nnukleot d ders582.2 KB
advertisement
Nukleotidler-nukleik asidler Yapı-Fonksiyon Doç.DR. S.C • Nukleik asitler (DNA,RNA) nukleotid monomerlerinden oluşan doğrusal polimerlerdir • Herbir nukleotid …..azotlu baz • 5 C lu şeker(riboz) • PO4 içerir • Pentoz+azotlu baz…….. Nukleozid • Azotlu bazlar ; Purin , pirimidin y • Purin ve pirimidin yapısında numaralandırma farklıdır • Purin halka sisteminde ki pirimidin halkası saat yönünün tersine, imidazol halkası ise saat yönünde numaralandırılır • Pirimidinlerde ise numaralandırma saat yönünde • • • • • Purin: Adenin (A), guanin(G) Pirimidin :sitozin(C) ,timin(T),urasil(U) Adenin,guanin,sitozin; DNA ve RNA da bulunur Timin sadece DNA da Urasil sadece RNA da bulunur • • • • Pentoz β-N furanoz halkasıdır RNA da β-D-riboz DNA da β-D-2’-deoksi riboz bulunur deoksi riboz da pentozun 2. C da OH yerine sadece H bulunmakta Nukleoziddeki pentozun 5C daki OH ına PO4 grubu ester bağı ile bağlanır Nukleotid oluşur Fosfat grubu nukleotid ve nukleik asitlere negatif yük kazandırmakta • Nukleosid 5’fosfat • (Nukleotid) Pentozun 1 C u pirimidin bazının 1 N una purin bazının ise 9 N una β-N glikozid bağı ile bağlanır • Fosfatlar ise birbirine fosfoanhidrit bağı ile bağlı • 2 ve 3 cü fosfatın bağlanmasıyla NDp(ADP), NTp (ATP)oluşur Fosfat grupları şekerden başlamak üzere α,β,γ olarak adlandırılır • Ester bağının yıkılması ile yaklaşık 14 kJ/mol enerji oluşur • Herbir anhidrit bağı ise yaklaşık 30 kJ/mol enerji oluşturur Nukleotidlerin fonksiyonları • • • • Nukleotid monomerleri nukleik asitleri oluştururlar Enerji taşıyıcıdırlar Enzim kofaktörlerinin komponenti Kimyasal haberci Nukleotidlerin, biyosentez ve enerji dönüşümlerinde kullanılan aktif formu, nukleotid difosfat ve nukleotid tri trifosfat şekilleridir ATP çok geniş olarak kullanılır UTP,GTP ve CTP ise spesifik reaksiyonlarda kullanılır • • • • • • • • • • • • Baz Monofosfat Adenin AMP Guanin GMP Sitozin CMP Urasil UMP Baz Adenin Guanin Sitozin Timin Ribonükleozid 5′Difosfat Trifosfat ADP ATP GDP GTP CDP CTP UDP UTP 2′-deoksiribonükleozid 5′Monofosfat Difosfat Trifosfat dAMP dADP dATP dGMP dGDP dGTP dCMP dCDP dCTP dTMP dTDP dTTP Bazların tautomerizasyonu • Azotlu bazlar stabil bileşikler olmalarına rağmen kendilerine bağlı H atomlarının yerlerinin değişmesiyle tautomerizasyona uğrarlar • Adenin ve sitozin için amino, guanin ve timin için keto konfigürasyonu tautomerik formlardır • Nadir olarak amino yerine imino, keto yerine enol formu oluşması ile replikasyona sırasında yanlış baz eşleşmesi oluşur. • Yanlış eşleşme onarılır Purin ve pirimidinlerin aromatik özellik taşımaları nedeniyle ,okso veya amino yan gruplarının varlığı nedeniyle keto ve aminimin tautomerizmi gösterirler Ortamın pH ına bağlı olarak purin ve pirimidinler iki veya daha fazla tautomerik formlar oluşturur • pH 7 de baskın olan form laktam • pH azaldıkça diğer formlar baskın hale gelir • Tüm nukleotidler rezeonans formu dolayısıyla UV ışığı abs ederler • 260 nm de kuvvetli abs • Nötral pH da purin ve pirimidin bazları hidrofobiktir • Asit ve alkalide yüklü duruma gelir ve çözünürlük artar Heterosiklik N glikozidler