DNA - SABİS

advertisement
BAKTERİ GENETİĞİ


Yaşamın temel maddeleri kabul edilen nükleik asitler
(DNA=deoxyribonucleic acid, RNA=ribonucleic acid) dir.
Çalışmalar ökaryotik ve prokaryotik yapıya sahip olan tüm
hücrelerde, GENLERİN REPLİKASYONU VE FONKSİYONUNDAN
SORUMLU olan yapının DNA olduğunu göstermiştir. RNA
genomuna sahip genuslarda ise bu görev RNA’dadır.
NÜKLEİK ASİTLERİN YAPISI
Deoksiribonükleik Asid (DNA)
DNA molekülleri, nükleotid adı verilen
yapıtaşlarından meydana gelen iki polinükleotid
iplikçiğinin, sarmal biçimde birbirine bağlanması ile
oluşan oldukça büyük moleküllerdir.
Nükleotidlerin yapısında,
- bir pürin veya pirimidin bazı,
- 2- 5 karbonlu bir şeker (pentoz)
- ester bağı oluşturan fosfat molekülü üç temel
eleman bulunur.
Pürin bazları Adenin (A) ve Guanin (G)
pirimidin bazları ise Sitozin (S) ve Timin (T)
den oluşmuştur.
Pentoz molekülü DNA’da deoksiriboz
 RNA’da ise riboz yapısındadır
 nükleik asitler şekerlerin yapılarına göre
adlandırılır.
 Pürin veya pirimidin bazlarının pentoz
molekülleri ile yaptıkları bileşiklere nükleosid
adı verilir


Nükleosidlerin pentoz molekülleri arasında
fosforik asidin ester bağları oluşturmasıyla da
nükleotidler meydana gelir.
ÖZETLE
Nükleosit
Nükleotit
organik baz + pentoz
nükleosit + fosforik asit

Nükleotidlerin polimerizasyonu ile oluşan DNA iplikciği bir
polinükleotid olup, DNA molekülü bu özelliğe sahip iki iplikciğin
yan yana gelip, hidrojen bağları ile bağlanması sonucu
meydana gelen sarmal bir yapıdır.




DNA molekülündeki Adenin miktarı Timin miktarına,
Sitozin miktarı da Guanin miktarına eşit olmaktadır.
Ancak bir DNA molekülünde bulunan A+T miktarı, C+G
miktarı ile eşit değildir.
(A+T)/(C+G) oranı, her canlı türü için özgül olup
değişmez niteliktedir. Bu nedenle bu özellikten
mikroorganizmaların sınıflandırılmasında
yararlanılmakta,
G+C’nin tüm DNA molekülüne oranı birbirine yakınlık
gösterenler aynı cins ve türe dahil edilmektedir.

Bir canlının fenotipini belirleyen ve sayıları
binlerce olabilen biyolojik özellik ve
fonksiyonlarının her biri de spesifik genetik
yapısının bir ürünüdür. Yani her bir biyolojik
özellik ve fonksiyondan “gen” adı verilen
genetik birimler sorumludur. Genler sorumlu
oldukları fonksiyonları sentez ettirdikleri
enzimlerle gerçekleştirmektedir.
DNA REPLİKASYONU

DNA molekülünü oluşturan iki polinükleotid
iplikçiği birbirinden ayrılabilir ve herbir iplikçik,
önceden karşısında bulunan ve kendisini
tamamlayan diğer iplikçiği yeniden ve aynen
oluşturabilme yeteneğindedir.
Adenin ile timin arasında2,guanin ile sitozin
arasında 3 hidrojen bağı bulunur.

Başka hiçbir molekülde bulunmayan bu özellik
sayesinde, üreme sırasında birbirinden ayrılan
iki polinükleotid zinciri (iplikçik), karşıtı olan
diğer zinciri sentezleyerek aynı yapı ve özellikte
iki DNA molekülü meydana getirebilmektedir.
Bu olaya REPLİKASYON yani DNA’nın kendi
kendini eşletmesi adı verilir.

