdaki sonuçlardan hangisi ile üretilir Kalıp DNA yukarıdaki ana DNAdan yeni DNA molekülleri hangi sonulca üretilir A B C D

KALITSAL MOLEKÜLÜN BİÇİMİ ve ORGANİZASYONU PROF. DR. SERKAN YILMAZ

ENZİM KATALİZİNİN MEKANİZMALARI

1. Sınıf Güz Dönemi I. Hafta Pazartesi Salı Çarşamba Perşembe Cuma Ders Saati

ADIM ADIM YGS-LYS 55. ADIM CANLILARIN SINIFLANDIRILMASI-15 VİRÜSLER

Hücre içinde bilginin akışı

DNA nın REPLİKASYONU ve REKOMBİNASYONU. Prof.Dr. Sacide PEHLİVAN

HÜCRENİN YAŞAM DÖNGÜSÜ

NÜKLEİK ASİTLER ( DNA VE RNA)(Yönetici Moleküller)

LYS ANAHTAR SORULAR #4. Nükleik Asitler ve Protein Sentezi

ÇANAKKALE ONSEKİZ MART ÜNİVERSİTESİ TIP FAKÜLTESİ Eğitim Yılı

YAZILIYA HAZIRLIK SORULARI. 9. Sınıf

GLİKOLİZİN KONTROLU Prof. Dr. İzzet Hamdi Öğüş

Çekirdek 4 bölümden oluşur Çekirdek zarı: karyolemma Kromatin: Chromatin Çekirdekcik: Nucleolus Çekirdek sıvısı: karyolymph

GEN MUTASYONLARI. Yrd. Doç. Dr. DERYA DEVECİ

HÜCRE MEMBRANINDAN MADDELERİN TAŞINMASI. Dr. Vedat Evren

BAKTERİLERİN GENETİK YAPISI

BAKTERİLERDE EKSTRAKROMOZAL GENETİK ELEMENTLER

11. SINIF KONU ANLATIMI 2 ATP-2

Artan bilgi ile birlikte hasta ve ailelerin bilinçlendirilmesi

b. Amaç: Gen anatomisi ile ilgili genel bilgi öğretilmesi amaçlanmıştır.

YGS YE HAZIRLIK DENEMESi #5

Akıllı Defter. 9.Sınıf Biyoloji. vitaminler,hormonlar,nükleik asitler. sembole tıklayınca etkinlik açılır. sembole tıklayınca ppt sunumu açılır

Transforming growth factor ß. Sinyal molekülleri, reseptör ve ko-reseptörler C. elegans tan insana kadar korunmuştur.

Yrd.Doç.Dr. Yosun MATER

GLOBİN GEN REGÜLASYONU

Chapter 10 Lecture. Genetik Kavramlar Concepts of Genetics Tenth Edition. 1. DNA Yapısı. Çeviri: Aslı Sade Memişoğlu

Transkript:

PROKARYOTLARDA GEN İFADESİNİN DÜZENLENMESİ

Gen ifadesi nasıl kontrol edilir? q Genlerin açılıp kapanabildiğini ifade eden görüşleri destekleyen kuvvetli kanıtlar bulunmaktadır. q Örneğin, E. coli proteinlerinin ayrıntılı olarak incelenmesi; q Genomun şifrelediği yaklaşık 4000 kadar polipeptid zincirinin derişimlerinin oldukça değişkenlik gösterdiğini ortaya çıkarmıştır. 2

Gen ifadesi nasıl kontrol edilir? q Prokaryot gen ürünlerinin büyük bir kısmı hücrede sürekli olarak bazal seviyede (birkaç kopya) bulunmasına rağmen, gerektiğinde miktarları olağanüstü artabilir. q Genetik bilginin ifadesini kontrol eden temel kontrol mekanizmaları bulunmalıdır. 3

Gen ifadesi nasıl kontrol edilir? q Bakteriler pek çok nedenden ötürü genetik için çok faydalı araştırma organizmaları olmuşlardır. q Birincisi, son derece kısa üreme döngüleri vardır. q İkincisi, genetik bakımdan özgün olan mutant bakteri suşlarının izole edilebildiği ve bağımsız olarak araştırılabildiği saf kültürler oluşturulabilir. 4

