1. dna yapısıkisi.deu.edu.tr/asli.memisoglu/genetik ve biyotek/1-dna... · 2019-02-28 ·...

Chapter 10 Lecture

Concepts of GeneticsTenth Edition

1. DNA Yapısı

Genetik Kavramlar

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

© 2012 Pearson Education, Inc.

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

© 2012 Pearson Education, Inc.

© 2012 Pearson Education, Inc.

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

© 2012 Pearson Education, Inc.

1

• Moleküler genetiğin merkezi dogması:

DNA RNA’yı oluşturur (transkripsiyon) ve

RNA da proteinleri oluşturur (translasyon)

Transkripsiyon

Ribozom

Translasyon

© 2012 Pearson Education, Inc.

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

© 2012 Pearson Education, Inc.

• İki çeşit azotlu baz vardır:

– Pürinler

• Adenin (A)

• Guanin (G)

– Pirimidinler

• Sitozin (C)

• Timin (T)

• Urasil (U)

© 2012 Pearson Education, Inc. Figure 10.7a

Pirimidin halkası

Sitozin Urasil Timin

Pürin halkası Guanin Adenin

© 2012 Pearson Education, Inc.

• DNA ve RNA A, C, ve G içerir

• T sadece DNA’da bulunur

• U sadece RNA’da bulunur

© 2012 Pearson Education, Inc. Figure 10.7b

Riboz Deoksiriboz

• RNA şeker olarak riboz içerir

• DNA şeker olarak deoksiriboz içerir

© 2012 Pearson Education, Inc.

• Bir nükleosit azotlu baz ve pentoz

şekerden oluşur

• Bir nükleotit fosfat grubu eklenmiş bir

nükleosittir.

Nükleosit Nükleotit

Üridin Deoksiadenilik asit

© 2012 Pearson Education, Inc.

• 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

© 2012 Pearson Education, Inc. Figure 10.9

Deoksinükleosit difosfat (dNDP) nükleosit trifosfat (NTP)

Deoksitimidin difosfat (dTDP) Adenozin trifosfat (ATP)

© 2012 Pearson Education, Inc.

• 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

© 2012 Pearson Education, Inc. Figure 10.10a

5’ ucu

3’ ucu

3’ - 5’

fosfodiester bağı

© 2012 Pearson Education, Inc. Figure 10.10b

© 2012 Pearson Education, Inc.

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

© 2012 Pearson Education, Inc.

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.

© 2012 Pearson Education, Inc. Figure 10.11

Linus Pauling X-ışını kırılımı

tekniği

Rosalind Franklin (1950–1953)

sarmal yapı.

© 2012 Pearson Education, Inc.

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

© 2012 Pearson Education, Inc.

© 2012 Pearson Education, Inc. Figure 10.12

Çap

Bir tam

dönüş

Büyük oluk

Küçük oluk

Şeker-fosfat

bel kemiği

Azotlu baz

çifti

© 2012 Pearson Education, Inc. Figure 10.12b

© 2012 Pearson Education, Inc.

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

© 2012 Pearson Education, Inc. Figure 10.14

Deoksiribozun

C-1’

pozisyonuAdenin Timin

Guanin Sitozin

Deoksiribozun

C-1’

pozisyonu

Deoksiribozun

C-1’

pozisyonu

Deoksiribozun

C-1’

pozisyonu

Adenin-Timin baz çifti

Guanin-Sitozin baz çifti

Hidrojen bağı

© 2012 Pearson Education, Inc.

Bölüm 10.7

• Şeker molekülleri ve bazların eksen

boyunca dizilişi de yapıya daha fazla

kararlılık sağlar.

© 2012 Pearson Education, Inc.

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

© 2012 Pearson Education, Inc.

• 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

© 2012 Pearson Education, Inc.

• 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 GeneticsTenth Edition

DNA Eşlenmesi

Konu 11

© 2012 Pearson Education, Inc.

