Gelişimin evrenselliği
advertisement
Hücrede Genetik Bilgi Akışı 1) Genomun korunması 2) Genetik bilginin çevrimi DNA’nın tam olarak kopyalanması ve hücre bölünmesiyle yeni kuşak hücrelere aktarılması Hücre içerisinde bilginin DNA’dan RNA’ya ve oradan proteine çevrilmesi. Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010 Biyolojinin Santral Dogması Transkripsiyon DNA RNA Translasyon Replikasyon Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010 Protein http://www.cbs.dtu.dk/staff/dave/roanoke/genetics980320f.htm Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010 Prokaryotik Hücrede Genetik Bilgi Akışı 1) Genomun korunması 2) Genetik bilginin çevrimi Replikasyon Mitoz Hücre bölünmesi Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010 Ökaryotik Hücrede Genetik Bilgi Akışı 1) Genomun korunması 2) Genetik bilginin çevrimi DNA DNA Replikasyon Transkripsiyon rRNA tRNA mRNA Translasyon Protein Mitoz Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010 DNA replikasyonu DNA molekülünün taşıdığı genetik bilgilerin sonraki kuşaklara aktarılması için kendi kopyasını oluşturmasıdır. Bugün kabul gören görüşe göre DNA’nın replikasyonu semikonservatifdir. Bir DNA molekülünün iki zincirinden her biri yeni bir DNA zincir sentezi için kalıp görevi görür. Replikasyon sonucunda meydana gelen iki yeni DNA molekülünün her biri yeni ve eski kollar içerir. Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010 DNA replikasyonu, orijin diye adlandırılan bir başlama noktasında başlar ve genellikle iki yöndeki replikasyon çatallarında 5 3 yönünde ilerler. Kalıp olarak görev gören kol 3 5 yönünde okunur Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010 DNA molekülünün replikasyonu beş aşamada gerçekleşir: 1) Atasal çift sarmalın açılması (helikaz ve tek-iplik DNA-bağımlı proteinler). 2) Bir RNA primerinin sentezi (primaz). 3) DNA zincirinin 5 3 yönünde büyümesi (DNA polimeraz III) 4) Primerin çıkarılması ve sentez (DNA polimeraz I) 5) Yeni sentez edilen DNA zincirinin birleşmesi (ligaz). 1 2 3 4 5 http://faculty.irsc.edu/FACULTY/TFischer/bio%201%20files/bio%201%20resources.htm Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010 REPLİKASYON: DNA topoizomerazlar zincirde çentik açarak sarmal yapıyı gevşetirler ve yeniden kapatırlar. Helikaz replike olacak DNA çift heliksinin kıvrımlarını açar. Özel proteinler tek iplikli DNA’ya bağlanır ve tekrar çift zincir oluşturmasını engellerler. Bir defa DNA kıvrımı açıldıktan sonra primaz denen özel bir RNA polimeraz, replikasyonunun başlangıcını temsil eden özel bir bölgeye tamamlayıcı olan ve primer RNA veya öncü RNA denen kısa bir RNA zincirini sentez eder DNA sarmalı çatallanma noktasında açıldıktan ve primaz aşamaları tamamlandıktan sonra DNA polimerazlar III’ün etkisiyle uygun deoksinükleozid trifosfatlardan (dNTP) deoksinükleozid monofosfatların (dNMP) girişiyle DNA polimerizasyonu başlar (okazaki parçaları) ve devam eder. Okazaki parçaları sentez edildikten sonra DNA polimeraz I’in 53 ekzonükleaz aktivitesi vasıtasıyla RNA primeri çıkarılır; DNA ligaz, kalan çentikleri kapatır. Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010 DNA replikasyonunda DNA polimerazların etkisi, kalıp kolun karşısında büyüyen DNA koluna uygun deoksinükleozid trifosfatlardan (dNTP) deoksinükleozid monofosfatların (dNMP) girişini sağlamaktır Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010 DNA Molekülünün Organizasyonu Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010 E. coli’de dairesel şekilli genomik DNA molekülünün replikasyonu ve hücre bölünmesi Bir replikondur. 4,639,221 bazçifti ve yaklaşık 1.4 mm olan genom 42 dk replike olur. (1) Kısmen replike olmuş dairesel kromozom (mavi) iki yavru DNA’nın orijinlerinden plazma zarına tutunurlar. (2) Replikasyonu tamamlanan yeni kromozomların orijinleri birbirinden bağımsız olan bölgeleriyle zara tutunurlar. Yeni zar ve hücre duvarı oluştukça birbirlerinden uzaklaşırlar. (3) Zar ve hücre duvarının oluşması devam eder ve hücreyi bölen septum bölgesi oluşur. ( (4) Sitoplazma bir kromozomu plazma zarına tutunmuş olan iki yavru hücreye bölünür. http://www.ncbi.nlm.nih.gov/bookshe lf/br.fcgi?book=mcb&part=A3163 Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010 Ökaryotlarda Doğrusal DNA Molekülünün Replikasyonu İnsan genomu (haploit) 3 × 109 bazçifti ve 1 m uzunluktadır ve 8 saatte replike olur. Yaklaşık 10,000 –100,000 replikon içerir. Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010 http://www.mun.ca/biology/desmid/brian/BIOL2060/BIOL2060-19/CB19.html GENETİK BİLGİNİN ÇEVRİMİ (İFADESİ) Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010 http://www.cbs.dtu.dk/staff/dave/roanoke/genetics980320f.htm Genetik Bilginin Çevrimi Gen ifadesi ya da gen ekspresyonu DNA’da saklanan genetik bilgilerin bir RNA molekülü (mRNA, tRNA, rRNA) sentezi suretiyle kopyalanması veya yazılmasına transkripsiyon adı verilir Transkripsiyonla RNA’ya kopyalanan, bir protein molekülüne ait genetik bilgilerin okunması veya bir protein molekülü haline çevrilmesine translasyon adı verilir Transkripsiyon ve translasyon olaylarının toplamı, gen ifadesi (gen ekspresyonu) olarak tanımlanır Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010 Transkripsiyon Transkripsiyon, DNA’da saklanan genetik bilgilerin bir RNA molekülü (mRNA, tRNA, rRNA) şeklinde kopyalanması veya yazılması olayıdır Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010 Prokaryotlarda mRNA’nın yarı ömrü kısa olduğundan transkripsiyon ve translasyon birlikte yürür Ribozom, saniyede 15 kodon (45 nükleotid) tarar. E.coli ribozomu, 37oC’de, 20 saniyede 300 amino asitli bir protein sentezleyebilir. E.coli’de yaklaşık 5000 mRNA vardır ve E. coli’de saniyede 1000 protein sentezlenebilmektedir Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010 RNA Sentezi RNA sentezi için RNA polimeraza, başlama ve sonlanma sinyallerine gereksinim vardır Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010 Bir RNA molekülü, DNA’nın kalıp kolunun dizilişini tamamlayıcı ribonükleotidlerden (ATP, GTP, CTP ve UTP) pirofosfatlar ayrılması suretiyle polimerizasyonu sonucunda, 5 3 yönünde sentezlenir Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010 Çift kollu DNA molekülünde bir kol, bazı genler için kalıp kol olarak bazı genler için ise kalıp olmayan kol olarak görev görebilir. Bir DNA molekülü üzerinde çeşitli kalıp kollar bulunur. Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010 GEN İFADESİNİN KONTROLÜ İfade edilen gen aktif gendir. Bir hücrenin genomunda bulunan genlerin tümü aktifmidir? Bir gen bölgesinden transkripsiyon yapılmasına ne zaman ve nasıl karar verilir? Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010 E. coli’de lac Operonu ve Kontrol Mekanizması Katobolik yolda gerekli proteinlerin üretilmesi. Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010 E. coli’de trp Operonu ve Kontrol Mekanizması Anabolik yolda gerekli proteinlerin üretilmesi. Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010 Ökaryotlarda Gen İfadesi Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010 Gen ifadesinde ki basamakların herhangi birinde yer alan kontrol, *farklı hücre tiplerinde veya *gelişim evrelerinde ya da *dış koşullara karşı oluşan cevapta proteinlerin farklı bir şekilde üretimiyle sonuçlanabilir. Gen düzenlenmesi gen ifadesinin iki temel seviyesinde olur: **Transkripsiyon seviyesinde **Post-transkripsiyon seviyesinde Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010 Transkripsiyon seviyesinde gen aktivitesinin kontrolü **Çok hücreli canlılarda, genetik kontrol mekanizmaları ile bir genetik program doğrultusunda embriyolojik gelişim olur. **Ayrıca çevresel değişikliklere karşı gen kontrol mekanizmaları uyarılabilir. Birlikte çok hücreli bir organizmayı oluşturan çok sayıda ki farklı hücre tiplerinin meydana gelişi, gelişim periyotları sırasında, **doğru genlerin **doğru hücrelerde **doğru zamanda aktivasyonuna bağlıdır. Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010 Transkripsiyonel kontrolün iki temel elementi vardır: 1. Kontrol elementleri. Protein-bağlanan genlerin düzenleyici DNA zincirleridir. *Promotorlar ve *yükselticiler (enhansırlar) 2. Özgül proteinler. Genin kontrol elementlerine bağlanır ve transkripsiyonun nerede başlayacağını ya da baskılanacağını belirler. *Genel transkripsiyon faktörler *Regülatör proteinler: aktivatör ve represörler Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010 Kontrol Proteinleri ve Transkripsiyon Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010 Transkripsiyon faktör bazı genleri aktive derken bazılarını engeller Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010 Transkripsiyon-faktör etkileşimi gen-kontrol çeşitliliğini artırır İnsan genomundan yaklaşık 2000 TF kodlanmaktadır ve bu TF’ler çok daha fazla sayıdaki kombinasyonlarda DNA’ya bağlanır ve binlerce genin aktivitesini düzenler. Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010 Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010 Prokaryot ve Ökaryotlarda Gen Organizasyonu, Transkripsiyon ve Translasyonun Karşılaştırılması Doç.Dr. Hülya SİVAS-2010
