Genler ve Genomlar - DEUkisi.deu.edu.tr/asli.memisoglu/Genetik muh ve biyotek/2...–İki DNA...

C H A P T E R

PowerPoint® Lecture by:

Melissa Rowland-Goldsmith

Chapman University

Genler ve

Genomlar

2

Çeviri: Aslı Sade Memişoğlu

© 2013 Pearson Education, Inc.

• 2.1 Hücre yapısı

• 2.2 Yaşamın molekülü

• 2.3 Kromozom yapısı, DNA eşlenmesi ve

genomlar

• 2.4 RNA ve Protein Sentezi

• 2.5 Mutasyonlar: Sebep ve sonuçları

• 2.6 Epigenom


2.1 Hücre yapısı

• Tüm hücreler aşağıdaki yapılara sahiptir:

• Hücre zarı– Hücre içeriğini saran çift

katmanlı lipid tabaka.

• Sitoplazma – çekirdek ve hücre zarı

arasında, hücrenin içeriği.

• Organeller – Hücrenin belirli işlevler için

özelleşmiş yapıları


Insert table 2.1

• Ökaryot ve prokaryot hücreler arasındaki

farklar

2.1 Hücre yapısı

Hücre tipi

Büyüklük

Yapı

Gerçek

bakteriler,

arkeabakteriler

Protista, mantar,

bitki, hayvan

hücreleri

Çekirdek yok; DNA

sitoplazmada.

Organel yok

DNA zarla çevrili

çekirdek içinde.

Pekçok organel


2.1 Hücre yapısı

• Prokaryotik hücreler

Hücre duvarı

Hücre

zarı

KapsülNükleoid

(kromozom)

Ribozomlar


Insert figure 2.2

2.1 Hücre yapısı

• Eukaryotik hücreler

Bitki hücresi Hayvan hücresi


2.1 Hücre yapısı

• Hücre zarı: sıvı- mozaik, dinamik, karmaşık çift

katmanlı fosfolipid tabaka

– İşlev: hücre tutunması, hücre-hücre iletişimi, hücre

şekli, hücre içine ve dışına molekül taşınması, seçici

geçirgen

• Sitozol: sitoplazmayı oluşturan, besince zengin,

jele benzer sıvı

• Organel: Kimyasal tepkimelerin ve hücresel

süreçlerin gerçekleştiği bölmeler

– Her organelde belirli tepkimeler gerçekleşir

– Hücre içindeki tepkimelerin koordinasyonunu sağlar


2.2 Yaşamın molekülü

• DNA’nın kalıtılan genetik materyal olduğuna

dair kanıtlar

– 1869 Friedrich Miescher: "nüklein"

• Proteazlar tarafından parçalanamadığı görüldü

• Buna göre kalıtım materyali protein olablir

miydi?

• Nükleinlerin asit özelliği gösterdiği keşfedildi:

«nükleik asit» olarak adı değiştirildi

• DNA ve RNA



– DNA’nın kalıtım materyali olduğuna dair kanıtlar

– 1928 Frederick Griffith

• 2 bakteri suşu (Streptococcus pneumoniae)

– Virütik hastalığa yol açan S hücreleri ve zararsız R

hücreleri

• S hücrelerinin kapsülü var

• R hücrelerinde kapsül yok

• Farelere: a) S hücreleri; b) R hücreleri; c) ısı ile

öldürülmüş S hücreleri veya d) ısı ile öldürülmüş S

hücreleri ile canlı R hücrelerinin karışımı verilmiş ve

farelerin yaşayıp yaşamadığı gözlenmiştir


• Kapsülü oluşturan makromoleküller nelerdir?

• Neden R hücrelerne değil de S hücrelerine ısı verilmiştir?

