Chapter 10 Lecture Konu 10 Genetik Kavramlar Concepts of Genetics Tenth Edition DNA Yapısı ve Analizi
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
Eski DNA deneyleri MÖ 8000 DNA bilinmezden çok önce çiftçiler seçici çiftleştirme yapıyorlardı
Hurma ağacı tozlaşması
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
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
Bölüm 10.1 Moleküler genetiğin merkezi dogması: DNA RNA yı oluşturur (transkripsiyon) ve RNA da proteinleri oluşturur (translasyon) Transkripsiyon Ribozom Translasyon
10.2 1944 e kadar genetik madde protein olarak düşünülüyordu
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
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.
10.3 DNA nın genetik madde olduğuna dair kanıtlar bakteri ve bakteriofaj çalışmalarında elde edildi
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
Figure 10.2
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.
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
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
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
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
10.4 Dolaylı ve doğrudan kanıtlar ökaryotlarda genetik maddenin DNA olduğu görüşünü destekledi
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.
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
Abzorpsiyon (emiş gücü) Mutasyon sıklığı Etki spektrumu Dalga boyu Nükleik asit Emme spektrumu Dalga boyu
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
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
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
Bölüm 10.6 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
Bölüm 10.6 DNA ve RNA A, C, ve G içerir T sadece DNA da bulunur U sadece RNA da bulunur
Bölüm 10.6 RNA şeker olarak riboz içerir DNA şeker olarak deoksiriboz içerir Riboz Deoksiriboz Figure 10.7b
Bölüm 10.6 Bir nükleosit azotlu baz ve pentoz şekerden oluşur Bir nükleotit fosfat grubu eklenmiş bir nükleosittir.
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
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
Deoksinükleosit difosfat (dndp) nükleosit trifosfat (NTP) Deoksitimidin difosfat (dtdp) Adenozin trifosfat (ATP) Figure 10.9
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
5 ucu 3-5 fosfodiester bağı 3 ucu Figure 10.10a
Figure 10.10b
Bölüm 10.7 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. Fakat A + T yüzdesi, her zaman G + C yüzdesine eşit olmamaktadır. 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) çalışmaları ile DNA nın 3.4 angstromluk periyotlar sergilediğini göstermiştir. Bu sarmal bir yapının tipik özelliğidir.
Figure 10.11
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
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.
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.
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
Figure 10.15a
Figure 10.15b
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.
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
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
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
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
https://www.ted.com/talks/james_w atson_on_how_he_discovered_dna?language=tr
Bölüm 10.10 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
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
Bölüm 10.10 Yüzme yoğunluğu Sedimentasyon tekniğinde moleküller yüzme yoğunluklarına (buoyant dansite) göre ayrılır. Farklı türlerin DNA ları farklı yoğunluk gösterir G-C çiftlerinin yüzdesi
Bölüm 10.10 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
Sıcaklık
Bölüm 10.10 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
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
Bölüm 10.10 Floresan in situ (doğal ortamında) hibridizasyon FISH
Bölüm 10.10 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
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