lecture presentation for concepts of geneticskisi.deu.edu.tr/asli.memisoglu/moleküler...

Copyright © 2009 Pearson Education, Inc.

PowerPoint® Lecture Presentation for

Concepts of GeneticsNinth Edition

Klug, Cummings, Spencer, Palladino

Konu 4

Genetik Şifre ve TranskripsiyonYrd. Doç. Dr. Aslı Sade Memişoğlu



4.1 Genetik şifrenin özellikleri

• Genetik bilgi, yeryüzündeki tüm canlılar için hemen

hemen evrensel olan üçlü şifreler halinde DNA’da

depolanır.

• Genetik bilgi, transkripsiyon işlemi süresince DNA’dan

RNA’ya aktarılır.

• RNA’da, dört ribonükleotid harften oluşan üçlü kodonlar

bulunur.

• 20 amino asit, 4 farklı ribonükleotidin kodonlar şeklinde

yapılanması ile 64 farklı kodondan oluşur


4.1

• DNA’nın iki zincirinden

birindeki bilgi

transkripsiyonla RNA’ya

aktarılır (mRNA).

• Bu RNA’lar ribozomla

etkileşime geçer ve burada

mRNA’nın şifresi, protein

oluşturmak için çözülür.


4.1

Genetik şifre bazı karakteristik özelliklere sahiptir:

1. Harfler olarak betimlenen ribonukleotid bazları çizgisel

olarak sıralanır.

2. Kodon denilen 3’lü ribonükleotid grubu bir amino asidi

belirler.

3. Özgündür: Her üçlü yalnız bir amino asidi belirtir.

4. Dejeneredir. Aynı aminoasit, birden fazla kodon

tarafından şifrelenebilir.

5. Şifrede başla ve dur sinyalleri bulunur.

6. Şifre hemen hemen evrenseldir.

7. Duraksamaz: Translasyon başladığında kodonlar

arasında boşluk ve duraksama olmaz.

8. Üst üste çakışmaz.


4.2 Şifrenin işleyişi

• Genetik şifre üçerli gruplar

halinde okunur.

• Dört baz üçerli gruplar

halinde 64 farklı üçlü grup

oluşturabilir

• 43 = 64

• 42 = 16 (20 amino asite

yetersiz)


4.2.1 Üçlü şifreleme

• Üçlü okuma bir çerçeve

oluşturur

• Eğer 1 veya 2 baz

eklenirse bu çerçeve

kayar

• Fakat 3 baz eklenirse

okumada çerçeve tekrar

doğru sıraya döner


4.3 Dejenere şifre

• Amino asitlerin hemen hepsi iki, üç yada dört farklı

kodon tarafından belirlenmektedir.

• Aynı amino asidi belirleyen kodonların ilk iki harfi aynı

yalnız üçüncü harf farklıdır.

• Crick, üçüncü pozisyondaki bu dejenerasyonu

gözlemlemiş ve bunu açıklamak için 1966’da Wobble

hipotezini öne sürmüştür.


• Crick’in hipotezine göre, tRNA seçiminde ilk iki

ribonükleotid üçüncüye göre daha kritiktir.

• kodon-antikodon etkileşiminde üçüncü pozisyondaki

hidrojen bağının kurulmasında esneklik vardır ve baz

eşleşme kuralına sıkıca uyma zorunluluğu yoktur.

4.3.1 Wobble hipotezi


4.3.1

• Bu durumda 1 tRNA ilk 2 nükleotiti aynı

olan birden fazla kodona bağlanabilir

• 61 kodon için sadece 40-50 tRNA yeterli

olduğu görülmüştür.

= ekonomi


4.3.1

• mRNA 3. pozisyonu

ve tRNA 1.

pozisyonundaki baz

eşleşmeleri farklı

kurallara tabidir.

• I = inosin (tRNA’da

bulunan değişmiş baz)


4.3.2 Düzenli genetik şifre

• Kodon dizileri ve onlara karşılık gelen amino asitler için

düzenli genetik şifreye sahiptir.

• Buna göre kimyasal olarak benzer özelliklere sahip

amino asitleri kodlayan kodonlar ortak bazlara sahiptir

• Ör: Hidrofobik amino asitlerde 2. baz U veya C’dir

• AAA ve AAG = lizin eğer sadece ortadaki baz G olursa

arjinin olur (AGA ve AGG). Her ikiside pozitif yüklü amino asitler

• Bu nasıl bir avantaj sağlar???


CEVAP

• Mutasyonlar 1 veya 3. bazda olduğunda amino asit

değişmez

• 2. bazda olduğunda yine benzer kimyasal özelliğe sahip

amino asit gelir.

• Bu sayede proteinin işlevi çok fazla etkilenmez


4.3.3 Başlama ve sonlanma

• AUG metiyonin kodlar ve buna bazen başlatıcı kodon

denmektedir.

• Başlangıç metiyonin değiştirilmiş bir formdur =

Formil-metiyonin (fmet)

• Eğer dizi içerisinde AUG varsa burada formil grubu olmayan Met

eklenir

• Nadiren başlangıç noktasında bulun GUG de methionini

sentezleyebilmektedir.

