Hazırlayan: Yrd.Doç.Dr. Yosun MATER

KALITIMIN MOLEKÜLER TEMELİ
MBG 111 BİYOLOJİ I
Hazırlayan: Yrd.Doç.Dr. Yosun MATER
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Genetik Bilgi Kaynağımızın Doğası
•1928’de Frederick Griffith bakteri hücrelerinin kendini transforme edilebildiğini gösterdi.
•Bulaşıcı olmayan (=Nonvirulent) Streptococcus pneumoniae (Tüberküloz etkeni)
bilinmeyen bir bileşen ile bulaşıcı forma dönüştüğünü, bunun dölden döle
aktarabildiğini ve öldürücü olabileceğini kanıtladı.
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
•Oswald Avery, Maclyn MacLeod ve Colin McCarty transformasyonun
prensiplerini tanımladılar.
•Genetik bilginin okunmasının ve protein diline çevrilmesinin; DNA ve enzimler ile
inaktive edilebildiğini gösterdiler.
•Bununla beraber protein haline geldiğinde bu değişimin o kadar kolay olmadığını
belirlediler.
•Elde edilen bu veriler ışığında yapılan çalışmalar ile virüslerde de genetik materyalin
DNA olduğu gösterildi.
•Bakterileri enfekte eden virüslere, bakteri yiyen anlamında bakteriyofaj
(bacteriophages) adı verildi.
•Kısaca faj denilen bu viral yapılar transmisyon elektron mikroskobu ile görüldü ve
sınıflandırıldı.
•Bakterilere göre nükleik asit ve protein kılıftan oluşan çok daha basit bir yapıları
olduğu belirlendi (Şekil 16.3) .
•Kısaca faj denilen bu viral yapılar transmisyon elektron
mikroskobu ile görüldü ve sınıflandırıldı(Şekil 16.3).
•Hershey ve Chase fajlarda da genetik materyalin
genellikle DNA olduğunu gösterdiler.
•Faj enfeksiyon sırasında yapılan radyoaktif etiketleme ile faj
enfeksiyonuna yol açan ajanlarda genetik bilginin, fajın
DNA’sında depolandığını ve proteinlerinde depolanmadığını
gösterdiler (Şekil 16.4) .
•Bakterilere göre nükleik asit (DNA ve/veya RNA) ve protein
kılıftan oluşan çok daha basit bir yapıları olduğu belirlendi .
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
DNA’nın Yapısı
•Yapılan çalışmalar ile DNA’nın bileşenleri bilinmekteydi fakat onun üç boyutlu yapısı
bir sırdı.
•DNA, nükleotid birimlerden oluşur. Bu birimlerin her biri; içinde bir deoksiriboz şeker
ve bir azotlu baz [adenin (A), guanin (G), sitosin (C), timin (T)] içerir.
•Bu nukleotid yapı 5' karbon atomu ile bir fosfata ve diğer nükleotidin 3' karbonuna
bağlı hidroksil arasında fosfodiester bağları ile bağlanarak oluşur (Şekil 14.3, 14.4, 16.5).
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
•Erwin Chargaff, Rosalind Franklin, MauriceWilkins ve Linus Pauling DNA’nın
üç boyutlu katlanmasına dair bazı yapısal kanıtlar elde edilmişlerdir.
•Chargaff DNA’da adenin ve timin ile sitozin ve guanin eşit miktarda
bulunduğunu belirledi.
•Bu bazların keto ve enol formlarının hidrojen bağları ile oluştuğunu gösterdi.
•Franklin DNA’nın diziliminde hidrofobik birimlerin içeride yer aldığını
belirledi.
• Franklin,Wilkins ve Paulin‘in X-ışını kırılma çalışmaları, DNA'nın sarmal
yapıda olduğunu gösterildi (Şekil 16.6).
•Watson-Crick işte bu elde edilen kanıtlara dayanarak DNA modelinin son
halini oluşturdu. (Şekil 16.1).
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Bu belirlenen modele göre (Şekil 16.7 ve
16.8);
•DNA birbirine antiparalel iki polinükleotid
iplikçikten oluşur.
•Bu yapı ortak bir eksen etrafında sarmal
formda durur.
•Bu iplikçikler (A / T ve G / C) oluşan baz
çiftleri arasındaki hidrojen bağları ile bir
arada tutulur.
•Her bir iplikçik diğerinin tamamlayıcısıdır.
•Dolayısıyla bir iplikten diğerinin baz
dizisini belirleyebilirsiniz.
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
•Belirlenen DNA modelinden sonra
diğer adım, DNA’nın
replikasyonunun (Eşlenmesinin)
temel nitelikleri anlamaya
çalışmaktı.
