a.yerlikayamolekülerbiyoloji2011 (sy 68 den başla).pdf

MOLEKLER BYOLOJDo. Dr. Azmi YERLKAYA Dumlupnar niversitesi Fen Edebiyat Fakltesi Biyoloji Blm Ktahya 2011

MOLEKLER BYOLOJ;Canllk olaylarn molekler dzeyde inceleyen bilim dal olarak tanmlanr. Daha spesifik olarak tanmlamak gerekirse proteinler, karbonhidratlar, lipidler ve nkleik asit gibi biyomolekllerin yaplarn ve fonksiyonlarn inceleyen bilim daldr. zellikle, DNAnn replikasyonu, transkripsiyonu, hcre dngs, protein sentezi ve parcalanmas gibi hcre canllnn temelini oluturan ve srekliliini salayan olaylar molekler seviyede incelenerek aklamak molekler biyolojinin en temel hedeflerinden biridir.

Molekler Biyolojiye Gsterilen lginin Baz Nedenleri1. Hastalklara etkili tedavi yntemlerinin gelitirilmesi ancak hcredeki organellerin, molekllerin ilevlerinin anlalmas ile mmkn olabilir. rnein, orak hcreli anemi, hemoglobin genindeki tek bir adenin baznn timin ile mutasyonu sonucu ortaya kmaktadr. Sistik fibrosis, sistik fibrosis transmembran konduktor proteini kodlayan gende bir sistin baznin timin ile deitirilmesi sonucu normalde 1493 amino asit olan proteinin, sentezin erken durmas sonucu 493 amino asit olarak sentezlendii iin erken paralanmakta ve ilev grmemektedir. Tmr basklayc protein p53deki mutasyonlara kanserlerin %50sinde rastlanmaktadr. Bu da hcrenin kontrolsz bir ekilde oalmasna neden olmaktadr. 2. Genetik Mhendisligi gibi bir bilim dann ortaya kmasn salamtr. Bu bilim sayesinde istenilen karakterlere sahip (daha verimli veya dayankl bitki, hayvan) trler elde etmek mmkn olmaktadr. 3. nslin, somatostatin ve interferon gibi bir ok proteinin bol miktarda ve ucuz retilmesi sayesinde hastalklarn tedavisi kolaylamtr.

Molekler Biyoloji Alanndaki Baz nemli Bilimsel Gelimeler

1909: Gen kavram ilk kez Danimarkal Biyolog Wilhelm Johnansen tarafndan nerildi. 1941: Amerikali Beatle ve Tatum gen fonksiyonun protein retmek olduunu ispatladlar. Bir gen bir enzim. 1944: Avery genetik bilginin proteinler deil DNA tarafndan tandn ortaya koydu. 1953:Watson ve Crick X-ray analiz sonularna dayanarak DNAnin ift-sarmal model yapsn buldular. Kornberg DNA polimeraz enzimi buldu. Nirenberg, Ochoa ve Khorana genetik kodu zdler. DNA klonlama teknikleri Boyer, Cohen ve Berg adl bilim adamlarnn laboratuarlarnda gelitirildi. 1977: Sanger DNA sekans tespiti iin metot gelitirdi. Palmiter ve Brinster transgenik fare elde ettiler. 1984: Mullis ve arkadalar polimeraz zincir reaksiyonu gelitirdiler.

PROTENLER

Vcuttaki organik vcut arlnn %17si

maddelerin

%50si,

ok fazla alt birimin (amino asitler) zinciriyle meydana gelen makromolekllerdir 20 amino asitin farkl dizileri ile oluurlar Amino asitlerin sonundaki amino ve karboksil gruplar arasnda peptid ba oluur

Proteinlerdeki baz amino asitlerin yapsYan grub (R) elektriksel ykne gore gruba ayrlmstr: nonpolar, polar ve iyonize.

Vander-Sherman-Luciano; Human Physiology, 2001.

Selenosistein, 21. Amino Asit Ve Salk in nemiSelenosistein glutation peroksidaz ve thioredoksin reduktaz gibi organizmay oksidatif hasardan koruyan enzimlerde bulunmaktadr. Glutation peroksidaz hidrojen peroksiti (H2O2)yi suya dntren reaksiyonu katalizleyerek H2O2nin zararl etkilerini ortadan kaldrmaktadr. Ayrca son zamanlarda yaplan almalar HIV-1 virsnn de seleproteinleri kodlad kefedilmi ve AIDS hastalarnn kanlarnda ok dk selenyum miktarnn olduu grlmtr. Bu bireylerin kalp kas hasarlarna ok yatkn olduu bilinmektedir. AIDS hastalarnn plazmalarnda selenyum miktarnn azalmas hcrelerde seleproteinlerinin miktarnn ok dmesine yol amaktadr. Bu sebeple, AIDS hastalarnn bu nemli enzimleri sentezlemeye devam etmeleri iin selenyum destekli diyetler almalar tavsiye edilmektedir.

http://www.rpi.edu/dept/bcbp/molbiochem/MBWeb/mb2/part1/trna.htm

Peptid ba sentezi

Peptid ba ile birleen amino asit dizisine polipeptid denir. Eer 50 ve daha az amino asit varsa peptid, 50den daha fazla amino asit birlemesi ile oluan molekle ise protein denir.


Bir proteinin yaps; 1) Zincirdeki amino asit says ve 2) Amino asitlerin dizili sras ile belirlenir.Bir proteinin boyutlu yaps; 1) Amino asit zincirinin blmleri arasndaki hidrojen balar, 2) Zincir boyunca polar ve iyonize blgeler arasnda oluan iyonik balar, 3) Nonpolar blgeler arasnda oluan Van der Waals balar ve 4) ki amino asit arasnda oluabilen kovalent yapl dislfit balar ile ekillenir.

Proteinlerdeki sekonder yaplarn oluumu


Tersiyer yap, miyoglobin


Primer yap

Kuarterner yap: Bir ka altbirimin birlemesi ile oluur, hemoglobin


NKLEK ASTLER

Vcut arlnn %2si Genetik bilgiyi tayan molekllerdir DNA (deoksiribonkleik asit) hazr genetik bilgiyi depolar RNA (ribonkleik asit) spesifik bir polipeptid zinciri iin gerekli kodlamay salar Alt birimleri nkleotidlerdir

Her nkleotid; 1) Bir fosfat grubu, 2) 5 karbonlu bir eker ve 3) Baz olarak bilinen bir halka yapsndan oluur. Purin bazlar adenin guanin Pirimidin bazlar timin sitozin urasil

DNA ekeri deoksiribozdur Adenin, guanin, sitozin ve timin bulundurabilir ift heliks yapsnda iki nkleotid zinciri vardr Zincirler purin ve pirimidin bazlar arasndaki hidrojen balar ile tutunur Balanma hep adenin-timin, guanin-sitozin eklinde olur RNA ekeri ribozdur Tek zincirden oluur Timin yerine urasil ierir

deoksiribonkleotid


ribonkleotid

DNA ift sarmal yapya sahiptir. ki zincir A-T ve G-C arasndaki hidrojen balar ile bir arada tutulur.


HCREHcre: organizmann en temel yapsal ve fonksiyonel birimidir. Bir insan vcudu trilyonlarca (100 trilyon) hcreden meydana gelmektedir. En ilkel hcre, prokaryotik hcredir (bakteriler ve arkeobakteriler); rnein, bakteri ve siyanobakteriler (mavi-yeil algler olarak da bilinirler). Prokaryot hcrelerde ekirdek bulunmaz, bu nedenle kaltsal materyal DNA, hcre sitoplazmasnda dank olarak bulunur. Gelimi hcrelerde grlen birok organel prokaryotlarda bulunmaz. Buna ramen baz bilim adamlar yaamn en az 3.8 milyar yl nce ve yer krenin oluumundan 750 milyon yl sonra ortaya ktn savunmaktadrlar.

leri yapl hcreler ise karyotik hcreler denir. karyotik hcrelerin DNA genetik materyali bir ekirdek zar ile evrilmitir. ok sayda farkl organelleri mevcuttur. Prokaryotlar dnda kalan tm canllara ait hcreler karyot hcre tipindedir (prokaryot ve karyotlar arasndaki baz farklar iin Tabloyu inceleyiniz). karyotlar, genel olarak hayvan, bitki, mantar ve protista olarak drt grupta incelenirler. Baz bilim adamlar kartyolarn da 2.7 milyar yl nce - prokaryotlarn oluumundan 1 ila 1.5 milyar yl sonra ortaya ktna inanmaktadrlar.

Hcre Molekler Yaklam, G. M. Cooper ve R. E. Hausman: eviri Ed. Meral Sakzl ve Nee Atabey, 2006

Baz nesnelerin ve canllarn boyutlarnsan yumurtas (oosit) 200 mikron Balk yumurtas 5 mm Tavuk yumurtas 30 mm Beyin hcrelerinin en k 4-5 mikron apndadr

Ik mikroskobu ile 0.2 m ile 100 m apnda olan objeler gzlenebilir. Elektron mikroskobu ile 0.1 nm ile 100 m arasndaki objeler incelenebilir.http://peer.tamu.edu/curriculum_modules/cell_Biology/module_1/whatweknow.htm

Virsler, Viroidler ve Prionlar? Daha nce bahsedildii gibi hcre yaamn temel birimidir. Tm organizmalar hcrelerden olumutur ve hcreler canl varlklardr. Bir varln canl saylabilmesi iin, reyebilmesi, beslenebilmesi, solunum yapabilmesi ve dier canllarla veya evresindeki hcreler ile srekli bir iliki ierisinde olmas gerekir, ancak byle bir varla canl denebilir. Bu nedenler, bilim insanlar zellikler virslerin canl m veya cansz m olduklar konusunda hala bir ittifak salayamamlardr.

Virsler baz hallerde canl gibi davranrken dier baz hallerde tam bir "inorganik" madde gibi davranr. En temel haliyle bir virs, kapsit adl bir protein rt iinde bulunan genetik maddeden (DNA veya RNA olabilir) oluur.Principles of Genetics, D. P. Snustad ve M. J. Simmons, 2010.

Virsler, Viroidler ve Prionlar? (devam) Virsler, kendi balarna replike olmayan hcre ii parazitler olarak tanmlanrlar. En basit ekliyle virsler bir protein klfla sarlm olan genomik nkleik asitten (DNA veya RNA) ibarettir. Virsn oalmas enfekte hcrelerin metabolizmasna bal olduu iin virsler ile yaplan almalar hcre biyolojisinin birok temel konusuna aklk getirmitir. Bakteri virsleri ile yaplan almalar molekler genetiin temel mekanizmalarnn anlalmasna byk katk salamtr, bitki virsleri ile (ttn mozaik virs) yaplan almalar RNAnn da genetik materyal olduunu gstermitir.Hcre Molekler Yaklam, G. M. Cooper ve R. E. Hausman: eviri Ed. Meral Sakzl ve Nee Atabey, 2006

Virsler, Viroidler ve Prionlar? (devam) Her biri genetik materyal olarak DNA ya da RNA ieren birok farkl hayvan virs vardr (Tablo). RNA genomuna sahip olan virslerin ou enfekte ettikleri hcrelerde RNA kalbndan yeni RNA kopyalar sentezleyerek oalrlar. Buna karn, retrovirs olarak adlandrlan hayvan virs ailesi RNA genomu iermelerine ramen enfekte ettikleri hcrelerde genomlarnn bir DNA kopyasn sentezlerler. Baz hayvan virsleri ile enfeksiyon konak hcreyi ldrmek yerine normal hcreyi kanser hcresine dntrr. lk kez Peyton Raous tarafndan 1911de izole edilen virsler ile yaplan almalar sonucu baz virslerin kansere yol at bulunmutur. Virslerin sebep olduu baz insan kanserleri: servikal ve dier anogenital kanserler (papilloma virsleri), karacier kanserleri (hepatit B ve C virsleri), baz lenfoma trleri (Epstein-Barr virs ve insan T-hcresi lenfotropik virs). Virsler ile indklenen bu kanserler dnya apndaki kanser olgularnn yaklak %20sini oluturur.Hcre Molekler Yaklam, G. M. Cooper ve R. E. Hausman: eviri Ed. Meral Sakzl ve Nee Atabey, 2006

Virsler, Viroidler ve Prionlar? (devam) Viroidler ise virs benzeri RNA moleklleri olup bir protein klf ile evrilmemilerdir. Baz bitki ve hayvanlarda enfeksiyonlara sebep olan halkasal RNAlardr. Patates Spindle Yumru Viroidi (Potato Spindle Tuber Viroid) tanmlanan ilk viroid olup 359 nkleotid uzunluunda bir RNAdr. Yine prionlar, bir dier enfeksiyon neden olan ajan olup hibir nkleik asit iermeyip sadece proteinden olumaktadr. Prionlar, 1982 ylnda Stanley Prusiner tarafndan kefedilmitir ve 1997 ylnda bu kefinde dolay Nobel dl almtr. Prionlar nrodejeneretif hastallarda sorumludurlar: bunlardan bazlar, insanlardaki Creutzfeldt-Jakob hastal ve kuru, srlardaki deli dana hastal ve koyunlardaki scrapiedir.

