PowerPoint Lecture Presentation for Concepts of Genetics Ninth Edition Klug, Cummings, Spencer, Palladino Konu 4 Genetik Şifre ve Transkripsiyon Yrd. Doç. Dr. Aslı Sade Memişoğlu Copyright Copyright 2009 Pearson 2009 Pearson Education, Education, Inc. Inc.
4.1 Genetik şifrenin özellikleri Genetik bilgi, yeryüzündeki tüm canlılar için hemen hemen evrensel olan üçlü şifreler halinde DNA da depolanır. Genetik bilgi, transkripsiyon işlemi süresince DNA dan RNA ya aktarılır. RNA da, dört ribonükleotid harften oluşan üçlü kodonlar bulunur. 20 amino asit, 4 farklı ribonükleotidin kodonlar şeklinde yapılanması ile 64 farklı kodondan oluşur
4.1 DNA nın iki zincirinden birindeki bilgi transkripsiyonla RNA ya aktarılır (mrna). Bu RNA lar ribozomla etkileşime geçer ve burada mrna nın şifresi, protein oluşturmak için çözülür.
4.1 Genetik şifre bazı karakteristik özelliklere sahiptir: 1. Harfler olarak betimlenen ribonukleotid bazları çizgisel olarak sıralanır. 2. Kodon denilen 3 lü ribonükleotid grubu bir amino asidi belirler. 3. Özgündür: Her üçlü yalnız bir amino asidi belirtir. 4. Dejeneredir. Aynı aminoasit, birden fazla kodon tarafından şifrelenebilir. 5. Şifrede başla ve dur sinyalleri bulunur. 6. Şifre hemen hemen evrenseldir. 7. Duraksamaz: Translasyon başladığında kodonlar arasında boşluk ve duraksama olmaz. 8. Üst üste çakışmaz.
4.2 Şifrenin işleyişi Genetik şifre üçerli gruplar halinde okunur. Dört baz üçerli gruplar halinde 64 farklı üçlü grup oluşturabilir 4 3 = 64 4 2 = 16 (20 amino asite yetersiz)
4.2.1 Üçlü şifreleme Üçlü okuma bir çerçeve oluşturur Eğer 1 veya 2 baz eklenirse bu çerçeve kayar Fakat 3 baz eklenirse okumada çerçeve tekrar doğru sıraya döner
4.3 Dejenere şifre Amino asitlerin hemen hepsi iki, üç yada dört farklı kodon tarafından belirlenmektedir. Aynı amino asidi belirleyen kodonların ilk iki harfi aynı yalnız üçüncü harf farklıdır. Crick, üçüncü pozisyondaki bu dejenerasyonu gözlemlemiş ve bunu açıklamak için 1966 da Wobble hipotezini öne sürmüştür.
4.3.1 Wobble hipotezi Crick in hipotezine göre, trna seçiminde ilk iki ribonükleotid üçüncüye göre daha kritiktir. kodon-antikodon etkileşiminde üçüncü pozisyondaki hidrojen bağının kurulmasında esneklik vardır ve baz eşleşme kuralına sıkıca uyma zorunluluğu yoktur.
4.3.1 Bu durumda 1 trna ilk 2 nükleotiti aynı olan birden fazla kodona bağlanabilir 61 kodon için sadece 40-50 trna yeterli olduğu görülmüştür. = ekonomi
4.3.1 mrna 3. pozisyonu ve trna 1. pozisyonundaki baz eşleşmeleri farklı kurallara tabidir. I = inosin (trna da bulunan değişmiş baz)
4.3.2 Düzenli genetik şifre Kodon dizileri ve onlara karşılık gelen amino asitler için düzenli genetik şifreye sahiptir. Buna göre kimyasal olarak benzer özelliklere sahip amino asitleri kodlayan kodonlar ortak bazlara sahiptir Ör: Hidrofobik amino asitlerde 2. baz U veya C dir AAA ve AAG = lizin eğer sadece ortadaki baz G olursa arjinin olur (AGA ve AGG). Her ikiside pozitif yüklü amino asitler Bu nasıl bir avantaj sağlar???
