Alfa Amilaz Ailesi Üyelerinin Yapı ve Dizi benze

DNA ONARIMI VE MUTASYON
Merve Tuzlakoğlu Öztürk
Bakteri genetiği dersi
Sunum-2
18.11.2005
*DNA’ nın dölden döle değişmeden aktarımı için 2 süreç
önemlidir:
DNA ONARIMI
1. Replikasyon sürecinin doğru yapılması
2. Onarım
*Onarım, DNA’ ya özgü bir yetenektir.
DNA’ daki değişiklikler;
1.Bazlarda meydana gelebilir.
• Bu tür değişiklikler tüm yapıyı, replikasyonu ve
transkripsiyonu genellikle etkilemez ama mutasyona yol
açabilir.
2. Yapısal kırılma ve bozulmalar.
•
Replikasyon ve transkripsiyona fiziksel bir engel
oluşturabilir.
ONARIM SİSTEMLERİ
Doğrudan
onarım
Kesip
çıkarma
onarımı
Yanlış
eşleşmelerin
düzeltilmesi
Replikasyon
sonrası
onarım
SOS
Doğrudan onarım
•
Zararın ortadan kaldırılması şeklindedir.
•
Enzimler yardımıyla gerçekleşir.
•
Örnek olarak fotoreaktivasyon (işi yapan enzim
fotoliyaz) verilebilir.
•
DNA’ daki zarar görmüş parçanın çıkarılıp yerine yeni
sentezlenen bir parçanın eklenmesi şeklindedir.
•
Çok basamaklı enzimatik bir süreçtir.
•
Bu tür onarımların % 99’ u kısa parçaların, % 1’ i
büyük
kapsar.
parçaların
(~1500
nükleotitlik)
onarımını
Kesip çıkarma onarımı
Zararı tanıma (endonükleaz)
Kesip çıkarma ( 5’ 3’ eksonükleaz)
Yeni parçanın sentezi ( DNA polimeraz)
Yeni parçanın zincire eklenmesi/bağlanması
( DNA ligaz)
Doğrudan onarım
Yanlış eşleşmeleri düzeltme onarımı
(mismatch repair)
•
Replikasyon
sırasında
eşleşmelerin
replikasyon
oluşan
sonrası
yanlış
yok
edilmesidir.
•
~1000-2000 nükleotitlik bir bölgeyi onarabilir.
•
E.coli’
de
mutH,
mutL
ve
mutS
genleri
tarafından kodlanan enzimler bu tür onarımda
görevlidir.
Yanlış eşleşmeleri düzeltme onarımı
(mismatch repair)
Yanlış eşleşmeleri düzeltme onarımı
(mismatch repair)
A) Metillenmemiş GATC mutasyonun 5’ ucunda ise
B) Metillenmemiş GATC mutasyonun 3’ ucunda ise
Replikasyon sonrası
(rekombinasyon) onarım
•
DNA polimerazın onarımda kullanabileceği tamamlayıcı bir
zincir bulunmadığı durumlarda geçerlidir.
- Genellikle yavru DNA parçalarından biri kalıp olarak
kullanılır.
- Rekombinasyon yoluyla gerçekleşir.
•
recA geni
Replikasyon sonrası
(rekombinasyon) onarım
SOS onarımı
•
E.coli ve benzeri bakterilerde bulunan karmaşık
bir süreçtir.
•
DNA
sentezini
durduracak
kadar
şiddetli
zararlarda çalışmaya başlar.
•
SOS cevap:
recA
LexA represörü (SOS genlerinin anlatımını engeller)
- uvrA, uvrB, uvrC, uvrD, sulA
genlerinin anlatım yapması,
- ssb, uvrD hinA’ nın DNA sentezine
katılan proteinleri şifrelemesi,
- din genleri (işlevi bilinmiyor).
Hataya eğilimli onarım
•
Hücrenin en son başvurduğu sistemdir.
•
Doğrudan
onarım
için
kalıp
bulunmadığından hatalıda olsa bir bazın
uzayan zincire girmesi ve replikasyonun
devam ettirilmesi şeklindedir.
•
“by pass”
•
umuC ve umuD genleri
•
Sonucunda mutasyon olasılığı yüksek
MUTASYON
•
Genomik DNA’ nın ( RNA virüsleri için genomik RNA)
nükleotit dizisindeki kalıtsal değişikliklere “mutasyon”
denir.
•
Bir ya da birden fazla karakterdeki değişiklikle
meydana gelir.
•
Mutasyonlar;
-
kalıtsaldır,
-
doğada ender olarak meydana gelir,
-
canlılarda çeşitliliğe yol açar.
•
Mutasyona uğramış bir gen / hücre / birey “mutant”
olarak adlandırılır.