RNA


HCRE BYOLOJS ARATIRMALARINDA KULLANILAN BAZI ARALARI Ik Mikroskopu Hcrelerin ou plak gzle grlmeyecek kadar kk olduklarndan hcre almalar arlkl olarak mikroskop kullanm gerektirir. Daha ncede belirtildii gibi hcrelerin kefi mikroskobun gelitirilmesi ile salanmtr. Robert Hook 1665de basit bir k mikroskobu ile bir ie mantar parasn gzlemleyerek hcre szcn kullanmtr. Gnmz k mikroskoplar objeleri yaklak bin kez bytme kapasitesine sahiptir. ou 1 ile 100 m apnda olan hcreler k mikroskopu ile grntlenebildii gibi nkleus, kloroplast ve mitokondri gibi byk hcre ii organeller de grlebilir. Fakat, k mikroskoplar hcre yapsnn ok ince ayrntlarnn grlmesi iin gl deildir. Bunun iin rezolsyon bir mikroskobun kk mesafelerle ayrlm objeleri ayrt etme kapasitesi bytmeden daha nemlidir. Bir k mikroskobunun rezolsyonu yaklak olarak 0.2 mdir. Birbirine bu mesafeden daha yakn olan iki cisim birbirinde ayrt edilmez, tek bir cisim gibi grlr.

Ik mikroskobunda rezolsyon aadaki forml yardmyla hesaplanr: 0,61 Rezolsyon = NA , grnen n dalga boyudur. 0.4 ila 0.7 m arasndadr. Ik mikroskobu iin 0.5 m civarnda sabittir. NA, nmerik aklk rnekten getikten sonra mikroskop merceine giren k konisinin bykldr. NA ise yle hesaplanr: NA = sin , n rnek ile mercek arasnda yol aldn ortamn krma indeksi: Hava iin 1.0dr; immersiyon ya lensi iin 1.4dr. Maksimum alfa as 90o olduu iin sin = 1dir. Bu deer formle konulduunda rezolsyon 0.2 m olarak hesaplanmaktadr. 0,61 x 0.5 = 0.22 m Rezolsyon = 1.4

Nmerik aklk Ik toplayc mercekle rnek zerine odaklanr ve daha sonra mikroskobun objektif merceiyle toplanr. Nmerik aklk, objektif merceine gelen k konisinin asyla () ve mercekle rnek arasndaki ortamn (genellikle hava veya immersiyon ya) krma indeksi ile belirlenir.


FARKLI MKROSKOP ETLER Birka farkl k mikroskop teknii bulunmaktadr: En basiti n direkt olarak getii ve hcrenin farkl blgelerinin ayrt edilmesi kapasitesine dayanan aydnlk-alan mikroskopisidir. Canl hcreleri grntlemek iin kullanlan dier yaygn mikroskop eitlerinden bazlar, faz-kontrast mikroskopisi ve differansiyel interferans-kontrast mikroskopisidir. Her iki mikroskopide de hcrenin farkl blgeleri arasndaki younluk ve kalnlk farkllklarn sonutaki kontrast farkllklarna dntren optik sistemler kullanlr. Her iki mikroskopta canl boyanmam hcrelerin daha gelimi grntlerinin elde edilmesini salar.

Canl hcrelerin mikroskopta incelenmesi nsan yanak hcrelerinin (A) aydnlk-alan, (B) faz-kontrast ve (C) diferansiyel-interferanskontrast mikroskopisi ile elde edilen grntleri.


Floresans mikroskopisi, molekllerin hcre iindeki dalmn incelemek iin yagn olarak kullanlan olduka duyarl dier bir mikroskopi yntemidir. Canl veya sabitlenmi hcrelerin iindeki ilgilenilen molekl iaretlemek iin bir floresan boya kullanlr. Floresan boya, bir dalga boyunda absorblayp, ikinci bir dalga boyunda yayan molekldr. Floresant madde ile iaretli rnek nce bu floresant boyay eksite eden bir nla uyarlr ve daha sonra bu floresant molekln farkl bir dalga boyunda yayd k ikinci bir filtre yardmyla belirlenir. Floresan mikroskopisi hcre ierisindeki eitli molekllerin aratrlmas amacyla kullanlr. Bunlardan bir tanesi, zgl bir proteini hedefleyen antikorlar floresant boyalarla iaretleyerek proteinin hcre ii dalmnn aratrlmasdr.

Floresans mikroskopisi (devam)A) Ik bir eksitasyon filtresinde geirilerek, floresant boyay ekzite eden dalga boyundaki k (rn. mavi) seilir. Dikronik ayna , incelenecek rnein zerine yanstr. Daha sonra rnein yayd k (rn. yeil) dikronik ayna geerek boyann yayd dalga boyundaki seecek olan ikinci bir filtreye ular. Bu filtre yardmyla floresant boyann yayd k seilir. B) DNAs mavi, sitoplazmadaki mikrotblleri yeile boyanm bir kertenkele akcier hcresinin floresans mikroskop grnts.


Floresans mikroskopisi (devam) Green Floresant Protein (GFP) ile iaretlenmi bir proteinin floresant mikroskopisi. GFP ile birletirilen bir mitokondri proteinin, kltrdeki insan hcrelerine aktarldktan sonra floresant mikroskobu ile grnts. GFP, 238 amino asitten oluan bir protein olup mavi a maruz brakldnda yeil floresans yaymaktadr. Denizanasndan elde edilmektedir.


Hcreyi Bileenlerine Ayrmak

Hcreyi oluturan eitli bileenlerin ilevlerini tanmlamak iin mikroskopi teknikleri tek bana yeterli olmamaktadr. Biyokimyasal ilemler ve dier birok ilem iin hcrelerin organellerini ve dier ksmlarn izole etmek gerekir. 1940 ve 1950li yllarda Albert Claude, Chrsitan de Duve ve arkadalar tarafndan gelitirilen diferansiyel santrifgasyon yntemi hcre bileenlerini boyut ve younluklarna gre ayrmaktadr. Hcreyi alt bileenlerine ayrmann admlar aada sralanmtr: 1. Plazma zarnn paralanmas. Bunun iin ultrasonikatr ve mekanik homogenizatr kullanlabilir.2. Paralanm hcre sspansiyonu (lizat ya da homogenat olarak adlandrlr) ok yksek hzlarda (100,000 rpm zeri) eviren bir ultrasantrifj yardmyla bir dizi santrifgasyonla alt bileenlerine ayrlr. Dk devirde paralanmam hcreler ve nkleus gibi byk hcre ii organeller ker.

Hcreyi Alt Bileenlerine Ayrmak (devam) Bu ekilde dk hzdaki bir santrifjle oluan keltiden zengin bir nkleus fraksiyonu elde edilirken dier hcre bileenleri spernatanta (geri kalan zeltide) asl durumda kalr. Spernatan daha sonra yksek devirde santrifjlenerek mitokondriler, lizozomlar, peroksizomlar veya kloroplastlar ktrlr. Daha da hzl devirlerde yeniden santrifjlenmesi ile plazma ve endoplazmik retikulum paralar ktrlr, en yksek devirde evrildiinde son olarak ribozomlar ktrlr. Geride sadece sitoplazmann znen ksm (sitozol) kalr.

Hcreyi Bileenlerine Ayrmak (devam) Hcreler patlatlr ve hcre alt bileenleri artan hzlarda bir dizi santrifgasyonla ayrlr. Her santrifjlemeden sonra tpn dibindeki km olan organeller alnr, ve spernatan daha yksek devirlerde evrilerek byk organeller ktrlr.


Hayvan Hcre Kltrleri Prokaryotlarn aksine karyot hcrelerin laboratuar ortamnda retilmesi ok zordur. Fakat hzl gelien molekler biyoloji teknikleri yardmyla birok hayvan ve bitki hcre eidi kltrde oaltlmakta ve hcre geliimi, farkllamas, gen yaps ve fonksiyonlarnn aratrlmasnda byk katk salamaktadrlar. Hcre kltr, in vitro artlarda (vcut dnda) hcrelerin bytlmesini ifade eder. eitli karyotik hcre kltr bulunmaktadr: 1. Primer hcre kltrleri 2. Sekonder hcre kltrler 3. mmortal (lmsz) hcre kltrleri

Hayvan Hcre Kltrleri (devam) Primer hcre kltrleri donr (verici) organizmadan direkt elde edilen balang hcrelerdir. rnein beyaz kan hcreleri veya insan fibroblast hcreleri. Bunlar kltr ortamnda bir veya iki blnme gerekletirebilirler, sonuta yalanrlar ve lrler.

Sekonder hcre kltrleri ise in vitro artlarda 50-100 blnme geirebilirler, fakat sonunda yalanrlar ve lrler.mmortal hcre kltrleri, primer ve sekonder hcre kltrlerinin aksine ortam artlar elverili olduu srece sonsuza kadar blnebilirler. mmortal hcreler transforme hcreler olarak da bilinirler. lk elde edilmi olan lmsz insan hcre hatt HeLa hcreleridir. Bu hcreler 1952 ylnda serviks kanserine yakalanm olan bayan Henrieatta Lacksten alnmtr. Bayan Lacks daha sonra kanserden lmesine ramen hcreleri halen hayatta ve aratrmalarda kullanlmaktadr.

Hayvan hcre kltrlerinin elde edilii


Hcrenin Kompartmanlar

ekirdek (nkleus) sitoplazma sitozol (en geni kompartman, organel disindaki sivikismi)

organeller

MEMBRANLARnsan vcundaki en nemli yapsal elemandr. Tm hcreyi sard gibi (plazma zar) ou organellerin etrafn da sarmaktadr. Membranlar yoluyla maddelerin hcre iine giri-k ile hcre iinde sitozol ile organeller aras hareketi dzenlenir. Birok ilevi olmasna ramen, en temel evrensel grevi, molekllerin hareketinde seici bir bariyer olmas (seici-geirgen, baz molekllerin geiine izin verirken bazlarna izin vermemesi).

Plazma membrannn ilevleri

Hcre iin seici geirgen bir bariyer oluturmasHcrenin komu hcrelere balanmas Komu hcrelerden kimyasal sinyallerin alnmas

Hcre iskeletini oluturan filament yaplarnn tutunmas

Plazma membrannn yaps Tm membranlarn temel yaps ierisinde proteinlerin gml olduu ift katl lipid tabakas eklindedir:

- Lipid tabakas birok polar molekln geiini nler, proteinler bu maddelerin seici geii iin yollar oluturur. - Hcre membran, %50 lipid ve %50 proteinden oluur. - Mitokondri zar ise %75 proteinden olumaktadr. - Sinir hcrelerinin zarlarnda ya oran daha yksektir.

Membran YapsTm membranlar proteinlerin iinde gml olduu ift katl lipid molekllerinden oluur. Lipid tabakas, polar ve iyonlarn geiini engeller, proteinler ise bu tr molekllerin lipid bariyerinden geebilmeleri iin kanallar oluturmaktadrlar.


Membran lipidleri

Fosfolipidler ierir; Polar-hidrofilik fosfat ucu da; polar su moleklne ekiminden dolay. Nonpolar-hidrofobik ya asitleri ise ie bakar. Amfipatik molekllerdir (bir ucu ykl, dier ksmnda ise nonpolar uzun iki ya asiti vardr). Fosfolipidleri birbirine veya membran proteinlere baglayan balar yoktur. Her molekl birbirinden bamsz bir ekilde hareket etmektedir. Dolaysyla, lipid ift tabakas, sv bir karaktere sahiptir.Plazma zar ayrca kolesterol ierir; Plazma membrannda fazla, Organel membranlarnda azdr. Akkanln korunmasn salar. Fosfolipidlere gre daha az amfipatiktir. Polar grubu yzeyde, nonpolar ksm ise ite ya asitleri birleiktir. Kolesterol azlnda membran katlamaktadr.

Membranlarda grlen balca lipid eitleriHemen hemen tm membranlarn temel yapsal nitesi iki tabakal fosfolipidten oluur. Baz biyolojik membranlar birbirinde farkl 100den fazla fosfolipid eidi iermektedirler. En ok bulunan lipid tipleri ve yzdeleri aadaki Tabloda grlmektedir.

Molekler Biyoloji, Ed. Ahmet Yldrm, Fevzi Bardak, Mehmet Karata, Bahattin Tanyola, Nobel Yaynevi, 2007

Lipid ift tabakasnda baz fosfolipidler ve kolesteroln dalm


Membran Proteinleriki eit membran proteini vardr: ntegral Membran Proteinleri: ou tm membran boyunca uzanr ve baz maddelerin kar tarafa getii kanallar olutururken, dierleri kimyasal sinyallerin tanmasndan sorumludur. Fosofolipidlere gibi amfipatiktirler. Polar gruplar yzeyde, nonpolar ksmlar ise ite nonpolar ya asitleri ile birleiktir. Membran boydan boya geenlere transmembran protein de denir. Su ve iyonlarn geiini salayan kanallar meydana getirirler. Periferik Membran Proteinleri: Daha ok sitoplazmik tarafta yer alp, hcrenin ekli ve motilitesi ile ilgili grev alrlar. Amfipatik deillerdir. Bu nedenler nonpolar lipidlere balanmazlar. ntegral membran proteinlerin polar yzeylerine balanrlar. Hcre zar ayrca lipid ya da proteinlere balanan ok az karbonhidrat ierir. Bu karbonhidratlar ekstraselller ksmda glikokaliks denilen bir eker tabakas oluturur. Karbonhitratlarn spesifik olarak plazma zarnn hcre d yzeyinde, periferal proteinlerin hcre ii yzeyinde ve lipid ift tabakasnn her bir yarsnda lipidlerin miktar ve eit olarak biraz deismesinden dolay hcre zar asimetrik yapya sahiptir.

