CSE 181 Project guidelines

An Introduction to Bioinformatics Algorithms
www.bioalgorithms.info
Moleküler Biyolojiye Giriş
Angela Brooks, Raymond Brown, Calvin Chen, Mike Daly,
Hoa Dinh, Erinn Hama, Robert Hinman, Julio Ng, Michael
Sneddon, Hoa Troung, Jerry Wang, Che Fung Yung
An Introduction to Bioinformatics Algorithms
www.bioalgorithms.info
Outline:
• 0. Tarih: Moleküler Biyolojideki Önemli Olaylar
• 1. Yaşamın (canlının) yapı taşları nelerdir? (Yaşam neden
yapılmıştır)
• 2. Genetik materyal nedir?
• 3. Genler ne yapar?
• 4. Genler için ne molekül kodu (What Molecule Code For Genes?)
• 5. DNA’nın yapısı nasıldır?
• 6. DNA ve proteinler arasındaki bilgiyi ne taşır
• 7. Proteinlerin yapı taşları nelerdir?
An Introduction to Bioinformatics Algorithms
Outline Cont.
• 8. DNA’yı nasıl analiz edebiliriz
•
•
•
•
1.
2.
3.
4.
DNA’yı kopyalama
DNA’yı kesme ve yapıştırma
DNA uzunluğunun ölçülmesi
DNA’nın araştırılması (Probing)
• 9. Bir türün bireyleri nasıl farklılık gösterir.
• 10. Farklı türler nasıl farklılık gösterir.
• 1. Moleküler Gelişim/Evrim
• 2. Karşılaştırmalı genomik
• 3. Genomun geniden düzenlenmesi
• 11. Neden BiyoEnformatik
www.bioalgorithms.info
An Introduction to Bioinformatics Algorithms
www.bioalgorithms.info
Moleküler Biyoloji Nasıl Ortaya Çıktı?
• Mikroskobik biyoloji 1665’te
başladı.
• Robert
Hooke
• Robert Hooke (1635-1703)
organizmaların hücrelerden
oluştuğunu keşfetmiştir.
• Matthias Schleiden (1804-1881)
and Theodor Schwann (18101882) hücre (hücre teorisi)
çalışmasını 1830larda
geliştirmişdir.
• Biyolojinin gözle görünenin
ötesinde bir bilim dalı olduğunu
ortaya koymuşlardır.
• Yaşamın incelenmesi hücrenin
incelenmesine dönüşmüştür.
• Matthias • Theodor
Schleiden Schwann
An Introduction to Bioinformatics Algorithms
www.bioalgorithms.info
Moleküler Biyoloji Tarihindeki Önemli
Olaylar 1800 - 1870
• 1865 Gregor Mendel bahçe
bezelyesinin kalıtımının temel
kurallarını keşfetmiştir.
• Bir organizmanın (bireyin)
verilen bir özelliği için iki
alternatif kalıtım birimi vardır
(baskın özellik ve çekinik
(resesif ) özellik
• 1869 Johann Friedrich
Miescher DNA’yı keşfetmiştir
ve nüklein (nuclein) ismini
vermiştir
Mendel: Genetiğin Babası
Johann Miescher
An Introduction to Bioinformatics Algorithms
www.bioalgorithms.info
Moleküler Biyoloji Tarihindeki Önemli
Olaylar 1880 - 1900
• 1881 Edward Zacharias kromozomların nükleinlerden
oluştuğunu ortaya koymuştur.
• 1899 Richard Altmann nükleini nükleik asit olarak
isimlendirmiştir.
• 1900’ den beri, 20 aminoasidin hepsinin kimyasal
yapısı belirlenmiştir.
An Introduction to Bioinformatics Algorithms
www.bioalgorithms.info
Moleküler Biyoloji Tarihindeki Önemli
Olaylar 1900-1911
• 1902 - Emil Hermann Fischer Nobel ödülünü
kazanmıştır: amino asitlerin bağlı olduğunu ve
proteinleri oluşturduğunu ortaya koymuştur
•
Kabul edilen: protein özellikleri amino asit
bileşiminden ve düzenlenmesinden (composition
and arrangement) tanımlanmaktadır ve bu şimdi
kabul edilen bir gerçektir.
