NÜKLEİK ASİTLER Nükleik asitler.

... konulu sunumlar: "NÜKLEİK ASİTLER Nükleik asitler."— Sunum transkripti:

1 NÜKLEİK ASİTLER Nükleik asitler

2 Bu nedenle genetik materyal olarak ta ifade edilir.
Nükleik asitler genetik bilginin depolanması ve ifade edilmesinden sorumlu makromoleküllerdir. Bu nedenle genetik materyal olarak ta ifade edilir. Nükleik asitler

3 Bu ölçütleri 4 grup altında toplayabiliriz:
Bir molekülün genetik materyal (kalıtsal biyomolekül) olabilmesi için çeşitli ölçütlere sahip olmalıdır. Bu ölçütleri 4 grup altında toplayabiliriz: 1. Tam bir organizmayı oluşturmak için genetik bilgiye sahip olmalıdır (İnformasyon). Nükleik asitler

4 Bu ölçütleri 4 grup altında toplayabiliriz:
2. Üreme esnasında dölüne geçebilmelidir (Transmisyon-Aktarma). Nükleik asitler

5 Bu ölçütleri 4 grup altında toplayabiliriz:
3. Döle geçebilmesi için kopya edilebilmelidir (Replikasyon). Nükleik asitler

6 Bu ölçütleri 4 grup altında toplayabiliriz:
4. Her tür içinde farlılıklar oluşturabilecek çeşitliliğe sahip olmalıdır (Varyasyon). Nükleik asitler

7 Kimyasal olarak birbirinden farklı iki tip nükleik asit vardır: deoksiribonükleik asit (DNA) ve ribonükleik asit (RNA). Nükleik asitler

8 DNA ve RNA’nın diğer moleküllerden önemli farkı kendi benzerlerini oluşturabilmeleridir.
Her iki nükleik asit de nükleotit adı verilen monomerlerden oluşan polimerlerdir. Nükleik asitler

9 TARİHÇE Johannes Friedrich Miescher ( , İsviçreli tıp doktoru ve biyolog) – Miescher 1869 yılında cerrahi sargı bezlerinden elde edilen hücrelerde (beyaz kan hücreleri) ve som balığı spermlerinde bol miktarda bulduğu yüksek molekül ağırlıklı organik fosfat bileşiğine nüklein demiştir. Nükleik asitler

10 TARİHÇE Phoebus Aaron Theodore Levene ( , Litvanya asıllı ABD'li biyokimyacı) – Levene 1909 yılında ribozu ve 1929 yılında deoksiribozu keşfetmiştir. Nükleik asitler

11 TARİHÇE Richard Altmann ( , Alman patolog ve histolog) – Altmann 1899 yılında nüklein yerine ilk kez nükleik asit terimini kullanmıştır. Nükleik asitler

12 TARİHÇE Robert Joachim Feulgen ( , Alman kimyacı) – Feulgen 1924 yılında H. Rossenbeck ile birlikte kromozomların DNA içerdiğini göstermiştir. Nükleik asitler

13 TARİHÇE Frederick Griffith ( , İngiliz mikrobiyolog) – Griffith 1928 yılında bakteriyal transformasyon deneyleriyle genetik materyal kavramını ortaya koymuştur. Nükleik asitler

14 Oswald Theodore Avery (1877- 1955, Kanada doğumlu Amerikalı doktor),
TARİHÇE Oswald Theodore Avery ( , Kanada doğumlu Amerikalı doktor), Colin Munro MacLeod ( , Kanada doğumlu Amerikalı genetikçi) ve Maclyn McCarty ( , Amerikalı genetikçi) – 1944 yılında genetik materyalin DNA olduğunu ortaya koymuşlardır. Bu bakımdan 1944 yılı moleküler genetiğin başlangıcı olarak kabul edilir. Nükleik asitler