Plazma zar proteinlerinin zar iinde hareketini gsteren deneyMembran proteinlerinin lipid ift tabakas iinde serbeste hareket ettikleri ilk defa 1970de Larry Frye ve Michale Edidin tarafndan yaplan deneyler ile gsterilmitir. Aratrmaclar, yaptklar deneyde nce fare ve insan hcrelerini birletirerek (fzyon) bir hibrid hcre elde etmilerdir. Deneyde insan ve fare proteinleri floresant boyalarla iaretli antikorlar ile iaretlemilerdi ve floresant mikroskop ile proteinlerin hareketi incelenmiti. Birlemenin ilk zamanlarnda fare ve insan proteinleri hibrid hcrenin farkl yarlarndayd. Ancak 40 dklk inkbasyon sonunda proteinlerin hibrid hcrede eit olarak dald grlmtr. Bu sonu, proteinlerin lipid ift tabakas iinde serbest hareket ettiklerinin bir kantdr. Fakat baz proteinler hcre iskeletini oluturan proteinlere tutunduklar iin lipid ift tabakas iinde hareketleri kstlanmtr.

Molecular Biology of the Cell, 2002, Bruce Alberts, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, and Peter Walter.

Membran Proteinleri ntegral proteinler

Hcre d

Periferal proteinlerVander-Sherman-Luciano; Human Physiology, 2001.

Hcre ii

Sv-mozaik model

Akkan ve asimetrik zellikleri nedeniyle membran yaplarna uygun grlen genel tanmlama.

HCRELERARASI BALANTILAR(Lateral Yzey Farkllamalar)Hcreleraras balant blgeleri, hcrelerin ortak hareketetmelerini ve haberlemelerini salayan hcre zarnn yan yzeyinde meydana gelen sitoplazmik uzantlardr. Hcreler

arasndaki balanmay u gruplara ayrabiliriz:1. 2. 3. 4.

Tight junction - sk balant Atherens balantlar - zonula adherens Desmozom (iki hcre arasndaki mesafe 20 nm) Gap junction - aralkl balant (iki hcre arasnda 2-4

nm mesafe vardr).

Sk balantlar (tight junction) Sk balantlar, epitel hcreleri arasnda moleklleri ve iyonlarn serbeste gemesine engelleyen balantlardr. kinci olarak sk balantlar lipidlerin ve zar proteinlerinde serbest difzyonunu engelleyerek plazma zarn apikal ve bazolateral blmlere ayrr. Apikal ve bazolateral blgelerdeki zellemi transport sistemlerini birbirinden ayrr. Plazma zarnn apikal ksmndaki glikozu aktif olarak barsak lmeninden alan bir tayc protein bulunurken, kan dolamna aktaran tayc bazolateral blmde bulunmaktadr. Bylece glikoz aktif olarak emilir, barsak epitel hcreleri iinde biriktirilir ve daha sonra bazolateral taraftaki bir tayc tarafndan kolaylatrlm difzyon ile kan dolamna aktarlr. Sk balantlar olmasayd bu tayclar birbirinden ayrlmayaca iin bu ekilde barsak lmeninde kana doru bir tama gereklemezdi.

Sk balantlar (devam) Sk balantlar, bitiik hcrelerdeki transmembran proteinlerden okludinler ve klodinler arasndaki etkileimlerle oluur.


Atherens balantlar Kaderinlerin araclk ettii kararl hcre-hcre balantsdr. Atherens balantlarda kaderin proteinleri kateninler araclyla aktin filamenlerine balanr. Sk balantnn gerisinde hcreleri kesintisiz kuaklar biiminde sararak birbirine tutundurur. Atherens balantlar hemen sk balantlarn altnda bulunurlar.


Desmozomlar Hcreleri birbirine tutunduran dme eklindeki balant birimleridirler. Sk balant ve atherens balantlarn gerisinde bulunurlar. Desmozomlarda, kaderin ailesi yelerinde desmogleinler ve desmokolinler, desmoplakinlere balanrlar. Desmoplakinlerde hcre iindeki ara filamentlere balanrlar.


KaderinlerKaderinler, tek bir transmembran blge ierir ve yukarda anlatld zere -kateninler (atherens balantlarda) veya desmoplakinler (desmozomlarda) ile birleerek hcre iskletine balanr. Kaderinlerin eidi bulunur:E-kaderin, epitel hcrelerin yzeyinde bulunur ve E-kaderin kayb epitel hcre kkenli kanserlerin gelimesine neden olmaktadr.

N-kaderin, sinir hcrelerinde bulunur.P-kaderin ise plasenta hcrelerinde bulunur. Atherens ve desmozomlarda kaderinler homofilik etkileime rnektir.

Molecular Biology of the Cell, 2002, Bruce Alberts, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, and Peter Walter

Hcre-Hcre yapmasna, hcre yzey reseptrleri farkl mekanizma ile araclk ederler. Bunlar, homofilik balanma, iki komu hcrede ayn molekller araclk eder, heterofilik balanma, komu hcreler farkl proteinler arasndaki etkileim ile balanrlar, Kpraracl balanma, komu hcreler arasnda balanma hcre yzey reseptrlerinin birbirlerine salglanan ve bir kpr vazifesi gren bir molekl araclyla salanr.

SelektinlerSelektinler, kanda hcre-hcre yapmasna araclk etmektedirler. Beyaz kan hcrelerin kan ile doku arasndan gebe bir hayat yaamaktadrlar. Bu zellikleri selektinlere baldr. Selektinler, kanda hcre-hcre aras balantlara araclk eden Ca2+ baml karbonhidrat balayan hcre yzey proteinleridir (karbonhidrat balayan proteinlere lektinler de denir). Selektinlerin de en az eidi vardr: P-selektinler, kandaki plateletlerde, E-selektinler, endotel hcrelerinde, L-selektinler, beyaz kan hcrelerinde bulunur. Selektinler integrinler denilen dier bir transmembran proteinler ile etkileerek beyaz kan hcrelerinin kan terk etmesine ve dokuya g etmesine yardmc olur. Selektinler ile integrinler arasndaki balant heterofilik balanmaya rnektir.


A) selektinlerin yaps ve B) ilevleri

Aralkl balant -gap junctionKonneksin

Komu hcrelerin sitoplazmalarn balayan protein kanallardr. aplar ok kktr. Elektriksel aktivitenin iletimi (rnek = kas) ya da kimyasal habercilerin (cAMP , Ca2+) geiine izin verir.


Aralkl balant -gap junction (devam)Gap junctionlar, konneksin proteinleri ile oluturulur. Konneksinler, 20 ile 60 kDa arasnda proteinler olup plazma membrann 4 sarmal yap ekilde kat ederler. Amino ve karboksil ular sitoplazmik taraftadr. Gap junctionlar, her biri 6 alt birimden oluan 2 adet hemikonneksonnun (her bir yarm kanala konnekson denir) birlemesiyle oluur. Bu sayede 2 hcrenin sitoplazmas arasnda iletiim kurulur.

http://en.wikipedia.org/wiki/Connexin

HCRE LE MATRKS ARASINDAK BALANTILAR(Bazal Yzey Farkllamalar) ki tip hcre-matriks balants vardr: 1. Fokal adhezyonlar 2. Hemidesmozomlar Fokal adhezyonlar, fibroblast gibi eitli hcreleri hcre d matrikse balar. Bu hcre-matriks balants integrinlerin -alt birimlerinin sitoplazmik blmleri ile talin ya da vinklin gibi aktine balanan proteinler araclyla aktin filametlerine balanarak hcre matrikse balanr. ntegrinler, hcrelerin hcre d matrikse tutunmasndan sorumlu balca hcre yzey reseptrleridir. ve alt birimleriyle simgelenen iki alt birimden oluan transmembran proteinler ailesidir. Bilinen 18 ve 18 alt biriminin kombinasyonlarndan oluan 20den fazla farkl integrin tanmlanmtr.

A) ntegrinlerin yaps ve B) Fokal adhezyon balants.ntegrinler, ve ile simgelenen iki transmembran alt biriminden oluan bir heterodimerdir. Alfa alt birimi iki deerlikli katyonlar (M2+) balamaktadr. Fokal adhezyolarda aktin filamentleri -aktinin, talin ve vinklin gibi proteinler araclyla integrinlerin -alt birimlerine tutturulur.

A

B -aktinin Vinklin Talin


Hemidesmozomlarda, integrin (64), plektin araclyla aktinle deil ara filamentler ile birleir. 64 integrin, ayrca laminine balanr ve bylece hemidezmozomlar epitel hcrelerini bazal laminaya sabitler.


Hcreleraras ve hcre-matriks arasndaki balantlarn yerleimi

BalantSk balant

lev

Epitel hcrelerini biribirine balayarak hcreler arasnda madde geiini nler. ki hcrenin aktin filamentlerini birbirine balayarak hcrelerin doku iinde Atherens balant dzenlenmesini ve hcre tabakalarnn devamlln salar. ki hcrenin ara filamentlerini birbirine balayarak hcrelerin doku iinde dzenlenmesini ve hcre tabakalarnn devamlln salar. Aralkl balantlar Kk molekllerin bir hcreden dierine geiini salar. Hemidesmozomlar Hcreleri alttaki bazal laminaya balar. Fokal adhezyonlar Hcreleri alttaki bazal laminaya balar. Desmozom


HCRE SKELETMembranla evrili birok organele ilave olarak ou hcre eitli filamentler ierir. Filamentlerin hcre iinde oluturduklar as yapya hcre iskeleti denir. Filamentleri dier baz grevleri: 1. Hcrenin eklini belirlemek 2. Hcre hareketleri saglamak. 3. Hcreye destek olurlar. 4. Hcre ierisinde kimyasal habercilerin tanmas. 5. Kromozomlarn yavru hcrelere ayrlmasna yardmc olurlar. Hcre iskeleti temel filamentten oluur: Mikrofilamentler (aktin, tm hcrelerde bulunur, hcre iskeletini en nemli parasdr, 7 nm.) Orta Filamentler (mekanik strese maruz kalan hcrelerde youn olarak bulunurlar, keratin, laminin, vimentin gibi proteinler, 10 nm) Mikrotbller (tblin proteininden oluur, kromozomlarn hcre blnmesi srasnda ayrlmasnda ve ayrca hcre hareketlerini salar). Hcre iinde kimyasal habercilerin vezikller iinde sinir ularnda tanmada da grev alr, 24 nm.)

Hcre iskeletini oluturan mikrofilament ve hcre icinde madde tanmasnda grev alan mikrotbller

Thibodeau&Patton; Anatomy&Physiology, 1993.

Aktin Filamentleri Ana hcre iskeleti proteini aktindir. Aktin proteini, aktin filamentlerine polimerleir, yaklak 7 nm apnda ve birka mikrometre uzunluundadr. Hcre iindeki aktin filamentleri mikrofilamentler olarak da adlandrlr. Aktin filamentleri ok sayda protein ile etkileerek as bir yap oluturur. Aktin ilk olarak 1942 ylnda toplam hcre proteinlerinin yaklak %20sini oluturduu kas hcrelerinde izole edilmitir. Balangta sadece kas kaslmasnda grevi olduu dnlse de gnmzde tm karyot hcrelerinde en fazla bulunan protein (%5-10 civarnda). Mayalarda sadece bir aktin geni vardr, fakat memelilerde en az alt farkl aktin geni vardr. Aktin moleklleri 375 amino asitlik (43 kDa) globler (G) proteindir, aktin moleklleri polimerize olarak filamentz (F) aktin oluturur.

Aktin filamentlerinin polimerlemesi


Aktin filamentleri (devam)

Aktin filamentleri hcrede aktin demetleri veya aktin a eklinde bulunmaktadr. Aktin demetleri daha nce bahsedildii gibi mikrovilluslarda bulunmaktadr ve aktin demetleri fimbrin denilen 68 kDaluk bir protein ile birbirine tutturulmaktadrlar. Aktin anda ise aktin filamentleri flamin denilen 280 kDaluk dimerik bir protein ile birbirine tutturulmaktadrlar.

Aktin a ve filamin

Aktin demeti ve fimbrin


Aktin filamentleri (devam) Aktin filamentleri hcre zarnn altnda ok youndurlar. Bu aktin a dier baz proteinler ile birlikte hcrenin eklini ve hareketi gibi ok sayda aktivite ile ilikilidir. Eritrosit hcrelerinde, aktin spekrin denilen tetramerik bir protein ile birlikte plazma zarnn altnda hcre iskeletini oluturan temel yapy oluturmaktadr. Eritrositlerde mikrotbller ve ara filamentler yoktur. Eritrositlere bikonkav disk eklini veren asl belirleyici faktrdr aktin temelli hcre iskeletidir. Spekrin-aktin a ile plazma zar arasndaki balant ankrin olarak adlandrlan hem spektrine hem de bir transmembran protein olan band 3 proteinin sitoplazmik blmne balanan bir protein ile salanr. Spekrin-aktin a ile plazma zar arasndaki bir dier balant protein 4.1 ile salanr.