Mutasyon çeşitleri
Öldürücü mutasyonlar
Biyokimyasal mutasyonlar
Büyüme, gelişme ve üreme
Direnç ya da bağımlılığa
-Doğrudan öldüren ya da
ile ilgili bir ya da birden fazla
neden olan mutasyonlar
üremeyi engelleyen ( genetik
molekülü meydana getirme
Zararlı/öldürücü etkenlere
ölüm) mutasyonlardır.
yeteneğini etkileyen
karşı organizmanın dirençli
- “null” mutasyon olarak da
mutasyonlardır.
hale gelmesidir. Özellikle
adlandırılır.
Ör: Fenil ketanuria
mikroorganizmalarda
Not: Bir gen işlevini tamamen
görülür.
kaybetmişse yani proteinini
Ör: E.coli’ nin streptomisine
oluşturamıyorsa “null gen”
direnç kazanması
olarak tanımlanır.
Mutasyon
Gen
Kromozomal
- Genin yapısını oluşturan
nükleotitlerin sayı, oran veya
sıralamasında meydana gelen
değişimlerdir.
Sayı değişimleri
Yapı değişimleri
- Bu değişiklikler sonucunda genin
Kromozom takımlarında
Kromozomlarda delesyon,
ürünü değişir
artma ( poliploidi) ya da
duplikasyon, inversiyon ve
- Fenotipte değişiklik olabilir. Hatta
azalma (monoploidi) ile
translokasyon sonucu
öldürücü olabilir.
oluşan mutasyonlardır.
ortaya çıkar.
- Buna karşın saptanamayacak bir
kusura yol açabilir ( sessiz
mutasyon).
Fenotipte kalıcı değişimler ortaya çıkar.
Mutasyonların moleküler temeli
Baz çifti değişimleri
Geçiş tipi ( transizyon)
mutasyonları
Pürin
Pirimidin
Pürin
Pirimidin
Kodon kayması
Çapraz tipte ( transversiyon)
Delesyon
mutasyonlar
Pürin
Pirimidin
Pirimidin
Pürin
Bir baz çiftinin çıkması
İnsersiyon
Yapıya yeni bir baz
çiftinin eklenmesi
Baz çifti değişimleri 2 şekilde olur:
1. Geçici değişimler:
*1. ve 6. pozisyondaki atomların kararlı olmayan farklı bir pozisyona
geçmesi sonucu bazların eşleşme özellikleri değişebilir.
*Böylece bir pürin ile bir pirimidin eşleşme yapabilir.
2. Kalıcı değişimler:
*DNA’da ki bir bazın devamlı bir yapısal değişimiyle olur:
- Bazın kimyasal yapısı değişebilir (yanlış eşleşmeye yol açar).
- Bir bazın yerini başka bir baz alabilir (etkisi birkaç replikasyon
döngüsünden sonra ortaya çıkar).
ÖNEMLİ NOT:
*Tek bir baz çiftinin değişmesiyle genin ürünü her zaman değişmez.
*Genetik kod da bir amino asiti birden fazla kodon şifreler.
*Eğer değişim sonucu yine aynı amino asiti kodlayan bir kodon
oluşuyorsa (sessiz mutasyon) değişiklik kendini belli etmez.
ÖNEMLİ NOTLAR
*Tek bir baz çiftinin değişmesiyle genin ürünü her zaman
değişmez.
*Genetik kod da bir amino asiti birden fazla kodon şifreler.
*Eğer değişim sonucu yine aynı amino asiti kodlayan bir
kodon
oluşuyorsa (sessiz mutasyon) değişiklik kendini belli etmez.
*Eğer bu tür bir mutasyon başka bir amino asiti kodlayan
kodon
*Oluşturuyorsa genellikle tek bir amino asit değişimi, eğer
kritik bir pozisyonda değilse proteinin ikincil ve üçüncül
yapısını etkilemez.
Mutasyonlar alansal olarak:
1. Nokta mutasyonları: Tek bir baz çiftinin
değişmesiyle oluşur.
2. Büyük mutasyonlar: Çok sayıdaki nükleotidin
sayı ve sırasını etkileyen, büyük delesyon ve
insersiyon ya da parça değişimleri sonucu ortaya
çıkar.
•
Sonucunda genellikle genin ya da nadir
olarak
birden fazla genin yapısı bozulabilir.
•
Dolayısıyla genin ürünü olan protein de
etkilenebilir.
Mutasyona Yol Açan Faktörler

