Kendi kopyasını yapabilir, • Tamir edilebilir - E

DNA
• Kendi kopyasını
yapabilir,
• Tamir edilebilir,
• Rekombinasyon
geçirebilir.
DNA REPLİKASYONU
DNA Replikasyonu, Mitoz-Mayoz’dur.
Önce G1‘den sonra S fazında ORJİN
denilen bölgede başlar.
DNA POLİMERAZLAR
Eukaryotlar :
Polimeraz α, β, γ,
Mitokondride δ, ε
6 farklı ökaryotik DNA polimeraz vardır
DNA polimeraz α, δ (delta) ve ε ökaryotik çekirdek DNA’sı replikasyonu için gereklidir.
DNA polimeraz  ve ζ (zeta) DNA tamirinde rol aldığı düşünülüyor.
DNA polimeraz (gama) mtDNA sentezinde rol alır.
DNA POLİMERAZ AKTİVASYONUNA
KATILAN “ENZİMLER”
* Helikaz
* Primaz
* Polimerazlar
* Ekzonükleazlar
* DNA Ligaz
* Telomeraz
* Topoizomeraz (Giraz)
DNA Sentezi 5′  3′ Yönünde İlerler
• Eğer zincir her zaman 5′  3′ yönünde ilerlerse
her iki zincir nasıl aynı anda sentez edilebilir?
• Bu soru 1960’larda Reiji Okazaki ve ark.
tarafından çözüldü.
• Okazaki fragmanları, bir DNA zincirinde sentez
edilen kısa DNA parçaları.
• Leading strand (öncül zincir): 5′  3′ yönünde
sürekli sentezin yapıldığı zincir
• Lagging strand (sonradan gelen zincir): Karşı
zincirde 5′  3′ yönündeki sentezin hücre tipine
bağlı olarak birkaç yüz ile birkaç bin baz çiftli
fragmanlar halinde sentez edildiği zincir
Antiparalel zincirlerde DNA
sentezi kesintili ve kesintisiz
olarak gerçekleşir.
Fig. 12.12
DNA Sentezinin Başlaması İçin RNA Primerine Gereksinim Vardır
•DNA pol III’ün polinükleotid zincirini uzatması için 3’ OH grubuna ihtiyacı vardır.
•Kalıp DNA üzeirnde DNA’ya komplementer olan RNA parçası (5-15 nt) PRİMAZ enzimi
•( RNA pol) tarafndan sentezlenir.
•RNA primeri DNA pol I tarafından uzaklaştırılır ve zincir tamamlanır.
•evrensel (virusler->prok->euks)
Fig. 12.11
•
E. coli replikasyonunda, DNA polimeraz dışında 20’den fazla sayıda farklı
enzim ve protein rol alır. Bu kompleksin tümünü DNA replikaz sistemi
veya replizom denir.
•
Replikasyonun başlaması için ikili sarmalı ayrılmasını sağlayan enzimler
helikaz’lardır.
•
•
Zincir ayrılması ile oluşan topolojik stress topoizomerazlar ile giderilir.
Ayrılmış zincirler DNA bağlayan proteinler ile stabilize edilir.
•
Primazlar, genellikle kısa RNA parçacıkları olan primerleri sentezler.
•
RNA primeri çıktıktan sonra boşluk DNA ligaz ile kapatılır.
.
Ökaryotlarda birden çok replikasyon orijini (yeast 250-400,
memelilerde 25,000’den fazla replikon) bulunur.
• Kesintili zincirde RNA primeri
uzaklaştırıldığında kromozomun
ucunda serbest 3’-OH grubunu
sağlayacak kalıp zincir olmadığı için
sentez yapılamaz.
• Kromozom RNA primerini boyu kadar
kısalır.
• Telemorlerin çoğu 5’-TTGGG-3’ dizisi ile
sonlanmaktadır.
• Telomeraz her replikasyonda telomerin
kısalmasını önlemek için TTGGGG tekrar
dizilerini kromozomun ucuna eklemektedir.
