DNA ve RNA

Nükleik Asitlerin (DNA ve RNA)
Yapıları
Dr Lülüfer Tamer Gümüş
Sağlık Slaytları
http://hastaneciyiz.blogspot.com
NÜKLEİK ASİTLER
İlk defa, İsviçreli bir biyokimyacı olan FRİEDRİCH
MİESCHER, 1869 yılında akyuvarlar ve balıkların sperm
hücrelerinden nükleik asitleri ayırmıştır.
Ayrılan bu maddelerin, o zamana kadar hücrelerde
bulunduğu bilinen maddelerden çok farklı olduğunu
görmüştür. Asit özelliği gösteren bu maddelerde çok
miktarda fosfor bulunmaktadır.
Hücrenin çekirdeğinde bulundukları içinde bu maddelere
nükleik asit (DNA ve RNA) adı verilmiştir
NÜKLEİK ASİTLERİN YAPISI
 Nükleik asitler yüksek
moleküler ağırlıklı
polimerik bileşiklerdir.
 Tam hidrolizleri ile baz
(pirimidin-pürin), şeker
ve fosforik asit oluşur.
 Kısmi hidrolizle nükleozid
ve nükleotidler oluşur.
Genetik bilgi akışı; Santral
dogma hipotezi
DNA (Deoksiribonükleik Asit)
Kromozom
Hücre
Nükleus
Genler
Deoksiriboz
nukleik asid
DNA vücüttaki bütün proteinlerden sorumludur.
Her organizmada genetik bilgi kaynağı ve aktarıcısıdırlar.
Türler arası benzerlik gösterir, Şempanzeler ile 98 % aynı genlere
DNA bir organizmadaki her
hücredeki genetik bilgiyi
içerdiği için genetik materyal
olarak kabul edilmektedir
Fosfodiester bağları ile bağlı
deoksiribonükleotid polimeridir
Zincir iskeleti fosfat, şeker ve
bazları içerir.
Deoksiribonükleotid
yapısı
A
T
G
C
T
A
ÖZELLİKLERİ
1 . Çift iplikten oluşmuştur
2 . Nüklotid zincirleri birbir
lerine zayıf Hidrojen bağları
ile bağlanmıştır
3. Daima A karşısına T , G
karşısına ise C gelir
A-T eşleşmesi iki
hidrojen bağına
sahiptir
G-C eşleşmesi üç
hidrojen bağına
sahiptir
Baz çiftleşmesi-Chargaff kuralı
Chargaff kuralı: çoğu organizmada
DNA’daki G içeriği daima C’ye ve A
içeriği de T’ye eşittir.
Bu durum G’nin C ile ve A’nın T ile
eşleştiğini gösterir.
DNA’NIN KENDİNİ EŞLEMESİ
DNA kendini eşlerken fermuar şeklinde açılır ve nükleotid
parçaları YENİ ipliği oluştururlar. Böylece olay sonunda genetik
şifrenin değiş mediği iki DNA oluşur bu olaya REPLİKASYON
adı verilir. Bölünme öncesi bütün hücrelerde görülür
REPLİKASYON
RNA
RNA (Ribonükleik Asit)
fosfodiester bağları yoluyla
bağlı ribonükleotid
polimeridir.
Ribonükleotid yapısı
RNA’nın YAPISI ve RNA ÇEŞİTLERİ
ÖZELLİKLERİ
1.Tek zincirlidir. Kendini eşleyemez, DNA
tarafından üretilir.
A
U
C
G
2.% 10 Çekirdekte % 90 Stoplazmadadır
3. m-RNA ,t-RNA ve r-RNA olmak üzere 3tiptir