• D’de görülen dönüşümü tartışınız

Canlı S

hücreleri

Canlı R

hücreleri

Isı ile

öldürülmüş S

hücreleri

Isı ile öldürülmüş S hücreleri

ve canlı R hücreleri

Fare ölür

S hücreleri

farenin

bağışıklığından

kapsül sayesinde

korunur

Fare sağlıklı

Kapsül

içermeyen

mutant R

hücreleri zararsız

Fare sağlıklı

Isı verilmiş S

hücreleri zararsız

Fare ölür

Ölü S hücreleri ve

canlı R hücrelerinin

karışımı öldürücü

Canlı S

hücreleri ölü

farenin kanında

bulunur



• Transformasyon (dönüşüm): Yabancı DNA’nın

başka bir bakteri tarafından alınması

• Isı uygulaması S hücrelerinin kapsülünü

parçalayıp DNA’nın açığa çıkmasına sebep olur

• Canlı R hücreleri S hücre DNA’sını almış ve

dönüşüm geçirerek öldürücü olmuştur

• Moleküler biyologlar farklı genleri bakteriye

klonlama amacıyla aktarmak için transformasyonu

rutin olarak kullanırlar



• DNA yapısı

– DNA’nın yapıtaşı nükleotitdir

– Her nükleotit

• Pentoz (5-karbon) şeker - deoksiriboz

• Fosfat molekülü

• Azotlu baz dan oluşur

– Azotlu bazlar nükleotitin değişebilen bileşenidir– Adenin (A), timin (T), guanin (G), sitozin (C)


2.2 The Molecule of Life


2.2.1 DNA yapısı

– Rosalind Franklin ve Maurice Wilkens sarmal

yapıyı kanıtlayan x-ışını kristalografisini

kullandılar

– James Watson ve Francis Crick bu veriyi; ve

Chargaff baz eşleşmesi kurallarını kullanarak

DNA’nın yapısını ortaya çıkardılar

– «Nükleik asitlerin moleküler yapısı: Deoksiriboz

nükleik asit için bir yapı» Nature dergisinde 25

Nisan 1953’de yayınlandı


2.2.1 DNA yapısı

– Nükleotitler uzun DNA molekülleri oluşturacak

şekilde birleşirler ve her DNA molekülü birbiri

üzerine sarmal oluşturacak şekilde dolanan iki

zincirden oluşur

– Bir zincirdeki nükleotitler birbirlerine fosfodiester

bağı ile bağlıdır

– Fosfodiester bağı iki nükleotitin hangi

bileşenleri arasında olur?

– Her zincirin polaritesi vardır – 5' ucu ve 3' ucu

© 2012 Pearson Education, Inc. Figure 10.10a

5’ ucu

3’ ucu

3’ - 5’ fosfodiester

bağı


– İki DNA zinciri hidrojen bağları ile bir

arada tutulur

• Tamamlayıcı bazlar arasında hidrojen bağı

olur

• Adenin (A) timinle (T)

• Guanin (G) sitozinle (C)

– İki zincir antiparaleldir (birbirine zıt yönde)

2.2.1 DNA yapısı


• Belkemiğini şeker ve fosfat oluşturur

2.2 The Molecule of Life


2.2.2 Gen nedir?

• Hücrelere belirli bir protein veya RNA

sentezlemesi için talimat sunan nükleotit dizileridir

• Ortalama 1000–4000 nukleotit uzunluğundadır

• Genler, hücrelerin, dokuların ve organların nasıl

görüneceğini belirler

– *Her gen protein kodlamaz

• tRNA, rRNA


2.3 Kromozom yapısı, DNA eşlenmesi ve

genomlar

• Kromozom yapısı

– Kromozomlar – DNA’nın paketlenmiş hali

– Kromatin – DNA ve bağlanma proteinlerinin

oluşturduğu iplikçikler

• Hücre bölünmediği zamanlarda DNA’nın bulunduğu

şekil

• Hücre bölünmesi sırasında DNA kendi üzerine

katlanarak kromozomları oluşturur

• Neden DNA’nın bu şekilde katlanması gerekir?