Gen ifadesi nasıl kontrol edilir? q Bakteriler ayrıca, çevre koşullarındaki değişikliklere cevap olarak ortaya çıkan genetik transkripsiyonun uyarılmasının (indüksiyonunun) incelendiği çalışmalarda da kullanılır. q Bakterilerde bulunan, transkripsiyon sonrası (posttranskripsiyonel) regülasyonun varlığı da unutulmamalıdır. 5

Prokaryotlar çevre koşullarına cevap veren etkin genetik mekanizmalara sahiptir q Bakteriler yalnızca çevre koşullarındaki değişikliklere cevap vermezler. q Aynı zamanda, çeşitli normal hücresel olaylardaki (replikasyon, rekombinasyon, DNA hasarı tamiri) ve hücre bölünmesi ve gelişimindeki gen aktivitelerini de regüle ederler. 6

Fakültatif ve konstitütif enzimler q 1900 lerde mayanın, laktozlu üreme ortamında (galaktoz ve glukoz içeren bir disakkarit) laktoz metabolizmasına özgül enzimleri üretmeye başladığı saptanmıştır. q Ortamda laktoz bulunmadığında bu enzimler sentezlenmemektedir. q Bu tip enzimlere, uyum sağlayan (adaptif) veya fakültatif enzimler de denir. 7

Fakültatif ve konstitütif enzimler q Hücrede, çevrenin kimyasal koşullarına bakılmaksızın sürekli olarak sentezlenen enzimler ise konstitütif enzimler olarak adlandırılır. q Daha sonraki araştırmalar, bunun tersi olarak belirli bir molekülün varlığı ile genetik ifadenin baskılandığı başka bir sistemin bulunduğunu göstermiştir. q Örneğin, bakteri hücreleri triptofan amino asitini sentezleyebilir. 8

Prokaryotlar çevre koşullarına cevap veren etkin genetik mekanizmalara sahiptir q Triptofanın, uygun biyosentetik enzimlerin üretimi için gerekli olan mrna nın tanskripsiyonunda baskılayıcı rol oynadığı bir mekanizma gelişmiştir. q Triptofanın ifadesini yöneten sistem baskılanabilir sistem olarak tanımlanır. q Uyarılabilen ya da baskılanabilen regülasyon, negatif ya da pozitif kontrol altında bulunabilir. 9

Prokaryotlar çevre koşullarına cevap veren etkin genetik mekanizmalara sahiptir q Negatif kontrol: Bir çeşit regülatör molekül tarafından engellenmediği sürece genetik ifade gerçekleşebilir. q Pozitif kontrol: Sadece regülatör molekül, RNA sentezini doğrudan uyarırsa transkripsiyon gerçekleşir. 10

Prokaryotlar çevre koşullarına cevap veren etkin genetik mekanizmalara sahiptir q Laktoz metabolizması ile ilgili birçok genetik ve biyokimyasal veriler elde edilmiştir. q Bu çalışmalarla, laktoz metabolizmasından sorumlu gen aktivitesinin, laktoz varken uyarıldığını gösteren kanıtlar sağlanmıştır. 11

Laktoz metabolizması q Laktozun varlığında, laktoz metabolizmasında yer alan enzimlerin miktarı, hücre başına birkaç molekülden binlerce moleküle kadar hızla artmaktadır. q Bu durumda, laktoz metabolizmasından sorumlu enzimler uyarılabilen (indüklenebilen) enzimlerdir. q Burada laktoz, uyarıcı (indükleyici) olarak yer almaktadır. 12

cis-acting (aynı-etkili) bölge q Prokaryotlarda, birbiri ile ilişkili işlevleri olan enzimleri şifreleyen genler (örneğin, laktoz metabolizması ile ilgili genler) kümeler halinde organize olma eğilimindedir. q Tek bir regülatör (düzenleyici) birimin koordineli genetik kontrolü altındadır. 13

cis-acting (aynı-etkili) bölge q Bu düzenleyici bölge, genellikle kontrol ettiği gen kümesinin yukarı kısmındadır. q Bu bölge cis-acting (aynı-etkili) bölge olarak tanımlanır. q Bu bölgedeki etkileşimler, gen kümesinin transkripsiyonunu kontrol eden moleküllerin buraya bağlanmasıyla olur. q Bağlanan moleküller ise trans-acting (karşı-etkili) elementler olarak adlandırılır. 14