• 1911 – Thomas Hunt Morgan kromozomlar
üzerindeki genlerin ayrık kalıtım birimleri
olduğunu keşfetmiştir.
• 1911 Pheobus Aaron Theodore Lerene RNA’
yı keşfetmiştir.
Emil
Fischer
Thomas
Morgan
An Introduction to Bioinformatics Algorithms
www.bioalgorithms.info
Moleküler Biyoloji Tarihindeki Önemli
Olaylar 1940 - 1950
• 1941 – George Beadle and
Edward Tatum genlerin proteinleri
oluşturduğunu belirlemişlerdir.
George
Beadle
• 1950 – Edwin Chargaff Sitozinin
(Cytosine) koplementinin Guanin
(Guanine) ve Adeninin ( Adenine)
komplementinin Timin (Thymine)
olduğunu bulmuştur.
Edward
Tatum
Edwin
Chargaff
An Introduction to Bioinformatics Algorithms
www.bioalgorithms.info
Moleküler Biyoloji Tarihindeki Önemli
Olaylar 1950 - 1952
• 1950s – Mahlon Bush
Hoagland tRNA bulan ilk
kişidir.
• 1952 – Alfred Hershey and
Martha Chase DNA’ dan
genleri yapar.
Hershey Chase Deneyi
Mahlon Hoagland
An Introduction to Bioinformatics Algorithms
www.bioalgorithms.info
Moleküler Biyoloji Tarihindeki Önemli
Olaylar 1952 - 1960
• 1952-1953 James D.
Watson and Francis H. C.
Crick DNA’nın çift sarmal
yapıdan oluştuğunu
anlamışlardır
• 1956 George Emil Palade
sitoplazma içinde enzimleri
üreten bölgenin RNA
organellerinden oluşan
Ribozom olduğunu
göstermiştir.
James Watson
and Francis Crick
George Emil Palade
An Introduction to Bioinformatics Algorithms
www.bioalgorithms.info
Moleküler Biyoloji Tarihindeki Önemli
Olaylar 1970
•
1970 Howard Temin and David
Baltimore birbirinden bağımsız olarak
ilk kısıtlama enzimlerini (restriction
enzimleri) ortaya çıkardılar
•
DNA, kısıtlama enzimleri denilen alan-özel
endolükneaz ile tekrar üretilebilir parçalara
bölünebilir;
• Parçalar bakteriyel vektörlere
bağlanabilir ve bakteriyel
evsahiplerinin içine yerleştirilebilir
(gen klonlama veya or
recombinan DNA teknolojisi)
An Introduction to Bioinformatics Algorithms
www.bioalgorithms.info
Moleküler Biyoloji Tarihindeki Önemli
Olaylar 1970- 1977
• 1977 Phillip Sharp and
Richard Roberts pre-mRNA
birbirine eklenen intron ve
extronların kesilmesiyle
işlenebilir olduğunu
göstermiştir.
• Joan Steitz determined that
the 5’ end of snRNA is
partially complementary to
the consensus sequence of 5’
splice junctions.
Phillip Sharp
Richard Roberts
Joan Steitz
An Introduction to Bioinformatics Algorithms
www.bioalgorithms.info
Moleküler Biyoloji Tarihindeki Önemli
Olaylar 1986 - 1995
•
1986 Leroy Hood: Otomatik
dizileme mekanizması
geliştirmiştir.
•
1986 İnsan Geni Girişimi
duyuruldu
•
1990 15 yıllık İnsan Geni Projesi
kongre tarafından onaylandı
•
1995 3,11,12,22
kromozomlarının orta
çözünürlükteki haritaları
yayınlandı (Bu haritalar genlerin
yerini kolayca belirlemek için
işaretcileri göstermektedir.)
Leroy Hood
An Introduction to Bioinformatics Algorithms
www.bioalgorithms.info
Moleküler Biyoloji Tarihindeki Önemli
Olaylar 1995-1996
• 1995 John Craig Venter: İlk
bakteriyel genom dizilendi
(sequencing).