DNA molekülünün iki zincirinin arasındaki
hidrojen bağlarını bir fermuara
benzetelim.DNA'nın bir ucundan fermuarın
açılması ile her iki zincirdeki…..

Bir DNA molekülündeki pürin ve pirimidin bazlarının (A, T, C,
G)sayısı ve diziliş biçimi, her canlı varlık için değişmeyen ve
özgüllük gösteren bir genetik yapı özelliğidir.

Bunun doğal bir sonucu olarak doğada milyonlarca farklı canlı
türü ve bu türlerin herbirinin birbirine benzemeyen bireyleri
(fenotip) bulunmaktadır.

Bir canlının fenotipini belirleyen ve sayıları binlerce olabilen
biyolojik özellik ve fonksiyonlarının her biri de spesifik genetik
yapısının bir ürünüdür.

Yani her bir biyolojik özellik ve fonksiyondan “gen” adı verilen
genetik birimler sorumludur. Genler sorumlu oldukları
fonksiyonları sentez ettirdikleri enzimlerle gerçekleştirmektedir.
Belli sayı ve sıra ile yan yana gelen
aminoasidlerin polimerizasyonu sonucu oluşan
herbir protein molekülünün, gen üzerinde spesifik
bir kodlama düzeni vardır.
 Protein molekülü ile ilgili kodlama, pürin ve
pirimidin bazları içeren nükleotidlerin üçlü gruplar
halinde dizilmesi ile sağlanmaktadır.
 Her biri bir aminoasidi kodlayan bu üçlü gruplara
(taban üçlüsü=triplet) genetik dilinde kodon adı
verilmektedir.

Proteinlerin yapıtaşı olan aminoasid türlerinin
sayısı 20 olup, pürin ve pirimidin bazlarının
üçlü gruplar halinde yan yana gelmeleri sonucu
oluşacak olan kodon sayısı daha fazladır.
 Yapılan çalışmalar 64 değişik kodon
oluşabileceğini göstermiştir.

BAKTERİLERDE DNA’NIN REPLİKASYONU



E. coli ve S. typhimurium ile yapılan çalışmalar, bakteri
kromozomlarının çember biçiminde olduğunu göstermiştir.
Replikasyonda önce, mezozomdan itibaren iki DNA iplikçiği
birbirinden ayrılmaya başlar ve ayrılan polinükleotid
iplikçiklerinden mezozomun yanındaki ikinci noktaya bağlanır
Çember biçimindeki DNA (bakteri kromozomu) saatin ters
yönünde dönerken, polinükleotid iplikçikler de bir yandan
birbirinden ayrılıp, diğer yandan da ayrılan her bir iplikçik
hemen kendi karşılığını (tamamlayıcı iplikçik) sentezlenir.
DNA’nın dönüşü tamamlanıp iki polinükleotid iplikçiğin
ayrılması tümüyle gerçekleştiğinde, bakteri içinde birbirinin
tıpatıp benzeri olan iki DNA sarmalı oluşmuştur.
RİBONÜKLEİK ASİD (RNA)
Yapısı genel olarak DNA molekülüne benzer.
DNA’dan farklı olarak yapısında deoksiriboz yerine
riboz,
 Timin (T) yerine onun gibi bir pirimidin olan Urasil
(U) bulunur.
 Ayrıca RNA molekülü çift iplikli bir sarmal olmayıp,
tek iplikli bir polinükleotid zincirinden oluşmuştur.
 Bununla birlikte, bu iplikçiğin kendi üzerine
katlanıp, karşılıklı gelen pürin ve pirimidin
bazlarının (A-U ve C-G) birleşmesi sonucu, yer yer
çift katlı RNA bölgeleri meydana gelir.