Lac operonu: Uyarılabilen operon q Gen kümesinin bir parçası olan düzenleyici bir genin ve düzenleyici bir bölgenin varlığının keşfedilmesi, q Gen ifadesinin nasıl kontrol edildiğinin anlaşılmasında son derece önemli olmuştur. 15

Lac operonu: Uyarılabilen operon q Laktoz metabolizması, kümedeki üç yapısal genin işlevine bağlıdır. q Üç yapısal gen ve bitişiğindeki regülatör bölge laktoz ya da lac operonunu oluşturmaktadır. 16

Lac operonunun yapısal genleri q Enzimlerin primer yapısını şifreleyen genlere yapısal genler denir. q Lac operonunda üç tane yapısal gen vardır. q Lac Z: Öncelikli görevi dissakkarit laktozu, monosakkaritleri olan glukoz ve galaktoza çeviren β-galaktozidaz enzimini şifreler. q Lac Y: Laktozun hücre içine alınmasını kolaylaştıran permeaz enzimini belirler. q Lac A: Transasetilaz enzimini şifreler. 17

Lac operonunun yapısal genleri Bu enzimin fizyolojik rolü tam açık olmamakla birlikte, hücrede laktozun sindirilmesiyle ortaya çıkan toksik yan ürünlerin uzaklaştırılmasıyla ilgili olabilir. 18

Lac operonunun yapısal genleri q Araştırmacılar bu üç enzimi kodlayan genlerle ilgili çalışma yapmak için, q Enzimlerden birinin ya da diğerinin işlevini ortadan kaldıran çeşitli mutasyonları taşıyan mutantlar izole etmişlerdir. 19

Lac operonunun yapısal genleri q Aktif β-galaktozidaz ya da permeaz sentezleyemeyen mutant hücreler (sırasıyla, Lac Z ya da Lac Y ), laktozu enerji kaynağı olarak kullanamazlar. q Transasetilaz geninde de mutasyonlar bulunmuştur. q Lederberg in yaptığı haritalama çalışmaları sonucunda, üç genin hepsinin birbirleri ile yakın bağlantılı olduğu ve Z-Y-A düzeninde bitişik oldukları saptanmıştır. 20

Lac operonunun yapısal genleri q Yapısal genler hakkında başka bir gözlem daha yapılmıştır. q Bu üç genin tek bir birim halinde transkripsiyona uğrayarak bir polisistronik mrna oluşturdukları saptanmıştır. q Üç gen ürününün translasyonu tek bir haberci molekülden (tek bir mrna dan) yapıldığı için, bu üç genin regülasyonu da birlikte yapılmaktadır. 21

Regülatör mutasyonların bulunuşu q Laktoz, yapısal genleri nasıl aktive etmekte ve ilgili enzimlerin sentezini nasıl uyarmaktadır? q Bu sorunun cevabının bir kısmı sahte uyarıcılar olarak adlandırılan ve laktozun yapısına benzer kimyasal moleküllerin (analogları) bulunması ve bunlarla yürütülen çalışmalardan elde edilmiştir. 22

Regülatör mutasyonların bulunuşu q Sahte uyarıcılar, doğal uyarıcılar gibi davranırlar. q Ancak, sentezlenecek olan enzimlerin substratları değildirler. q O halde, laktozun uyarılmadaki rolü nedir? q Bu sorunun cevabını almak için konstitütif mutantlar denilen diğer bir sınıf mutasyonun çalışılması gerekmiştir. 23

Sahte indükleyici ajan: İzopropiltiyoogalaktozit (IPTG) 24

Regülatör mutasyonların bulunuşu q Bu tip mutasyonlarda, laktoz ortamda olsa da olmasa da enzimler sentezlenir. q Bu tip ilk konstitütif mutasyon olan lac I haritalandığında, DNA da yapısal genlere yakın, ancak faklı bölgede bulunduğu saptanmıştır. q Lac I geni baskılayıcı gen olarak adlandırılır. 25