15 TARİHÇE Alfred Day Hershey ( , Amerikalı bakteri genetikçişi) ve Martha Cowles Chase ( , Amerikalı genetikçi) – 1952 yılında virüslerde de genetik materyalin nükleik asit olduğunu ispatlamışlardır. Nükleik asitler

16 James Dewey Watson (1928, Amerikalı zoolog ve moleküler biyolog) ve
TARİHÇE James Dewey Watson (1928, Amerikalı zoolog ve moleküler biyolog) ve Francis Hary Compton Crick ( , İngiliz fizikçi) – 1953 yılında DNA’nın moleküler yapısını açıklamış ve iki işlevinin ortaya çıkartmışlardır: DNA genetik bilgiyi taşır. DNA molekülü kendisine bir benzerini yaparak çoğalır. Nükleik asitler

17 Alfred Gierer (1929, Alman biyolog) ve
TARİHÇE Alfred Gierer (1929, Alman biyolog) ve Gerhard Schramm (Alman biyokimyacı) – 1956 yılında tütün mozaik virüsünde RNA’nın genetik materyal olduğunu ispatlamışlardır. Nükleik asitler

18 TARİHÇE Matthew Meselson (1930, Amerikalı genetikçi) ve Franklin Stahl (1929, Amerikalı moleküler biyolog) – 1958 yılında DNA’nın yarıkorunmalı bir tarzda replike olduğunu göstermişlerdir. Nükleik asitler

19 B. Singer – 1957 yılında DNA’nın iki
TARİHÇE Heinz Fraenkel-Conrat ( , Alman kökenli Amerikalı biyokimyacı) ve B. Singer – 1957 yılında DNA’nın iki tipini (A ve B tipi) ortaya koymuşlardır. Nükleik asitler

20 TARİHÇE James A. Shapiro (Amerikalı moleküler biyolog) – 1969 yılında izole edilmiş bir genin (lac duplex) ilk fotoğrafını yayımlamıştır. Nükleik asitler

21 Stanley Norman Cohen (1935, Amerikalı genetikçi),
TARİHÇE Stanley Norman Cohen (1935, Amerikalı genetikçi), Paul Berg (1926, Amerikalı biyokimyacı) ve Herbert Boyer (1936, Amerikalı biyokimyacı) – 1973 yılında DNA klonlaması tekniğini buldular. Nükleik asitler

22 Nükleik Asitlerin Yapısal Organizasyonu
Nükleotit Her nükleotit üç kısımdan oluşur: Azotlu baz olarak adlandırılan bir molekül Bir pentoz (beş karbonlu şeker) Bir fosfat grubu Nükleik asitler

23 Azotlu Baz Nükleik asitler

24 Pentoz Nükleik asitler

25 ŞEKER + BAZ = NÜKLEOZİT Glikozidik bağ
Bazlar, şekerlerin 1 no.lu (1′) karbonlarına bağlanır. Nükleik asitler

26 ŞEKER + BAZ = NÜKLEOZİT Adenosine Guanosine Deoxyadenosine
Deoxyguanosine Nükleik asitler

27 ŞEKER + BAZ = NÜKLEOZİT Cytidine Uridine Deoxycytidine
Thymidine (Deoxythymidine) Nükleik asitler

28 NÜKLEOZİT + FOSFAT = NÜKLEOTİT
Nükleik asitler

29 Nükleik asitler

30 Nükleik asitler

31 NÜKLEOZİT + FOSFAT = NÜKLEOTİT
Nükleik asitler

32 DNA DNA ökaryotik bir hücrede kromozomların yapısında ve mitokondri (mtDNA) ile kloroplastta (ctDNA) bulunur. Nükleik asitler

33 Bakterilerin çoğunda ve bazı mayalarda sitoplazmik DNA’lara da (plazmit) rastlanır.
Nükleik asitler

34 Nükleik asitler

35 Nükleik asitler

36 Nükleik asitler

37 Nükleik asitler

38 Nükleik asitler

39 Nükleik asitler

40 Nükleik asitler

41 Nükleik asitler

42 DNA'nın Değişik Formları
A DNA: A form sağa dönümlüdür. Bu forma çift iplikli RNA ve DNA-RNA hibritlerinde rastlanır. Eğer sağ el çift sarmal yapı gösteren DNA molekülünün bir tam dönüş yapması için yapıya 11 baz girmiş ve baz çiftleri çift sarmal eksenine derecelik bir açıyla yerleşmiş bulunuyorlarsa ve DNA molekülü su kaybetmişse bu yapıdaki DNA ya A-DNA adı verilmektedir.