• İlave edilen diziler “saç tokası” gibi kıvrılır ve
karşı karşıya gelen G’ler arasında H bağı
kurulur ve serbest 3’-OH grubu elde edilir.
• DNA pol I boşluğu doldurur.Daha sonra saç
tokası kırılır ve DNA kaybı engellenir.
Ökaryotik Replikasyon
• Polimeraz alfa replikasyonun başlamasından sorumludur
(50,000/hücre)
• Polimeraz alfanın iki alt ünitesi RNA primerini sentezleyen primaz
olarak işlev görür. Sonra diğer alt birim primerin ucuna nt takarak
sentezi sürdürür.
• Pol a’nın işlev kapasitesi düşüktür. Bu nedenle RNA primerine
kısa bir DNA dizisi eklendikten sonra, polimeraz değişimi olarak
billinen işlem gerçekleşir. Pol  kalıptan ayrılır yerine pol delta)
geçer. Böylece sentez hızı 100 kat arta, ve 3’->5’ ekzonükleaz
aktivitesi kazanılır.
• Pol e, pol delta) ile aynı özelliklere sahiptir ancak değişik hücre
koşullarında çalıştığı düşünülür.
• Tüm işlemler kesintili ve kesintisiz zincir için aynıdır.
RNA sentezi
•
•
•
•
3 aşamada gerçekleşmektedir.
1. RNA polimerazın promotere bağlanması
2. Uzama
3. Sonlanma (UAA, UAG, UGA)
TRANSKRİPSİYON
(DNA’DAN RNA SENTEZİ)
• DNA kalıbından RNA sentezlenmesine transkripsiyon
denir.
• Transkripsiyon, hücre içi genetik bilgi akışının ilk
basamağı olduğu için önemlidir.
• Transkripsiyon sonucunda, ikili sarmal DNA’nın bir
dizisinin eşleniği olan mRNA molekülü sentezlenir.
• mRNA’daki her üçlü kodon, ayrıca peptit zincirine
girecek olan aminoasiti taşıyan tRNA’nın
antikodonuna da eşleniktir.
• Ökaryotik hücrelerde DNA’nın çoğu çekirdekte
bulunurken proteinler sitoplazmada sentezlenir.
• RNA ökaryotik hücrenin çekirdeğinde
sentezlenir ve kimyasal olarak DNA’ya benzer.
• RNA’nın çoğu sitoplazmaya taşınır.
• Genellikle hücredeki RNA miktarı, protein
miktarı ile orantılıdır.
RNA’NIN DNA’YA BAĞIMLI SENTEZİ
• RNA polimerazlar RNA’yı sentezler.
• Sentez için DNA-bağımlı RNA polimeraz, bir DNA
şablonu, nükleozid 5´ trifosfatlar (ATP, GTP, UTP ve
CTP) veya Mg2+ gereklidir.
• Sentez ribonükleotidlerin 3´-hidroksil ucuna eklenmesi
ile 5´3´ yönünde ilerler.
• RNA polimerazın en aktif formu çift sarmal DNA’ya
bağlı formudur.
• Başlama, RNA polimerazın promotor olarak
adlandırılan spesifik bölgelere bağlanması ile başlar,
primer’e gereksinim yoktur.
• Transkripsiyon için bir “bubble” gereklidir. Bu E.
coli’de 17 baz çifti uzunluğundadır. E. coli’de zincir
uzama hızı 50-90 nükleotid/saniye’dir.
RNA POLİMERAZ VE RNA
SENTEZİ
• DNA kalıbı üzerinden RNA sentezi, RNA
polimeraz enzimi tarafından gerçekleştirilir.
• RNA polimeraz, DNA polimerazla aynı
genel substratlara ihtiyaç duyar.
• Ancak dNTP yerine NTP kullanır.
• Ve primere ihtiyaç duymaz.