Regülatör mutasyonların bulunuşu q Benzer etkileri oluşturan ikinci tip konstitütif mutasyonlar yapısal genlerin hemen yanındaki bölgede bulunmuştur. q Bu sınıftaki mutasyonlara Lac Oᶜ adı verilmektedir. 26

Operon modeli: Negatif kontrol q 1960 larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde, birlikte regüle ve ifade edildiği bir operon modeli önermişlerdir. q Lac operonunda Z,Y,A yapısal genleri ve bunların hemen yanında operatör bölge denilen DNA dizileri yer alır. 27

Operon modeli: Negatif kontrol q Jacob ve Monod a göre, Lac I geni bir baskılayıcı molekül oluşturarak yapısal genlerin transkripsiyonunu regüle etmektedir. q Bu molekül baskılayıcı allosterik bir moleküldür. q Bunun anlamı şudur: q Molekül, başka bir moleküle tersinir olarak bağlanır ve hem üç boyutlu yapısı konformasyonal değişikliğe uğrar hem de kimyasal aktivitesi değişir. 28

Operon modeli: Negatif kontrol q Jacob ve Monod a göre, baskılayıcı normal olarak operatör bölgenin DNA dizisiyle ilişki kurmaktadır. q Bu durumda, RNA polimerazın işlevi engellenir. q Yapısal genlerin transkripsiyonu etkin bir biçimde baskılanır. q Ancak, ortamda laktoz varsa, bu şeker baskılayıcıya bağlanır ve baskılayıcı allosterik konformasyonel değişikliğe uğrar. 29

Operon modeli: Negatif kontrol q Bu değişiklik sonucu baskılayıcının bağlanma bölgesi değiştiği için, baskılayıcı, operatör DNA ya bağlanamaz. q Baskılayıcı-operatör ilişkisi kurulamayınca, RNA polimeraz yapısal genlerin transkripsiyonunu gerçekleştirir. q Laktoz metabolizması için gerekli olan enzimler sentezlenir. 30

Operon modeli: Negatif kontrol q Transkripsiyon, yalnızca, baskılayıcının operatör bölgeye bağlanamadığı zaman gerçekleştiği için, regülasyonun negatif kontrol altında olduğu söylenir. q Laktoz olmadığında, laktozu metabolize edecek enzimlere gerek yoktur. q Dolayısıyla sentezleri baskılanır. 31

Operon modeli: Negatif kontrol q Ortamda laktoz varken, laktoz baskılayıcıya bağlanarak, genlerin ifadesini dolaylı olarak aktive eder. q Laktozun tümü aktive olduğunda ortamda baskılayıcıya bağlanacak laktoz kalmaz. q Baskılayıcı operatör DNA ya bağlanmak üzere serbest kalır ve transkripsiyon baskılanır. 32

Operon modeli: Negatif kontrol q Hem I hem de Oᶜ konstitütif mutasyonları bu moleküler ilişkileri bozarak yapısal genlerin sürekli transkripsiyonuna neden olur. q I mutantında, baskılayıcı protein biçim değiştirmiştir ve operatör bölgeye bağlanamaz. q Böylece yapısal genler devamlı olarak açık kalır. 33

Operon modeli: Negatif kontrol q Oᶜ mutantında, operatör DNA nın nükleotid dizisinde değişiklik bulunur. q Normal baskılayıcı molekül operatöre bağlanamaz. q Sonuç her iki durumda da aynıdır: q Yapısal genler sürekli transkripsiyona uğrarlar. 34

35

36

Operon modelinin genetik kanıtı q Operon modeli, doğruluğunun kanıtlanması için test edilebilen üç ana varsayım bulunmaktadır. q I geni, yayılabilen hücresel bir ürünü oluşturur. q O bölgesi, regülasyona katılır, ancak bir ürün oluşturmaz. q Transkripsiyonu regüle edebilmek için O bölgesi, yapısal genlerin hemen bitişiğinde yer almalıdır. 37

Operon modelinin genetik kanıtı q Bu varsayımları, özellikle de karşı-etkili (trans-acting) regülatör elementlerle ilgili olanları, doğrulamak için kısmi diploid bakteriler oluşturulmuştur. q Örneğin, bir F plazmidi kromozomal genleri içerebilir. q Bu durumda plazmit, F şeklinde gösterilir. 38