Hücre içinde üç tip RNA bulunur
 - Mesaj ileten RNA (mRNA)
 - Ribozomal RNA (rRNA)
 - Transfer RNA (tRNA)
MESAJ İLETEN RNA (M-RNA)
Her biri ayrı bir protein molekülünü yapımından
sorumlu olan genlerdeki bilginin, proteinlerin
yapım yeri olan RİBOZOMLARA ulaştırılması
gerekir.
 DNA ‘da bulunan ve her biri ayrı bir amino
asidin yapımından sorumlu olan üçlü pürin ve
pirimidin bazlarının karşısına , uygun bazların
gelmesiyle (A-U, C-G, G-C v.s.) oluşan
nükleotidler, mRNA’yi meydana getirirler

DNA’nın tek iplikçiğinin kalıp olarak kullanılıp,
RNA polimeraz enzimi aracılığı ile mRNA’nın
oluşması işlemine transkripsiyon (kopya
çıkarma) adı verilir.
 Genler böylece, oluşturdukları mRNA’ya
kendilerinde bulunan protein yapımı ile ilgili
bilgiyi aktarmış, yani yapılması istenen proteinin
kalıbını vermiş olur.

TRANSLASYON




Translasyon, transkripsiyon sonucu oluşan mRNA'lardaki koda uygun
olarak ribozomlarda gerçekleştirilen amino asit zinciri veya polipeptit
sentezi sürecidir.
Sonra üretilen amino asit zinciri veya polipeptit uygun bir şekilde
katlanarak etkin bir protein haline gelir.
Translasyon, (gen ekspresyonu sürecinin bir parçası olan) protein
biyosentezinin ilk aşamasıdır.
4 harfli (A, C, G ve T) DNA dilindeki mesajın 20 harfli amino asid diline
çevrilmesinden ötürü, İngilizce terminolojide "çeviri" anlamına gelen
translation sözcüğü kullanılmaktadır.
RİBOZOMAL RNA (R-RNA)
Hücredeki tüm RNA’nın yaklaşık %80’nini
oluşturan rRNA, ribozomlardaki proteinlere bağlı
olarak bulunur
 Yapılarında protein ve rRNA bulunan ribozomlar,
biri büyük diğeri küçük iki alt birimden
oluşmuşlardır.
 Bakterilerde büyük birim 50S, küçük birim 30S,
total ribozom 70S büyüklüğünde olduğu halde,
ökaryotik hücrelerde büyük birim 60S, küçük birim
40S ve total ribozom ise 80S büyüklüğündedir.

TRANSFER RNA (T-RNA)
Bakterilerde genetik materyalin küçük veya
büyük bir bölümü bir bakteriden diğerine çeşitli
mekanizmalar aracılığı ile aktarılıp, sonunda
önemli genetik değişiklikler oluşabilmektedir.
 Verici bakteriden alıcı bakteri hücresine,
bakteri genomunun aktarılması sonucu her iki
bakteri hücresinin genetik özelliklerini birlikte
içeren melez bakteriler meydana gelirler.

Verici bakteriden aktarılan bir DNA segmentinin
alıcının genomuna girip, alıcı bakteriye birtakım
yeni özellikler kazandırması mümkündür.
 Böylece meydana gelen olaya rekombinasyon
(yeni bileşim), oluşan melez bakteriye
rekombinant (yeni bileşen) adı verilir.

Bakteride rekombinasyon olayları üç ana
mekanizma ile meydana gelmektedir:
 1. Transformasyon
 2. Transdüksiyon
 3. Konjugasyon

TRANSFORMASYON

Herhangi bir aracı (ikinci bir canlı hücre veya
bakteriyofaj) bulunmaksızın, verici bakteri
tarafından ortama bırakılmış olan DNA’nın alıcı
bakteri tarafından alınarak oluşan bir
rekombinasyon türüdür.
TRANSFORMASYON
Bu konu ile ilgili çalışmaların çoğu pnömokoklar
üzerinde yapılmış olmakla birlikte, Haemophilus
influenzae, Bacillus subtilis, Neisseria
gonorrhoeae, Escherichia coli gibi bakterilerde
transformasyon gözlendiği bildirilmiştir.
 Transformasyon sonunda, alıcı bakterilerde kapsül,
flajella oluşumu ile değişik enzimatik reaksiyonlar
gözlenebilmektedir.