• DNA’nın transkripsiyona uğrayan zinciri kalıp, eşleniği olan
zincir de eş zincir adını alır.
• Transkripsiyon, kalıba bağlanma, başlangıç, zincir uzaması
ve sonlanma aşamaları halinde gerçekleşir.
• Kalıba bağlanma, RNA polimerazın sigma alt birimi ile
DNA’nın özgül promotor dizisine bağlanması ile gerçekleşir.
• Promotor, genin transkripsiyon başlangıç noktasının gerisinde
5’ ucundadır.
PROMOTOR
• Promotor, RNA polimerazın transkripsiyonu başlatmak
üzere DNA’ya bağlandığı özel bölgelerdir.
• Promotor mutasyonları gen ifadesini önemli biçimde
azaltır.
• Promotorlarda, türler arasında korunmuş konsensüs
diziler vardır.
• Bakteriyel promotorlarda -10 ve -35 olmak üzere iki
konsensüs dizi bulunmuştur.
• Ökaryotik promotorlarda da -10 dizisine benzer
konsensüs diziler bulunmuştur (TATA kutusu)
• Farklı sigma alt birimleri, farklı promotorlara
bağlanarak transkripsiyon özgüllüğü sağlar.
TRANSKRİPSİYONUN
BASAMAKLARI
ÖKARYOTLARDA
TRANSKRİPSİYON
• Ökaryotlarda transkripsiyon,
prokaryotlardakinden bazı belirgin
farklılıklarla ayrılır.
• Ancak, yine de temel aynıdır.
ÖKARYOTİK HÜCRELERDE 3 TİP
NÜKLEER RNA POLİMERAZ BULUNUR
• RNA polimeraz I (Pol I) sadece tek tip RNA
sentezinden (preribozomal RNA) sorumludur. Bu
RNA 18 S, 5.8 S ve 28 S rRNA’lar için
prekürsördür. Pol I promotorlar bir türden diğerine
sekansta farklılık gösterir.
• RNA polimeraz II (Pol II)’nin temel fonksiyonu
mRNA ve bazı spesifik RNA’ların sentezidir.Bu
enzim binlerce farklı RNA bölgesini tanıyabilir.
• RNA polimeraz III (Pol III) tRNA, 5 S rRNA ve
bazı küçük özel RNA’ları sentezler. Pol III’ün
promotorları iyi karakterize edilmiştir.
MRNA İŞLENME
BASAMAKLARI
• mRNA’nın 5’ ucuna şapka (cap) yapısı
takılır.
• mRNA’nın 3’ ucuna poli A kuyruğu eklenir.
• Öncül mRNA yapısındaki proteine
dönüşmeyecek bölgeler (intronlar)
çıkartılarak proteine dönüşecek bölgeler
(eksonlar) birleştirilir. Bu işleme sıplaysing
(splycing) denir.
ÖKARYOTLARDA
TRANSKRİPSİYONUN FARKLARI
• Ökaryotlarda transkripsiyon çekirdekte, translasyon
sitoplazmada birbirinden tamamen ayrılmış olarak
gerçekleşir.
• Transkripsiyon başlamasının regülasyonu için özgül DNA
dizileri ve protein faktörlerin etkileşimi daha komplekstir.
• Promotorlara ek olarak genin 5’ kontrol bölgesinin dışında
genin içinde ve 3’ aşağı bölgesinde de yer alabilen
enhensır diziler bulunur.
• Sentezlenen ilk RNA kopyası, olgun ökaryotik mRNA ya
dönüşmek için bir dizi işlenme basamağından geçer.
ÖKARYOTİK MRNA EK İŞLEMLERE TUTULUR
• 5´cap (baş bölgesi) ve 3´poli(A) kuyruğu
• 5´cap (baş bölgesi)’da 7-metilguanozin 5´terminal ucunda
5´5´ trifosfat bağı ile zincire eklenir.
• Poli (A), 80-250 adenilat rezidüzüdür ve 3´ ucunda
bulunur.