Operon modelinin genetik kanıtı q F+ hücreye böyle bir plazmit katıldığında, hücre kendi kromozomunun yanı sıra plazmitte bulunan bir ya da daha fazla ilave gene de sahip olur. q Bu durumda, bu ilave genler için diploid olan ve merozigot adı verilen bir konak hücre meydana getirilmiş olur. 39

Operon modelinin genetik kanıtı q Bu tip plazmitler kullanılarak; q I+ geni, genotipi I olan bir konak hücreye q Ya da O+ bölgesi, genotipi Oᶜ olan bir konak hücreye sokulabilir. q I hücreye bu şekilde bir plazmit yardımıyla I+ geni aktarıldığında, uyarılabilirlik tekrar sağlanmaktadır. 40

Operon modelinin genetik kanıtı q Çünkü, trans-acting faktör olan normal yabanıl tip bir baskılayıcı molekül, aktarılan I+ geninden sentezlenmeye başlar. q O+ bölgesi, Oᶜ hücreye aynı şekilde aktarıldığında konstitütif enzim üretimi üzerinde bir etkisi olmamaktadır. q Çünkü, kontrolün gerçekleşmesi için O+ geninin yapısal genlerin hemen yanında olması gerekmektedir. 41

Operon modelinin genetik kanıtı q Yani, O+ cis-acting regülatördür. q Operon modelinin bir diğer öngörüsü de, I genindeki belirli mutasyonların, I nin tersi bir etki gösterdiğidir. q Bu durumda, baskılayıcı molekül operatör bölgeye bağlanamadığı için konstitütif olan sentezin yerine, q Uyarıcı ajan olan laktoza bağlanamayan mutant represör molekülün oluşması söz konusudur. 42

Operon modelinin genetik kanıtı q Sonuçta, baskılayıcı molekül daima operatör diziye bağlı kalmakta ve yapısal genler kalıcı olarak baskılanmaktadır (I S mutasyonu-süper represyon). q Eğer böyle bir durum söz konusu ise, ilave bir I+ geninin baskılama üzerinde çok az etkisi görülür ya da hiçbir etkisi görülmez. 43

44

Lac operonunun pozitif kontrolü: Katalitik aktivatör protein (CAP) q β-galaktozidaz ın rolü; laktozu, glukoz ve galaktoz bileşenlerine parçalamaktır. q Daha sonra galaktoz, hücrede kullanılmak üzere glukoza dönüştürülür. q Hücre kendisini bol miktarda hem laktoz hem de glukoz içeren bir ortamda bulursa ne olur? 45

Lac operonunun pozitif kontrolü: Katalitik aktivatör protein (CAP) q Hücrenin β- galaktozidaz üretmek için laktoz tarafından indüklenmesi enerjinin rasyonel kullanılması bakımından uygun değildir. q Çünkü hücrenin ihtiyacı olan glukoz zaten ortamdadır. 46

Lac operonunun pozitif kontrolü: Katalitik aktivatör protein (CAP) q Böyle bir koşulda, katabolit-aktivatör protein (CAP) olarak adlandırılan başka bir moleküler bileşen işe karışmaktadır. q CAP, ortamda glukoz varken lac operonunun ifadesini baskılar. q Katabolit represyon (baskılama) olarak adlandırılan bu inhibisyon, laktoz varlığında bile glukozun metabolize edilebileceğini göstermektedir. 47

Lac operonunun pozitif kontrolü: Katalitik aktivatör protein (CAP) q Glukoz varlığında, ortamda laktoz olsa bile lac operonu aktive olmamaktadır. q Hücre enerji kaynağı olarak glukozu tercih etmektedir. 48

CAP ın regülasyondaki rolü q Uyarıcıya CAP-cAMP kompleksi bağlandığında, lac operonu aktive olur. q RNA polimeraz tarafından yapısal genlerin transkripsiyonu gerçekleştirilir. q Transkripsiyonun başlaması için, RNA polimerazın promotor bölgenin nükleotid dizilerine bağlanması gerekir. 49