Aktin filamentleri (devam)

Eritrositleri morfolojisi

Eritrositlerde hcre iskeletinin plazma zar ile balants


Ara Filamentler Ara filamentler 10 nm apndadrlar. Bu boyut hcre iskeletinin iki temel eleman olan aktin filamentleri (7 nm) ve mikrotbller (25 nm) arasndadr. Aktin filamentleri ve mikrotbllerin aksine ara filamentler hcre hareketlerine dorudan katlmazlar. Bunu yerine hcre ve dokulara ounlukla mekanik destek salayarak yapsal rol oynarlar. Ara filamentlerin in vivo roln gsteren ilk deneyler 1992 ylnda Elaine Fuch tarafnda gsterilmitir. Aratrclar, normal keratin oluumunu bozan bir mutant keratini farelere aktararak transgenik fare elde ettikten sonra normal keratin oluumunun bozulduu grlm. Transgenik farelerin ounun doumdan sonraki 24 saat iinde ldkleri grlmtr. Hayatta kalanlarn ise deri srtnmesi gibi orta iddetteki mekanik travmalar takiben epidermal hcrelerin kaybedildii ve deride kabarck eklinde anomalilerin olutuu gzlenmitir.

Ara Filamentler (devam)

Fuchs ve arkadalar daha sonra transgenik farelerde gzlene bu bozukluun epidermolizis bulloza simpleks ad verilen insan deri hastalna benzer olduunu belirlediler. Bu deneyler keratinin epitel hcrelere mekanik destek saladn direkt kantdr. Benzer deneylerde motor nron hastalklarnda zellikle amiyotrofik lateral skleroz (ALS)da nrofilament bozukluklar olduu grlmtr. Stephan Hawkingi de etkileyen hastalk olan ALS motor nron kayb ile sonulanmaktadr. ALS ve dier tipteki motor nron bozukluklarnda nrofilamentlerin birikiminde ve yaplanmasnda bozukluklar ile karakterize edilir. Transgenik farelerde NF-L ve NF-H fazla retiminin ALSye benzer bir durumun gelimesine yol amaktadr.

Keratin proteinin ilevinin deneysel gsterimi


Ara filamentleri oluturan proteinler ve bulunduklar hcreler


Mikrotbller Mikrotbller yaklak 25 nm apnda, sert, ii bo silindirik yaplardr. Aktin filamentleri gibi mikrotbllerde hcre iinde devaml yaplanp ayrabilen dinamik yaplardr. Hcrenin eklinin belirlenmesinde, hcrenin yer deitirmesinde, organelleri ve nrotransmitterlerin tanmasnda ve mitoz srasnda kromozomlarn ayrlmas gibi eitli grevleri vardr. Fibrz proteinlerden oluan bir ok ara filament aksine mikrotbller tbln denilen globler bir proteinden olumutur. Tbln birbiri ile ok benzeyen -tbln ve -tbln denilen iki proteinde oluan dimerik bir proteindir. nc bir tbln olan -tbln spesifik olarak sentrozomlarn yapsnda yer alr ve mikrotbl yaplanmasnda kritik rol oynar. Mikrotbller (aktin filametleri gibi) iki farkl ucu olan polar molekllerdir. Hzl byyen uca art u; yava byyen uca ise eksi u denir.

Mikrotbller (devam)Polimerleme GTPye baldr. GTP bal tbln monomerleri mikrotblnn art ucuna eklenirken GTPnin hidroliz edilmesi ise tbln molekllerinin komu molekllere olan balanma eilimini zayflatr ve daha sonra GDP bal tbln ayrarak hzl depolarizasyona ve mikrotbln ksalmasna yol aar. Mikrotbllerin mitozdaki merkezi rolleri nedeniyle mikrotbl yaplanmasn etkileyen ilalar kanser tedavisi iinde ok yararldr. Kolisin ve kolsemid tbln proteinine balanarak mikrotbl polimerlemesini engelleyen iki ilatr. Yine vinkristin ve vinblastin seici olarak hzl blnen hcrelerin oalmasnn durdurduu iin kanser kemoterapisinde kullanlan iki ilatr. Taksol ise mikrotbl yaplanmasn engellemek yerine stabilize ederek hcre blnmesini durdurur. Taksol da antikanser tedavisinde kullanlan nemli bir ilatr.

Mikrotbllerin yaps

Alfa ve beta tblnler polimerleerek mikrotblleri oluturur. Her bir silindirik yap 13 adet tbln moleklnn birlemesi ile meydana gelir.


Mikrotbller (devam) Mitoz srasnda mikrotbller kromozomlarn ayrlmasndan ve yavru hcrelere dalmndan sorumlu olan mitotik ii oluturmak zere kopyalanm sentrozomlardan darya doru uzanr. Mikrotbllerin eksi ular sentrozomlarda tutulur.


Mikrotbller (devam)

Daha ncede belirtildii gibi mikrotbller hcre iinde nrotransmetitter ieren vezikllerin ve organellerin tanmasnda da grevlidirler. Bu tamada ATP enejisini kullanan iki byk motor protein olan kinezinler ve dineinler nemli grev stlenmilerdir. ou kinezi mikrotbl zerinde art uca doru; dineinler ise eksi uca doru hareket eder. Kinezinleri art uca doru hareketi vezikllerin ve organellerin hcre gvdesinde uzaa doru, aksonlarn ularna doru tanmasn; dineinlerin eksi uca doru hareketi ise ters ynde endozidik vezikllerin aksonda hcre gvdesine doru tanmasn salar.

Mikrotbller (devam)Mikrotbl motor proteinlerinin hareketi


EKSTRASELLLER MATRKS (HCRE DII MATRKS)ok hcreli canllarn dokularndaki hcreler, hcre dna salglanan proteinler ve polisakkaritlerden oluan bir hcre d matriks iine gmldr. Hcre d matriks, hcreler arasndaki boluklar doldurur. Hcreleri ve dokular birbirine balayan kompleks bir yapdr. Ba doku; deri, tendonlar, kkrdak ve kemik gibi ba dokusu eitlerinin byk blm hcre d matriksten oluur. Epitel dokuda hcrelerin zerine yerletii ince levhams bir tabaka olan bazal lamina bir hcre d matriks rneidir. Bazal lamina, epitel hcrelerine destek salayan bir tabakadr. Hcre d matriksin dier baz grevleri unlardr: 1. 2. 3. 4. Su tutarak, yumuak doku gerginliini ayarlar. Mineral tutarak, iskelet dokusunun salamlk ve sertliini salar. Byme faktrlerini barndrr. Hcrelerin yapmasn, gn ve oalmasn dzenler.

Altnk, D., 2008, Ekstraselller matriks-ba doku biyokimyas, Ders Notlar, ADTF Biyokimya AD, Aydn

Epitel hcreleri, ince bir tabaka olan bazal lamina zerine yerleirler. Bazal laminann altnda ounluunu fibroblast hcrelerin salglad hcre d matriksten oluan gevek ba dokusu bulunur. Hcre d matriks jel benzeri polisakkarit temel maddesi ierisine gmlm ipliksi yapsal proteinler ierir.

Bazal lamina bir hcre d matriks rneidir.


KollajenEkstraselller matriksin en nemli yapsal proteini kollajendir. Kollajen en az 19 farkl yesi bulunan byk bir protein ailesidir. polipeptid zincirinin halata benzer bir yap oluturmak zere birbirlerine skca doland sarmal bir yapya sahiptir. Kollajenin sarmal yapsnn olumasnda tekrarlayan Gly-X-Y amino asit dizisi byk neme sahiptir. Sarmal yapnn olumas her amino asitte bir glisin amino asidinin bulunmas gerekir. X pozisyonunda sklkla prolin ve Y konumunda ise hidroksiprolin sklkla bulunmaktadr.


Kollajen (devam)Kollajen, tendonlarda, kkrdakta, kemiklerin organik matriksinde ve gzn korneasnda nemli miktarlarda bulunan bir proteindir. Kollajen, hayvan dokularnda en bol bulunan proteindir; memeli hayvanlarn vcut arlnn %6sn, tm vcut proteinlerinin %30unu oluturur.Karacierde Aortada Kkrdakda Kemikte % 4 %10 %50 %23 orannda bulunur


Kollajen (devam) Kollajen, hcrede znr nc molekller olan prokollajen olarak sentezlenir. Prokollajen salglandktan sonra kollajen oluturmak zere prosekans kesilir ve aralkl diziler halinde bir araya gelerek kollajen fibrillerini meydan getirirler. Kollajen fibrilleri, l sarmal yapdaki lizin ve hidroksilizin yan zincirleri arasnda kovalent balarn olumasyla meydana gelir.


ElastinElastin, ba dokunun dier nemli bir fibriler proteinidir. Yaklak 750 amino asit uzunluunda olup olduka hidrofobiktir. Kollajen gibi prolin ve glisin asndan zengin fakat kollajenin aksine karbonhidrat grublar ve hidroksilizin iermez. Elastin biyosentezi iin nce ribozomlarda proelastin sentezlenir. Proteolitik ilemden sonra oluan znr formadaki tropoelastin (elastin nc formu) ekstraselller arala salglanr ve elastin fiberleri oluturur. Tropoelastin, elastin fibrillerinin polipeptit alt nitesidir. Salglanan tropoelastin moleklndeki lizin kalntlarnn yan zincirleri arasnda oluan kovalent balarla (kollajendeki aralkl yan yana dizilen liflerin aksine) as bir yap oluturur. Elastin a gerildiinde genileyen braklnca da eski haline dnen bir lastik bant gibi davranr. Akcier bol miktarda elastin liflerine sahiptir, her nefes alta geniler ve her nefes verite eski haline tekrar dner.


Glikozaminoglikanlar (GAG)Hcre d matriksin yapsal proteinleri, tekrarlayan disakkarit birimlerinden meydana gelen glikozaminoglikanlar (GAG) ierisinde gmldrler. Disakkarit birimlerinde birisi ya N-asetilglukozamin ya da N-asetilgalaktozamindir, ikinci ise genellikle glukronik asit veya iduronik asittir. Hiyalronan hari bu ekerlere slfat grubu eklenerek modifiye edilmilerdir. Bu sebeple GAGler negatif ykldrler. Pozitif ykl iyonlar balayarak su molekllerini tutar ve jel olutururlar. Hiyalronan tek uzun zincirli bir polisakkrit iken dier GAGler %95 orannda polisakkarit ve geri kalan miktarlar ise proteinden olumaktadr. Bunlara proteoglikanlar da denmektedir. yi tanmlanm proteoglikanlardan bir tanesi kkrdan nemli bileenlerinden olan agrekandr. Agrekan, yzden fazla kondroitin slfat zinciri ve 250 kDa civarnda bir proteinden oluan 3000 kDa byklnde bir proteoglikandr.

Fibronektin Fibronektin, her biri 2500 kadar amino asit ieren iki polipeptid zincirinden oluan dimerik bir glikoproteindir. Her bir monomer dislfit bayla balanarak dimerik bir protein oluturulur. Hcre yzeyindeki reseptr proteinlere (rn., integrinler) baland iin hcreleri hcre d matrikse balamaktadr. ntegrinlere ek olarak fibronektine kollajen ve heparan slfat proteoglikanlardan sindekana da balanmaktadr. Bir glikoprotein olup 440 kDa arlndadr. Fibronektin, hcre yapmasnda, gnde ve farkllamasnda nemli roller oynamaktadr. ntegrinler, fibronektinde bulunan RGD tripeptid yaps (arginin, glisin, aspartik asit) zerinden balanr. Fibronektin-integrin etkileiminin tmr gnde, invasyonda ve metastazda nemli olduu bilinmektedir.

Fibronektin dimerin yaps ki polipeptid monomeri C-ucu yaknnda dislfit ba ile birbirine balanmtr.


Bazal Lamina ve LamininDaha ncede belirtildii gibi bazal lamina 40-120 nm kalnlnda epitel hcrelerinin tabann deyen bir tabakadr. Ayrca kas hcreleri, ya hcreleri ve schwann hcreleri (periferik sinirlerde aksonlarn etrafn saran miyelin tabasn oluturan hcrelerdir) etrafn da sarmaktadrlar. Bbrek glomerls hcrelerinin arasnda ise seici bir filtre gibi ilev grmektedir. Olgun bazal lamina, tip IV kollajen, heparan slfat perlekan, glikoproteinlerde laminin ve nidojen ierir. Laminin, , ve denilen polipeptid zincirinden olumaktadr. Bu polipeptid zincirleri dislfit balar ile birbirine balanmlardr.

Bazal lamina eitleri


A)Laminin yaps ve B) bazal laminadaki dier proteinleri ile etkileimiA) Laminin altbirimleri , ve dislfit balar ile birleerek t eklinde bir yap oluturmaktadrlar. Her bir polipeptid zinciri 1500den fazla amino asit iermektedir. B) Bazal lamina, proteinler arasndaki spesifik etkileimler sonucu olumaktadr. Etkileimler kollajen IV, laminin, nidojen ve proteoglikan perlekan arasndadr.Bazal laminadaki protein-protein etkileimi

Laminin yaps


HCRENN

ORGANELLER

MTOKONDR

ki membranla sarldr Hcrenin balca enerji kaynadr Az miktarda DNA ierirler. Enerjiye ok ihtiya duyan hcrelerde saylar 1000 kadar olabilir, daha az aktif olan hcrelerde ise bu say dktr. Mitokondrinin yapsnda protein boldur, lipidler daha azdr.

Thibodeau&Patton; Anatomy&Physiology, 1993.