4. Hücredeki oranı r-RNA >t-RNA > m-RNA
5. Ömrü en kısa olan mRNA
mRNA
tRNA
BAZI RNA TİPLERİ
Tip
Kısalltma
İşlev
Dağılım
Mesajcı RNA
mRNA
Protein Kod.
Tüm Canlılar
Ribozomal RNA
rRNA
Protein Sentezi
Tüm Canlılar
Taşıyıcı RNA
tRNA
Protein Sentezi
Tüm Canlılar
Ters Anlamlı RNA
aRNA
Gen Düzen.
Tüm Canlılar
Küçük enterfarnscı RNA
siRNA
Gen Düzen.
Çoğu Ökaryot
Mikro RNA
miRNA
Gen Düzen.
Çoğu Ökaryot
Küçük nükleer RNA
snRNA
Çeşitli
Ökaryot
Küçük nükleolar RNA
snoRNA
RNA'nın çekirdekte mod
Ökaryot
Ribonükleaz P
RNaz P
tRNA erginleşmesi
Tüm Canlılar
Ribonükleaz MRP
RNaz MRP
rRNA erginleşmesi, DNA rep
Ökaryotlar
Sinyal Tanıma Tanaciği
RNası
SRP RNA
Protein ihracı
Tüm canlılar
13
Nükleotid yapısı
Bir nükleotid:
 Bir azotlu baz . Adenin, guanin,
sitozin ya
da timin (RNA’da timin yerine urasil)
 Bir beş karbonlu şeker (Pentoz)
 Bir ya da daha çok fosfat grubu
Halkasal 5-karbonlu şeker
Pürinler
DNA ve RNA iki
pürine sahiptir:
adenin (A) ve guanin
(G).
Pirimidinler
DNA’da iki pirimidin
bulunur: sitozin (C), ve
timin (T).
RNA’da da iki pirimidin
bulunur, sitozin(C), ve
urasil (U) (timin yerine).
Nükleozid; Şeker ve Baz
Baz
Karbohidrat
b-N-glikosidik
Şekerin ilk karbonu ve baz nitrojeni
arasındaki bağ glikozidik bağdır
Başlıca Nükleozidler:
1
H
C
6
N
HC
2
N
C5
C
4
3
N
3
CH
8
N
H
2
N
N
N
CH
6
Pirimidin
NH2
O
HN
N
HN
N9H2N
O
HO
N
5
CH
1
NH2
C
H2
N
HC
7
Pürin
HO
H
C
9
HO
C
H2
OH
Adenozin
HO
O
O
HO
OH
Guanozin
b-N-glikosidik Pürinlerde N-9
Pirimidinlerde N-1
N
N
N
O
C
H2
HO
HN
N
O
OH
Sitidin
N1HO
O
C
H2
N
O
HO
OH
Üridin
DNA; deoksiriboz
Nükleotid; Baz + Karbohidrat + Fosfat
Baz
Fosfat
Karbohidrat
Riboz
Deoksiriboz
Nükleotidler; nükleozidlerin mono, di veya
trifosfat esterleridir ve negatif yük
sağlarlar
Pürin
Pirimidin
Baz
Fosfat
Ester Bağı
Fosfat, pentozun
5. Karbonuna
ester bağı ile
Karbohidrat
Nükleozid ve Nükleotidlerin
İsimlendirilmesi
BAZ
Adenin (A)
Guanin (G)
Sitozin (C)
Urasil (U)
BAZ
Adenin (A)
RİBONÜKLEOSİD
Adenosin
Guanosin
Sitidin
Üridin
DEOKSİRİBONÜKLEOSİD
Deoksiadenosin
Guanin (G)
Deoksiguanozin
Sitozin (C)
Deoksisitidin
Timin (T)
Deoksitimidin
RİBONÜKLEOTİD (5’-MONOFOSFAT)
Adenosin monofosfat (AMP) veya Adenilat
Guanosin monofosfat (GMP) veya Guanilat
Sitidin 5’-monofosfat (CMP) veya Sitidilat
Üridin 5’-monofosfat (UMP) veya Üridilat
DEOKSİRİBONÜKLEOTİD (5’-MONOFOSFAT)
Deoksiadenosin 5’-monofosfat (dAMP) veya
Deoksiadenilat