• Çoğu insan hücresi 23 kromozom çifti bulundurur

(anne ve babadan) – toplam 46 kromozom

– Homolog çiftler

– Otozomlar – 1-22 arasındaki kromozomlar

– Eşey kromozomları – 23. kromozmlar

• X ve Y kromozomları

• Gametler (eşey hücreleri) 23 adet kromozom

bulundururlar (haploid, n)

• Vücuttaki diğer tüm hücreler somatik hücredir


genomlar


• Ökaryot kromozomlarının özellikleri

• Bir kromozom, kardeş kromatit denilen 2 adet yapıdan

oluşur

– DNA eşlenmesi sırasında oluşan birbirlerinin tam kopyası

– Hücre bölünmesi sırasında kardeş kromatitler ayrılır

– Her kromozomun bir adet sentromeri bulunur – Birbirine dolanmış

DNA ve protein bölgesi – kardeş kromatitleri bir arada tutar – ayrıca

iğ ipliklerine bağlanmayı sağlar

• Sentromer her kromatiti p ve q kollarına ayırır

• Kromozomların her kolu tekrarlı nükleotit dizileri içeren telomer ile

biter – kromozomları çekirdek zarfına bağlar

– Telomerler kromatitlerdeki genlerin bütünlüğünü korur


genomlar


• Kromozom organizasyonu

• Yaşlanma sırasında telomerler kısalır, bunun sonucu ne olabilir?


genomlar

Kromozom

Kromatit Kromatit

Telomer

p-kolu

q-kolu

Sentromer

Telomer

İkili sarmal

Gen

Hücre

Çekirdek

Nükleozomlar

Histonlar


• Karyotip- Kromozom sayısı ve temel yapısını incelemek için kullanılan yöntem– Hücreler mikroskop lamına

yayılır, belirli kimyasallarla

muamele edilerek kromozomlar

ortaya çıkarılır ve boyanır

– Boyanma şekli ve boyuta

göre kromozomlar eşleştirilir

• Trizomi 21 (Down sendromu) durumunda bu karyotip nasıl görünürdü?


genomlar


• Yarı korunumlu eşlenme

– DNA eşlenmesi bittiğinde her ikili sarmal bir eski bir de

yeni DNA zinciri içerir


genomlar

Atasal

DNA

Ayrıldıktan

sonra her

atasal DNA

kalıp olarak

görev yapar

2 adet yeni

DNA

molekülü

Atasal zincir Atasal zincirYeni sentezlenen

zincirler


• DNA eşlenmesi adımları

1. DNA sarmalının açılması– Helikaz enzimi iki zincirin bazları arasındaki hidrojen bağlarını

kırar ve ikili sarmalı fermuar gibi açar

– Bu açılma eşlenme (replikasyon) başlangıç noktalarında oluşur

2. Primer adı verilen 10-15 nükleotit uzunluğunda RNA moleküllerinin eklenmesi

– Normalde DNA sentezini gerçekleştiren DNA polimeraz enzimi sıfırdan sentez başlatamaz

– Bu sebeple önce eklenen RNA molekülleri DNA polimerazınbağlanmasını sağlar


genomlar


3. DNA’nın kopyalanması

– DNA polymeraz enzimi RNA primerlerine bağlanır

– Kalıp DNA zincirlerinin tamamlayıcı zincirlerini

oluşturmak için ortamdaki nükleotitleri kullanır

– Her zaman tek bir yönde çalışır – 5' den 3' yönünde


genomlar


• Eşlenme ilerledikçe iki zincirden sadece biri kesintisiz

senteze kalıp oluşturabilir – kesintisiz zincir

• Diğer zincir kesintili olarak sentezlenir – kesintili zincir

• Çünkü sentez sadece 5’-3’ yönünde olabilir – kalıp DNA

buna göre 3’-5’ yönünde okunur

• fakat çatal aynı yönde ilerler – bir zincir tersten okunuyor

gibi düşünülebilir

• Kesintili zincirin her parçasına Okazaki parçaları adı

verilir.

• Her parçada bir RNA primeri bulunur

• Sonrasında DNA polimeraz I bu primerleri keser ve

• DNA parçaları ligaz enzimi tarafından birleştirilir


genomlar

© 2012 Pearson Education, Inc. Figure 11.11

Başlangıç

RNA primeri

Dna sentezi

© 2012 Pearson Education, Inc. Figure 11.12

Kesintili zincir

Kesintisiz zincir


• Genom – Bir organizmanın hücresindeki tüm DNA

• DNA yaşam için bilgileri genler halinde barındırır

• İnsan genomu 3 milyar baz DNA arasına dağılmış 20,000 genden oluşur!