• UAA, UGA ve UAG sonlanma kodonları olarak işlev

görür.

• Bunlara karşılık gelen bir tRNA yoktur


4.3.3

• Eğer DNA dizisinde bir mutasyon olur ve

aradaki bir kodon sonlanma kodonlarından

birine dönüşürse???

• Karşılık gelen tRNA olmadığından protein

sentezi durur

• eksik protein üretilir ve çoğunlukla işlevsiz olur


4.4 Neredeyse evrensel şifre?

• 1960-1978 yılları arasında virüsler,

bakteriler, arkebakteriler ve ökaryotlarda

genetik şifrenin evrensel olduğu kabul

edilmiştir.

• Maya ve insan mitokondrilerinde bazı

istisnalar bulunmaktadır.


4.5 Çakışan genler

• mRNA’da başlangıç noktaları yer değiştirdiğinde farklı

okumalar ortaya çıkabilir.

• Bu da çakışan genler kavramını ortaya çıkarır.


• Bazı virüs ve bakterilerde sıkça rastlanan bir durum.

• Bu sayede kısıtlı bir DNA molekülünden daha fazla protein

sentezlenir

• Dezavantaj: bir mutasyon birden fazla proteini etkiler

• İnsan dahil diğer ökaryotlarda da bu tip iç içe geçmiş

genlere rastlanmıştır

4.5


• mRNA (mesajcı RNA) DNA ile protein

arasındaki köprüdür

• mRNA bir DNA kalıbından transkripsiyon

sırasında sentezlenir.

4.6 Prokaryotlarda Transkripsiyon

http://ichristianschool.org/images/mrna.gif


4.6

• DNA her zaman çekirdektedir

• Fakat protein sentezi sitoplazmada gerçekleşir

• mRNA çekirdekte sentezlenir ve sonra sitoplazmaya

geçer

• Hücrede bulunan protein miktarı genelde mRNA miktarı

ile doğru orantılıdır

Bu gözlemler mRNA’nın aracı molekül olduğu açıklamasını

getirdi


• RNA polimeraz DNA kalıbı kullanarak

RNA sentezini yapar.

• DNA polimerazdan farklı olarak başlamak

için bir primer gerekmez

• Deoksiribonükleotitler yerine

ribonükleotitleri kullanır.

4.6.1 RNA polimeraz


4.6.2 Promotorlar, kalıba bağlanma ve sigma alt birim

• Transkripsiyon sonucu, DNA ikili sarmalının

zincirlerinden biri üzerindeki bir bölgeye komplementer

olan tek zincirli RNA molekülü sentezlenir.

• Birinci basamak, kalıba bağlanma basamağı olarak

tanımlanır.

• Bakteride bu ilk bağlanma, RNA polimerazın sigma (σ)

alt biriminin promotor denilen özgül DNA dizilerin

tanımasıyla gerçekleşir.


4.6.2

• Promotor bölge, genin transkripsiyonunun başlangıç

noktasına göre daha yukarıda yani 5’- kısımda yer

almaktadır.

• Enzim, promotor bölgeyi tanıyana kadar belli bir

uzunluktaki DNA boyunca keşif yapmaktadır.

• Sonuçta enzim, 40 nükleotidi transkripsiyonun başlangıç

noktasından yukarıda yer alan 60 nükleotitlik bir bölgeye

bağlanmaktadır.


4.6.2

• Enzim bağlanması gerçekleştikten sonra, sarmal bu

bölgede açılır.

• Böylece DNA kalıbı, enzimin çalışmasına müsait duruma

gelir.

• Transkripsiyonun başladığı bu noktaya transkripsiyon

başlangıç bölgesi denir.


4.6.3 Promotor diziler

• Promotor ve RNA polimeraz arasındaki ilişki

transkripsiyonu yönetmektedir.

• Bakterilerde transkripsiyonun hızını yöneten hem güçlü

hem de zayıf promotorlar tespit edilmiştir.

• Promotor dizisindeki mutasyonlar, gen ifadesinin

başlamasına, etkinliğinin azalmasına ya da artmasına

neden olabilir.


• Promotor bölgelerde özellikle bazı diziler enzim

bağlanması için önemlidir = konsensus diziler

• Bakteriyel promotorlarda bu tip iki dizi bulunmuştur.

• 1. Transkripsiyonun başlangıç noktasının 10 nükleotit

yukarısında yer alan TATAAT dizisidir (Pribnow kutusu).

• 2. Transkripsiyon başlangıç noktasının 35 nükleotit yukarısında

bulunan TTGACA dizisidir.

• Başlangıç noktasından önce olduğu için konumları -10 ve -35

olarak tanımlanır



• Bu diziler aynı organizmanın farklı genlerinde ve

farklı türlerde aynıdır

• Evrimsel olarak korunmuş: Biyolojik

süreçlerde önemli olduğunun göstergesi



4.6.4 Başlama, Uzama, Sonlanma

• RNA polimeraz, promotoru tanıyıp bağlandıktan sonra

DNA kalıp zincirinin başlangıç noktasındaki ilk nükleotide

komplementer olan nükleotiti ekler.

