D I Bakteri genetiği
advertisement
DÖNEM I Dr. Duygu Esel n n n n n n n n n n n BAKTERI GENETIGI Genetik nedir ? Hücresel fonksiyonlari incelemek üzere DNA üzerinde yapilan islemler t DNA izolasyonu t Belli fonksiyonlari kodlayan DNA bölgelerinin tanimlanmasi t Mutasyonun organizmaya etkisinin belirlenmesi Bakterilerin bazi özellikleri genetik deneyleri kolaylastirir Bakteriler haploiddir Jenerasyon zamanlari kisadir Hücre bölünmesi yoluyla çogalirlar (aseksüel) Bakterilerin saflastirilmasi ve istenen bakterinin seleksiyonu mümkündür Bakteriler genetik özelliklerini kaybetmeksizin yillarca saklanabilirler Bakterilerin DNA alisveris yetenekleri vardir DNA sentezi Birbirinin aksi yönünde uzayan tamamlayici iki polinükleotid zincirinin helezon seklinde kivrilmasi ile olusur Deoksinükleozid trifosfat prekürsörlerinden DNA polimeraz yardimiyla sentezlenir. Ilk fosfatbir sonraki deoksinükleotidin 3’ hidroksil grubu ile baglanir, kalan iki fosfat ise bu reaksiyon için gereken enerjiyi saglar Sentez 5’ ucundan 3’ucuna dogrudur Sentez için bir primer ve bir kalip (template) gereklidir. RNA primer olarak kullanilir ve sonra DNA ile yer degistirir. Primer sentezinde RNA polimeraz ve primazlar rol alir. n Semikonservatif replikasyon DNA molekülünün replikasyonu sirasinda iki ana sarmal yeni DNA molekülünün bir kismini olusturur (Meselson- Stahl deneyi) n Çift sarmalli DNA replikasyonu Iki ana sarmal birbirinden ayrilir ve replikasyon çatalinda yeni sarmal sentezi baslar Replikasyonda gerekli proteinler n Helikazlar n Heliks destabilize edici proteinler n Okazaki fragmentleri u DnaG primaz u DNA polimeraz I (5’ ekzonükleaz) u DNA ligaz u Topoizomerazlar n Replikasyon protein genleri n 3’ ekzonükleaz Kromozom replikasyonu n DNA molekülü üzerinde bakteriyel kromozom adi verilen genler yer alir n Bakterilerin çogunda kromozom uzun ve sirkülerdir n Replikasyon hücre belli bir büyüklüge ulastiginda oriC adi verilen bölgeden baslar n Hizli üreyen bakterilerde eski hücrelerin replikasyonu tamamlanmadan yenileri baslar. Bu nedenle hizli üreyen bakterilerde DNA içerigi yavas üreyenlere göre daha fazladir n Iki yavru DNA parçasinin replikasyon çatallari birlestiginde replikasyon sona erer Bakterilerde kromozomal DNA n Genellikle bakterinin 1000 kati uzunlugunda bir sirküler moleküldür n Bu kromozomun “supercoiling” ile sikisarak olusturdugu bölgeye nükleoid denir (core bölgesi) n 10.5 bazda 1’den çok “supercoiling” varsa pozitif, 10.5 bazda 1’den az varsa negatif “supercoiling” denir n Birçok bakteri DNA’sinda negatif “supercoiling söz konusudur (E. coli’de 300 bazda bir supercoiling olur) n n n n n n n n n n n n n Topoizomerazlar DNA’da “supercoiling” i düzenleyen enzimlerdir Topoizomeraz I, bir sarmali kirarak sadece bir “supercoil” ekler ya da çikarir Topoizomeraz II, her iki sarmali da kirarak bir kerede iki “supercoil” çikarir Bakteri DNA’sina negatif supercoil ekleyebilen topoizomeraz II tipine “giraz” adi verilir DNA yapisini ve replikasyonunu etkileyen antibiyotikler Prekürsör sentezini bloke eden antibiyotikler u Trimetoprim Dihidrofolat redüktaz u Hidroksiüre Ribonükleotid redüktaz u 5-Florodeoksiüridin Timidilat sentetaz Nükleotid