CEVAP Mutasyonlar 1 veya 3. bazda olduğunda amino asit değişmez 2. bazda olduğunda yine benzer kimyasal özelliğe sahip amino asit gelir. Bu sayede proteinin işlevi çok fazla etkilenmez
4.3.3 Başlama ve sonlanma AUG metiyonin kodlar ve buna bazen başlatıcı kodon denmektedir. Başlangıç metiyonin değiştirilmiş bir formdur = Formil-metiyonin (fmet) Eğer dizi içerisinde AUG varsa burada formil grubu olmayan Met eklenir Nadiren başlangıç noktasında bulun GUG de methionini sentezleyebilmektedir. UAA, UGA ve UAG sonlanma kodonları olarak işlev görür. Bunlara karşılık gelen bir trna yoktur
4.3.3 Eğer DNA dizisinde bir mutasyon olur ve aradaki bir kodon sonlanma kodonlarından birine dönüşürse??? Karşılık gelen trna olmadığından protein sentezi durur eksik protein üretilir ve çoğunlukla işlevsiz olur
4.4 Neredeyse evrensel şifre? 1960-1978 yılları arasında virüsler, bakteriler, arkebakteriler ve ökaryotlarda genetik şifrenin evrensel olduğu kabul edilmiştir. Maya ve insan mitokondrilerinde bazı istisnalar bulunmaktadır.
4.5 Çakışan genler mrna da başlangıç noktaları yer değiştirdiğinde farklı okumalar ortaya çıkabilir. Bu da çakışan genler kavramını ortaya çıkarır.
4.5 Bazı virüs ve bakterilerde sıkça rastlanan bir durum. Bu sayede kısıtlı bir DNA molekülünden daha fazla protein sentezlenir Dezavantaj: bir mutasyon birden fazla proteini etkiler İnsan dahil diğer ökaryotlarda da bu tip iç içe geçmiş genlere rastlanmıştır
4.6 Prokaryotlarda Transkripsiyon mrna (mesajcı RNA) DNA ile protein arasındaki köprüdür mrna bir DNA kalıbından transkripsiyon sırasında sentezlenir. http://ichristianschool.org/images/mrna.gif
4.6 DNA her zaman çekirdektedir Fakat protein sentezi sitoplazmada gerçekleşir mrna çekirdekte sentezlenir ve sonra sitoplazmaya geçer Hücrede bulunan protein miktarı genelde mrna miktarı ile doğru orantılıdır Bu gözlemler mrna nın aracı molekül olduğu açıklamasını getirdi
4.6.1 RNA polimeraz RNA polimeraz DNA kalıbı kullanarak RNA sentezini yapar. DNA polimerazdan farklı olarak başlamak için bir primer gerekmez Deoksiribonükleotitler yerine ribonükleotitleri kullanır.
4.6.2 Promotorlar, kalıba bağlanma ve sigma alt birim Transkripsiyon sonucu, DNA ikili sarmalının zincirlerinden biri üzerindeki bir bölgeye komplementer olan tek zincirli RNA molekülü sentezlenir. Birinci basamak, kalıba bağlanma basamağı olarak tanımlanır. Bakteride bu ilk bağlanma, RNA polimerazın sigma (σ) alt biriminin promotor denilen özgül DNA dizilerin tanımasıyla gerçekleşir.
4.6.2 Promotor bölge, genin transkripsiyonunun başlangıç noktasına göre daha yukarıda yani 5 - kısımda yer almaktadır. Enzim, promotor bölgeyi tanıyana kadar belli bir uzunluktaki DNA boyunca keşif yapmaktadır. Sonuçta enzim, 40 nükleotidi transkripsiyonun başlangıç noktasından yukarıda yer alan 60 nükleotitlik bir bölgeye bağlanmaktadır.
4.6.2 Enzim bağlanması gerçekleştikten sonra, sarmal bu bölgede açılır. Böylece DNA kalıbı, enzimin çalışmasına müsait duruma gelir. Transkripsiyonun başladığı bu noktaya transkripsiyon başlangıç bölgesi denir.
4.6.3 Promotor diziler Promotor ve RNA polimeraz arasındaki ilişki transkripsiyonu yönetmektedir. Bakterilerde transkripsiyonun hızını yöneten hem güçlü hem de zayıf promotorlar tespit edilmiştir. Promotor dizisindeki mutasyonlar, gen ifadesinin başlamasına, etkinliğinin azalmasına ya da artmasına neden olabilir.
4.6.3 Promotor diziler Promotor bölgelerde özellikle bazı diziler enzim bağlanması için önemlidir = konsensus diziler Bakteriyel promotorlarda bu tip iki dizi bulunmuştur. 1. Transkripsiyonun başlangıç noktasının 10 nükleotit yukarısında yer alan TATAAT dizisidir (Pribnow kutusu). 2. Transkripsiyon başlangıç noktasının 35 nükleotit yukarısında bulunan TTGACA dizisidir. Başlangıç noktasından önce olduğu için konumları -10 ve -35 olarak tanımlanır
4.6.3 Promotor diziler Bu diziler aynı organizmanın farklı genlerinde ve farklı türlerde aynıdır Evrimsel olarak korunmuş: Biyolojik süreçlerde önemli olduğunun göstergesi
4.6.4 Başlama, Uzama, Sonlanma RNA polimeraz, promotoru tanıyıp bağlandıktan sonra DNA kalıp zincirinin başlangıç noktasındaki ilk nükleotide komplementer olan nükleotiti ekler. İlk 8-9 nükleotiti sigma birimi ekler, sonra ayrılır ve enzimin ana birimi devam eder RNA polimerizasyonu, bir sonraki komplementer ribonükleotidin girmesi ve bir öncekine fosfodiester bağı ile bağlanması şeklinde meydana gelir. Bu işlem 5-3 yönüne doğru devam eder.