Mitokondriler karyotlarda enerji retimi iin kritik bir role sahiptirler. Pirvat ve ya asitleri sitozolden alnr ve mitokondri matriksinde asetil CoAya dntrlr. Asetil CoA daha sonra sitrik asit dngsyle CO2ye oksitlenir.

Mitokondri GenomuMitokondrilerin yaplanmas nkleer genom tarafndan kodlanan ve sitozolden alnan proteinlerle birlikte, kendi genomlar tarafndan kodlanan ve organel iinde sentezlenen proteinleri de gerektirir. Mitokondri genomu ile Rickettsia prowazekii bakterisi genomu arpc ekilde benzerlik gsterir. Rikettsialar mitokondriler gibi yalnzca karyot hcreler iinde oalabilen bakterilerdir. Benzer yaam tarzyla tutarl olarak Rikettsia ve mitokondrilerin genomik DNA dizileri, bugnk mitokondrilerin genetik sistemlerinin kken ald ortak bir atay belirler. Btn hcrelerde genom ayn byklkte deildir. Canldan canlya deiir. nsan ve hayvanlarda 16 kb iken mayada 80 kb, bitkilerde 200 kbdir. Arabidopsis thaliana bitkisinin mitokondri DNAs 367 kb iken yalnzca 32 protein kodlar. Kromozomal DNAdan farkl olarak mitokondri DNAs daireseldir ve histon proteinleri yoktur. Mitokondri DNAs toplam nukleer DNAin %1i kadardr. nsan mitokondri DNAsnda intron bulunmamasna ramen, baz bitki ve fungus trlerinde intron vardr. Bakteri kromozomlarnda intron bulunmamaktadr. Kloramfenikol bakteri ve mitokondri protein sentezini durdururken okaryotik ribozomlarda protein sentezini durdurmaz. Mitokondrial proteinlerin %95i kromozomal DNA tarafndan kodlanr. ATPaz, sitokrom b, sitokrom c oksidaz proteinlerinin baz altbirimleri mitokondri DNAs tarafndan baz altbirimleride kromozomal DNA tarafnda kodlanr.

RBOZOMLAR

Membran yoktur Protein sentezinin yapld yerlerdir Endoplazmik retikuluma tutunmu halde ya da sitoplazmada serbest olarak bulunabilirler


ENDOPLAZMK RETKULUM (ER)En yaygn sitoplazmik organeldir ve bir membranlar a eklinde grlr. Granll ER Sitoplazmik yzeyinde ribozomlar bulunur; buralarda yaplan proteinleri dier organellere datmakla grevlidir. Dz ER Ya asidi ve steroid sentezi ile ilgili enzimler ierir, kas kaslmas iin de kalsiyum iyonu depolayabilir.


Ayn hcrede hem granll hem de dz ER bulunabilir. Hatta miktarlar hcrenin o anki aktivite durumuna gre deiebilir.

GOLG AYGITI APARATI - SSTEMYass membran keseleri ve vezikller yumadr. Genel olarak nkleusa yakn ve bir tek golgi vardr. ER'dan gm ieren boyalarla boyanmasyla ayrlr, ilk defa 1898 ylnda talyan bilim adam Camillo Golgi, gml boya ile sinir hcrelerinde st ste dizilmi plakalar tanmladndan, bu yapya, bilim adamnn ismine atfen "Golgi Aygt" dendi. Yeni sentezlenen proteinleri biriktirme, konsantre etme ve salg veziklleri haline getirme gibi ilevleri vardr. Bunun yaynda, golgi aygt lipit metabolizmasnda zellikle de glikolipid ve sfingomyelin sentezinde rol oynar. ERde sentezlenen seramid daha sonra golgide kullanlarak, glikolipidler ve sfingomyelin sentezlenir. Sfingomyelin fosfotidilkolinden seramide bir fosforilkolin grubunun aktarmyla sentezlenir.

levsel ve yapsal olarak bariz bir polaritesi bulunmaktadr. Bir utaki membran yap bileenleri ve kalnlk bakmndan dier utakinden farkldr. Bu nedenle bir u alc dier u gnderici rol oynar.ERden gelen proteinler dbkey yapda ve genellikle nkleusa bakan tarafta yerleik, cis yznden (giri yz) giri yaparlar. Sonra golgi i yapsndan geerek ibkey trans yznden (k yz) karlar.

NKLEUS - EKRDEKEn byk organeldir. ki ayr membran ve bu membran da dzenli aralklarla porlar bulunur. Nkleer por kompleksi olarak adlandrlan bu yap kk polar molekllerin, iyonlarn ve makromolekllerin (protein ve RNA) nkleus ile sitoplazma arasnda tanmn gerekletirildii kanallardr. Nkleer por kompleksi 120 nm apnda olup molekler arl 125 milyon daltondur (ribozomun 30 kat byklndedir). Ve nkleoporin denile 50den fazla protein ierir. Proteinler ve RNA gibi byk molekller bu porlardan geebilmektedir. Bir memeli ekirdek zar 3000-4000 adet por kompleksi iermektedir. Kromatin olarak bilinen ve hcre blnmesi srasnda kromozomlar oluturan DNA iplikiklerini ierir; bu ekilde genetik bilgiyi depolar. Nkleusun i zarnn altnda nkleer lamina bulunmaktadr. Nkleer lamina ekirdee yapsal destek salayan as bir rgdr ve laminler ad verilen proteinlerden olumaktadr. Btn laminler 60-80 kDa arlnda olup ipliksi proteinlerdir.

Nkleer por kompleksin ekirdek zarnda dzenlenii

NKLEOLUS - EKRDEKKNkleus ierisinde membranla evrili olmayan bir yapdr. RNAy oluturan genleri ieren spesifik DNA moleklleri ile ilikilidir. ribozomlarn alt birimlerinin sentezi burada gerekleir.

LZOZOMHcrenin (hidrolitik) sindirim merkezidir. Hcre iine alnan l hcre artklar, bakteriler, ya da hcrenin kendi eskiyen elemanlarn sindirir. Tek bir membran ile evrilidir. Tipik bir hcre bir ka yz lizozom ierebilir. Fagositik aktivite gsteren hcrelerde boldur. 40dan fazla hidrolitik enzim ierirler. Genel olarak lizozomal enzimler asit pHda aktiftirler. Enzimleri gERde sentezlenir. Enzimler golgi kompleksinde deiiklie urar ve paketlenirler. Hi sindirim olayna karmam olanlara PRMER LZOZOM, sindirime katlm olanlara ise SEKONDER LZOZOM denir.

Lizozomlardaki hidrolitik enzimler

PEROKSZOMYapsal olarak lizozomlara benzer, fakat bileimi farkldr hidrojen peroksit ve serbest radikallerin ykm gibi ilevleri vardr Mitokondri gibi oksijen tketirler, fakat bu oksijen ATP retiminde deil, serbest radikallerin yok edilmesinde kullanlr. Kk zarla evrili organellerdir. Enzimleri serbest ribozomlarda sentezlenir. Genomlar olmamasna karlk blnerek oalrlar. Birok insan hcresinde 500 kadar peroksizom bulunur. 50 kadar enzim bulundururlar. zellikle ierdikleri KATALAZ enzimi ok nemlidir. Katalaz hcre metabolizmas sonucu oluan H2O2 yi H2O ve O2 ye evirerek zararsz hale getirir. Ayrca rik asit, amino asitler, purinler, metanol ve ya asitleri gibi eitli substratlar peroksizom ierisinde yklrlar.

SENTROZOM1988de Theodore Boveri tarafndan tanmlanmtr. Mitoz srasnda mikrotbller, kromozomlarn ayrlmasnda ve yavru hcrelere dalmndan sorumlu mitotik ii oluturmak zere kopyalanm sentrozomlardan darya doru uzanr. Birok hayvan hcresi sentrozomu birbirine dik yerlemi bir ift sentriyol ierir. Sentriyoller dokuz adet erli mikrotblden oluan silindirik yaplardr. Bitki hcrelerinde sentriyol yoktur ama mikrotbller oluur. Hayvan hcrelerinde sentriyollerin uzaklatrlmas, sentrozom ieriinin dalmas ve mikrotbl dnmnde gecikmelere neden olur.


Protein Trafii Ve Tanmas Bilindii zere karyotik hcreler prokaryotik hcrelerden zarla evrili bir ekirdee ek olarak yine zarla evrili organellere sahip olmalar ile ayrlrlar. Bu organeller farkl hcresel grevlerin yapld hcre ii blmelerdir. Bu sebeple bu zel blmelerde grev yapan proteinlerin doru tanmas olduka kritiktir. Protein trafii ve snflandrlmasnn ilk aamas protein sentezi srasnda gerekleir. ER, golgi, lizozom, plazma zar veya hcre dnda grev yapan proteinler ER zarna bal olan ribozomlarda gerekleir. ekirdek, mitokondri, kloroplast veya peroksizomlara gnderilen proteinlerin sentezi ise sitoplazmadaki serbest ribozomlarda yaplr.

Protein Trafii ve SnflandrlmasSerbest ribozomlarda sentezlenen proteinler ya sitoplazmada kalr ya da mitokondri, kloroplast, peroksizom veya ekirdee ynlendirilir. ERa bal ribozomlarda sentezlenen proteinler ise sentez devam ederken nce ER lmenine girerler, daha sonra ya ERda kalr veya golgiye geer, baz proteinler golgide kalr geri kalanlar ise vezikller araclyla lizozomlar, plazma zar veya hcre dna tanrlar.

The Cell, A Molecular Approach. Geoffrey M Cooper.

Endoplazmik Retikuluma Hedeflenen ProteinlerDaha ncede bahsedildii gibi lizozom, plazma zar veya hcre dna tanan proteinler nce ERa hedeflenirler. Bu proteinler amino ularnda bulunan sinyal sekans araclyla ERa hedeflenirler. lk olarak David Sabatini ve Gunter Blobe 1971 ylnda ER bu tutunma sinyal sekansnn yeni sentezlenen proteinlerin amino ucundaki bir amino asit dizisi olduunu gstermilerdir.

ekil: Yukardaki byme hormonu sinyal sekansnda grld gibi yaklak 20 amino asit uzunluundadr ve ou sinyal sekans bazik amino asitleri (rn., arj ve liz) izleyen hidrofobik amino asitlerden olumaktadrlar.

The Cell, A Molecular Approach. Geoffrey M Cooper, 2000.

Proteinlerdeki sinyal sekans sentez esnasnda gzkr-gzkmez sinyal sekans tanyan partikl (SRP) tarafndan tannr ve balanr. SRP, 6 tane polipeptid ve bir de kk RNAdan (srpRNA) oluur. SRPnin sinyal sekansna balanmas protein sentezini durdurur ve ER zarndaki SRP reseptrne balanarak tm kompleksin (SRP, ribozom ve uzayan polipeptid zinciri) ERa hedeflenmesini salar. ERdaki reseptre balanma SRPnin ribozom ve sinyal sekansndan ayrlmasn neden olur. Ribozom daha sonra ER membranndaki translokasyon kompeksine balanr ve sinyal sekans membran iindeki kanaldan geirilir. Mayalarda ve memelilerdeki translokasyon kanal Sec61 proteinleri denilen proteinden olumaktadr. Ribozomun SRPden Sec61 kompleksine aktarlmas sentezin tekrar balamasn salar.Molecular Biology of the Cell, 2002, Bruce Alberts, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, and Peter Walter

Sinyal sekans tanyan partikl (SRP)nin yaps. SRPnin bir ucu sinyal sekansa dier ucu da ribozoma balanarak translasyonu durdurur. SRPdeki RNA ribozomlardaki rRNAlar ile olan etkileimi salamaktadr. SRPnin sinyal sekans tanyan blgesi ise byk bir ksmn metionin olan hidrofobik amino asitlerden olumaktadr.

Proteinlerin SRP Ve Sinyal Sekans Aracl le ERa HedeflenmesiProtein, ER membranndan geerken sinyal sekans sinyal peptidaz enzimi tarafndan kesilir ve polipeptid ER lmenine braklr.


Tek-geili Membran Proteinlerin Zara YerlemeleriYukarda anlatld gibi mitokondri, kloroplast ve peroksizomlara gnderilen proteinlerin translokasyonu posttranslasyonel yani sentez tamamlandktan sonra gerekleir; fakat ER membranndan translokasyon (aktarm) translasyon esnasnda (ko-translasyonel) gerekleir. Bu ribozomlarn dier organellere deil de neden ERa balandklarn aklar. Membrana yerleen proteinlerin translokasyon ilemi znr proteinlerin tanmasna gre daha komplekstir. Membrana yerleen proteinlerin translokasyon ilemi znr proteinlerin translokasyonunda olduu gibi N-terminal sinyal sekans araclyla balar; fakat polipeptid zincirindeki ek bir hidrofobik segment tm polipeptid zinciri transloke edilmeden nce transfer ilemini durdurmaktadr. Bu dur-transfer sinyali proteini membrana demirlemektedir. Bu proteinlerin zar geen blmleri genellikle hidrofobik olup 20-25 amino asitten oluan -sarmal yapsndadr.