• İlk 8-9 nükleotiti sigma birimi ekler, sonra ayrılır ve

enzimin ana birimi devam eder

• RNA polimerizasyonu, bir sonraki komplementer

ribonükleotidin girmesi ve bir öncekine fosfodiester bağı

• ile bağlanması şeklinde meydana gelir.

• Bu işlem 5’-3’ yönüne doğru devam eder.


• Bakterilerde, protein ürünleri aynı metabolik yolda yer

alan gen grupları, kromozom üzerinde çoğunlukla birlikte

kümeler oluşturur.

• genler art arda sıralanır ve son gen dışında diğerleri,

transkripsiyonu sonlandıran sinyalleri içermez

• Bu durumda, transkripsiyon sonucunda birden fazla

proteini şifreleyen büyük bir mRNA molekülü ortaya

çıkar.

• bu RNA’ya polisistronik mRNA denir.

4.6.4 Başlama, Uzama, Sonlanma


• Bakterilerde

transkripsiyon, gen

dizisi sonundaki 40

bazlık bir bölümün

kendi üzerine

katlanması ile

sonlanır.

Section 14.104.6.4 Başlama, Uzama, Sonlanma


• https://www.youtube.com/watch?v=1b-

bRVgqof0

https://www.youtube.com/watch?v=1b-bRVgqof0


4.7 Ökaryotlarda Transkripsiyon

Prokaryotlardan farkları:

1. Çekirdekte meydana gelir ve üç ayrı RNA polimeraz

tarafından yönlendirilir. mRNA’nın, translasyon için

çekirdekten stoplazmaya taşınması

2. Ökaryotik genlerin transkripsiyonunun başlaması için

nükleozomun gevşemesi (kromatin iplik-protein

birlikteliği) ve kromatin ipliklerinin ayrılması

3. Transkripsiyonun başlaması ve düzenlenmesi için,

DNA’nın yukarı bölgesindeki promotor DNA dizileri ile

protein faktörleri arasında yoğun ve karmaşık ilişkilerin

kurulması

4. İlk oluşan mRNA’nın sadece %25 kadarı protein

sentezinde kullanılır:

• Kesip birleştirme işlemleri


• 3 tip RNA polimeraz


4.7.1 Başlama

• RNA polimeraz II aktivitesi, hem genin içindeki DNA

elementleri, hem de bu DNA elementlerine bağlanan

transkripsiyon faktörleri (proteinler) tarafından kontrol

edilir.

• en az üç tane DNA elementi bulunur.

• promotor, ana-promotor ve etki arttırıcı elementlerdir

• Etki azaltıcı elementler de düzenlemeye katkıda bulunur


• Bütün ökaryotik genlerde bulunan TATA kutusu ana-

promotor elementlere bir örnektir.

• TATA kutusunun konumu, transkripsiyonun başladığı nükleotidin

pozisyonunu tayin eder.

• -30 pozisyonunda bulunur

• Prokaryotlardaki -10 dizine benzer işlev

• Ökaryotik promotorun bir parçasını oluşturan diğer bir

DNA dizisi CAAT kutusudur.

• CAAT kutusu ile beraber düzenleyici elementler promotorun

verimli çalışmasını etkiler.

4.7.1 Başlama


4.7.2 Uzama ve sonlanma

• Uzama prokaryotlara benzer şekilde işler

• Transkripsiyon sonunda DNA’da sonlanma sinyalini

taşıyan kısma gelinir.

• Kompleks dayanıksız hale geçer.

• Kıskaç açılır, transkripsiyon sona ererken DNA ve RNA

enzimden ayrılır.


4.7.3 RNA’nın işlenmesi

• Çekirdekte oluşan RNA molekülü ön-mRNA olarak

adlandırılır

• Bu mRNA sitoplazmaya geçmeden önce belirli

işlemlerden geçer:

• Bu işlemlere transkripsiyon sonrası değişiklik (post-

transkripsiyonel modifikasyon) denir


4.7.3 mRNA’nın işlenmesi

1. 5’ ucuna 7-metil guanozin şapka yapısı takılır.

1. muhtemelen molekülün 5’ucunu nükleazlara karşı korumaktadır.

2. mRNA sonuna poly-A kuyruk takılır

1. 250 civarında adenin nükleotit mRNA’yı nükleazlara karşı korur

3. Kes-yapıştır işlemi:

1. Ökaryot genlerinde proteine dönüşmeyen bölgeler bulunur =

intron. Bu bölgeler ön-mRNA’dan kesilerek çıkarılır ve esas

protein kodlayan bölgeler (ekzon) tekrar birleştirilir


• Kes-yapıştır işlemi


Ön-mRNA ve olgun mRNA


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

wxgJqc

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

15VtdM&t=41s

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

https://www.youtube.com/watch?v=DoSRu15VtdM&t=41s

lecture presentation for concepts of geneticskisi.deu.edu.tr/asli.memisoglu/moleküler...

Documents