Syn,anti formlar • Nukleozidlerde N glikozid bağı etrafında rotasyon ile ilgili olarak Syn, anti formlar oluşur • Doğada her iki form da görülür ancak anti formlar baskındır Alışılmadık baz • DNA ve RNA da yapı taşlarını oluşturan nukleotidler • A,G,S,T den başka önemsiz bazlar da içerirler • DNA da bunların en yaygın olanları ana bazların metillenmiş formu • G, C en sık metilasyona uğrayan bazlardır • DNA metilasyonunda ,Dam metilaz ,Dem metilaz enzimleri S-Adenozin metiyoninden , metil gruplarını belli baz dizisindeki A ve C (sitozin)ye taşır. • Sitozin metilasyonu kalıtsaldır ve türe özgüdür Serbest purinler ve bitkilerdeki bazlar • Çeşitli bazlar organizmada serbest halde bulunurlar. A ve G metabolizmasından ara ürünüler ksantin ve hipoksantin ile insanlarda purin met. son ürünü Ürik asit • Adenınden…..Hypoksantin • Guaninden……Ksantin oluşur • Bitkilerde farmakolojik önemi olan heterosiklik bazlar • Kahvede kafein (1,3,7 trimetil ksantin) • Çayda teofilin (1,3 dimetil ksantin) • Kakao da teobromin (3,7 dimetil ksantin) ksantın türevleridir Nukleotid tri fosfatlar grup transfer potansiyeline sahiptir • Nukleotid tri fosfatlar da ester bağlarından farklı olarak anhidrit bağları grup transfer potansiyeline sahiptir • Fosfatların (uçtaki)ikisi hidroliz olduğunda • ΔG0 yaklaşık 7 kcal/mol • Asit anhidrit bağların koparılması kovalan bağ sentezi gibi endergonik olaylarla kenetlenir • Adenozin türevleri • Memeli hücrelerinde en çok ATP bulunur • Hücre içi konst yaklaşık 1 mmol/L • cAMP hücrelerde cAMP bağımlı prot kinazların etkinliğinin düzenlenmesinden • sorumludur • Hücre içi cAMP düzeyi • yaklaşık 1nmol/L • ATP den 103 kez daha düşüktür • Adenozin 3’-fosfat-5’fosfasulfat(PAPS) • Sulfat vericisidir (so4 lu proteoglikanlar ve idrarda sulfat konjugatları olarak atılan ilaç metabolitlerinin oluşumu için) S-Adenozil metiyonin:metilasyon reksiyonlarında metil vericisi,poliamin sentezinde propil amin kaynağı olarak fonksiyonel • Guanozin türevleri • Guanozin nukleotidleri substrat düzeyinde fosforilasyonda GDP den GTP oluşumunda • suksinil KOA nın süksinata dönüşümünü katılır • cGMP, cAMP ye antagonist hücre içi 2. haberci • GTP den guanil siklazla oluşur • cGMP den fosfodiesteraz ile GMP oluşur • Endotel kaynaklı gevşetici NO ya yanıt olarak cGMP↑ düz kas gevşemesini sağlayan olaylarda 2.haberci • Hipoksantin türevleri • Hipoksantin ribonukleotid(IMP),AMP nin deaminasyonu ile oluşur • IMP nin aminasyonu ile • AMP oluşur • Urasil türevleri • UDP şeker türevleri glc 1fosf ile galaktoz 1fosf dönüşümünde (epimerizasyonda) fonksiyonel. • UDP şekerler glc ,glikojen ile glikozil disakkaritlerin biyosentezi • gliko prot, proteoglikanların olıgosakkaritlerrinin biyosentezinde şeker vericisi olarak davranır • UDP glukuronik asit • Bil veya aspirin gibi ilaçların idrarda glukuronid konjugatları oluşumuna katılır ve toksik maddelerin veya metabolik artıkların atılımına katılır • Sitozin türevleri • CTP seramid ile CDP-kolini içeren reaksiyonlar , sfingomyelin ve diğer türev sfingozinleri oluşturur Yapay nukleotid benzerleri kemoterapi için kullanılmakta ---6.Tiyoguanin ---6.Merkaptopurin # 6. konumda OH yerine tiyol grub ---5.Fluorourasil ---5iyodo2.deoksiüridin Heterosiklik bir C atomunun yerine N atomu geçer 5 veya 6 azo uridin,5 veya 6 azositidin veya azoguanin benzerleri klinik de kullanılmakta • Hiperurisemi ve gut tedavisinde kullanılan purin benzeri allopurinol denovo purin sentezi ve ksantin oksidaz etkinliğini inhibe eder. • Nukleotidlerin fonksiyonları Nukleotidler: nukleik asitlerin alt üniteleridir Nukleotidler: enerji taşınmasında fonksiyonel (ATP,GTP) Biyomoleküllerin aktif hale getirilmesınde (UDP Glc,UDPgalak,CDP-acil glıserol,S-adenozil metiyonin) fonksiyonel Nukleotidler:bir çok enzim kofaktörünün bileşenidir Nukleotidler: kimyasal haberci olarak (cAMP,cGMP) • Nukleotidler nukleik asitlerin alt üniteleridir • Purin,pirimidin nukleotidleri DNA ve RNA nın monomerik molekülleridir • DNA ve RNA da nukleotidler fosfat köprüleri ile bağlanmışlardır • Nukleotidler birbirine kovalan bağlarla bağlanarak oluşturdukları nukleotid dizisi primer yapıyı oluşturur • Primer yapının dizimi düzenli olarak tekrarlanması ile sekonder yapı,ileri katlanmalarla tersiyer yapı oluşur Bir nukleotidin pentozunun 3’C a bağlı OH ile sonraki nukleotidin 5’C nuna bağlı PO4 • grubu arasında bir molekül H2O çıkışı ile 3’,5’fosfodiester bağı oluşur • Nukleotid dizisi5’ • 3’yönünde yazılır • Nukleik asitlerin omurgası kovalan bağlı pentoz-fosfat kalıntılarından oluşmakta • DNA ve RNA da nukleotid omurga hidrofiliktir • Pentozların OH grupları H2O ile H bağları yapar • PO4 grupları pH 7 de iyonize ve negatif yüklüdür • Purin ve pirimidin bazları hidrofobiktır Oligonukleotid ;kısa nukleotid dizisi • Polinukleotid :50 den fazla nukleotid içeren uzun nukleotid dizisi • DNA sekonder yapı • DNA çift sarmallı yapıdadır • Her iki kol sağa dönerek sarılır (Sağ sarmal) • Hidrofilik şeker-fosfat omurgası bazların dış kısmında bulunur dönen merdiven şeklindedir • Bazların hidrofobik halkaları molekulun ortasında yer alır,sarmalın uzun eksenıne dik açı yapar • Bir sarmaldaki bazlar diğer sarmaldaki bazlarla eşleşmiştir • Adenin diğer koldaki timin ile iki H bağları ile • Guanin ise sitozin ile 3 H bağı eşleşir • İki kol birbirinin tamamlayıcısıdır • DNA da A ile T sayısı, G ile C sayısı eşittir Bir zincirdeki baz dizisi biliniyorsa diğer zincirdeki baz dizisi bilinir Bu eşleşmelere göre DNA molekülündeki A sayısı T sayısına ,G sayısı C sayısına ve A-G bazlarının toplam sayısı,C-T sayısının toplam sayısına eşittir Bazları omurgaya bağlayan glikozidik bağlar arasındaki uzaklık (10.8Ao) purin pirimidin çiftinin buraya yerleşmesine uygundur Ancak boşluk iki purin için yetersiz ,iki pirimidin için ise çok geniş kalır • DNA nın sarılan kolları antiparaleldir • Bir sarmalın 5’ ucu diğer sarmalın 3’ ucu ile eşleşir • Çift sarmal her 10.5 baz çiftinde (360 0) bir tam dönüşü tamamlar • DNA çift sarmal yapısı 4 faktörle saglamlaşır • 1.Hidrofobik etkileşim ile baz çiftinin merkeze itilmesi • 2.merkeze itilen bazların wandervals etkileşimi • 3. baz çiftlerinin arasında oluşan H bağları • 4.Negatif yüklü fosfat gruplarının elektrostatik olarak birbirini itme eğilimi hücredeki katyonlarla