Proteinlerin Mitokondriye TanmasERa veya hcre dna hedeflenen proteinlerin aksine mitokondriye tanan proteinler ribozomlardan ayrldktan ilk birka saniye veya dakika ierisinde matrikse alnrlar. Birok mitokondri proteini, ERa hedeflenen proteinler gibi 20-35 amino asitlik ncdiziler (sinyal sekanslar) araclyla hedeflenir ve matrikse alndktan sonra kesilip atlrlar. Bu nc-diziler tanma iin zorunlu ve yeterlidirler. Genetik Mhendislii teknikleri ile herhangi bir sitozolik proteine eklendiinde mitokondri matriksine bu proteinleri ynlendirebilir. Farkl matriks sinyal sekanslar incelendiinde bu proteinlerin ortak bir zelliinin amfipatik -sarmal yapda olduklarn gstermitir. Yani, sarmaln bir tarafnda pozitif ykl amino asitler bulunurken kar tarafnda hidrofobik amino asitler kmelenmitir. Mitokondri sinyal sekans. Art ykl amino asitler (krmz) heliksin bir tarafnda bulunurken hidrofobik (sar) amino asitler kar tarafta bulunmaktadr. Bu amfipatik -sarmal yap mitokondri yzeyinde spesifik reseptr proteinler tarafndan tannmaktadr.


Mitokondri Membranndaki Tayc KompleksMitokondri membrannda protein translokasyonuna ok alt-birimli protein kompleksleri araclk etmektedirler. Bunlar TOM ve TM kompleksleridir. Tom, (translocase of outer membrane) mitokondri d membrannda (outer membrane); TM (translocase of inner membrane) ise mitokondri i membrannda (inner membrane) aktarmdan grevlidir ve TM22 ve TM23 olarak adlandrlan iki kompleksi vardr. TOM kompleksi, tm ekirdek tarafnda kodlanan mitokondri proteinlerin tanmasnda sorumludur. Balangta sinyal sekans ieren proteinleri iki membran arasndaki bolua (intermembran) aktarmaktadr ve transmembran proteinlerin ise d membrana yerlemelerine yardmc olmaktadr. TM23 kompleksi daha sonra bu proteinlerin bazlarn mitokondri matriksine tar ve transmembran proteinlerin bazlarn da i zara yerlemelerine yardm eder. Mitokondri membranndaki nc bir kompleks olan OXA ise mitokondri matriksinde sentezlenen proteinlerin i zara yerlemelerine araclk eder.

TOM, TM ve OXA ok alt-birimli (multimerik) protein kompleksleridir. TM23 kompleksi biraz farkl olup her iki membran da kat etmektedir.


Proteinlerin Nkleusa TanmasDaha nce bahsedildii gibi nkleusta grev yapan proteinler sitoplazmada bulunan serbest ribosozomlarda sentezlenmektedir ve sentez bittikten sonra nkleusa tanmaktadrlar. Bu proteinler arasnda histonlar, DNA polimerazlar, RNA polimerazlar, transkripsiyon faktrler, ve dier birok protein bulunmaktadr. ekirdek proteinleri ekirdekten alnp sitoplazmaya tekrar konulduklarn hzl bir ekilde tekrar ekirdekte biriktikleri grlmtr. Bu proteinler ekirdee nkleer yerleim sinyalleri araclyla hedeflenmektedirler. Bu sinyaller yalnzca ekirdek proteinlerinde bulunmaktadrlar. lk nkleer yerleim sinyali Alan Smith tarafndan 1984 ylnda tanmlanmtr. Nkleer lokalizasyon sinyelleri sitozolik proteinlere eklendiinde bu proteinleri ekirdee ynlendirir. SV40 T-antijeninde olduu gibi bazik amino asitlerce zengin (lizin ve arjinin) ksa dizilerdir.

Molecular Biology of the Cell, 2002, Bruce Alberts, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, and Peter Walter. Hcre Molekler Yaklam, G. M. Cooper ve R. E. Hausman: eviri Ed. Meral Sakzl ve Nee Atabey, 2006

Proteinlerin Nkleusa Tanmas (devam)

Lizin amino asitlerince zengin olan SV40 virs normal T-antijeni, ekirdekteki grev yap yere tand T-antijeninin tanyan antikor ile yaplan immnofloresan deneyinde grlmektedir Fakat, lizin amino asitlerinden biri treonin ile deitirildiinde mutant T-antijeni sitoplazmada kalmaktadr.

Molecular Biology of the Cell, 2002, Bruce Alberts, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, and Peter Walterc

Proteinlerin Nkleusa Tanmas (devam)Proteinlerin nkleer por kompleksinden tanmasnda iki nemli protein grev almaktadr: biri nkleer tanm reseptr dier de Ran proteinidir. Nkleer tanm reseptrne karyoferin de denir. ki tip nkleer tanm reseptr vardr: importinler proteinleri sitoplazmadan ekirdee, eksportinler de ekirdekten sitoplazmaya doru tar. Tamann birinci aamasnda sitoplazmadaki ekirdek proteinin NLSna importin/Ran/GDP kompleksi balanr. kinci aamada protein/importin/Ran/GDP kompleksi nkleer por kompleksinin sitoplazma tarafndaki filamentlerine balanr. nc aamada bu kompleks nkleer por kompleksi boyunca ilerler. Drdnc aamada ekirdekteki guanin nkleotid deiim faktr (RanGEF) Ran zerindeki GDPyi GTP ile deitirir ve tanan protein ekirdekte serbest kalr. Beinci ve son aamada importin/Ran/GTP kompleksi ekirdekteki porlardan sitoplazmaya tekrar kar ve Ran zerideki GTP RanGAP (GTPaz aktive edici protein) ile GDPye hidroliz edilir ve importin/Ran/GDP kompleksi yeni bir protein tamak hazr hale gelir.


KROMATN YAPISI VE KROMOZOMLAR

DNA ve proteinlerden oluan komplekslere kromatin denir. Kromatin, DNAnn yaklak iki kat kadar protein ierir. Blnme esnasnda kromatin younlaarak kompakt bir hal alarak kromozomlar oluturur. Kromatin yapsndaki temel protein histondur. Be temel tip histon vardr. Bunlar H1, H2A, H2B, H3 ve H4dr. Histonlar negatif ykl DNA moleklne balanmay kolaylatran bazik amino asitler (lizin ve arjinin) asndan zengin kk proteinlerdir. Histonlar, 11 ile 21 kDa arasnda molekuler agrlklara sahiptirler ve bazik amino asitler (arjinin ve lizin) tum amino asitlerin 1/4n olutururlar. Yukarda da belirtildii gibi molekler arlk ve amino asit kompozisyonuna gre 5 gruba ayrlrlar:

HistoneH1 H2A H2B H3 H4

MA (kDa)21 13.9 13.7 15 11

A. Asit #223 129 125 135 102

Liz (%)29.5 10.9 16 9.6 10.8

Arj (%)1.3 9.3 6.4 13.3 13.7

Kromatinin temel yapsal birimi nkleozomdur. lk defa Roger Kornberg tarafndan 1974 ylnda kefedilmitir. Nkleozom kefine yol aan deneyler unlardr: 1. Kromatinin miktrotoksik nkleaz (DNAy paralayan enzim) ile ksmi ykm yaklak 200 baz iftlik (b) uzunluunda DNA paralarnn ortaya kmasna neden olmutur. Fakat plak DNAnn (protein bal olmayan DNA) ayn ekilde ykm rastgele byklkte DNA paralarnn olumasna yol amtr. Bu sonular, kromatin zerindeki proteinlerin DNAy nkleazlara kar koruduu ve proteinlerin bal olduu durumlarda yalnzca 200 blik blgelerde DNAnn nkleazlara hassas olduunu gstermektedirler. 2. Elektron mikroskopisi analizleri kromatinin boncuk eklinde bir grnm olduu ve bu boncuk eklindeki yaplarn yaklak 200 blik aralklarda yerletiini gstermitir.

Kromatinin Yapsal OrganizasyonuNkleozom, 8 adet histon proteininden oluan bir ekirdek proteinden meydana gelmektedir. Nkleozomun ekirdek yaps kpr ilevi gren DNAnn bir nkleaz ile ksmi sindiriminden sonra serbest kalmaktadr. Nkleaz, nkleozom etrafna sarlm olan DNAya saldramamaktadr. Nkleozom, protein ve DNA bileenlerine ayrldktan sonra nkleozom ekirdek yap etrafndaki DNAnn uzunluu belirlenebilir. Bu DNAnn uzunluu ise 146 bdir.


Nkleozomun elektron mikroskopisindeki grntsMolecular Biology of the Cell, 2002, Bruce Alberts, Alexander Johnson, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts, and Peter Walter

Agaroz jel elektroforezinde kromatinin nkleaz enzimi ile ksmi ykm sonucu elde edilen DNA fragmanlarnn grnts. Nkleozom ekirdek yaplar arasndaki bala DNA zellikle nkleaz sindirimine hassastr ve 200 blik fragmanlar oluur


Histonlar, DNAya rasgele balanmamaktadr. Daha ok belli noktalarda DNAya balanmaktadrlar. Baz durumlarda DNAda A=T baz iftinin zengin lokal blgelere histonlarn baland grlmektedir.

http://alchemy.chem.uwm.edu/classes/chem501/Handout/501Handout24.pdf

Kromatin OrganizasyonuKromatin organizasyonunda ilk aama nkleozom oluumudur. Her bir nukleozom sekiz histon proteini (oktamer) kopyasna sahiptir: 2 tane H2A, 2 H2B, 2 H3 ve 2 H4 proteini vardr. ve bir adette H1 histon proteininden oluan 200 baz ifti uzunluunda DNAnn paketlendii bir yapdr. DNAnn ekirdekte paketlenmesinin birinci aamasn gstermektedir.

Principles of Biochemistry, Lehninger, Nelson, Cox, 1993

Nkleozomlar 200 bde bir tekrarlanr, 146 b, nkleozom etrafn skca sarar, geri kalan ise nkleozomlar arasnda kpr vazifesi gorr. Histon H1 nkleozom ekirdeinde (kor blgesi) bulunmaz ounlukla linker (kprye) balanr. Nkleozomlar H1 proteinleri yardmyla,11nmlik ipliksi yaplar oluturur. Bu srada DNA serbest haline gre yaklak 5-10 kat younlamtr. Kromatinin doal ilevsel yaps bu 11nmlik iplikiklerin yeniden katlanmalar yapmas ve her dnmde yaklak 6 nkleozom yer alacak ekilde oluan 30nm apndaki yapdr. Bu yap H1 histonlarn kendi aralarndaki etkileimi ile sabit durumda kalr. Bu aamada DNA yaps en az 6 kat daha younlamtr.


Kromatin Organizasyonu (devam)DNAnn nkleozomlara paketlenmesi yaklak 11 nm apl kromatin liflerinin olumasn salar. Bu kromatin daha ileri dzeyde katlanarak alt nkleozom kapsayan ve 30 nmlik bir ap olan sarmal bir lif meydana getirir. Youn olmayan ve ekirdek iinde dalm olan kromatine kromatin denir. Genlerin ou kromatinde bulunur ve transkripsiyonun daha aktif olduu yerdir. Heterokromatin ise kromatinin %10nu oluturan transkripsiyonel olarak inaktif olan kromatindir. Heterokromatin olduka younlamtr. Prokaryotik hcreler genellikle tek kromozomludur ve kromozomlar emberseldir. Aksine, karyotlarn genomlar her biri dorusal bir DNA molekl ieren ok sayda kromozom ierir.

Baz canllardaki DNA bykl ve kromozom saylar


nsan Kromozomlar nsan genomunun tam nkleotid dizi yaklak 3 x 109 baz iftinden olumaktadr. Bu insan genomu 45 ila 280 Mb DNA kapsayan 24 kromozoma dalmtr (22 otozom ve 2 cinsiyet kromozomlar).


GENETK MATERYAL

Canllarda biyolojik bilgiyi depolayan ve nesilden nesile tayan molekller genetik materyal veya genetik madde olarak tanmlanr. Genetik materyali Nkleik asitler oluturur. ki tip nkleik asit vardr: deoksiribonkleik asit (DNA) ve ribonkleik asit (RNA). Hemen hemen tm canllarda DNA genetik materyaldir, fakat baz virslerde RNA genetik materyaldir. rnein HIV ve TMV.

DNAnn Genetik Materyal Olduunu Dsndren lk Deneyler1. Meisherin Deneyleri 1869 ylnda ilk defa lkositlerden nukleus izole ederek nuclein adn verdigi bir madde tespit etti. Bu maddenin yksek bir molekl arlna sahip olduunu, fosfat ierdiini ve protamin denilen bazik bir protein ile birlikte bulunduunu belirledi. Protaminin daha sonralar, lizin ve arginin gibi bazik amino asitlerce zengin bir protein olduu ve DNAnn nukleusta paketlenmesinde grev yapt anlald. Protamin artk histon olarak bilinmektedir.

2. Griffith Deneyi1928 ylnda Griffithin Streptoccus pneumoniae ile yapt deneyler DNAnn genetik materyal olduuna dair ilk bulgulardr. S. pneumoniae, pneumonia ya (zatre, akcier enfeksiyonu) neden olan bakteridir, R (rough, ptrl) S (smooth, dz) olmak zere iki tip suu vardr. Sonu: Istlarak ldrlm S tipi bakterilerde mevcut hastalk etkeni olan maddenin patojen olmayan R tipi bakterilere geerek, R tipi bakterileri S tipine dntrd sonucuna varld. Bu olaya transformasyon ad verildi. Ancak transformasyona neden olan maddenin ne olduu bu deney ile anlalmad.

