Hücrede Genetik Bilgi Akışı
1) Genomun korunması
2) Genetik bilginin çevrimi
DNA’nın tam olarak
kopyalanması ve hücre
bölünmesiyle yeni kuşak
hücrelere aktarılması
Hücre içerisinde bilginin
DNA’dan RNA’ya ve oradan
proteine çevrilmesi.
Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010
Biyolojinin Santral Dogması
Transkripsiyon
DNA
RNA
Translasyon
Replikasyon
Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010
Protein
http://www.cbs.dtu.dk/staff/dave/roanoke/genetics980320f.htm
Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010
Prokaryotik Hücrede Genetik Bilgi Akışı
1) Genomun korunması
2) Genetik bilginin çevrimi
Replikasyon
Mitoz
Hücre bölünmesi
Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010
Ökaryotik Hücrede Genetik Bilgi Akışı
1) Genomun korunması
2) Genetik bilginin çevrimi
DNA
DNA
Replikasyon
Transkripsiyon
rRNA
tRNA
mRNA
Translasyon
Protein
Mitoz
Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010
DNA replikasyonu
DNA molekülünün taşıdığı genetik bilgilerin sonraki
kuşaklara aktarılması için kendi kopyasını oluşturmasıdır.
Bugün kabul gören görüşe göre DNA’nın replikasyonu semikonservatifdir.
Bir DNA molekülünün iki zincirinden her biri yeni bir DNA zincir sentezi
için kalıp görevi görür.
Replikasyon sonucunda meydana gelen iki yeni DNA molekülünün her
biri yeni ve eski kollar içerir.
Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010
DNA replikasyonu, orijin diye adlandırılan bir başlama noktasında başlar ve
genellikle iki yöndeki replikasyon çatallarında 5  3 yönünde ilerler. Kalıp
olarak görev gören kol 3  5 yönünde okunur
Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010
DNA molekülünün replikasyonu beş aşamada gerçekleşir:
1) Atasal çift sarmalın açılması (helikaz ve tek-iplik DNA-bağımlı proteinler).
2) Bir RNA primerinin sentezi (primaz).
3) DNA zincirinin 5  3 yönünde büyümesi (DNA polimeraz III)
4) Primerin çıkarılması ve sentez (DNA polimeraz I)
5) Yeni sentez edilen DNA zincirinin birleşmesi (ligaz).
1
2
3
4
5
http://faculty.irsc.edu/FACULTY/TFischer/bio%201%20files/bio%201%20resources.htm
Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010
REPLİKASYON:
DNA topoizomerazlar zincirde çentik açarak sarmal yapıyı gevşetirler ve yeniden kapatırlar.
Helikaz replike olacak DNA çift heliksinin kıvrımlarını açar.
Özel proteinler tek iplikli DNA’ya bağlanır ve tekrar çift zincir oluşturmasını engellerler.
Bir defa DNA kıvrımı açıldıktan sonra primaz denen özel bir RNA polimeraz, replikasyonunun
başlangıcını temsil eden özel bir bölgeye tamamlayıcı olan ve primer RNA veya öncü RNA denen
kısa bir RNA zincirini sentez eder
DNA sarmalı çatallanma noktasında açıldıktan ve primaz aşamaları tamamlandıktan sonra DNA
polimerazlar III’ün etkisiyle uygun deoksinükleozid trifosfatlardan (dNTP) deoksinükleozid
monofosfatların (dNMP) girişiyle DNA polimerizasyonu başlar (okazaki parçaları) ve devam eder.
Okazaki parçaları sentez edildikten sonra DNA polimeraz I’in 53 ekzonükleaz aktivitesi
vasıtasıyla RNA primeri çıkarılır; DNA ligaz, kalan çentikleri kapatır.
Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010
DNA replikasyonunda DNA polimerazların
etkisi, kalıp kolun karşısında büyüyen DNA
koluna uygun deoksinükleozid
trifosfatlardan (dNTP) deoksinükleozid
monofosfatların (dNMP) girişini sağlamaktır
Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010
DNA Molekülünün Organizasyonu
Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010
E. coli’de dairesel şekilli genomik DNA molekülünün
replikasyonu ve hücre bölünmesi
Bir replikondur.
4,639,221 bazçifti ve yaklaşık 1.4 mm olan
genom 42 dk replike olur.
(1) Kısmen replike olmuş dairesel kromozom (mavi) iki
yavru DNA’nın orijinlerinden plazma zarına tutunurlar.
(2) Replikasyonu tamamlanan yeni kromozomların
orijinleri birbirinden bağımsız olan bölgeleriyle zara
tutunurlar. Yeni zar ve hücre duvarı oluştukça
birbirlerinden uzaklaşırlar.
(3) Zar ve hücre duvarının oluşması devam eder ve
hücreyi bölen septum bölgesi oluşur. (
(4) Sitoplazma bir kromozomu plazma zarına tutunmuş
olan iki yavru hücreye bölünür.
http://www.ncbi.nlm.nih.gov/bookshe
lf/br.fcgi?book=mcb&part=A3163
Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010
Ökaryotlarda Doğrusal DNA Molekülünün Replikasyonu
İnsan genomu (haploit) 3 × 109 bazçifti ve 1 m uzunluktadır ve 8 saatte
replike olur. Yaklaşık 10,000 –100,000 replikon içerir.
Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010
http://www.mun.ca/biology/desmid/brian/BIOL2060/BIOL2060-19/CB19.html
GENETİK BİLGİNİN ÇEVRİMİ (İFADESİ)
Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010
http://www.cbs.dtu.dk/staff/dave/roanoke/genetics980320f.htm
Genetik Bilginin Çevrimi
Gen ifadesi ya da gen ekspresyonu
DNA’da saklanan genetik bilgilerin bir RNA molekülü (mRNA, tRNA,
rRNA) sentezi suretiyle kopyalanması veya yazılmasına transkripsiyon
adı verilir
Transkripsiyonla RNA’ya kopyalanan, bir protein molekülüne ait
genetik bilgilerin okunması veya bir protein molekülü haline çevrilmesine
translasyon adı verilir
Transkripsiyon ve translasyon olaylarının toplamı, gen ifadesi (gen
ekspresyonu) olarak tanımlanır
Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010
Transkripsiyon
Transkripsiyon, DNA’da saklanan genetik bilgilerin bir
RNA molekülü (mRNA, tRNA, rRNA) şeklinde
kopyalanması veya yazılması olayıdır
Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010
Prokaryotlarda mRNA’nın yarı ömrü kısa olduğundan
transkripsiyon ve translasyon birlikte yürür
Ribozom, saniyede 15 kodon (45 nükleotid) tarar. E.coli ribozomu, 37oC’de, 20 saniyede 300 amino
asitli bir protein sentezleyebilir. E.coli’de yaklaşık 5000 mRNA vardır ve E. coli’de saniyede 1000
protein sentezlenebilmektedir
Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010
RNA Sentezi
RNA sentezi için RNA polimeraza, başlama ve sonlanma sinyallerine
gereksinim vardır
Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010
Bir RNA molekülü, DNA’nın kalıp kolunun dizilişini tamamlayıcı
ribonükleotidlerden (ATP, GTP, CTP ve UTP) pirofosfatlar ayrılması
suretiyle polimerizasyonu sonucunda, 5  3 yönünde sentezlenir
Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010
Çift kollu DNA molekülünde bir kol, bazı genler için kalıp kol olarak
bazı genler için ise kalıp olmayan kol olarak görev görebilir. Bir DNA
molekülü üzerinde çeşitli kalıp kollar bulunur.
Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010
GEN İFADESİNİN KONTROLÜ
İfade edilen gen aktif gendir.
Bir hücrenin genomunda bulunan genlerin
tümü aktifmidir?
Bir
gen
bölgesinden
transkripsiyon
yapılmasına ne zaman ve nasıl karar verilir?
Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010
E. coli’de lac Operonu ve Kontrol Mekanizması
Katobolik yolda gerekli proteinlerin üretilmesi.
Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010
E. coli’de trp Operonu ve Kontrol Mekanizması
Anabolik yolda gerekli proteinlerin üretilmesi.
Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010
Ökaryotlarda Gen İfadesi
Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010
Gen ifadesinde ki basamakların herhangi birinde yer alan kontrol,
*farklı hücre tiplerinde veya
*gelişim evrelerinde ya da
*dış koşullara karşı oluşan cevapta
proteinlerin farklı bir şekilde üretimiyle sonuçlanabilir.
Gen düzenlenmesi gen ifadesinin iki temel seviyesinde olur:
**Transkripsiyon seviyesinde
**Post-transkripsiyon seviyesinde
Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010
Transkripsiyon seviyesinde gen aktivitesinin kontrolü
**Çok hücreli canlılarda, genetik kontrol mekanizmaları ile bir genetik
program doğrultusunda embriyolojik gelişim olur.
**Ayrıca çevresel değişikliklere karşı gen kontrol mekanizmaları uyarılabilir.
Birlikte çok hücreli bir organizmayı oluşturan çok sayıda ki farklı hücre tiplerinin
meydana gelişi, gelişim periyotları sırasında,
**doğru genlerin
**doğru hücrelerde
**doğru zamanda aktivasyonuna bağlıdır.
Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010
Transkripsiyonel kontrolün iki temel elementi vardır:
1. Kontrol elementleri. Protein-bağlanan genlerin düzenleyici DNA
zincirleridir.
*Promotorlar ve
*yükselticiler (enhansırlar)
2. Özgül proteinler. Genin kontrol
elementlerine
bağlanır ve
transkripsiyonun nerede başlayacağını ya da baskılanacağını belirler.
*Genel transkripsiyon faktörler
*Regülatör proteinler: aktivatör ve represörler
Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010
Kontrol Proteinleri ve Transkripsiyon
Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010
Transkripsiyon faktör bazı genleri aktive derken bazılarını engeller
Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010
Transkripsiyon-faktör etkileşimi gen-kontrol çeşitliliğini artırır
İnsan genomundan yaklaşık 2000 TF kodlanmaktadır ve bu TF’ler çok daha fazla
sayıdaki kombinasyonlarda DNA’ya bağlanır ve binlerce genin aktivitesini düzenler.
Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010
Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010
Prokaryot ve Ökaryotlarda Gen Organizasyonu, Transkripsiyon ve Translasyonun
Karşılaştırılması
Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010
Download

Gelişimin evrenselliği