TRANSDÜKSİYON
Bir bakteriye ait DNA segmentlerinin, bir
bakteriyofaj aracılığı ile diğer bir bakteriye
aktarılması olayıdır.

Bakteriyofajlar, bakterilerin zorunlu
parazitleri olup, ancak canlı bakteri hücreleri
içinde replike olabilirler ve bu ilişki sonucu
çoğunlukla içinde çoğaldıkları bakterinin
parçalanıp erimesine yol açarak, bir başka
bakteriyi enfekte etmek üzere serbest kalırlar.


Özetle belirtmek gerekirse,
transdüksiyonda bir bakteriyofaj aracılığı ile
bakteriden bakteriye genetik materyal veya bir
DNA segmenti aktarılmakta böylece alıcı
bakteri, verici bakteriye ait bazı özellikleri
kazanmaktadır.
KONJUGASYON
Genetik materyalin bir bakteriden diğerine bu
iki bakterinin geçici teması sonucu
aktarılmasıdır.
 Birçok enterik bakterinin konjugasyon yaptığı
bilinmektedir. E. coli bakterisinin K12 suşunda
yapılan ilk gözlemlerde, bu olayda bazı
bakterilerin daima verici, diğerinin ise alıcı
özellik gösterdiği saptanmıştır.

PLAZMİDLER
Plazmidler, bakteri hücrelerinin
sitoplazmasında, kromozomal DNA’dan
bağımsız olarak bulunan ve replike olabilen
ekstrakromozomal DNA segmentleridir.
Bu genetik elemanlar, bulunudukları
ve aktarıldıkları bakteriye birtakım değişik
biyolojik yapı ve fonksiyon özellikleri kazandırır.
Şekil 1: Plazmidler içeren bir bakterinin
şematik çizimi. 1Kromozomal DNA.
2 Plazmidler.
Tipik olarak dairesel ve çift sarmallıdır.
Bakterilerin, plazmidler tarafından kodlandığı
bilinen birtakım fenotipik özellikleri arasında
antibiyotiklere
ağır metal iyonlarına
ultraviyole ışınlarına gösterdikleri direnç
çeşitli enzim ve toksinler oluşturma
konak hücreye adherans
kolonize olma
üreaz oluşturma
çeşitli karbonhidratların fermentasyonu
sayılabilir.

Plazmidler bakteride kendiliğinden oluşmazlar, başka
bakterilerden aktarılırlar.

Bulundukları bakterilerden, spontan olarak
kaybolabilecekleri gibi, plazmid replikasyonunu inihbe eden
bazı maddeler aracılığı ile, deneysel olarak da ortadan
kaldırılabilirler.

Plazmidler bakteriden bakteriye genellikle konjugasyonla
aktarılırlar. Bilinen plazmidlerin belli başlı örnekleri,

F faktörleri, direnç plazmidleri, stafilokok plazmidleri ve
virulans plazmidleridir.
MUTASYON

Bir canlının genomu içindeki DNA ya da RNA diziliminde
meydana gelen kalıcı değişmelerdir. Mutasyona sahip bir
organizma ise mutant olarak adlandırılır.







Bireyin,kalıtsal özelliklerinin ortaya çıkmasını sağlayan
genetik şifre, herhangi bir nedenden dolayı
DNA onarımı, mayoz bölünme veya DNA replikasyonu
sırasında meydana gelen hatalar
transpozonlar, virüsler, X ışını, radyasyon, ultraviyole
bazı ilaç ve mutajen kimyasallar
ani sıcaklık değişimleri vb. etkenlerle) bozulabilir
Bu durumda DNA’nın sentezlediği protein veya enzim
bozulur.
Böylece canlının, proteinden dolayı yapısı, enzimlerinden
dolayı metabolizması değişebilir. Mutasyon ters evrimin
temelini oluşturur.
Download