• Genomik neyi çalışır?

• 2003’te sona eren insan genom projesinin amacı neydi?


genomlar

CEVAP

1. Hücrelerin/organizmanın genomunu çalışır

1. Tüm DNAsının dizisini

2. Her insan kromozomundaki genleri

tanımlamak



• Transkripsyon – genler DNA

şifresinden RNA şifresine dönüştürülür

• Translasyon – RNA şifresi

(genlerin birebir kopyası) genetik

koda göre protein olarak okunur

• RNA ve protein sentezi ile, DNA bir hücrenin tüm özelliklerini kontrol eder

2.4 RNA ve Protein Sentezi

Hücre özellikleri



• Transkripsiyon

– Sadece kromozomların gen içeren bölgelerinde

gerçekleşir

– RNA polimeraz DNA’yı açar ve bir DNA zincirini RNA

olarak kopyalar

• Önce promotor bölgesine bağlanır – Konsensus (değişmeyen)

nükleotit dizisi

• Transkripsiyon faktörleri (TF) DNA üzerinde belirli bölgelere

bağlanan proteinlerdir – işlevleri RNA polimerazın promotor

bölgesini bulmasına yardım etmektir

– TF’ler transkripsiyonu hızlandırabilir (Red Bull gibi) veya

transkripsiyonu durdurabilir (Tylol hot gibi)

• Belirli DNA dizileri (hızlandırıcılar) de transkripsiyon hızını

değiştirmek üzere görev yapar


2.4.1 Transkripsiyon

• RNA polimeraz, promotoru tanıyıp bağlandıktan sonra

DNA kalıp zincirinin başlangıç noktasındaki ilk nükleotide

komplementer olan nükleotiti ekler.

• 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.



• mRNA transkripsiyona uğrayan tek RNA çeşidi değildir.

• Transkripsiyonla oluşan diğer 2 RNA çeşidi nedir?

• Bu iki RNA tipi protein kodlar mı?


2.4.2 mRNA 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

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


2.4.3 Genetik şifre

• mRNA nasıl okunur?

– Genetik şifre – tüm organizmalar tarafından kullanılan,

genetiğin evrensel dili

• Kodon olarak adlandırılan üçlü nükleotit birimleri halinda okunur

• Her kodon bir amino asit kodlar

• Bir amino asit birden fazla kodon tarafından kodlanabilir

– 64 adet kodon vardır (43) ve 20 amino asit – genetik kodun

dejenere oluşu

– Başlangıç kodonu (AUG) Metiyonin amino asitini şifreler ve

translasyon başlangıç noktasıdır

• Bitiş kodonları– UGA, UAA, UAG – bir amino asit kodlamazlar

ve translasyonun bitişini gösterirler.



• mRNA’nın translasyonu, amino asitlerin polipeptid

zincirlerine biyolojik polimerizasyonudur.

• tRNA, mRNA’daki özel üçlü kodonlar ile doğru amino

asitler arasındaki adaptör moleküldür

• Ribozoma bağlanan mRNA’da belli bir amino asite ait

özgül bir kodon bulunur.

• Özgül bir tRNA molekülünün nükleotid dizileri arasında ise;

– Kodonla baz eşleşmesi yapabilen ve

– Antikodon olarak adlandırılan,

– Kodona komplementer üçlü ribonükleotid dizileri vardır.

• Ribozomlar, biri büyük biri küçük olmak üzere iki alt

birimden oluşur.

• Bu alt birimler, rRNA ve çeşitli ribozomal proteinler içerir.

• Küçük alt birimin rolü: mRNA’daki kodonların deşifre

edilmesi.

• Büyük alt birimin rolü: Peptid bağının sentezlenmesidir.

• https://www.youtube.com/watch?v=k

mrUzDYAmEI


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


2.4.5 Gen ifadesi kontrolü

– Gen ifadesi bir hücre tarafından mRNA

üretimidir

• Bir organizmanın tüm hücreleri aynı genomu içerir.

• Eğer aynı genoma sahiplerse pankreas hücreleri

akciğer hücrelerinden nasıl farklı olur?