4.6.4 Başlama, Uzama, Sonlanma Bakterilerde, protein ürünleri aynı metabolik yolda yer alan gen grupları, kromozom üzerinde çoğunlukla birlikte kümeler oluşturur. genler art arda sıralanır ve son gen dışında diğerleri, transkripsiyonu sonlandıran sinyalleri içermez Bu durumda, transkripsiyon sonucunda birden fazla proteini şifreleyen büyük bir mrna molekülü ortaya çıkar. bu RNA ya polisistronik mrna denir.
Section 4.6.4 Başlama, 14.10 Uzama, Sonlanma Bakterilerde transkripsiyon, gen dizisi sonundaki 40 bazlık bir bölümün kendi üzerine katlanması ile sonlanır.
https://www.youtube.com/watch?v=1bbrvgqof0
4.7 Ökaryotlarda Transkripsiyon Prokaryotlardan farkları: 1. Çekirdekte meydana gelir ve üç ayrı RNA polimeraz tarafından yönlendirilir. mrna nın, translasyon için çekirdekten stoplazmaya taşınması 2. Ökaryotik genlerin transkripsiyonunun başlaması için nükleozomun gevşemesi (kromatin iplik-protein birlikteliği) ve kromatin ipliklerinin ayrılması 3. Transkripsiyonun başlaması ve düzenlenmesi için, DNA nın yukarı bölgesindeki promotor DNA dizileri ile protein faktörleri arasında yoğun ve karmaşık ilişkilerin kurulması 4. İlk oluşan mrna nın sadece %25 kadarı protein sentezinde kullanılır: Kesip birleştirme işlemleri
3 tip RNA polimeraz
4.7.1 Başlama RNA polimeraz II aktivitesi, hem genin içindeki DNA elementleri, hem de bu DNA elementlerine bağlanan transkripsiyon faktörleri (proteinler) tarafından kontrol edilir. en az üç tane DNA elementi bulunur. promotor, ana-promotor ve etki arttırıcı elementlerdir Etki azaltıcı elementler de düzenlemeye katkıda bulunur
4.7.1 Başlama Bütün ökaryotik genlerde bulunan TATA kutusu anapromotor elementlere bir örnektir. TATA kutusunun konumu, transkripsiyonun başladığı nükleotidin pozisyonunu tayin eder. -30 pozisyonunda bulunur Prokaryotlardaki -10 dizine benzer işlev Ökaryotik promotorun bir parçasını oluşturan diğer bir DNA dizisi CAAT kutusudur. CAAT kutusu ile beraber düzenleyici elementler promotorun verimli çalışmasını etkiler.
4.7.2 Uzama ve sonlanma Uzama prokaryotlara benzer şekilde işler Transkripsiyon sonunda DNA da sonlanma sinyalini taşıyan kısma gelinir. Kompleks dayanıksız hale geçer. Kıskaç açılır, transkripsiyon sona ererken DNA ve RNA enzimden ayrılır.
4.7.3 RNA nın işlenmesi Çekirdekte oluşan RNA molekülü ön-mrna olarak adlandırılır Bu mrna sitoplazmaya geçmeden önce belirli işlemlerden geçer: Bu işlemlere transkripsiyon sonrası değişiklik (posttranskripsiyonel modifikasyon) denir
4.7.3 mrna nın işlenmesi 1. 5 ucuna 7-metil guanozin şapka yapısı takılır. 1. muhtemelen molekülün 5 ucunu nükleazlara karşı korumaktadır. 2. mrna sonuna poly-a kuyruk takılır 1. 250 civarında adenin nükleotit mrna yı nükleazlara karşı korur 3. Kes-yapıştır işlemi: 1. Ökaryot genlerinde proteine dönüşmeyen bölgeler bulunur = intron. Bu bölgeler ön-mrna dan kesilerek çıkarılır ve esas protein kodlayan bölgeler (ekzon) tekrar birleştirilir
Kes-yapıştır işlemi
Ön-mRNA ve olgun mrna
Elektron mikroskopu ile transkripsiyon gözlemlenebilir Figure 14.15
https://www.youtube.com/watch?v=jobwq wxgjqc https://www.youtube.com/watch?v=dosru 15VtdM&t=41s