Deoksiguanozin 5’-monofosfat (dGMP) veya
Deoksiguanilat
Deoksisitidin 5’-monofosfat (dCMP) veya
Deoksisitidilat
Deoksitimidin 5’-monofosfat (TMP) veya
Deoksitimidilat
Adenin — adenozin — adenozin monofosfat
AMP
Karbon 5
Adenozin
Karbon 3
Nitrojen 9
Karbon 1
Guanin — guanozin —guanozin monofosfat
Guanin
1
3
Guanozin
GMP
Sitozin — sitidin — sitidin fosfat
CMP
Sitidin
3
1
Timin —Timidin —Timidin monofosfat
Timidin
TMP
Urasil — Uridin —Uridin mono fosfat
Üridin
UMP
Mono, Di ve Tri Nükleotidler
mono
Di
Tri
Nükleotid bağlantısı; fosfodiester bağıdır.
Nükleik asitlerdeki
monomerler arası bağlanma
bir birimdeki 5’ karbonu
üzerindeki hidroksil grubu
ve diğerinin 3’ hidroksiline
bağlı fosfat grubu yoluyla
olmaktadır
Nükleotidlerin özellikleri
Pürin ve pirimidin bazları hidrofobiktir ve hücrede
nötral pH civarında suda çözünmez
Nükleotidler oldukça güçlü asitlerdir (fosfatın primer
iyonizasyonu için pKa~1.0 ile).
Asidiktirler
Fosforik asit gruplarının protonları ayrışabilir,
Oluşan fosfat anyonları Mg++ ve Ca ++ ile sıkı
kompleksler oluşturur.
NH 2
N
Mg2+
O
O P
O
O
O
P
O
O
O
P
O
N
O
O
OH OH
N
N
Bazlar tautomerik
biçimleri (hidrojen
atomları ve çift
bağların yerlerinde
değişim) arasında
dönüşüm yeteneğine
sahiptir.
Pürin ve pirimidin halkalarındaki konjuge çift
bağ sistemi spektrumun ultraviyole bölgesine
yakın alanda ışığı kuvvetle absorbe eder
Bu güçlü absorbans
sıklıkla nükleik
asitlerin kantitatif
ölçümünde
kullanılmaktadır.
DNA ve RNA
260nm’de
ölçülebilmektedir
Ribonükleotidlerin
ultraviyole spektrumu.
pH7.6
Siklik Nükleotidler
Nükleotid
monofosfatın iki
serbest hidroksil
grubunun
esterleşmesi ile
siklik yapı oluşur.
NH2
N
N
H
O
OP
O
H
O
O
H
H
OH
3', 5'-Cyclic AMP
(cAMP)
N
N
Nükleozidlerin biyolojik işlevi
Genel olarak nükleozidler “ Adenozin“ hariç –
biyolojik işleve sahip değildir
Adenozin lokal hormon olarak etki eder:
• Kas hücreleri adenozin salgılar. Damarlar genişler
ve kan akımı, O2 ve besin taşınımı artar.
• Kalp ritmini düzenler.
• Uyku düzenlenmesinde yer alır.
Nükleotidlerin Fonksiyonları
Nükleik asitlerin (DNA ve RNA ) aktif
öncülleridirler.
Metabolik düzenleyiciler olarak iş görürler
(örneğin cAMP - hücre sinyal sisteminin
aktivasyonu).
Tüm hücrelerde başlıca enerji kaynağı olarak
işlevleri vardır (ATP , GTP).
Adenozin Türevleri
Adenin nükleotidleri başlıca üç koenzimin
bileşenidir: NAD, FAD ve KoA.
ADP ve ATP