nötralize edilmesi • DNA çift sarmalı simetrik değildir • İplikçiklerde şeker ile baz arasında oluşan glikozid bağları baz çiftleri ile karşı karşıya gelmez, böylece çift sarmalda iki büyük yarık oluşur DNA baz kompozisyonuna bağlı olarak farklı fiziksel koşullarda farklı konformasyonlarda bulunabilir. DNA nın taşıdığı bilgi değişmez A,B,Z olarak 3 tip DNA vardır • Heliks şekli Baz çifti sayısı Yükseklik Glikozid bağ B sağ 10.5 3.4nm anti A sağ 11 2.6nm anti Z sol 12 3.7nm anti(pir) Syn(pu) • B DNA en yaygın form • B DNA kuruduğu zaman veya tuz miktarı azaldığı zaman A DNA gibi kısalır ve daha genişler A DNA ya dönüşür • Baz çiftleri eksene dik hale gelir • Büyük yarık darlaşır ve derinlik kazanır • Küçük yarık ise hemen hemen kaybolur • Her dönüşte Baz çifti 11 e çıkar • A DNA B gibi sağa dönüşlu ,şeker ,baz grupları glikozid bağı tersinde bulunur (anti) • Anti konformasyonda baz ile şeker arasında sterik itme azalır • Bazı katyonlar şeker ve glikozid bazın glikozid bağ ile aynı tarafta olmasına yol açar( syn ) • Z DNA anti,syn konformasyonda • Z DNA BDNA ya göre ince ve uzun sola dönüşlü 12 baz çifti içerir • Z DNA da büyük yarık ortadan kalkar, küçük yarık ise derin kırık haline gelir • DNA denaturasyonu • DNA çift sarmalı iplikçiklerinin in vivo olarak replikasyon ve traskripsiyon süreçlerinde • veya invitro aşırı pH değişikliğine veya yüksek ısıya maruz kaldığında baz çiftleri arasındaki H bağları yıkılır ve iplikçikler birbirinden ayrılır (denaturasyon) • DNA 260 nm de UV abs eder • Absorbsiyon eşleşmemiş bazlarda daha fazla • DNA iplikçikleri tamamen açıldığında absorbans doğal haldekinden % 37 daha fazla • DNA sıcaklık ile absorbans arasındaki ilişkiyi gösteren eğriye DNA nın erime eğrisi denir, sigmoidaldır • DNA nın yarısının denature olduğu sıcaklığa erime sıcaklığı (Tm;melting temp) • • • • Tm (erime sıcaklığı) de absorbans artar,(%18) Tm,C-G baz çifti fazla olan(3H bağlı)bazlarda A-T ye göre daha yüksektir Eriyen DNA yavaş yavaş soğutulduğunda kollar yeniden birleşebilir (renaturason,reannealing) • İki kol tam olarak ayrılmadığında birleşme çabuk olur • Kollar tamamen ayrıldığınde ise birleşme uzun sürer • Hızlı soğuma,kolların çökmesine ve renatürasyonun yavaş gelişmesine • İki kol tamamen ayrılmadığında(10-12 baz çifti varsa) denatürasyon hızla geri döner • Kollar tamamen ayrılırsa renaturasyon uzun sürede yine de tamamlanır DNA süper sarmalı DNA süper sarmal oluşturma özelliği vardır süper sarmal telefon kablosu görünümündedir DNA nın kendi ekseni etrafında bükülmesiyle oluşur DNA ekseninin kendi ekseni üzerinde bükülmediği durumda gevşek DNA (relaks DNA) dan bahsedilir DNA nın aktif formu, süper sarmalın gergin formudur • DNA gerginliği,bazlar arasındaki H bağları yıkılarak iki iplikçiğin açılması ile sağlanır sağlanır Bu açılma replikasyon, translasyon ve rekombinasyon da önemlidir Sonuçta,Super sarmal DNA gevşek olandan daha kompakt yapıya sahiptir Süpersarmal,çift sarmalın açılma kapasitesini arttırır • Tüm doğal DNA lar az kıvrımlı negatif süper sarmal oluşturmuş durumdadır • Doğal yapı ,DNA halka durumda ise veya iplikler biribiri üzerinde dönemeyecek