CAP ın regülasyondaki rolü CAP ın ortamda bulunması, polimerazın promotora bağlanmasını kolaylaştırır. Ortamda glukoz yokken ve uyarılabilen koşullarda, CAP molekülü CAP bölgesine bağlanarak RNA polimerazın promotora bağlanmasını, Dolayısıyla da transkripsiyonu kolaylaştırmakta ve pozitif kontrol etkisi göstermektedir. 50

CAP ın regülasyondaki rolü q q q q CAP ın CAP bölgesine bağlanması, camp ye (siklin adenozin mono fosfat) bağlıdır. Promotora bağlanabilmek için CAP ın camp ile kompleks oluşturması gerekir. camp düzeyi ise adenil siklaz enzim aktivitesine bağlıdır. Bu enzim, ATP nin camp ye dönüşümünü katalize etmektedir. 51

Adenilat siklaz tarafından ATP den camp oluşumu 52

CAP ın regülasyondaki rolü q q q q Glukoz, adenin siklaz aktivitesini inhibe ederek hücredeki camp seviyesini düşürür. Bu durumda CAP, lac operonun transkripsiyonun pozitif kontrolü için gerekli olan CAP-cAMP kompleksini oluşturamaz. camp-cap kompleksi DNA ya bağlandığında, DNA nın bükülerek yeni bir konformasyon almasını sağlamaktadır. 53

CAP ın regülasyondaki rolü q q q camp-cap ya da RNA polimeraz, tek başlarına, lac promotor DNA sına etkin bir biçimde bağlanamaz. Her iki molekülün de birbirine güçlü bir ilgisi yoktur. Ancak, lac promotor DNA sının varlığında, bu iki molekül bir arada bulunursa, çok sıkı bağlı bir kompleks oluştururlar. Biyokimyada bu tip ilişkiye kooperatif bağlanma denir. 54

55

Operon modelinin doğrulanması: Kristal yapı incelemesi 56

57

Triptofan (trp) operonu: Baskılanabilen operon q Yabanıl tip E. coli, amino asitlerin biyosentezi için gerekli olan enzimleri ve diğer temel makromolekülleri üretebilmektedir. q Çalışmalarını triptofan amino asidi ve triptofan sentetaz enzimi üzerine yoğunlaştıran Monod, q Üreme ortamında yeterli miktarda triptofan varken, triptofan sentezinden sorumlu enzimlerin sentezlenmediğini gözlemlemiştir. 58

Triptofan (trp) operonu: Baskılanabilen operon q Daha sonraki araştırmalar, E. coli kromozomunda yan yana bulunan beş tane genin şifrelediği bir dizi enzimin triptofan sentezinde rol aldığını göstermiştir. q Bu genler operonun bir parçasıdır. 59

Baskılama mekanizması q Jacob ve Monod bu mekanizmayı şu şekilde açıklamıştır: q Normalde inaktif olan baskılayıcı tek başına operonun operatör bölgesine bağlanamaz. q Ancak, baskılayıcı triptofana da bağlanabilen allosterik bir moleküldür. 60

Baskılama mekanizması q Ortamda triptofan bulunuyorsa; q Triptofan baskılayıcıya bağlanır. q Oluşan kompleks yeni bir konformasyon alarak operatöre bağlanır. q Transkripsiyonu baskılar. 61

Baskılama mekanizması q Böylece, anabolik yolun son ürünü olan triptofan ortamda bulunuyorsa, sistem baskılanır. q Triptofan sentezinden sorumlu olan enzimler üretilmez. 62

63

Baskılama mekanizması q Regülatör kompleksi operonun transkripsiyonunu engellediğinden, bu baskılanabilen sistem negatif kontrol altındadır. q Baskılama mekanizmasında triptofan da katıldığı için, bu denetleme modelinde triptofana ko-represör (ortak-baskılayıcı) adı verilir. 64

Attenüasyon, operonun kontrolünde önemlidir q Yanofsky, yüksek triptofan derişiminde, transkripsiyonun başlamasını takiben yaklaşık 140 nükleotid sentezlendikten sonra mrna dizisinin sonlandığını bulmuştur. q Bu işlem operonun genetik ifadesini etkin bir şekilde azalttığının göstergesi olarak attenuasyon (güç kaybı, zayıflaması) olarak adlandırılmıştır. 65