• 1995 Otomatik floresan
dizileme aygıtları ve robotik
operasyonlar
• 1996 İlk ökaryotik gen-mayadizilendi
John Craig Venter
An Introduction to Bioinformatics Algorithms
www.bioalgorithms.info
Moleküler Biyoloji Tarihindeki Önemli
Olaylar 1997 - 1999
• 1997 E. Coli dizileme
• 1998 PerkinsElmer, Inc.. 96-capillary
sequencer geliştirmiştir
• 1998 Caenorhabditis elegans (bir çeşit
kurtçuk) geni tamamen dizilendi
• 1999 İlk insan kromozomu (no 22) dizilendi
An Introduction to Bioinformatics Algorithms
www.bioalgorithms.info
Moleküler Biyoloji Tarihindeki Önemli
Olaylar 2000-2001
• 2000 Drosophila
melanogaster geni
dizilendi
• 2001 Uluslararası İnsan
Genom Dizilemesi : insan
geninin ilk taslak dizisi
yayınlandı
An Introduction to Bioinformatics Algorithms
www.bioalgorithms.info
Moleküler Biyoloji Tarihindeki Önemli
Olaylar 2003- Present
• Nisan 2003 İnsan gen projesi
(Human Genome Project)
tamamlandı. Fare geni
dizilendi.
• Nisan 2004 Sıçan geni
dizilendi.
An Introduction to Bioinformatics Algorithms
www.bioalgorithms.info
Bölüm1: Yaşamın (Canlının)
yapı taşı nedir?
An Introduction to Bioinformatics Algorithms
www.bioalgorithms.info
Bölüm 1 İçeriği:
• Bütün canlılar hücrelerden yapılmıştır
• Prokaryot (Prokaryote):
• Ökaryot (Eukaryote)
• Hücre haberleşmesi (Signaling)
• Hücrenin içinde ne vardır: DNA’dan, RNAya kadar
Proteinlere kadar
An Introduction to Bioinformatics Algorithms
www.bioalgorithms.info
Hücreler
• Her yaşayan sistemin en temel çalışan birimidir.
• Her organizma birbirinden tamamen farklı iki hücre tipinin birisinden oluşmuştur
prokaryotic hücreler veya
ökaryotik hücreler.
• Prokaryotlar ve Ökaryotlar aynı ilkel hücreden üretilmiştir.
• Varolan bütün prokaryotik ve ökaryotik hücreler 3.5 milyar yıllık gelişimin
(evrimin) sonucunda oluşmuşlardır.
An Introduction to Bioinformatics Algorithms
Hücreler
• Kimyasal bileşim –ağırlık olarak
• %70 su
• %7 küçük moleküller
• tuzlar
• yağlar (Lipid)
• aminoasitler
• nükleotitler (nucleotides)
• %23% makromoleküller
• proteinler
• polisakkaritler
• yağlar (Lipid)
• biyokimyasal (metabolik) izyolu (pathways)
• mRNA’nın proteinlere çevrilmesi
www.bioalgorithms.info
An Introduction to Bioinformatics Algorithms
www.bioalgorithms.info
Yaşam hücre ile başlar
• Hücre bir organizmanın bağımsız çalışabilen
en küçük yapısal birimidir.
• Bütün hücrelerin bazı ortak özellikleri vardır
An Introduction to Bioinformatics Algorithms
www.bioalgorithms.info
Bütün Hücrelerin Ortak Yaşam Döngüsü Vardır
• Doğarlar, yerler, kopyalanırlar (replicate) ve ölürler
An Introduction to Bioinformatics Algorithms
www.bioalgorithms.info
2 tip hücre vardır : Prokaryotlar ile
Ökaryotlar
An Introduction to Bioinformatics Algorithms
www.bioalgorithms.info
Prokaryotlar ve Ökaryotlar
•En son kanıtlara göre, yaşam ağacının üç ana dalı vardır
•Prokaryotlar arkebakteri’yi (antik olanlar ) ve bakteriyi içerir
•Ökaryotlar Ökarya krallığıdır ve bitkiler, hayvanlar, mantarlar ve belirli algleri içerir.