An Introduction to Genetic Analysis, Griffiths, AJF., Miller, JH., et al., 1996

3. Avery Deneyleri1944 ylnda Avery ve arkadalar Griffithin deneylerini daha ileri sevide aratrarak transformasyona neden olan maddeyi aratrdlar. nce stlarak ldrlm S tipi bakteriden DNA izole ettiler ve R tipi bakteriler ile kartrdlar ve farelere enjekte ettiler. Sonu olarak, farelerin yine ldn grdler. Bu deney transformasyona neden olan maddenin DNA olduunu kesin olarak gstermesine ramen baz aratrclar buna itiraz ettiler. Buna neden olarak ise DNAnn saf olmadn, proteinler ile birlikte bulunduunu ve genetik bilginin proteinler tarafndan tandn ileri srdler.

Avery bu itirazlar aadaki deney ile rtt

1

2

3

4

S-tipi bakteriden izole edilen DNA

+

+

+ + + +

+ + +

Tripsin-KimotripsinRibonukleaz Deoksiribonukleaz Canl R tipi bakteri

+

++

+

Her tpten biraz karm fareye enjekte edilir. 1, 2 ve 3. tpten alnan rneklerin fareleri ldrd, 4 nolu tpn ise fareyi ldrmedii grld. Sonu: Genetik bilgi DNA tarafndan tanr.

4. Hershey ve Chase DeneyiDNAnin genetik materyal olduunu ispatlayan ikinci deney 1952 ylnda yaplmtr. Bu alma E.coli faji kullanlarak yaplmtr. Faj proteinlerinde metionin ve sistin iermelerinden dolay S (kkrt) ihtiva eder. Fakat fosfor proteinlerde bulunmaz. DNA da ise fosfor bulunur, S bulunmaz. Virsler 35S izotopu veya 32P izotopu ile iaretlendikten sonra E.coliyi enfekte ettiler.iaretlenmi faj DNAsi32P ile

32P

Deneyi

35S

Deneyi

ile iaretlenmi faj protein klf35S

Bakteri hcresiBakteri DNAs Santrifj yaplarak radioaktif fajlar uzaklatrlr

32P

ieren yeni virsler elde edildi

Virsler radioaktivite iermemektedirler

NKLEK ASTLER

Vcut arlnn %2si. Genetik bilgiyi tayan molekllerdir. Hcrenin nukleustan baka ksmlarnda da (mitokondri, kloroplast) bulunmaktadr. 2 eit nkleik asit vardr: 1. DNA (deoksiribonkleik asit) genetik bilgiyi depolar. 2. RNA (ribonkleik asit) spesifik bir polipeptid zinciri iin gerekli kodlamay salar. Arac rol oynar. DNAnn iki rol vardr: 1. Kendini replike ederek kaltsal bilgi gelecek nesillere aktarr. 2. RNA meydana getirerek protein sentezini kontrol eder. Alt birimleri nkleotidlerdir

Ribonkleik asit Genel olarak eit RNA vardr. 1. mRNA (messenger/elci RNA) DNAdaki genetik ifreyi ribozomlara tayarak protein sentezini kontrol eder. 2. rRNA (ribosomal RNA) Ribozomlarn %65ni oluturur. Yapsal rol ve ayrca enzimatik rolu vardr. 3. tRNA (transfer RNA) Protein sentezi (translasyon esnasnda amino asitleri ribozomlara tar. Nkleik Asitlerin Kimyasal Yaps Hem DNA hem de RNA nkleotidlerin polimerizasyonu ile oluan makromolekllerdir. Yani DNA ve RNAnn yapta (monomeri) nkleotidler.

Her nkleotid 3 moleklden meydana gelir: 1) bir fosfat grubu, 2) 5 karbonlu bir eker ve 3) Azotlu baz Azotlu bazlar iki gruba ayrlr. a) Pirimidin bazlar b) Purin bazlar

NH 2 N O N HSitozin

O HN O N HUrasil

Pirimidin bazlar2 azot atomu ieren, 6 kenarl halkasal bir molekldr. Nkleik asitlerin yapsnda bulunan nemli pirimidin baz: Timin, Sitozin ve Urasildir.

O HN O N HTimin

N32

4 5 1 6

CH3

NPirimidin baz

Purin Bazlar Bir pirimidin (iki azot iceren altgen) ve bir imidazol (5 kenarli) halkasinin birlemesi ile oluur. Numaralama ilemi bu kez pirimidin halkasndaki ikinci azottan balar.

NH 2 N NAdenin

N N HO

N12

6 5 3 4

N7 9 8

HN H2N NGuanin

N N H

NPurin Baz

N

Purin bazlari adenin ve guanin hem DNA hem de RNA yapisinda bulunurlar

TautomerizasyonOrtam pHsna gre keto veya enol formda bulunabilirler. Bu deiiklie tautomerizm denilir.

O HN O N HN NH

OH

O

N H

Urasil keto formu

Urasil enol formu

Purin ve pirimidin bazlar 260 nmde UV n gl bir ekilde absorbe etmektedirler; bu zellik nkleik asitlerin kantitatif analizlerine olanak vermektedir. Dier zellikleri ise serbest olarak suda ok az znen zayf bazik molekller olmalardr. Az miktarda modifiye olmu bazlarda grlebilir; bunlar 5-metilsitozin, 6-metiladenin ve 2-metilguanin.

Nkleotidlerin Yaps Bir azotlu bazn 5 karbonlu bir eker (pentoz) ile birlemesiyle oluan yapya nkleozit (nukleosit) denir. Baz ile eker N-glikozidik ba ile balanrlar. Fosforik asitin de nkleozitlerin yapsna katlmasyla nkleotidler oluur.Nkleozit = Baz + eker Nkleotid = Baz + eker + FosfatGlikozidik ba5 4 CH2OH

NH 2 N N N5 CH2OH

N O1 2 OH

O1 2

4

3 OH

3

OH

OH

Ribonukleozit

AdenozinNH 2 N N N5 CH2OH

N O1 2 H

5 4

CH2OH

O1 2 H

4

3 OH

3 OH

Deoksiribonukleozit

Deoksiadenozin

AdeninNH2

Ester baN O O P O O P O O O N P O O 5 4 CH2 O

N

N

O

1 3 OH 2 OH

Adenozin monofosfat (AMP) Adenozin difosfat (ADP) Adenozin trifosfat (ATP)

Nkleozit ve Nkleotidlerin OkunuuRNA Baz Adenin Guanin Timin Nkleozit Adenozin Guanozin DNA

UrasilSitozin

UridinSitidin

Nkleotid Nkleozit Nkleotid Adenilat Deoksiadenozin Deoksiadenilat Adenozin monofosfat (AMP) Deoksiadenoizin monofosfat (dAMP) Guanozin monofosfat (GMP) Deoksiguanozin Deoksiguanozin monofosfat (dGMP) Timidin Timidilat Timidin monofosfat (dTMP) Uridilat Uridin monofosfat (UMP) Sitidilat Deoksisitidin Deoksitidilat Sitidin monofosfat (CMP) Deoksitidin monofosfat (dCMP)

Nkleotidlerin yapsndaki fosfat pH: 7 de Hlerini brakti iin (-) ykl hale geer. Bu nedenle nkleotidler kuvvetli asidik zellik gsterirler.

Nkleotidlerin Grevleri DNA ve RNAnn yapsn olutururlar. Yksek enerjili bileikler olutururlar. rnein, ATP. Koenzimleri olutururlar. Koenzim A (CoA)- asetil grub taycs, NAD ve FAD elektron ve hidrojen tayclar. Kimyasal haberci olarak ilev grrler. cAMP. Baz molekllerin sentezinde (rnein, glikojen).Uridin difosfat glikoz ile birleerek UDP-glikoz meydana getirir ve glikoz daha sonra glikojen sentezinde kullanlr.

1. 2. 3. 4. 5.

cAMP (siklik AMP) etkisini cAMP-baml protein kinaz (A-kinaz) enzimine balanarak gstermektedir. A-kinaz enzimi 4 alt birimden olumaktadr (2 regulator, 2 katalitik alt birim). cAMP regulator alt birimlere balanarak yapsal deiikliine sebep olur ve bu iki alt birimin kompleksten uzaklamasn salar. Serbest kalan katalitik birimler aktive olarak dier baz proteinleri fosforile ederek bu proteinlerin de aktive olmasn salar. Bu proteinlerden bir tanesi glikojen metabolizmasnda rol alan glikojen fosforilaz enzimidir.


skelet kasnda cAMP tarafndan uyarlan glikojen ykm


DNA ve RNAnn Molekler Yaps, Benzerlikler Ve FarkllklarHem DNA hem de RNA nkleotid yaptalarndan (monomer) oluur. DNA ekeri deoksiribozdur Adenin, guanin, sitozin ve timin bazlar bulundurur Baz tek iplikli virsler hari btn canllarda DNA ift iplikli heliks yapdadr Zincirler purin ve pirimidin bazlar arasndaki hidrojen balar ile tutunur Bazlar arasndaki eleme adenin-timin, guanin-sitozin eklinde olur DNA hemen hemen btn canllarda kaltsal bilgi tasycsdr. RNA ekeri ribozdur Tek zincirden oluur Timin yerine urasil ierir RNA genelde tek iplikli fakat baz RNA virslerinde ve tRNAda ksmi olarak baz blgelerde ift iplikli blgeler vardr. Baz virslerde kaltsal bilgi taycs olmasna ramen genelde DNAdaki bilginin proteinlere evrilmesinde arac rol oynar.

Yapsnda riboz ekeri bulunduran nkleotidlere ribonkleotid, deoksiriboz bulunduranlara ise deoksiribonkleotid denilir.

DNA deoksiribonkleotidlerin, RNA ise ribonkleotidlerin polimerizasyonu ile oluan polinkleotidlerdir. Bu polimerizasyon, nkleotidlerin 3 karbon atomuna bal olan OH grubu ile bir sonraki nkleotidin 5 karbon atomuna bal olan fosfat grubu arasnda bir fosfodiester ba kurulmas ile gereklesir. Nkleotidler arasnda fosfodiester ba tekrarlanmasyla lineer polinkleotidler meydana gelir. Zincirin 5 serbest ucunda fosfat 3 serbest ucunda ise hidroksil (OH) grubu bulunur. Hem DNA hem de RNAda eker fosfat zincirin omurgasn (iskeletini) oluturur.

Fosfodiester ba nkleik asitlerdeki nkleotidleri birbirine balarNH2

NH2N

N O N O P O O 5 4 2 H CH2 O 1 3 OH N

N

O O P O

O P O O

OO N

+

P O

O

5 4

CH2 O 1 3 OH H 2

O

NH2

Kural olarak nkleik asit sekans her zaman 5 3 ne doru yazlr. Nkleik asitler farkl ekillerde gosterilebilir:N N

N O N O P O O 5 4 CH2 O 1 3 2 HNH2

Fosfodiester baO

O P OO

ON

N

5 4

CH2 O 1 3 OH H 2

pA-C-G-T-COH, pApCpGpTpC, veya pACGTC. En yaygn olan ise ACGTC. Burada Adenin 5 de sitozin ise 3 bulunmaktadr. Ksa nkleotid zincirlerine oligonkleotid, 50 ve daha fazla nkleotid iceren zincirlere polinkleotid denir. Fosfodiester ban hidroliz eden enzimlere nkleaz. Deoksiribonkleazlar DNAy, ribonkleazlar ise RNAy hidroliz eder. 3de OH grubu bulunmayan bir nkleotid DNA veya RNA sentezinin durmasna neden olur. rnein, AZT trifosfat AIDS tedavisinde kullanlan bir nkleotid ve 3OH hidroksil grubu bulunmad iin zincire eklendikten sonra bir sonraki nkleotidin eklenmesini durdurur.

DNA veya RNA nkleotid birimleri arasnda fosfodiester ba kurulmas ile sentezlenir

Watson-Crick DNA Modeli

1.

2. 3. 4.

1953 ylnda James Watson ve Francis Crick DNAnin boyutlu yapsn kefettiler, ve 1962 ylnda bu baarlarndan dolay Nobel dl verildi. Bu keiflerine Erwin Chargraffin 1942 ylnda yapm olduu calmalar nemli katkda bulunmutur. Chargraff bir ok tr uzerinde yapt calmalardan u sonular ckarmt: Trler arasnda baz kompozisyonu deismekte, ve birbirine benzemeyen trler olduka farkllk gsterirken, yakn akrabalar arasnda daha az farkllk gzlenir. Ayn trn farkl dokularndan izole edilen DNA ayn baz kompozisyonuna sahiptir. Bir trn baz kompozisyonu, yalanma, beslenme veya evresel etkenler ile deimez. Btn DNAlarda, tr fark gzetmeksizin, Adenin says Timine, Guanin says ise sitozine eittir. Dolaysyla, purin says pirimidinlerin saysna esittir (A+G=C+T). Bu ilikiler, Chargraff Kural olarak bilinir ve DNAnn boyutlu (3D) yapsnn aydnlatlmasnda anahtar rol oynamlardr.