şekilde proteinlerle stabilize edildiğinde korunabilir • DNA nın bir veya iki kolunda fosfodiester bağı kesilip, bırbırı üzerinden geçirilip halka kapatılırsa DNA bağ sayısı değişir.Bu olayı gerçekleştiren enzimlertopoizomeraz lardır • Bakteri ve ökaryotik hücrelerde bulunur • Topoizomerazlar süper sarmal oluşturmakta ve bozmakta • TipI topoizomeraz DNA nın bir kolunu kırar ve tekrar bağlar bağ sayısını bir sayı değiştirir • TipII topoizomeraz, DNA nın iki kolonu kırar ve aynı şekilde bağlar bağ sayısı iki sayı değişir • DNA replikasyon için topoizomeraz I ve II gereklidir • DNA topoizomeraz II(DNA bakteriyal giraz) gerekli enerjiyi ATP hidrolizi ile sağlayarak dakikada ıoo negatif süper sarmalı DNA yapısına ekler • Okaryotik topoizomerazlar (tip I ve tip II) kıvrım azaltarak negatif süpersarmal oluşturamaz, mevcut pozitıf ve negatif süper sarmalları gevşetir • DNA topoizomeraz II tetramerik yapıdadır • 2 A ve 2B alt biriminden oluşmuştur • Her katalıtik reksiyonda dairesel DNA yapısında döngü sayısın( 2) değiştirir,enerji ATP den sağlanır • Ökaryotik hücrelerde topoizomeraz I ve II pozitif ve negatif süpersarmalı uzaklaştırırlar • Kromozomlar genetik bilgi içeren DNA molekülünü tanımlar, • Kromozom yapısında bulunan DNA histon ve diğer proteinlerle sıkı bağlanarak şerit üzerinde boncuk şeklinde nukleozomlar oluşur Histonlar yapılarında arginin ve lizin amino asitleri taşıdıklarından,fizyolojik pH da (+ )dirler Histonlar (–) yüklü DNA ile iyonik bağlar oluşturan küçük molekül ağırlıklı proteinlerdir Nukleozom çekirdeğinde bulunmayan H1 ise bağlayıcı DNA olarak fonksiyonel • Ökaryotik kromozom yapısı karmaşıktır • Ökaryotik DNA sını ,sık sık tekrarlanan baz dizileri oluşturmakta • Tekrarlanan diziler özellikle kromozomun telomer ve sentromer bölgesinde • Her kromozom merkezde sentromer içerir • Ökaryot hücre nukleuslarındaki DNA dan farklı olarak mitokondride de DNA parçası vardır (Mitokondriyal DNA) • Mitokondriyal DNA nukleus DNA sına göre çok kısa ve halka şeklinde • Mitokondriyal prot ,mitok t-RNA ve mitk rRNA kodlar • Prokaryotlar ise tek kromozom içerir • r RNA ları kodlayan ufak bölümler dışında DNA ları tekrarlamaz • Bakteri ve virüslerin çoğu tek kromozom içerir • İnsan somatik hüc de 46 kromozom • Kromatin;DNA nın nukleozomlarda paketlenmiş şeklidir.Kromatin biçimlenmemiştir protein • ve DNA dan oluşur • Plazmid; küçük dairesel ve ekstrakromozal DNA molekülleridir Genetik bilgi taşırlar,replikasyona uğrarlar • Plazmidlerl e genetik bilginin aktarılması bakterilerin antibiyotiklere karşı direnç geliştirilmesinde rol oynar Genler; Canlılarda bilgi genlerde saklanır • • • • Canlı organizmalarda genetik bilginin kullanımı 3 temel işlemle sağlanır Replikasyon;Kopyalama Aynı nukleotid dizisine sahip yavru DNA molekülü oluşturmak için ana DNA nın tekrarlanması • Transkripsiyon; Kayıt • DNA da kodlanmış genetik bilginin mRNA formuna dönüşümü • Translasyon;Çeviri • mRNA da kodlanan genetik bilgiye uyan amino asıtlarden oluşan zincirin ribozomlarda sentezlenmesi • RNA, DNA da kodlanan genetik bilgiyi fonksiyonel prot amino asitlerine dönüştürür • RNA DNA daki gibi 