1 DNA yarı korunumlu eşlenme ile kopyalanır

• DNA zincirlerinin tamamlayıcı olması, her

birinin, diğerinin sentezine taslak

oluşturmasını sağlar

© 2012 Pearson Education, Inc. Figure 11.1

© 2012 Pearson Education, Inc. Figure 11.2

Korunumlu Yarı korunumlu Dağıtıcı

Bir eşlenme döngüsü Yeni sentezlenen zincirler mavi ile gösterilmiştir

© 2012 Pearson Education, Inc.

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.

© 2012 Pearson Education, Inc.

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)

© 2012 Pearson Education, Inc. Figure 11.6

Replikasyon

çatalı

© 2012 Pearson Education, Inc.

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

© 2012 Pearson Education, Inc.

© 2012 Pearson Education, Inc.

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

© 2012 Pearson Education, Inc. Figure 11.8

Büyüyen

zincirNükleosit

trifosfat

5’ uç, 3’ ucu ile

birleşir

© 2012 Pearson Education, Inc.

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

© 2012 Pearson Education, Inc.

3 DNA eşlenmesi sırasında pek çok

karmaşık sorun çözülmelidir

© 2012 Pearson Education, Inc.

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

© 2012 Pearson Education, Inc.

3.1 Heliksin/Sarmalın açılması

• Belirli proteinler - DNA helikaz

replikasyon orijinine bağlanır ve sarmalın

açarlar

© 2012 Pearson Education, Inc. Figure 11.9

ATP hidrolizi

İlk bağlanma

ATP hidrolizi

Replikasyon balonu

oluşmaya başlar

ATP hidrolizi

Sarmalın açılması başlar

© 2012 Pearson Education, Inc.

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

© 2012 Pearson Education, Inc. Figure 11.10

Kalıp DNA

RNA

primeri

RNA primerine eklenen

yeni DNA

© 2012 Pearson Education, Inc.

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

© 2012 Pearson Education, Inc. Figure 11.11

Başlangıç

RNA primeri

Dna sentezi

© 2012 Pearson Education, Inc.

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

© 2012 Pearson Education, Inc.

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

© 2012 Pearson Education, Inc.

3.4

• Hata kontrolü ve düzeltmeler DNA

eşlenmesinin bir parçasıdır

• Tüm polimerazların 3' - 5' ekzonükleaz

aktivitesi vardır ve hata düzeltmelerinde

hepsi rol alır

© 2012 Pearson Education, Inc. Figure 11.13

Kesintili zincir kalıp DNA

Kesintisiz zincir kalıp DNA

HelikazDNA giraz

alt birim kayan kilit

Polimeraz III çifti

Okazaki parçaları

RNA

primeri

Tek zincir bağlanma proteinleri

https://www.youtube.com/watch?v=mxAjSBhDkBQ

© 2012 Pearson Education, Inc.

4 Ökaryot DNA eşlenmesi prokaryotlara

benzer fakat daha karmaşıktır

© 2012 Pearson Education, Inc.

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

© 2012 Pearson Education, Inc.

4

• Karmaşıklık:

– Prokaryotlara göre DNA miktarı çok fazla

– Kromozomlar çizgiseldir

– DNA proteinlerle bileşikler halinde bulunur

© 2012 Pearson Education, Inc.

4

• Ökaryot kromozomlarında birçok

replikasyon orijini bulunur

• Bu dakikalar ile birkaç saat arasında bir

sürede tüm DNA’nın eşlenmesini sağlar

© 2012 Pearson Education, Inc.

5.4

• Çekirdek DNA’sının eşlenmesinde 3

polimeraz

• Bir polimeraz mitokondri DNA

eşlenmesinde

• Diğerleri DNA tamirinde

Görev yapar

© 2012 Pearson Education, Inc. Table 11.5

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

• https://www.youtube.com/watch?v=FEF1sKB1yV0

© 2012 Pearson Education, Inc.

© 2012 Pearson Education, Inc.

5 Kromozomların uçlarının eşlenmesi

problem yaratır

© 2012 Pearson Education, Inc.

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

© 2012 Pearson Education, Inc. Figure 11.16

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

© 2012 Pearson Education, Inc.

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

© 2012 Pearson Education, Inc. Figure 11.17

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

© 2012 Pearson Education, Inc.

• 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