Watson-Crick DNA Modelinin zellikleridouble heliks (ift sarmal) yapdadr. Yani, komplementer olan iki polinukleotid zincirinin ortak bir eksen etrafnda saa doru dnerek oluturduu heliks bir yapdr. 2. ki polinukleotid birbirine anti-pareleldir. Her bir zincir birbirine zt yonde ilerler. Bir zincirin 5 ucu ile kars komplementer zincirin 3 ucu ayn yerdedir. 3. eker ve fosfat grublar heliksin d tarafnda, bazlar ise i ksmda bulunurlar. Nedeni ise eker ve fosfatn hidrofilik, bazlarn ise ksmen hidrofobik olmalardr. 4. Heliksin ap 20 , ayn zincirdeki komsu bazlar arasndaki mesafe 3,4 (angstrom) dur. Sarmaln tam bir dnnda 10 baz ifti vardr ve mesafe ise 34 dur. 5. ift sarmal hidrojen balar, Vander Waals ile birbirine tutunur. Adenin ile Timin arasnda iki hidrojen, Guanin ile Sitozin arasnda hidrojen ba vardr. A-T, ve G-C baz iftlerine komplementer baz veya Watson-Crick baz ift denilir. DNAdaki fosfat grublar pH 7 de iyonize olmasndan dolay negatif ykldr bundan dolay DNA bir asittir. Hcrede DNAnn negatif yk proteinler, metal iyonlar veya poliaminler ile ntralize edilmektedir.1. DNA

DNA zincirleri komlementer ve antipareleldir

DNA Heliks Yaps ve Bazlar Arasndaki Hidrojen Balar


Fosfat ve eker grublar heliksin d ekseninde, bazlar ise i eksende yer alr.

P Atomu 3 O Atomu

DNA FormlarB DNA formu Watson-Crick DNA yaps B DNA formu olarak bilinir. Double heliks saa doru dner. Fizyolojik artlarda ve hcrelerde gzlenen DNA formudur. Her tam dnte 10 b (bp) vardr. A DNA formu Double heliks saa doru dner. Her tam dnte 11 b vardr. B formuna gre daha ksa ve geni bir apa sahiptir. Su konsantrasyonun azald solsyonlarda gzlenir. Canl hcrelerde bulunduuna dair pheler vardr. Z DNA formu Sol el ynnde dn yapan heliks bir yapya sahiptir. Her bir sarmaln tam dnnde 12 b vardr. DNAnn omurgas zig-zag yapan bir grnme sahiptir. Tekrarlanan pirimidin ve purin (rnein, CGCGCG) ieren blgelerde grlr. Hem prokaryotlarda hem de karyotlarda Z DNA formu ieren ksa bolgeler bulundugu tespit edilmi fakat ilevleri hakknda bir bilgi bulunmamaktadr.

DNA SEKANS TAYNDNAdaki bazi dizisi tespitinin onemi:1. 2. 3. 4. 5.

Mutasyonlarn tespiti ve genetik hastalklarn molekler temelinin anlalmasnda Protein sentezinden sorumlu (exon) blgelerin belirlenmesinde Hastalk nedenlerinin nceden tahmin edilmesinde Genetik kontrol blgelerinin belirlenmesinde Adli tpta faili mehul olaylarn aydnlatlmasnda DNA sekans tayininde kullanlan iki metot: Maxam Gilbert metodu -1977 ylnda Harvard niversitesinde gelitirilmistir. DNA 32P ile iaretlendikten sonra DNAdaki bazlar spesifik olarak kimyasal maddeler ile modifiye edilir ve piperidin ile krlrr; elde edilen DNA fragmentleri poliakrilimid gel elektroforezde ayrtrlarak sekans belirlenir. G: Dimetil sulfat (DMS) G bazi metile ederek piperidine ile DNAnin krlmasn salar. A+G: DMS + asit ile muamele edililirse DNA hem G hem de A bazlarnn bulunduu yerlerde krlr. C+T: DNA hidrazin ile muamele edilirse piperidin ilave edildikten sonra C ve T bulunduu yerlerde krlr. C: 1.5 M NaCl solusyonunda hazrlanm olan hidrazin ile muamele edilirse sadece C olduu yerlerde krlr.

Sanger (dideoxy) MetoduSanger metodu gnmzde en ok kullanlan DNA sekans tayini metodudur. DNA polimeraz enzimi tarafndan komplementer bir DNA sekans sentezlenmektedir. DNA polimeraz, DNA sentezlemek iin serbest bir 3-OH grubuna ihtiya duyar ve 3OH grub ile aada grlen dGTP nkleotidinin alfa fosfat grubu arasnda fosfodiester ba kurarak DNA sentezini salar. Bir sonraki nkleotid ise bu eklenen guanozin nkleotidin 3OH grubuna eklenerek zincirin uzamas devam eder.Primer 5 3O O PO O O PO O O P O O CH2 H H ON N N N

OH CTAAGCTCGACT

dGTPO N

Normal DNA sentez mekanizmasi

HH

OH H 3'

Sanger metodunda dideoxy nkleotid trifosfatlar (ddATP, ddGTP, ddCTP, ddTTP) kullanlmaktadr. ddNTPin 3ndeki oksijen atomu karld iin DNA zincirine eklendikten sonra bir sonraki nkleotidin eklenmesi iin ddNTPta bir OH grubu olmad iin zincire eklenemez ve DNA sentezi durur.5 3 OH CTAAGCTCGACTO O PO O O PO O O P ON

ddGTPO N N N

Sanger dideoxy metodunda DNA sentezini durdurmak icin kullanlan mekanizma

O CH2 H H H 3' ON

HH H

Sanger Metodu

GATTCddG

Otomatikletirilmi Sanger Metodu5 3OH DNA polimeraz + 4 dNTP, bir ddNTP (ddCTP) ddNTPlar floresant boya ile boyanmlardr

ddC

Her biri farkl bir renk veren floresant boya ile boyanm ddNTPlar eklenir.

Manuel metot ile bir aratrmac ylda 50,000 baz belirlerken, otomatikletirilmi Sanger metodu ile 10,000 baz bir gnde belirlenebilir.

A

C

G

T

Poliakrilamid gel elekroforez ile boyanm segmentler ayrtrlr ve bilgisayar ile boyal segmentler srasna gre okunarak DNA sekans belirlenir

ACACGTTAGTGCT

Otomotikletirilmi Sanger Metodu ile elde edilen ChromotogramFarkl renklerde grlen her peak bir baz gstermektedir.

Her peak zerindeki rakamlar bazn bulunduu pozisyonu gstermektedir

ddGTP = siyah ddATP = yeil ddTTP = krmz ddCTP = mavi

DNA ve RNA yapsnn karlatrlmas

Denatrasyon ve Renatrasyon

Komplementer baz iftleri arasnda hidrojen balar krldnda DNA zincirleri biribirinden ayrlr bu olaya denatrasyon denir. Denatrasyonda fosfodiester balar krlmaz. Fosfodiester balar s ve pH deiikliine dayankldr. DNA ift sarmaln %50sinin eridii (zld) s deerine erime scakl (melting temperature, Tm) denir. Ortam pHsna ve iyon konsantrasyonuna gre deiir. G-C oran ne kadar yksek olursa Tm deeri de o kadar yksek olur. Bunun nedeni ise G-C arasnda hidrojen ba olmasdr. A-T ieren DNA blgeleri genellikle daha kolay erirler (zlrler). Denatrasyon farkl scaklklarda 260 nanometrede UV absorbe etme zelliinden yararlanlarak izlenir. Her bir trn DNAs kendisine zg karakteristik bir Tm deeri vardr. Birbirinde ayrlm DNA iplikleri Tm deeri altnda braklrlarsa ift sarmal DNA yeniden meydana gelir bu olaya Renaturasyon (Annealing) denir.Tm: 4(G+C) + 2(A+T) Tm Hesaplan 5-ATGTGTGCCGCTATGCATGCGAGA-3 oligonukleotidin Tmsi u ekilde hesaplanr: Tm: 4(13) + 2(11) = 74oC

Baz Trlerdeki DNA Miktar Baz ifti says 5x103 48x103 4.7x106 2x108 3x109

SV40 Lambda () E.coli Drosophila Insan

E.coli, ift sarmal, sirkler tek bir DNA moleklne sahip. Bu DNAsi 1.7 mm olup E.coli hcre uzunluunun 850 kat kadardr. Bu da DNAnn hcre iinde sk bir ekilde katlandn gsterir. Drosophila E.coliye gore 25 kat, tek bir insan hcresi ise 650 kat daha fazla DNA bulundurur. Tek bir insan hcresinin DNA uzunluu 2 m. nsanlarda 1014 (100 trilyon) hcre olduuna gre bir insandaki DNAnn tm uzunluu 2x1011 km olduu ortaya kar. Dnyann evresi 4x104 km. Dnya ile Gnes arasndaki mesafe 1.5x108 kmdir. Kk bir hesaplama yaparsak insan DNAsnn dnyann etrafn 5x106 defa saracak uzunlukta ve Gne ile Dnya arasnda 1333 defa gidip gelecek uzunlukta olduu anlalr.

ReplikasyonGenetik bilginin nesilden nesile tanmas iin ncelikle DNA miktarnn iki katna kmas ve daha sonra kopyalanan DNAnn yavru hcrelere eit olarak aktarlmas ile gereklesir. DNA replikasyonu ilk defa Watson ve Crick tarafndan semikonservatif (yar korumal) bir ekilde kopyaland nerilmi ve daha sonra Meselson ve Stahl tarafndan deneysel olarak ispatlanmtr. nce komplementer olan iki DNA zinciri birbirinden ayrlr, ve ayrlan her bir DNA kalp (template) olarak kullanlarak komplementer zincirler DNA polimeraz enzimi aracl ile sentezlenir. Sentezlenen bu ift iplikli DNA moleklnde biri eski (kalp) DNA dieri ise yeni sentezlenen komplementer DNAdr. Kalp DNAnn yars korunduu iin bu tur replikasyona semikonservatif replikasyon denir. Meselson ve Stahl tarafndan ispatlanmtr. Meselson ve Stahl E.coli bakterisini 15N ar izotopu ieren besiyerinde DNAsndaki nitrojen (azot) atomlarnn tmnn 15N ar izotopu ile iaretlenene kadar rettiler. Daha sonra bakteriler 14N hafif izotopu ieren besiyerine transfer edildiler. Bu besiyerinde bakteriler bir nesil veya iki nesil retildikten sonra DNA izole edildi ve CsCl de santrifuj edilir. Ve sadece 15N izotopunda retilen veya 1 veya 2 nesil retilen bakterilerden elde edilen DNA larn CsCl de oluturduklar bantlarn yerleri belirlendi. Sadece ar izotop (15N) bulunduran orijinal (kaltsal) DNA tpn alt ksmnda bir bant oluturur. 1. jenerasyon (nesil) retilen bakteri DNAsi tpn ortalarnda ve 2 jenerasyon retilen bakteri DNAs ise tpnde iki bant oluturduu; bunlardan birisini ortada dieri ise tpn st ksmnda olduu grlyor. Eer DNA replikasyonu tam korumal olsayd sadece iki bant elde edilirdi: biri ar dieri ise hafif izotop ieren bant. Fakat Meselson ve Stahl deney sonucu elde edilen farkl bant DNAnn semikonservatif olduunu gstermitir. 1 nesil sonra iki hibrid DNA elde ediliyor: Bunlardan biri atasal DNA (ar DNA) dieri ise yavru (yeni) DNA zincir (hafif zincir).

1958 Meselson ve Stahl: DNA Replikasyonu Semikonservatif Biyolojideki en guzel deneylerden bir tanesi!DNA izole edilir ve CsCl (sezyum klorur) de santrifuj edilir.

DNA replikasyonu orijinde balar ve ift ynl (bidirectional) ilerlerDNA replikasyonunun balad ve spesifik nkleotidlerin bulunduu blgelere replikasyon orijini denir. Bu blgeler, zlmeleri kolay olan A=T baz ifleri bakmndan zengindir.

Replikasyon her iki ynde ilerledii iin oluan Y eklindeki yapya replikasyon catal denir. Bakterilerde bir replikaston orijin, iki replikasyon atal vardr. karyotlarda ise ok sayda replikasyon orijini ve replikasyon atal vardr.

Replikasyon yar kesintili (Semidiscontinous) olarak her zaman 5 3 ynnde ilerler Yeni bir DNA zinciri her zaman 5 3 ynnde sentezlenir. DNAnn antiparelel olmasndan dolay kalp DNA 3 5 ynnde okunur ve karsna komplementer zincir 5 3 ynnde sentezlenir.5 3 3 3 5

5 3

3 -5 kalp DNAda sentez RNA primeri ile balar ve bu zincir kesintisiz devam eder. Bu DNA ipliine kesintisiz (lider) zincir denir 5-3 kalp DNAda ise yeni DNA kesintili, dubleks kalp DNA zldke replikasyon atalna ters ynde ilerler. Bu DNA ipliine kesintili (geride kalan-lagging) zincir denir. Her bir yeni sentezlenen kesintili zincirdeki DNA fragmentine Okazaki fragmenti denir.

5

Replikasyon Proteinleri ve EnzimleriHelikaz enzimi tarafndan znen DNA zincirleri SSB (single stranded binding protein tek zincirli DNAya baglanan protein) ile tekrar stne katlanmas nlenir. Dubleks DNA birbirinde ayrldktan sonra RNA primaz enzimi tarafndan RNA primeri sentezlenir. Primer kalp DNAya komplemter olan ve nkleotidlerin DNA polimeraz tarafnda eklenmesi icin serbest 3OH ihtiva eden RNA segmentidir. DNA polimeraz daima var olan b

a.yerlikayamolekülerbiyoloji2011 (sy 68 den başla).pdf

Documents