• Poliadenilat polimeraz poli (A) kuyruğunu uzatır.
ÖKARYOTLARDA
RNA’NIN
TRANSKRİPSİYON
SONRASI İŞLENMESİ
ÖKARYOTİK PRİMER
RNA TRANSKRİPTİNE
POLİ (A)
KUYRUĞUNUN
EKLENMESİ
DEJENERE ŞİFRE VE WOBBLE
HİPOTEZİ
• Genetik şifre dejeneredir.
• Sadece Triptofan ve Metionin bir kodonla
belirlenir.
• Geri kalan tüm aminoasitlerin birden fazla kodonu
vardır.
• Aynı aminoasiti belirleyen kodonların ilk iki bazı
aynıdır.
• 3. bazın değişkenliği, Wobble hipotezi ile
açıklanır.
KODON-ANTİKODON BAZ EŞLEŞMESİ
• Wobble sayesinde
tRNA’daki bir
antikodon,
mRNA’da birden
fazla kodonla
eşleşebilir.
Kodon ve
antikodon
eşleşmesi
BAŞLAMA, SONLANDIRMA VE BASKILAMA
• Protein sentezinin başlaması özgül bir
işlemdir.
• Bakterilerde protein sentezinde zincirdeki
ilk aminoasit N-formil metionindir.
• Bu aminoasit, AUG ile kodlanır.
• Ökaryotlarda ilk amino asit metionindir.
• mRNA üzerindeki “dur” kodonları, protein
sentezinin sonlanmasını sağlar.
RNA POLİMERAZ ENZİMİ
• Enzim, a, b, b’ ve s alt birimlerinden oluşur.
• Enzimin aktif formuna holoenzim denir.
b ve b’ katalitik bölgelerdir ve transkripsiyon için
aktif merkezi oluştururlar.
s alt birimi, transkripsiyonun başlamasında
görevlidir ve düzenleyici işlevi vardır.
• E.coli’ de enzim tek formdadır, ancak birkaç
değişik sigma faktörü vardır.
• Ökaryotlarda RNA polimeraz üç değişik formda
bulunur.
GENETİK ŞİFRENİN KARAKTERİSTİK
ÖZELLİKLERİ
• mRNA, ribonükleotitlerin doğrusal diziliminden oluşur.
• Her üç ribonükleotit, bir kodon oluşturur.
• Her bir kodon bir aminoasit belirler.
• Genetik şifre özgündür.
• Genetik şifre dejeneredir.
• Şifrede “Başla” ve “Dur” kodonları vardır.
• Şifrede duraksama yoktur.
• Şifre üst üste çakışmaz.
• Şifre hemen hemen evrenseldir.
Protein Sentezi için
•
•
•
•
mRNA
Ribozomlar
tRNA
Aminoasitler gereklidir
tRNA’nın karakteristik yapısal
özellikleri bulunur
• Birçok tRNA’nın 5′ ucunda guanilat (PG)
rezidüsü ve 3′ ucunda, CCA (3′) sekansı vardır.
• Aminoasit kolu spesifik bir amino asidi taşır.
• Antikodon kolu, antikodon içerir.
• TψC kolu, ribotimidin (T), pseudouridin (ψ) içerir.
• D ve TψC kolları tRNA’nın katlanması için
önemlidir.
Tüm tRNA’ların
genel yonca
yaprağı şeklinde
sekonder yapıları
3-D Structure of tRNA
Fig.14.4
TC
Protein Sentezi
1.
2.
3.
4.
5.
Amino asidlerin aktivasyonu
İnitiasyon
Elongasyon
Terminasyon ve salınım
Katlanma ve posttranslasyonel işlemler
Protein Sentezi
Her bir amino asit için özgül amnioaçiltRNA sentetaz enzimi vardır
• Her bir tRNA’ya doğru aminoasitin tanınıp,
bağlanması gerekir. Ayrıca, bu süreç enerji
gereksinen bir sentez sürecidir. Bu nedenle, her
hücrede her bir aminoasite özgü aminoaçil tRNA
sentetaz enzimleri bulunur.