•Bu amaçla ortaya atılan model
hipotezlerde 3 olasılık vardı.
•Bunlar, DNA’nın korunan modeli,
yarı korunan modeli ve dağınık
modeli adını alıyordu (Şekil 16.10).
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
•Matthew Meselson ve Franklin Stahl yaptıkları denemelerde; DNA’nın yavru
hücrelere yarı-korunmuş (=semiconservative) bir mekanizma ile aktarıldığını
kanıtladılar (Şekil 16.11).
•Yarı-korunmuş çoğaltım için bir DNA molekülünün her bir ipliği kademeli
olarak açılarak yeni bir iplik üretmek için kullanılır.
•Meselson ve Stahl bunu ağır azot izotopu kullanarak göstermişlerdir.
•Buna göre oluşan F1 dölünde oluşan nükleer materyalde DNA ipliklerinde bir
eski, normal N atomu içeren iplik ve bir yeni, ağır azot atomu içeren iplik
belirlemişlerdir.
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
 DNA çoğaltılmasında (=replikasyon) bir şablon, nükleotidler ve
polimeraz enzimi gereklidir.
 Tüm yeni DNA molekülleri, bir DNA şablonundan, DNA polimeraz
kullanılarak kopyalanması yoluyla üretilmiştir.
 Bilinen tüm polimerazlar yeni DNA sentezine sadece 5'-3 yönünde
çalışırlar.
 Bu enzimler bir primer’e-öncüye gerek duyarlar.
 Çoğaltma aşamasında deoksinükleotid birimler sadece trifosfatların
yüksek enerjili bağlarını kullanırlar ve dışarıdan ek bir enerjiye ihtiyaç
duymazlar.
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Prokaryotik Çoğalma
•Prokaryotik çoğaltma tek bir orjinden-noktadan başlar.
•E. coli bakterisinde bu nokta, başlangıç kolayca açılan AT zengin dizilerinden oluşur.
•Bu kromozom ve onun kökeni bir Replikonu oluştururlar.
•E. coli bakterisi en az üç farklı DNA polimeraza sahiptir.
•Bazı DNA polimerazlar (Pol), ekzonukleaz aktivitesi ile DNA sentezleyebilir.
•Pol I, II ve III’ün herbiri 3'den 5’ e ekzonukleaz aktivitesi ile yanlış eşleşmiş bazları
tarayabilir.
•Pol I bazları sadece 5’-3’ yönünde sentezleyebilir. RNA primerinin buradaki hareketi çok
önemlidir (Şekil 14.13, 16.7).
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
•DNA sarmalının açılması,
enerji gerektiren bir
mekanizmaya ihtiyaç duyar.
•Katlanmış DNA’nın açılması ise
DNA giraz yardımı ile olur
•DNA helikaz enzimi, DNA ipliğini
açmak için ATP enerjisi kullanır.
• Bu sırada açılan DNA ipliklerini,
tek ipliğe bağlanan proteinler ayrı
tutarlar (single strand binding
protein)(Şekil 16.13).
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
DNA çoğaltılmasında kesikli senteze bakarsak;
•DNA çoğaltılması aşamasında polimeraz enzimleri 5’-3’ yönünde çalıştıkları için 5’-3’
yönündeki iplik kesintisiz olarak sentezlenir.
•Antiparalel diğer iplikte çoğaltım parça parça gerçekleşir (Şekil 14.15).
•Kesintisiz sürekli sentezlenen iplikçiğe kalıp- önde gelen DNA denir (Şekil 16.15).
•Kesikli sentezlenen iplikçiğe ise kesikli – gecikmeli DNA adı verilir (Şekil 16.16).
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
•Sentez replikasyon çatalı oluşması ile
gerçekleşir.
•DNA ipliğinde kısmi açılma oluşturan iki tek iplikli
bölgeye replikasyon-çoğalma çatalı adı verilir.
•5’- 3’ yönündeki önde gelen DNA üzerinde sentez
için tek bir öncü RNA molekülüne ihtiyaç duyulur.
•Polimeraz buradan β alt birimi ile tutunur.
•Kayar kelepçe gibi bu kalıp iplik üzerinde hareket
ederek sentezi gerçekleştirir.
•Pol III ise adına Okazaki parçaları denen DNA
parçalarını, her biri için ayrı primer kullanarak;
gecikmeli-kesintili, 3’ – 5’ iplik üzerinde ama 5’- 3’
çalışarak yapar.
•Primerler bu DNA parçalarından Pol I enzimi ile
uzaklaştırılır.