• Her gen aynı anda açılmaz (mRNA üretilmez) – bazılarının

üretimi artırılırken diğerleri susturulur

• Gen düzenlenmesi (regülasyon) farklı sinyallere göre

genlerin açılıp kapatılmasıdır

• Gen düzenlenmesinin çeşitli seviyeleri vardır


2.4.5 Gen ifadesi

kontrolü


– Transkripsiyonun düzenlenmesi – Belirli bir genden

üretilen mRNA miktarının kontrol edilmesi, genin açılıp

kapanması gibi işlev görür

– Promotor bölge, bir genin öncesinde (yukarısında)

bulunan bir DNA bölgesidir.

• Promotor bölgede belirli diziler bulunur.

– TATA kutusu ve CAAT kutusu

• RNA polimeraz transkripsiyon faktörleri olmadan promotor

bölgesine bağlanamaz

• Hızlandırıcı DNA bölgeleri bir genin çok uzağında bulunup,

onlara bağlanan düzenleyici proteinler sayesinde gen

ifadesinde rol alırlar.



2.4.5 Gen ifadesi kontrolüArtırıcılar

(hormon/reseptör proteini)

Hızlandırıcı dizi

Promotor

Gen başlangıç

noktası

Gen

Artırıcı proteinler

DNAnın hızlandırıcı

bölgelerine bağlanır

DNAnın bükülmesi,

artırıcıları promotora

yaklaştırır. Diğer

transkripsiyon faktörleri ve

RNA polimeraz buradadır

Artırıcı proteinlerin

üzerindeki bağlanma

bölgeleri belirli

transkripsiyon faktörlerine

bağlanmalarını sağlar.

Böylece RNA sentezini

tetikleyen trnaskripsiyon

kompleksi oluşur.

Transkripsiyon

başlama kompleksi RNA sentezi

RNA

polimeraz

RNA

polimeraz

Transkripsiyon

faktörleri


RNA girişimi – Genin RNA ile susturulma

yöntemi– Kısa girişimli RNA (siRNA) – 22 nükleotitlik çift zincirli

kodlamayan RNA

• mRNA’ya bağlanarak translasyonu engeller

– Mikro RNA – diğer bir tür kodlama yapmayan küçük

RNA molekülü

• miRNA ya mRNA’ya bağlanarak ya da mRNA’nın

parçalanmasını sağlayarak translasyonu engeller

• Belirli bir hastalık için bu RNA tipleri kullanılabilir mi?



2.4.6 Epigenom

• Epigenom – DNA dizilerinde mutasyon dışında oluşan değişikliklerdir

• Epigenomdaki değişiklikler hem DNA hem de histonlar üzerinde olabilir

– Bazı epigenetik değişimler kalıtılır, diğerleri ise nesilden nesile değişir

– Bazıları tekrar eski haline dönebilir, bazıları ise uzun süre kalır

– Bu değişimler hücre tipleri arasında ve hasta veya normal dokuda farklılık gösterir

– Diyet ve çevre epigenomu etkiler

– Gelişim sırasında gen ifade kontrollerinde görev alır

AsetillenmeDe-asetillenme


2.4.6 Epigenom

http://learn.genetics.utah.

edu/content/epigenetics/t

wins/

• Neden tek yumurta

ikizlerinin yaşları

ilerledikçe farklılıklar

ortaya çıkar

DNA metillenmesi

Histonlar

Kromatin

Histon modifikasyonları

Yeniden

modelleme

Histon

çeşitleri

Kodlamayan

RNAlar

Sarılar aynı yerdeki

epigenetik işaretleri

gösteriyor

Kromozom 3 çifti3 yaş ve 50 yaş ikizlerin karşılaştırması

Kırmızı ve yeşil farklı

yerlerdeki epigenetik işaretleri

gösteriyor

3 yaşındaki ikizler

50 yaşındaki ikizler

http://learn.genetics.utah.edu/content/epigenetics/twins/

Genler ve Genomlar - DEUkisi.deu.edu.tr/asli.memisoglu/Genetik muh ve biyotek/2...–İki DNA...

Documents

Transcript of Genler ve Genomlar - DEUkisi.deu.edu.tr/asli.memisoglu/Genetik muh ve biyotek/2...–İki DNA...