Attenüasyon, operonun kontrolünde önemlidir q Ortamda triptofan yoksa ya da çok düşük derişimde bulunuyorsa, transkripsiyon başlatılır ve hemen sonlandırılmaz. q Transkripsiyon, lider dizinin ilerisinde yer alan trpe ile başlayan yapısal genleri şifreleyen DNA dizisi boyunca devam eder. 66

Attenüasyon, operonun kontrolünde önemlidir q Lider dizide, 115-140 nükleotidlik bir bölgede yer alan çeşitli delesyon tipindeki mutasyonların incelenmesi ile attenuasyonda rol alan bölge belirlenmiştir. q Burada oluşan mutasyonlar attenuasyonu ortadan kaldırmaktadır. q Bu bölgeye attenuatör adı verilmiştir. 67

Attenüasyon, operonun kontrolünde önemlidir Transkripsiyona uğrayan ilk DNA dizisi, saç tokaları adı verilen, karşılıklı iki özel ilmik şeklinde katlanma potansiyeline sahip bir mrna nın ortaya çıkmasını sağlar. Fazla miktarda triptofan varlığında oluşan saç tokası sonlandırıcı (terminatör) yapı gibi davranır. 68

Attenüasyon, operonun kontrolünde önemlidir q Transkripsiyon hemen her zaman erken sonlanır. q Diğer taraftan, triptofan azsa, sonlandırıcı olmayan (antiterminatör) saç tokası adı verilen diğer bir yapı oluşturur. 69

70

Attenüasyon, operonun kontrolünde önemlidir q Attenuasyon, E. coli de, amino asit biyosentezi için gerekli olan enzimleri kontrol eden diğer bakteriyel operonlar için de geçerli olan ortak bir mekanizma olarak görünmektedir. q Triptofandan başka, threonin, histidin, lösin ve fenilalanin metabolizması ile ilgili operonların lider dizilerinde de attenuatörlerin varlığı gösterilmiştir. 71

Attenüasyon, operonun kontrolünde önemlidir q Attenuasyon zaman ve yer açısından prokaryotlara özgüdür. q Ökaryotlarda transkripsiyon çekirdekte, translasyon ise sitoplazmada meydana geldiği için böyle bir mekanizma olanaksızdır. 72

ara operonu q E. coli de arabinoz (ara) operonununun kendine özgü bir özelliği vardır. q Çünkü, aynı regülatör protein hem pozitif hem de negatif kontrol yapabilme özelliğine sahiptir. 73

ara operonu q Dolayısıyla, bu protein, gen ifadesini ya uyarır ya da baskılar. q Operonun aktif ya da inaktif olması: q Arabinoz şekerinin metabolizmasında, üç yapısal genin şifrelediği (ara B,A ve D) enzimler rol alır. q Sistem, sadece I bölgesine AraC bağlı olduğu zaman uyarılır. 74

ara operonu Uyarılma için hem arabinoz hem de camp birlikte bulunmalıdır. Ortamda arabinoz ve camp bulunmadığında AraC proteine hem I hem de O₂ bölgesine bağlanır. O 2 bölgesi, I bölgesinin 200 nükleotid yukarısında bulunur. 75

ara operonu q q AraC iki regülatör bölgeye dimer olarak bağlanır. İki bölgede bağlı durumdayken bu iki dimer birbiri ile ilişki kurarak baskılanmaya neden olan ilmik yapısının oluşumunu sağlar. 76

q ara operonu ile ilgili bu bulgular, birbirleri ile ilgili gen gruplarının regülasyonunun ne kadar karmaşık bir işlem olduğunu göstermektedir. q Regülatör mekanizmalarının gelişmesi, bakteriyel sistemlere, çeşitli doğal çevrelere uyum sağlamada evrimsel avantaj kazandırmıştır. 77

78

TEŞEKKÜR Bu sunumun hazırlanmasındaki katkılarından dolayı aş a ğıda isimleri verilen ö rencilerime teş ekkür ekkür ederim. FATMA GÜNDOĞAN DENİZ BABACAN 79