An Introduction to Bioinformatics Algorithms
www.bioalgorithms.info
Prokaryotlar ve Ökaryotlar devamı
Prokaryotlar
Ökaryotlar
Tek hücreli
Tek veya çok hücreli
Çekirdek (nucleus) yok
Çekirdek var
Organel (organelles) yok
Organeller var
Bir parça dairesel DNA
Kromozomlar
Transkripsiyon (kopya)
Ekson/intron yapıştırma
değiştirmeyi postalayacak (Exons/Introns splicing)
mRNA yok
An Introduction to Bioinformatics Algorithms
www.bioalgorithms.info
Prokaryotlar ile Ökaryotlar
Yapısal farklılıklar
Prokaryotlar
Ökaryotlar
 Öbakteriyeller (Eubacterial) (mavi
yeşil algler) ve arkebakteriler
 sadece bir çeşit membran-zar -plazma membran formları
 bitkiler, hayvanlar, tek hücreli
canlılar (Protista) ve fungi (mantar)
 hücre sınırları
 Bilinen en küçük hücreler
bakterilerdir.
 Ecoli hücresi
 3x106 protein molekülleri
 1000-2000 polypeptid türler.
 iç membran formlarının karmaşık
sistemleri
 organel ve kompartmanlar
(compartments)
 Hücre hacmi birkaçyüz kat daha
geniş
 Hela hücresi
 5x109 protein molekülleri
 5000-10,000 polypeptit türleri
An Introduction to Bioinformatics Algorithms
www.bioalgorithms.info
Prokaryotlar ile Ökaryotlar
Kromozom farklılıkları
Prokaryotlar
Ökaryotlar
 E.coli geni t 4X106 baz çifti içerir
 DNA’nın %90 dan fazlası proteini
kodlar
 Maya hücrelerinin genomu
1.35x107 baz çifti içerir
 Bütün DNA’nın küçük bir parçası
proteini kodlar.
 membran sınırlı çekirdeği yoktur.
 Dairesel DNA ve aşırı sargılı
(supercoiled) domain
 Histonlar (bir çeşit protein)
bilinmemektedir.
 Çoğu kodlanmayan sizileri
tekrarlar.
 Bütün kromozomlar bir memranla
sınırlandırılmış nükleus içinde bulunur
 DNA iki veya daha fazla kromozomlar
arasında bölümüştür.
 Beş set histon vardır

DNA paketleme ve gen DNA
packaging and gene expressionun
ayarlanması
An Introduction to Bioinformatics Algorithms
www.bioalgorithms.info
Sinyalleme İzyolları: Gen Aktivitesinin
Kontrolü
• Beyine sahip olmak yerine, hücreler, izyolu
denilen, karmaşık kimyasal reaksiyonlar
aracılığı ile karar verir.
• Yeni materyalleri sentezler
• Diğer materyalleri boşa çıkarır.
• Yemek veya ölmek için signal verir
An Introduction to Bioinformatics Algorithms
Hücre Sinyalleme Örneği
www.bioalgorithms.info
An Introduction to Bioinformatics Algorithms
www.bioalgorithms.info
Hücre Mekanizması ve Bilgi Sistemi
• Hücreler kendi kopyalarını üretmek için bilgiyi
depolarlar
• İnsan genomu 3 milyar civarında baz çift uzunluğundadır.
• İnsan vücudundaki herbir hücre aynı gen kümesini içerir.
• Fakat bu hücreler tarafından bütün genler kullanılmamıştır
veya ifade edilmemiştir.
• Mekanizma:
• Topla ve kompontleri üret
• Kopyalamayı gerçekleştir
• Yeni ürünü (çocuğu-offspring) ortaya çıkar
(Bir hücre bir araba fabrikasına benzetilebilir)
An Introduction to Bioinformatics Algorithms
www.bioalgorithms.info
Yaşamın (canlının) organizasyonuna
bir bakış
•
•
•
•
Nükleus= kütüphane
Kromozomlar = kitaplıklar
Genler = Kitaplar
Bir organizmadaki neredeyse herbir hücre
aynı kütüphaneleri ve aynı kitap setlerini
içerir.
• Kitaplar bir vücuttaki herbir hücrenin ihtiyacı
olan bütün bilgileri (DNA) gösterir. Böylece
çeşitli aktiviteleri yürütebilir ve büyüyebilir.
An Introduction to Bioinformatics Algorithms
www.bioalgorithms.info
Terminoloji
• Genom: bir organizmanın genetik materyali
• Gen: DNA’nın içerdiği ve kromozomlarda bulunan ayrık kalıtsal bilgi
birimlerine denir.