•Sonra bu DNA parçaları arasında kalan boşluklar ise
DNA ligaz enzimi ile doldurulur (Şekil 14.17).
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
•Replizom (=Replisome)
çoğalma için gerekli tüm
enzimleri içerir.
•Replizom iki kopya Pol III,
DNA primaz, DNA helikaz, ve
bir dizi yardımcı proteinler
içerir.
•Bunlar bir yönde, beraberce
hareket ederek kesikli sentezde
bir ilmek yapısı oluştururlar.
•Böylece antiparalel iplik, kalıp
iplikle aynı yönde sentezlenir
(Şekil 16.18).
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Ökaryotik Çoğaltma
 Ökaryotik çoğalma birden fazla noktadan başlamaya ihtiyaç duyar.

Bunun nedeni ökaryotik kromozomların büyüklüğü ve organizasyonudur.

DNA’nın birden fazla noktadan köken alarak çoğalmaya başlaması, ökaryot DNA’sında birden
fazla replikasyon başlangıç noktasının varlığını gösterir.
 Bu aynı zamanda S fazı içerisinde tüm ökaryot DNA’sının
çoğaltılmasını sağlamanın tek
yoludur.
 Ökaryotik replikasyon enzimleri çok daha karmaşıktır.
 Ökaryotik primaz enzimi kısa RNA parçaları sentezler.
 Bunlar DNA çoğalmasında öncü moleküller olarak kullanılır.
 Bu öncül moleküllerin sentezlenmesinden sonra DNA polimeraz DNA sentezine devam eder.
 Her iki enzimde karmaşık bir yapıya sahiptir.
 Hücre bölünmesi sırasında, bu proteinlere ait ve bunlara özel kayar kelepçe yapısında alt
birimler oluşturdukları saptanmıştır.
 Bunlara hücre üremesinde nükleer antigenler (proliferating cell nuclear antigen, PCNA) adı
verilir (Şekil 14.21).
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
•Arkea bakterilerde gözlenen (Archeal, eski)
çoğalma proteinleri, ökaryotik çoğalma
proteinlerine benzerlik gösterir.
•Eski canlılarda (ilkel canlılarda) kayar kelepçe
yapısı ve bunun DNA ipliği üzerine tutunuşu,
DNA polimeraz yapısı ökaryottan - bakteriye çok
benzerdir.
•Doğrusal kromozomların özel son uçları
vardır.
•Doğrusal kromozomların son uçlarına
telomerler denir.
•Bunlar çoğalma komplekslerinden değil
telomeraz tarafından yapılmışlardır.
•Telomerazlar DNA’da bilgisi saklanan, korunan
bir iç RNA yapısında parçalardır.
•DNA yapısında kromozomun sonunda yer alırlar.
• Ergin hücrelerde bunların eksilmesi, hücrenin
yaşlanması ile ilişkilidir ve yaşlılığın göstergesidir
(Şekil 14.22).
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
DNA Onarımı
•Hücreler sürekli DNA'ya zarar veren ajanlara maruz kalmaktadır.
•Çoğalma ve çevresel kaynaklı, UV gibi ajanlar tarafından ve kimyasal mutajenlerden
oluşan hatalar ve hasarlar mutasyonlara yol açabilir.
•DNA onarımı hasarlı DNA'yı yeniler.
•Tamir mekanizmaları olmadan, hücrelerde o kadar çok hatalar ve mutasyonlar birikir
ki bu canlının ölümüne yol açar.
•DNA onarım hasara özel (=specific) veya genel onarım (=nonspecific) olabilir.
•Fotoliyaz enzimi (Photolyase) görünür ışıkta ki; UV ışık nedeniyle oluşan timin
dimerlerini belirlemede ve kırmada rol oynar (Şekil 14.23, 16.19).
•Kesip-çıkarma (=Excision, Eksizyon) genel bir onarımdır (Şekil 14.24).
•Prokaryotlarda bulunan UVR sistemi DNA hasarlı bölgesini tanır ve o bölgeyi
uzaklaştırır.
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER
Kaynaklar
 Campbell Biology 10th ed.(2014) Neil A. Campbell,
Jane B. Reece, Unit 3, Part:16, p: 312-332 Pearson
Benjamin Cummings, 1301 Sansome St., San Francisco,
CA 94111.
 Biology / 9th ed (2008)Peter H. Raven George B.
Johnson, Kenneth A. Mason, Jonathan B. Losos, Susan
R. Singer, Chapter 14, p:256-277. The McGraw-Hill
Companies, Inc., 1221 Avenue of the Americas, New
York, NY 10020.
Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER