KALITIMIN MOLEKÜLER TEMELİ - abl.gtu.edu.trabl.gtu.edu.tr/hebe/AblDrive/71167157/w/Storage/217_2011_1_111... · •Erwin Chargaff, Rosalind Franklin, MauriceWilkins ve Linus Pauling

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.


•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 .




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).



•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).



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.



•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).


•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.



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.


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).



•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).


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).





•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).



•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).


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).



•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).


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.



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.


Documents

KALITIMIN MOLEKÜLER TEMELİ - abl.gtu.edu.trabl.gtu.edu.tr/hebe/AblDrive/71167157/w/Storage/217_2011_1_111... · •Erwin Chargaff, Rosalind Franklin, MauriceWilkins ve Linus Pauling