polimerizasyonunu bloke edenler u Deoksinükleotid prekürsör benzeri maddeler u Mitomisin C Guanin baz çapraz baglanmasi DNA yapisini bozan antibiyotikler u Akridin boyasi ve timidin benzerleri (5-bromodeoksiüridin) Giraz enzimini etkileyen antibiyotikler u Nalidiksik asit “Giraz”in gyrA subüniti u Novobiyosin “Giraz”in gyrB subüniti RNA (Ribonükleik asit) RNA ribonükleotid zincirlerinden olusmus bir polimerdir Temel nükleotidleri olan adenin, urasil, guanin ve sitozin riboza baglidir Sekerlerin fosfat baglari ile baglanmasi ile RNA zincirleri olusur RNA da DNA gibi 5’ ucundan 3’ ucuna dogru sentezlenir RNA fosfat baglarinin kirilip yeniden yapilmasi ile islenir. Nükleotid bazlarinin ya da sekerlerin kimyasal olarak degismesi ile de modifiye olur Ribozomal RNA (rRNA) Protein yapisi n Primer yapi Peptid baglariyla bagliaminoasitlerin olusturdugu polipeptid zinciri n Sekonder yapi Aminoasitlerin hidrojen baglari ile baglanarak sarmal olusturmasi n Tersiyer yapi Bu sarmalin bazi noktalarda katlanmasive uygun aminoasitlerin disülfit baglariyla baglanmasi sonucu olusan 3 boyutlu yapi n Kuarterner yapi Birden fazla proteinin yanyana gelerek olusturdugu yapi Protein sentezi n Transkripsiyon u DNA’daki nükleotid zincirine uygun bir RNA kopyasinin olusturulmasi u Eger gen bir protein için bilgi tasiyorsa bu RNA transkriptine messenger RNA (mRNA) denir u mRNA genetik sifreyi DNA’dan ribozomlara tasir Transkripsiyonu bozan antibiyotikler n Ribonükleozid trifosfat sentez inhibitörleri u Azaserin pürin biyosentez inh n RNA sentez inhibisyonu u Rifampin RNA polimerazin beta-subüniti n RNA elongasyon inhibisyonu u Streptolydigin RNA polimerazin beta-subüniti n DNA kalibinda blok u n n n n n n Actinomycin D ve bleomycin tRNA benzerleri Peptid bagi inh. tRNA baglanmasinin inh Translokasyon inh 23S rRNA’ya baglanma 30S ribozoma baglanma Translasyonu bozan antibiyotikler Puromycin Kloramfenikol Tetrasiklin Fusidik asit Thiostrepton Streptomisin Mutasyon orani n Her bir hücre bölünmesinde belli bir fenotipe degisimin görülme olasiligidir n Mutasyon orani = kültürde olusan mutasyon sayisi Toplam bakteri sayisi n Mutasyon orani yüksek ise fenotip gen ürünlerinin inaktivasyonu sonucunda olusmustur n Düsük ise, fenotip gen ürünlerinin bazi özelliklerindeki küçük degisikliklerle olusmustur n Asiri derecede yüksek mutasyon orani söz konusuysa, fenotip plazmid ya da profaj kaybi sonucu olusmustur Mutasyon sekilleri n Nokta mutasyon (tek taban çifti) u Transisyon (pürin pürin veya pirimidin pirimidin) u Transversiyon (pürin pirimidin veya pirimidin pürin) n Frameshift mutasyon n n n n Spontan mutasyonlarin büyük kismini olusturur. Bir ya da daha fazla taban çifti diziye eklenerek ya da diziden çikarak DNA dizisinde kaymaya neden olur. Geri dönüsümlüdür Delesyon ( ∆ ) Inversiyon (IN) Duplikasyon Insersiyon ( Ω ) Mutajenler n Simik mutajenler u Taban analoglari (5-bromourasil) u Deamine edici ajanlar (Nitröz asit HNO2 ) u Alkilleyici ajanlar u Akridinler n Fizik mutajenler u Ultraviyole isinlar u X isinlari u Isi Mutasyonun düzeltilmesi n Reversiyon (kendiliginden) n Fotoreaktivasyon (görülebilen isinlarla) n Supresyon (yeni bir mutasyonla) Intrajenik süpresörler (ayni gende) Interjenik süpresörler (farkli gende) u Nonsense süpresörler (antikodon degisikligine yol açan tRNA mutasyonlari) u u Bakterilerde gen transferi n Transformasyon n Transdüksiyon n Konjugasyon Verici hücreden alinan genetik maddeye “exogenote”, alici hücredeki karsiligina “endogenote” denir n n n n n Transformasyon Verici hücre tarafinda ortama salinan erimis haldeki çiplak DNA’nin alici hücre tarafindan alinmasidir Griffith deneyi (1928) DNA konsantrasyonu arttikça transformant sayisi da artar Mol agirligi 5x105 ’in altinda olan DNA’lar hücreleri transforme edemez Hücrenin DNA alma yetenegine “competence” denir. Logaritmik fazin sonuna dogru görülür ve genetik olarak kontrol edilir Transdüksiyon n Bir bakteriye ait kromozom segmentlerinin ilimli bir bakteriyofaj tarafindan diger bir bakteriye aktarilmasi olayidir n Virülan fajlar (litik tip) üredikleri bakteri hücresini eritirken, ilimli (lizojenik tip) fajlar n n n n n n n n n n n konak hücre genomu ile bütünlesirler. Faj DNA’si bakterinin kromozomu ile birlikte çogalabilir Fajin içerisinde lizojenik hayat sürdürdügü bakteriye “lizojenik bakteri”, bakterinin tasidigi gizli faj yapisina ise “profaj” denir Sinirli transdüksiyon (E.coli’nin λ faji) Jeneralize transdüksiyon Abortif transdüksiyon Konjugasyon Seksüel olarak farkli iki bakteri hücresinde bir faj partikülünün araciligi olmaksizin bir bakteriden digerine genetik maddenin direkt aktarilmasidir Fertilite faktörü konjugatif bir plazmiddir (F1). Bakteri hücresi tarafindan yapilamaz ancak bir baska bakteriden konjugasyonla alinabilir F+ bakterilerin 104 -105 ’te birinde F faktörü bakteri kromozomu ile bütünlesir (Hfr bakteri) Hfr bakterilerde F- bakteri ile birlesme yetenegi F+ lerden 100 kat fazladir Hfr bakterilerden 105 ’te biri kromozomdan ayrilarak F+ bakteriye dönüsür ve bu sirada konakçi DNA’sindan bir parça koparir (F-genote, F prime faktör, F’ faktör) Bazen F’ faktörün ayrilmasiyla olusan delesyon hücre ölümüne neden olur F’ faktörü araciligiyla verici bakterinin bazi genlerinin aliciya aktarilmasina “seksdüksiyon” veya F-düksiyon denir Plazmidler (epizomlar) Bakteride kromozom disinda bulunan DNA parçalaridir Bakterinin bazi sartlara adaptasyonunu saglayan proteinleri kodlayan genler tasirlar Konjugatif veya nonkonjugatiftirler Çogunlukla sirküler,nadiren lineerdirler. Büyüklükleri birkaç taban çifti uzunlugundan kromozomun uzunluguna dek degisebilir n Bakteriye kazandirdigi özellige göre isimlendirilir (direnç plazmidi, virülans plazmidi...) n Ayni plazmidin iki varyanti üremekte olan kültürde ayni anda bulunmaz n n n n Önemli plazmidler n F faktörü n Col plazmidi (kolisinojenik faktör) Bu yolla olusan ve bakteriocin adi verilen proteinler bu plazmidi tasimayan bakterileri eritirler n R faktörü (resistance transfer factor) n Stafilokok plazmidleri (penisilinaz) n Streptokok plazmidleri n Salmonella typhi’nin Fo plazmidi Plazmidlerle iliskili fenotipik fonksiyonlar n n n n Otonom replikasyon Konjugasyon fonksiyonlari Antibiyotiklere direnç Agir metal iyonlarina direnç n n n n n U.V.isinlarina direnç Spesifik fajlara direnç Bacteriocin olusumu Toksin olusturulmasi Virülans artirici faktör olusumu