Oksidatif fosforilasyonda substrat ya da ürün
Serbest enerjinin başlıca dönüştürücüsü

Hücre içi sinyal iletiminde ikincil mesajcı

3’-5’-siklik adenozin monofosfat (cAMP)

cAMP bağımlı protein kinaz aktivitesi
S-adenozilmetiyonin (SAM)


Metilasyon reaksiyonlarında metil donörü
Poliamin sentezinde propilamin kaynağı
Guanozin Türevleri
GDP ve GTP




Substrat düzeyinde fosforilasyon reaksiyonları
Adenilil siklaz aktivasyonu
Allosterik regülatör
Protein sentezinde enerji kaynağı
Siklik GMP (cGMP)



Hücre içi sinyal iletiminde ikincil mesajcı
cAMP’ye antagonist
NO ile artış
Hipoksantin Türevleri
Hipoksantin ribonükleotid (IMP) pürin
ribonükleotidlerinin öncülü
AMP deaminasyonu ile artar
Defosforilasyonu ile inozine dönüşür
Urasil Türevleri
UDP-şeker türevleri; glukoz-1-fosfatın galaktoz-1fosfata epimerizasyonuna katılır
UDP-glukoz; glikojen sentezinde glukoz vericisidir
UDP-şekerler; glikoprotein ve proteoglikanların
sentezinde de şeker vericisidir
UDP-glukuronik asit; konjugasyon reaksiyonlarında
glikozidik asit donörü (ör.bilirubin konjugasyonu).
Sitozin Türevleri
CTP fosfogliserit sentezinde gerekli

Seramid ve CDP-kolinle oluşan sfingomiyelin ve
diğer sfingozin türevleri
Ribonukleotid ve deoksiribonükleotid fosfatlar
(Nükleotidler) bütün hücreler için esansiyeldir
DNA ve RNA sentezlenemez
Protein sentezlenemez (CHO, Lipid, enzim, sinyal
iletimi)
Hücreler prolifere olamaz
Çoğu metabolik hastalık etiyolojisinde nükleotid metabolizması sorumludur.
Doğal olarak oluşan pürin türevleri
N
HN
N
O
O
O
N
H
Hypoxanthine
N
HN
O
N
H
N
H
Xanthine
H
N
HN
O
O
N
H
N
H
Uric Acid
Sentetik Nükleotid Analogları
İki mekanizma ile nükleotid
metabolizmasına etki ederler.
1. Nükleik asit sentezi için gerekli özgül
enzimlerin inhibisyonu
2. Metabolitlerinin nükleik asitlere
katılması ile baz çiftlerini etkileyerek
bilginin doğru aktarılması
Sentetik Nükleotid Analogları;
Tedavi amacı ile kullanılırlar
5-fluoro ve 5-iodo
urasil ya da
deoksiuridin türevleri >timin ya da timidin
analogları
6-thioguanin
6-mercaptopurine
5- veya 6-azauridin
5- veya 6-azasitidin
8-azaguanin
SH
N
N
N
H
N
6-Merkaptopürin
Adenilosüksinaz ve
IMP Dehdrogenaz inhibitörüdür.
COONH3+
COONH3+
COONH3+
O
H2N
O
Glutamin
N
+
N
C
H
Azaserin
O
N
+
N
C
H
O
6-Diazo-5-oksonorlösin
Azaserin; FGAM sentetaz
Diazonolösin; A.Imidazol sentetaz
Nükleik asitlerinin yapıları
Primer
Sekonder
Tersiyer
Nükleik asitlerin primer yapısı
Nükleotidler nükleik asitleri oluşturmak
üzere 5’ ve 3’ karbon atomları arasında
fosfodiester bağları aracılığıyla
bağlanırlar
C
P
T
3’ 3’
P
5’
P
5’
A
3’
P
5’
G
T
3’ 3’
P
5’
OH
5’
Çok sayıda nükleotid birleştiğinde uzun
tek zincirli polinükleotid ya da nükleik
asit oluşur
5’
C-5
Riboz
3’
Nükleik asit primer yapısı
Nükleik asit primer yapısı nükleotidlerin
dizisidir.
3’
5’
Tek zincirli DNA’nın nükleotid dizisi
Nükleik asit sekonder yapısı
Baz çiftleri
arasındaki
aralık, iki baz
arası 0.34
nm.dir. Her
dönü 34 nm
DNA sağ el ya da sol el yönünde dönüşlerle
şekil alabilir
Watson-Crick modeli
Watson-Crick modeli
 Her dönüde antiparallel çift sarmal baz
çiftleri.
 Çiftleşme A-T ve G-C.
DNA’nın Watson-Crick modeli B form sarmalıdır.
Çift Sarmal Biçimleri
B DNA
G
T A
Minor
groove
Z DNA
A T
C G
C
A DNA
3.9 nm
1 nm
Minor
groove
G C
T A
C G
A T
Major
groove
A T
G
T A
1.2 nm 2.8 nm
0.9 nm
6.8 nm
Major
groove
0.57 nm
C G
C
0.26 nm
0.34 nm
10.4 Bp/dönüş
11 Bp/dönüş
12 Bp/dönüş
+34.6o Rotasyon/Bp
+34.7o Rotasyon/Bp
-30.0o Rotasyon/Bp
B form sarmalı
Hücrelerde bulunan DNA en çok bu
konformasyonu gösterir
Fizyolojik koşullar altında B form
Sarmalın dönüş yönü : sağ
Her dönüşteki rezidü sayısı : 10
Rezidü başına rotation : 36
Rezidü başına sarmalda artış : 0.34 nm
Sarmal adımı : 3.4 nm
A-form sarmalı
A form heliksi düşük nem
koşullarında hazırlanmaktadır.
Sarmal dönüş yönü : sağ
Her dönüdeki rezidü sayısı : 11
Rezidü başına dönüş : 33°
Rezidü başına sarmalda artış :
0.255 nm
Sarmal adımı : 2.8 nm
DNA A-type (140D)
(low water content)
Z form sarmalı
B-DNA alternatif sol-el
biçimini alabilir. Bu yapı “
Z-DNA “ olarak
adlandırılır.
Sarmal dönüş yönü : sol
Dönüş başına rezidü sayısı :
12 (6 dimer)
Rezidü başına sarmalda
artış : 0.37 nm
DNA Z-type (2ZNA)
Sarmal adımı : 4.5 nm (high salt concentration)
DNA’nın denatürasyonu
pH değiştirilirse; bazlar iyonize olur
ısı artırılırsa; H bağları etkilenir ve 2 DNA zinciri açılır.
Melting Tempature:
Heliks yapısının yarısının açıldığı ısıya DNA nın erime
derecesi ( melting tempature, Tm) denir. DNA çift
zincirinin açılması DNA DENATÜRASYONU olarak
adlandırılır, 260 nm de ölçüm yapılır
Fosfodiester
bağları ısıya
dayanıklıdır.
59
Tek sarmallı DNA çift sarmala oranla 260 nm de daha
fazla absorbans verir
A-T den zengin bölge G-C den zengin bölgeye göre
daha düşük ısılarda denatüre olur.
60
PCR
4’üncü döngü
istenen gen
3’üncü döngü
Amplifikasyon
2’nci döngü
35’inci döngü
1’nci döngü
şablon DNA
21 =
2 kopya
Leninger 112601
22 =
4 kopya
235 = 34 milyar kopya
8 kopya
16 kopya
62
Klinikte Kullanım: Ör; Faktör V Leiden
63
DNA’nın tersiyer yapısı
DNA’nın iki ucu bağlanabilmekte ve
halkalaşmaktadır.
Mitokondrial DNA
Mitokondriyal matriks proteinlerinin
tümünün sentezi için gerekli bilgiyi
kodlar.
Mitokondrideki 2 adet rRNA ve 22
adet tRNA’yı kodlar.
ETZ ve oksidatif fosforilasyon ile
ilgili bazı proteinleri kodlar.
Bakteri DNA’sına benzer, halkasaldır.
Mt.DNA'nın çekirdek DNA'sından bağımsız
replikasyon ve transkripsiyon sistemi vardır.
İnsan mt-DNA’sı maternal kalıtımla geçer. Anne
tüm çocuklarına mt DNA’sını aktarırken, sadece
kız çocuklar bunu ikinci kuşağa aktarır.
Mitokondrial DNA çekirdek DNA’sına
benzemekle birlikte belirgin farklılıklar da
göstermektedir.


a) 3.5 milyon kb'lik çekirdek DNA’sı yanında, 16.5
kb'lik mt-DNA çok küçük bir genoma sahiptir.
b) mt.DNA kompakt bir yapıya sahip olup intron
içermez.
Sağlık Slaytları http://hastaneciyiz.blogspot.com