• Enzim katalizli tepkimede ATP hidrolizi ile aktive
edilen amino asit, tRNA’nın 3’ ucundaki adenin
bazına ait riboz şekerin 3’-OH grubuna bağlanır.
tRNA doğru aminoasiti tanımalıdır
•aminoacyl tRNA
synthetases
tarafından
katalizlenir
•amino asitler aktive
edilir
(aminoacyladenylic
acid)
•ATP gerekir
Mg 2+
Amino acid + tRNA + ATP aminoacyltRNA + AMP + PPi
Fig. 14.5
Protein Sentezinin BasamaklarıBaşlama
•Sentezin başlaması için: GTP, IF1, IF2,
IF3 gereklidir.
İlk olarak
•SSU rRNA (16S) özgül DNA dizilerini
bulur: Shine-Dalgarno sequence
(AGGAGG)
Shine-Dalgarno dizesi
(5′) AUG ile initiasyon mRNA’da Shine-Dalgarno dizesi ile
doğru pozisyondan başlatılır.
Shine-Dalgarno dizisi
Sentezin başlaması
Bakteriyel ribozomda amino açil
tRNA’ların bağlandığı üç bölge vardır:
Amino açil veya A bölgesi,
P bölgesi,
E (çıkış) bölgesi
1. İlk olarak mRNA başlama
faktörleri ile birlikte (IF1, 2, 3) küçük
alt birime bağlanır.
2. Başlatıcı fMet-tRNA P
bölgesindeki mRNA kodonuna
bağlanır; IF3 ayrılır.
3. Büyük alt birim komplekse
bağlanır; IF1 ve IF2 ayrılır; EF-Tu,
tRNA’ya bağlanarak, A bölgesine
girişi kolaylaştırır.
Zincir uzaması: İlk basamak (ikinci
amino açil tRNA’nın bağlanması”)
• İkinci yüklü tRNA, EF-Tu’nun yardımı
ile A bölgesine girer; uzamanın ilk
basamağı başlar.
Uzama, İkinci basamak: Peptid bağı oluşumu
A bölgesinde Dipeptit bağı oluşur
(Peptidil transferaz aktivitesi);
Yüksüz tRNA, E bölgesine hareket
eder ve ribozomu terk eder.
Yeni oluşan dipeptit P bölgesine
hareket eder.
mRNA 3 baz kayar; EF-G
translokasyon basamağını
kolaylaştırır, uzamanın ilk basamağı
tamamlanır.
Uzama, üçüncü
basamak:
translokasyon
EF-Tu +GTP + tRNA A bölgesine
yerleşir, EF-Tu girişi kolaylaştırır;
Peptid bağı oluşumu ile tripeptid
elde edilir.
yüksüz tRNA, E bölgesine hareket
eder.
mRNA 3 baz kayar; EF-G
translokasyon basamağını
kolaylaştırır, uzamanın ilk basamağı
tamamlanır.
Bakterilerde protein sentezinin
terminasyonu
Basamak 1- DUR kodonlarına gelindiğinde, GTP
bağımlı salınma faktörlerine “harekete geçme”
sinyali verilirve polipeptit zinciri ile tRNA
arasındaki bağı kırarak zincirin translasyon
kompleksinden ayrılmasını sağlar.
Basamak 2- Bu kırılmadan sonra tRNA
ribozomdan salınır ve ribozom alt birimlerine
ayrılır.
Polizom
Hem ökaryotik, hem de prokaryotik
hücrelerde protein sentezinde 10 ile
100 ribozom aynı anda aktiftir.
Bunlara polizom denir.
Ökaryotlarda Protein Sentezi
•
•
•
•
•
•
•
Daha komplekstir
mRNA stoplazmaya taşınır
mRNA 1-2 saatte yıkılır
Kozak sequence 5’-ACCAUGG…..