3’,5’fosfodiester bağları • Purin olarak A,G • Pirimidin olarak C,U (U;T yerine) • Pentoz DNA da deoksiriboz,RNA da ise riboz • RNA tek zincirli • A-U,C-G eşleşme düzenli değildir • • • • • • Üç tip RNA vardır Haberci (mesenger)RNA ( mRNA) Transfer RNA (tRNA) Ribozomal RNA ( rRNA) Haberci (mesenger)RNA ( mRNA) Protein sentezi için gerekli genetik bilgiyi nukleustaki DNA dan ribozomlara taşırlar • Hücrede en az bulunan RNA tipi • Molekül büyüklüğü en heterojen • Ömürleri ortalama olarak diğer RNA lardan kısadır • Prokaryot RNA larının ömürleri bir kaç saniye ile birkaç dak arasında değişir • Ökaryot RNA bir kaç dak ile birkaç gün arasında değişir • mRNA çok sık sentez edilir ve yıkılır • mRNA üzerinde ,herbiri bir aaside uyan 3lü baz gruplarına kodon denir • • • • RNAda 64 kodon vardır 20 aasid prot sentezine katılır,bir aaside uyan birden fazla kodonu vardır Ayrıca aasidlere uymayan kodonlarda vardır,bunlar UAA,UAG,AGA sonlanma kodonları • Üzerinde tek protein kodlayacak bilgi taşıyan mRNA monosistronik,birden çok prot kodlayabilen mRNA ise polisistronik mRNA denir • Okaryotik mRNA nın çoğu monosistronik • Prokaryot mRNA polisistronik • Transfer RNA yakaşık 75-90 nukleotid içerir • En küçük RNA • Prot sentezinde yer alan 20 asidin herbiri için bir veya birden çok tRNA vardır taşıdıkları aasid tRNA üstüne yazılır(tRNAAla) tRNA nukleotidlerin fosfodiester bağları ile birleşmesiyle oluşur. sekonder yapı yonca yaprağı gibidir • tRNA nın3’ OH alıcı kolun OH grubu taşıyacağı aasidin COOH grubuna bağlanır • mRNA da kodona uyan antikodon yoncanın alt kısmında bulunur • Antikodondaki bazlar, kodondaki bazların tamamlayıcısıdır • • • • • • Ribozomal RNA (rRNA) Ribozomlarda ki RNA Prokaryotlarda 3 Ökaryotlarda ise 4 farklı tip rRNA bulunur Bunlar svedberg( S )katsayıları ile sınıflandırılır ( S) Santrifugal alanda molekülün hareket hızının ölçüsü • Prokaryotlarda sınıflar 23 S,16 S,5S rRNA • Ökaryotlardaki sınıflar 28 S, 18 S, 5.8 S, 5 S rRNA • Ribozomlar prokaryotlarda 20 S ve 50 S • Ökaryotlarda ise40S ve 60 birimlerinden oluşur Biyomoleküllerin aktif hale getirilmesınde (UDP şeker türevleri Glc 1 fosfat ve galaktoz 1 fosfat ın biribirlerine dönüşümde etken (epimerizasyona) UDP glc,glikojen ve disakkarıtlerin biosentezinde glc vericisi,ayrıca diğer UDP sekerleri glikoprot proteoglikan ve oligosakkaritlerin bio sentezinde şeker vericisi olarak etkili. • UDP glukuronik asit,bilirubin veya aspırin gibi bazı ilaçların idrarda glukuronik konjugatlarını oluşturarak atılımını sağlar • Sitozin türevleri fosfoglıserit sentezinde gereklidirler • Adenozin 3’fosfat-5’ fosfosülfat(fosfo adenozin fosfosulfat) • Sulfatlanmış proteoglikanlar veya idrarda sulfat konjugatları halınde atılan ilaç metabolitlerinin oluşumu için sulfat vericisi • S-adenozil metiyonin metilasyon reaksiyonlarında metil vericisi,poliaminlerin sentezi için propilamin kaynağı • Nukleotidler: bir çok enzim kofaktörünün bileşenidir • Enzim kofaktörlerinin bir kısmı yapılarında adenozin içerir • Adenozin içeren koenzimleri; KOA, • nikotin amid adenin di nukleotid(NAD veya NADH) • flavin adenindinukleotid (FADveya FADH2)