43 B DNA: DNA’ların çoğu B formundadır. Bu molekül sağa dönümlü bir sarmaldır. Hücrelerin içinde bulunduğu ortam gibi sulu ortamlarda baskındır. DNA çift sarmalı için ileri sürülen orijinal model sağ el heliks yapısı göstermektedir. DNA’daki sağ el heliks yapısı stereokimyasal konfigurasyon bakımından sol el heliks yapısından daha kararlı bir yapı şeklidir. DNA’ların büyük bir kısmının sağ el heliks yapısı göstermesi bu duruma bir kanıt olarak gösterilebilir. Çift zincirin bir tam dönüşünde yapıya 10 baz girmektedir. Baz çiftleri çift sarmal eksenine dikey olarak yer almış bulunmaktadır. Bu yapıdaki DNA ya B-DNA adı verilmektedir.

44 B-DNA'nın üç boyutlu yap ısı
Bu model baz çiftleri ve şeker fosfat iskelet düzeni gösterir ve pur in ve pirimidin bazların rölatif ebadını gösterir. Şeker-fosfat iskeleti sarmalın dış tarafında yer alır ve bazlar içerde yer tutar. Baz çiftlerinin konumu aynı geni şli ktei ki yi v ,oluşturur,küçük ve büyük yiv. Sarmalın çapı 2.37nm dir,ve baz çiftleri arasıboşluk 0.33nm dir. Bir tur tamamlandığında aralık 3.40 nm olarak hesaplanır.

45 Z DNA: Z-DNA sola dönümlü bir sarmaldır. Aşağıdaki gibi iki zincirde birbirinin yerine geçebilen pürin ve pirimidinlerin yer aldığı polinükleotitlerde bulunur. Z-DNA’nın bir tam dönüş yapmasında zincir yapısına 12 baz girmektedir. 5‘-CGCGCG-3‘ 3‘-GCGCGC-5‘ Tek zincirli nükleik asitlerde birbirinin tamamlayıcısı olan ve palindrom olarak bilinen dizilerin varlığı bu bölgelerde molekül içi baz çiftlerinin oluşmasına yol açar. DNA’da da meydana gelebilmekle beraber en çok tRNAlar ve rRNAlar bu tip diziler içerirler.

46 Nükleik asitler

47 H DNA: DNA ve olarak dizilerde RNA’nın üçlü sarmal şekli, H-DNA tercih eden adlandırılır. H-DNA’yı pirimidinler bir zincirde, pürinler diğer zincirde yoğunlaşmıştır. Üçlü sarmal H-DNA’da bazlar (örneğin A) hem kendi tamamlayıcılarıyla (örneğin T ile) eşleşirler. Hem de (örneğin başka bir T ile) Hoogsteen eşleşmesi olarak bilinen başka bir eşleşme oluştururlar.

48 DNA ile ilgili Özet Bilgiler
Yapılan çok sayıda araştırmalardan aşağıdaki sonuçlar ortaya çıkmıştır: Aynı bir türün değişik dokularından kaynaklanan DNA’lar aynı baz kompozisyonuna sahiptirler. DNA’ların baz kompozisyonu türden türe değişir. Bir türün DNA’larının baz kompozisyonu ne yaşla ne beslenmeyle ve nede yaşadığı ortamın değişmesiyle değişmez. İncelenen hemen tüm DNA’larda adenin artığının sayısı timin artığının sayısına (A=T), Guanininki de sitozininkine (G=C) eşittir. Buradan hareketle purin artıklarının toplamı pirimidin artıklarının toplamına eşittir denebilir. (A+G)=(C+T) 5. Yakın türlerine DNA’ları benzer baz kompozisyonuna sahiptirler. Halbuki birbirinden çok uzak türlerinkiler ise çok farklı baz Türlerin taksonomik bir kompozisyonu sergilerler. sınıflandırmasında bazların kompozisyonundan yararlanılabilir.

49 DNA ve RNA'ların Fonksiyonları
DNA’lar oldukça uzun moleküller olup dört farklı deoksinukleotidin her organizma için karakteristik olan belli bir sırada birbirine bağlanarak dizilmesi ile meydana gelmişlerdir. DNA’lar genellikle çift sarmallı yapıya sahiptirler. Prokaryotik hücreler dairesel şekilde DNA’dan meydana gelmiş bir romozoma sahiptirler. Bu DNA molekülü luplar ve super sarmallar meydana getirerek “Nuklear Zon” adı verilen bölgede toplanmış ve paketlenmiştir. Prokaryotik hücrelerin, nukleik asitleri etrafında bir membran bulunmaz. Bu hücreler bariz bir nukleusa sahip değillerdir.

50 Eukaryotik hücreler, prokaryotik hücrelere nazaran daha büyük ve pek çok DNA molekülüne sahiptirler.
Eukaryotik hücrelerin DNA’ları proteinlerle birleşerek kromatin iplikçiklerini oluşturmuş ve iki katlı nukleus membranı tarafından sarılmıştır. Bu nedenle eukaryotik hücreler iki katlı membran ile sarılmış bariz bir nukleusa sahiptirler. Bir canlıda bulunan DNA molekülleri, o canlının hayatı boyunca hangi proteinleri ve RNA’ları, organizmanın hangi vücut bölgesinde ve ne zaman sentez edeceğini, hangi doku ve organları oluşturacağını ve o canlının ne tip bir kişiliğe sahip olacağını tayin edebilecek bilgileri yapısında saklı olarak bulundurmaktır. DNA Molekülleri genellikle nukleusta bulunmaktadır. Fakat bazı nadir hallerde sitoplazmada olarak da yer ekstrakromozomal genetik materyal almaktadır.

51 Genetik materyal olarak viruslar DNA ve RNA ihtiva ederler.
Doğada bakteri, hayvan ve bitki viruslarına rastlanmaktadır. Viral nukleik asitler oldukça bakteri küçük DNA’ları ile kıyaslandığı zaman boyda kalmaktadır. Viral genetik materyal ancak virus partikülünün yapısında bulunması lazım gelen karakteristik proteinleri sentez edecek ve konakçı hücre içinde virus nukleik asitinin sentezini sağlayabilecek genlere sahiptir. Bu nedenle viral nukleik asitlerin boyları kısadır.

52 Deoksiribonükleik asit (DNA), bazı virüs ve viroitler hariç diğer tüm canlılarda kalıtsal madde (genetik materyal) görevini (genetik bilginin depolanması ve ifade edilmesi) üstlenmiştir. DNA Nükleik asitler

53 Organizmaların büyük bir kısmındaki DNA çift ipliklidir ve B-formundadır.
Ancak bazı bakteriyofajlarda (kısaca “faj”; bakterileri enfekte eden virüsler) (Bakteriyofaj φX174 ve Bakteriyofaj M13) tek iplikli (ve halkasal) olabilmektedir. Nükleik asitler

54 DNA kromozomlarda doğrusal (lineer)’dır, bazı virüslerde doğrusal (Adenovirüs AD-2, Bakteriyofaj T4) bazı virüslerde (Simian virüs 40, Karnabahar mozaik virüsü, Epstein-Barr virüsü) ise halkasaldır. DNA Nükleik asitler

55 DNA Bakterilerde çoğunlukla halkasal (Escherichia coli, Bacillus subtilis, Vibrio cholerae) olsa da doğrusal DNA’lı bakteriler de (Agrobacterium tumefaciens, Borrelia burgdoferi, Streptomyces türlerinin çoğu) azımsanmayacak kadardır. Nükleik asitler

56 DNA Bakterilerin çoğunda, bakteri kromozomu olarak ta adlandırılan çift iplikli DNA’dan başka plazmit adı verilen bir veya birkaç tane küçük, ekstrakromozomal DNA molekülleri de bulunur. Bazı mayalarda da (Saccharomyces cerevisiae) bulunabilen plazmitler ( gen taşır) halkasal veya doğrusal olabilir. Nükleik asitler

57 DNA Relaxed form Bakterilerdeki halkasal DNA’ların önemli bir özelliği de çoğunun süper kıvrımlı olmasıdır; çoğu da sola doğru dönümlü kıvrımlar oluşturur (Halkasal yapıdaki DNA’larda serbest 3′ ve 5′ uçlar bulunmaz.) Süper kıvrımlı Nükleik asitler

58 DNA’nın denatürasyonu
Nükleik asitler

59 Nükleik asitler

60 DNA ve UV (Ultraviyole, Mor ötesi)
Bazların yapısındaki çift bağlar nedeniyle nükleozitler, nükleotitler ve nükleik asitler spektrumun yakın UV bölgesindeki ışığı kuvvetli bir şekilde absorplama (soğurma) özelliği gösterir. (Bu özellik nükleik asit çözeltilerinin derişimini belirlememize olanak tanır.) Nükleik asitler

61 DNA ve UV (Ultraviyole, Mor ötesi)
nm dalga boylarını kapsayan aralık UV-A olarak adlandırılır ve bu bölgedeki ışınların deride D vitamini oluşturulmasında rolleri vardır; ancak güneş yanıklarına ve katarakta yol açan da yine bu ışınlardır. Nükleik asitler

62 DNA ve UV (Ultraviyole, Mor ötesi)
nm gibi daha kısa dalga boyları ise UV-B olarak adlandırılır ve DNA üzerinde moleküler hasara yol açar. DNA, UV-B radyasyonunu ( nm) soğurduğunda molekülün şeklinde çeşitli değişimler olur Bu değişiklik, transkripsiyonda görevli enzimlerin DNA’nın hasarlı bölgesindeki şifreyi okuyamaması anlamına gelir. Bunun sonucunda da hatalı proteinler yapılabilir, hatta hücre ölebilir. Nükleik asitler

63 RNA RNA ribonükleotitlerin fosfodiester bağı ile birbirine bağlanması ile meydana gelen tek zincirli nükleik asitlerdir. Nükleik asitler

64 DNA ile kıyaslandıklarında boyları daha kısadır.
RNA Tütün mozaik virüsü (TMV), retrovirüsler (HIV) ve bazı hayvansal virüsler (SARS, grip ve hepatit C) ise kalıtsal madde olarak RNA içerir. Virüslerdeki RNA tek zincirli de, çift zincirli de olabilir. Nükleik asitler

65 RNA Gerek prokaryotik gerek ökaryotik tüm hücrelerde bol miktarda bulunan RNA’nın üç türü vardır: Haberci RNA (mRNA). Protein sentezi için gerekli genetik bilgiyi çekirdekten sitoplazmaya taşır. Hücrede mevcut toplam RNA’nın %5’ini mRNA oluşturur. Üst uç olarak adlandırılan 5′ ucu tüm mRNA’larda AUG kodonu (başlangıç kodonu) ile başlar. Zincirin sentezi 5′-3′ yönünde olur. Nükleik asitler

66 RNA Transfer RNA. Protein sentezinde mRNA’daki bilgiyi çözer. Hücredeki toplam RNA’nın %15’ini oluşturur. Palindrom (mum, kavak kelimeleri gibi) olarak bilinen dizilerin varlığı nedeniyle tek zincirin bazı bölgelerinde molekül içi baz eşleşmesi olur ve bu bölgelerde tRNA çift zincirli hale gelir. Şekil olarak yonca yaprağını andıran tRNA’larda esas bazların değişimiyle oluşmuş türev bazlar da bulunur. Proteinlerin yapısını oluşturan 20 amino asidin her biri için en az bir tRNA vardır. Nükleik asitler

67 RNA Ribozomal RNA. Protein sentezi için gerekli hücresel yapı olan ribozomun yapısına katılır. Hücredeki toplam RNA’nın %75-85’ini oluşturur. Bir ribozomun yaklaşık %65’i rRNA’dır. Prokaryotik hücrelerde üç çeşit (23S, 16S ve 5S), Ökaryotik hücrelerde dört çeşit (28s, 18S, 5.8S ve 5S) rRNA vardır. Nükleik asitler

68 Bunlara ilaveten ökaryotik hücrelerde birkaç çeşit RNA daha bulunur:
Heterojen nükleer RNA (hnRNA) hücrede sentezlenen ancak işlenmemiş öncül mRNA molekülleridir. Küçük nükleer RNA (snRNA) diğer RNA’ların işlenmesinde iş görür. Küçük nükleolar RNA (snoRNA) ribozomların yapımını da kapsayan çeşitli işlevleri vardır. Katalitik RNA (cRNA) sitoplazmada birçok reaksiyonu katalizler. Nükleik asitler

69 Nükleik asit yapısına katılmayan nükleotitler
Nükleotitlerin nükleik asit sentezi dışında: a) Enerji metabolizmasında (çoğu biyolojik olayda ana enerji kaynağı ATP, protein sentezinde enerji kaynağı GTP) temel görevleri vardır. Nükleik asitler

70 Nükleik asit yapısına katılmayan nükleotitler
Nükleotitlerin nükleik asit sentezi dışında: b) Enzimlerin çalışmasında (koenzim olarak; NAD, NADP, FAD gibi) temel görevleri vardır. Nükleik asitler

71 Nükleik asit yapısına katılmayan nükleotitler
Nükleotitlerin nükleik asit sentezi dışında: c) Hücresel haberleşmede (cAMP ve cGMP) temel görevleri vardır. cAMP Nükleik asitler

72 Nükleik asit yapısına katılmayan nükleotitler
Nükleotitlerin nükleik asit sentezi dışında: d) Bazı moleküllerin biyosentezinde temel görevleri vardır. (UDP-şeker türevlerinin glikojen, disakkarit ve glikoproteinlerin oligosakkaritlerinin sentezine, CTP’nin fosfogliseritlerin, sfingomiyelin ve sfingozitlerin sentezine katılması) Nükleik asitler

73 GEN En genel anlamıyla gen “bir ürün kodlayan nükleotit dizisi” olarak tanımlanır. Genlerin büyük bir kısmının ürünü bir polipeptit iken, az miktarda genin (20-30 ile ) ürünü RNA (tRNA veya rRNA)’dır. Nükleik asitler

74 Ürünü bir polipeptit olan genlere yapısal gen,
Ürünü RNA olan genlere ise RNA genleri (tRNA genleri, rRNA genleri) denir. Ürünleri polipeptit olan ve bu ürünlerle yapısal genlerin ve RNA genlerinin çalışmasını kontrol eden genler de vardır ki, bunlara düzenleyici (regülatör) gen adı verilir. Nükleik asitler

75 Bu durumda gen, GEN “bir polipeptide ya da bir transfer RNA veya
ribozomal RNA ya ait bilgiyi taşıyan nükleotit dizisi” olarak tanımlanabilir. Nükleik asitler

76 Santral Dogma Nükleik asitler

77 Santral Dogma Nükleik asitler

78 DNA ve proteinler evrim hızının ölçülmesinde kullanılabilir
Nükleik asitler