• Genotip (Genotype): Bir organizmanın genetik ifadesi (makeup)
• Fenotip (Phenotype): Bir organizmanın fiziksel ifade edilen özelliğidir.
• Nükleit asit: Biological Organizmaların çoğalmasına yarayan biyolojik
moleküllerdir (RNA ve DNA)
An Introduction to Bioinformatics Algorithms
www.bioalgorithms.info
Terminoloji
• Genome bir organizmanın DNA’sının tamamına denir.
• Bir bakteri 600,000 DNA baz çiftini içerir.
• insan ve fare genomları 3 milyar civarında içerir.
• insan genomunda 24 farklı kromozom vardır
• Herbir kromozom çok fazla sayıda gen içerir
• Gen
• kalıtımın temel fiziksel ve işlevsel birimidir.
• proteinlerin nasıl yapılacağına dair kod komutlarını
içeren DNA bazlarının dizilimidir.
• Protein
• hücresel yapıdan oluşurlar
• amino asit denilen daha küçük altbirimlerden oluşan
büyük, karmaşık moleküllerdir
An Introduction to Bioinformatics Algorithms
www.bioalgorithms.info
Bütün canlılar 3 kritik moleküle
bağımlıdır
• DNAlar
• Hücrenin nasıl çalıştığına dair bilgi içerirler
• RNAlar
• Küçük bilgi parçalarını diğer hücre bölümlerini taşımakla
görevlidirler
• Protein oluşturmak için gereken şablonları sağlarlar
• Proteinler
• Diğer hücrelere sinyal gönderen enzimleri oluşturur ve gen
aktivitesini düzenler
• Vücudun temel komponentlerini oluşturur (kıl, deri vs.)
An Introduction to Bioinformatics Algorithms
www.bioalgorithms.info
DNA: Canlının (hayatın) kodu
• Bütün canlı organizmalarda bulunan ve 4 genomik harf kodundan
oluşan yapıdır.
• Adenin, Guanin, Timin ve Sitozin. Birbirini tamamlayan tellerde A-T
ve C-G ile eşleşir.
An Introduction to Bioinformatics Algorithms
www.bioalgorithms.info
DNA, devamı
• DNA bir çift sarmal yapıdan
oluşur ve aşağıdakilerden
oluşmuştur.
• şeker molekülü
• fosfat grubu
• ve bir baz (A,C,G,T)
• DNA always reads from 5’
end to 3’ end for
transcription replication
5’ ATTTAGGCC 3’
3’ TAAATCCGG 5’
An Introduction to Bioinformatics Algorithms
www.bioalgorithms.info
DNA, RNA, ve Bilginin Akışı
Kopyalama
Transcription
Translation
Uyarlama
Çevrilme
An Introduction to Bioinformatics Algorithms
www.bioalgorithms.info
DNA’dan RNA’ ya ve RNA’dan Proteine
geçiş
•
Bir gen iki adımda ifade edilebilir
1) Transcription (Uyarlama): RNA sentezi
2) Translation (Çevrilme): Protein sentezi
An Introduction to Bioinformatics Algorithms
www.bioalgorithms.info
DNA Genetik Karakter (Makeup)
• Genler kalıtımla sağlanır ve
aşağıdakilerle ifade edilir
• genotip (genetik karakter)
• fenotip (fiziksel karakter)
• Soldaki resimler gözün yeşil
ve siyah genlerin
fenopipleridir.
An Introduction to Bioinformatics Algorithms
www.bioalgorithms.info
Hücre Bilgisi : Yaşamın (canlının)
kullanım kitabı
• DNA, RNA, ve Proteinler
string örnekleridir. Bu
örnekler ya DNA ve RNA
dört harfli nükleotitleri
tarafından yazılmıştır (A C
G T/U)
• yada proteinlerde bulunan
yirmi harfli aminoasitler
tarafından yazılmıştır.
Herbir amino asit codon
ismi verilen 3 nükleotit
tarafından kodlanmıştır.
(Leu, Arg, Met, gibi.)
An Introduction to Bioinformatics Algorithms
1. Bölüm Sonu
www.bioalgorithms.info