Kendiliğinden meydana gelen mutasyonlar:
*Hücrelerde, normal yaşamları sırasında, belli bir
dış etki olmaksızın mutasyonlar meydana
gelebilir.
*Ancak bunların olasılığı çok düşüktür (10 -5-10-10).

İndüklenmiş mutasyonlar:
*Bu tip mutasyonlar “mutagenler” ile meydana
gelir.
*Meydana gelme olasılığı 10-2’dir.
İndüklenmiş Mutasyonlar
1) Baz analoğu mutasyonları: DNA’daki bazlara çok
benzeyen moleküller olan baz analoglarının replikasyon
sırasında
yapıya
girmesi
sonucu
eşleşmelerine yol açmasıyla oluşur.
*ÖR: 5-Bromo urasil (timin analoğu), AZT
yanlış
baz
5-Bromo urasil tarafından
gerçekleştirilen yanlış eşleşme
mutasyonu
2) Kimyasal mutagenlerle oluşan mutasyonlar:
A)
Çerçeve
kaymasına
yol
açan
mutagenlerle
oluşan
mutasyonlar:
*Aromatik moleküller olan akridin boyaları.
*Bu boyalar DNA’da en az 20 bazlık delesyon ya da insersiyon
meydana getirir.
B) Bazların yapısını değiştiren mutagenlerle:
*Bu tür mutasyona yol açan maddeler arasında Nitroz asiti,
Hidroksil amin ve alkilleyici maddeler bulunmaktadır.
3) Fiziksel mutagenlerle oluşan mutasyonlar:
*Bu tür mutasyona yol açan faktörler; sıcaklık, manyetik alan,
elektriksel alan, UV, x, γ proton, nötron ışınları.
A)Timin
dimeri
oluşumunun
yapısal
gösterimi.
B) İki timinin yan yana gelmesi sonucu oluşan dimerin DNA
heliksinde ortaya çıkardığı bozukluk/çarpıklık
A)Baz analogları örnekleri,
B)Mutasyona yol açan “intercalating” ajanlara
örnekler
Ames testi
•
Bruce Ames tarafından geliştirilmiştir.
•
Oldukça
mutasyon
duyarlı,
temeli
frekansını
geri
saptamaya
dayalı bir testtir.
•
Bir
maddenin
mutajen
olup
olmadığının saptamak için kullanılır.
•
Ayrıca ilaç geliştirmede yaygın olarak
kullanılmaktadır.
AMES testi
“Replica-plating”
Mutantların belirlenmesi için geliştirimiş bir tekniktir.
KAYNAKLAR

MBG 615 Bakteri Genetiği Dersi Notları ve Öğrenci Sunumları

Brock Biology of Microorganisms, 13th Edition 2012; Madigan
M.T., Martinko J.M, Dunlap P.V., Clark D.P.,Pearson Benjamin
Cummings,1301 Sansome Street,San Francisco, CA 94111