AUG Met kodlar
Daha fazla sayıda ribozom görev alır
Ribozomlar E.R’a tutunur.
PROTEİN SENTEZİ
A- Başlama Evresi :
• Ribozom küçük birimi mRNA’ya bağlanır.
• AUG kodonu da spesifik bir tRNA
(Metionin tRNA) kodonuna bağlanır.
• Ribozom büyük birimi doğru bir şekilde
küçük birime bağlanır.
• Başlama evresinin tüm reaksiyonlarında
Başlama faktörleri, GTP ve ATP yer
almaktadır.
PROTEİN SENTEZİ
B- Uzama Evresi :
• mRNA’daki ikinci kodona göre (AUG) uygun bir
tRNA bağlanır. (“A”bölgesi)
• Metionin (P bölgesi) a.a ile ikinci bağlanan a.a
arasında bir peptid bağ kurulur.
• İki a.a zinciri olan tRNA, “A” bölgesinde “P”
bölgesine transloke olur.
• Ribozomun bir kodon ilerlemesi üzerine
mRNA’daki üçüncü kodona göre uygun bir
tRNA komplekse bağlanır.
• a.a şifresi olan tür kodonlar okunduktan sonra,
uzama evresi sona erer.
PROTEİN SENTEZİ
C- Sonlanma Evresi :
• Sonlandırma kodonu olan UAG, UAA,
UGA birisinin mRNA’da Ribozom
tarafından okunması durumunda protein
sentezi sona erer.
• Kompleks aşamalı olarak dağılır ve
polipeptid zinciri uygun yere transfer
olur.
Ökaryotik initiasyon kompleksinin oluşumundaki protein
kompleksler
Sekonder yapıda, polipeptit zincirinde birbirine komşu olan
amino asitlerin oluşturduğu, düzenli ve tekrarlayan bir
konfigürasyon bulunur.
Proteinin tersiyer yapısı zincirin uzaydaki
3 boyutlu konformasyonunu ifade eder.
Bu yapı uzayda …..
•Sisteinler arasındaki disülfid bağları
•Hidrofilik polar R grupları
•Hidrofobik nonpolar R grupları ile stabilize edilir
Quaternary Structure
• Birden çok polipeptit zincirinin biraraya
gelmesi ile kuaterner yapı oluşur.
Translasyon Sonrası Modifikasyonlar
• N-ucu ve C-ucundaki a.a ler çoğunlukla uzaklaştırılır yada
değişime uğrar.
• Bazen tek bir a.a değişime uğrayabilir.
• Bazen karbohidrat yan zincirleri takılabilir
• Polipeptit zincirlerinde kırpılma yapılabilir.
• Sinyal dizileri proteinden uzaklaştırılır.
• Polipeptit zincirleri çoğu kez metallerle kompleks yapar
• Folding: chaperonins
Kodon ve antikodon eşleşmesi
tRNA’da bulunan inosinat (I), U, C ve A ile hidrojen bağı yapabilir
Wobble bazı
• Wobble bazı tRNA’ların birden fazla
kodonu tanımalarını sağlar
• Antikodon: tRNA’da mRNA’ya karşılık
gelen kodon.
• Antikodon’daki ilk baz (5′  3′ yönünde)
wobble bazdır.
Wobble Hipotezi
1. Bir mRNA kodonundaki ilk iki baz,
tRNA’daki antikodon ile her zaman güçlü
Watson-Crick baz eşleşmesi yapar.
2. Antikodondaki ilk baz (5′  3′ yönünde
okunur) kodondaki 3. bazın karşısındaki
bazdır. tRNA tarafından tanınan kodonların
sayısını belirler (Bkz. Tablo)
3. Tüm 61 kodonun translasyonu için
minumum 32 tRNA gereklidir.
ikodondaki Wobble bazı tRNA’nın tanıyabildiği kodon sayısını
nasıl belirler