Moleküler Biyolojiye Giriş Angela Brooks, Raymond Brown, Calvin Chen, Mike Daly, Hoa Dinh, Erinn Hama, Robert Hinman, Julio Ng, Michael Sneddon, Hoa Troung, Jerry Wang, Che Fung Yung

Outline: 0. Tarih: Moleküler Biyolojideki Önemli Olaylar 1. Yaşamın (canlının) yapı taşları nelerdir? (Yaşam neden yapılmıştır) 2. Genetik materyal nedir? 3. Genler ne yapar? 4. Genler için ne molekül kodu (What Molecule Code For Genes?) 5. DNA’nın yapısı nasıldır? 6. DNA ve proteinler arasındaki bilgiyi ne taşır 7. Proteinlerin yapı taşları nelerdir?

Outline Cont. 8. DNA’yı nasıl analiz edebiliriz 1. DNA’yı kopyalama 2. DNA’yı kesme ve yapıştırma 3. DNA uzunluğunun ölçülmesi 4. DNA’nın araştırılması (Probing) 9. Bir türün bireyleri nasıl farklılık gösterir. 10. Farklı türler nasıl farklılık gösterir. 1. Moleküler Gelişim/Evrim 2. Karşılaştırmalı genomik 3. Genomun geniden düzenlenmesi 11. Neden BiyoEnformatik

Moleküler Biyoloji Nasıl Ortaya Çıktı? Mikroskobik biyoloji 1665’te başladı. Robert Hooke (1635-1703) organizmaların hücrelerden oluştuğunu keşfetmiştir. Matthias Schleiden (1804-1881) and Theodor Schwann (1810-1882) hücre (hücre teorisi) çalışmasını 1830larda geliştirmişdir. Biyolojinin gözle görünenin ötesinde bir bilim dalı olduğunu ortaya koymuşlardır. Yaşamın incelenmesi hücrenin incelenmesine dönüşmüştür. Robert Hooke Matthias Schleiden Theodor Schwann

Moleküler Biyoloji Tarihindeki Önemli Olaylar 1800 - 1870 1865 Gregor Mendel bahçe bezelyesinin kalıtımının temel kurallarını keşfetmiştir. Bir organizmanın (bireyin) verilen bir özelliği için iki alternatif kalıtım birimi vardır (baskın özellik ve çekinik (resesif ) özellik 1869 Johann Friedrich Miescher DNA’yı keşfetmiştir ve nüklein (nuclein) ismini vermiştir Mendel: Genetiğin Babası Outline format Johann Miescher

Moleküler Biyoloji Tarihindeki Önemli Olaylar 1880 - 1900 1881 Edward Zacharias kromozomların nükleinlerden oluştuğunu ortaya koymuştur. 1899 Richard Altmann nükleini nükleik asit olarak isimlendirmiştir. 1900’ den beri, 20 aminoasidin hepsinin kimyasal yapısı belirlenmiştir. Outline format

Moleküler Biyoloji Tarihindeki Önemli Olaylar 1900-1911 1902 - Emil Hermann Fischer Nobel ödülünü kazanmıştır: amino asitlerin bağlı olduğunu ve proteinleri oluşturduğunu ortaya koymuştur Kabul edilen: protein özellikleri amino asit bileşiminden ve düzenlenmesinden (composition and arrangement) tanımlanmaktadır ve bu şimdi kabul edilen bir gerçektir. 1911 – Thomas Hunt Morgan kromozomlar üzerindeki genlerin ayrık kalıtım birimleri olduğunu keşfetmiştir. 1911 Pheobus Aaron Theodore Lerene RNA’ yı keşfetmiştir. Emil Fischer Outline format Thomas Morgan

Moleküler Biyoloji Tarihindeki Önemli Olaylar 1940 - 1950 1941 – George Beadle and Edward Tatum genlerin proteinleri oluşturduğunu belirlemişlerdir. 1950 – Edwin Chargaff Sitozinin (Cytosine) koplementinin Guanin (Guanine) ve Adeninin ( Adenine) komplementinin Timin (Thymine) olduğunu bulmuştur. George Beadle Edward Tatum Outline format Edwin Chargaff

Moleküler Biyoloji Tarihindeki Önemli Olaylar 1950 - 1952 1950s – Mahlon Bush Hoagland tRNA bulan ilk kişidir. 1952 – Alfred Hershey and Martha Chase DNA’ dan genleri yapar. Mahlon Hoagland Outline format Hershey Chase Deneyi

Moleküler Biyoloji Tarihindeki Önemli Olaylar 1952 - 1960 1952-1953 James D. Watson and Francis H. C. Crick DNA’nın çift sarmal yapıdan oluştuğunu anlamışlardır 1956 George Emil Palade sitoplazma içinde enzimleri üreten bölgenin RNA organellerinden oluşan Ribozom olduğunu göstermiştir. James Watson and Francis Crick Outline format George Emil Palade

Moleküler Biyoloji Tarihindeki Önemli Olaylar 1970 1970 Howard Temin and David Baltimore birbirinden bağımsız olarak ilk kısıtlama enzimlerini (restriction enzimleri) ortaya çıkardılar DNA, kısıtlama enzimleri denilen alan-özel endolükneaz ile tekrar üretilebilir parçalara bölünebilir; Parçalar bakteriyel vektörlere bağlanabilir ve bakteriyel evsahiplerinin içine yerleştirilebilir (gen klonlama veya or recombinan DNA teknolojisi) Outline format

Moleküler Biyoloji Tarihindeki Önemli Olaylar 1970- 1977 1977 Phillip Sharp and Richard Roberts pre-mRNA birbirine eklenen intron ve extronların kesilmesiyle işlenebilir olduğunu göstermiştir. Joan Steitz determined that the 5’ end of snRNA is partially complementary to the consensus sequence of 5’ splice junctions. Phillip Sharp Richard Roberts Outline format Joan Steitz

Moleküler Biyoloji Tarihindeki Önemli Olaylar 1986 - 1995 1986 Leroy Hood: Otomatik dizileme mekanizması geliştirmiştir. 1986 İnsan Geni Girişimi duyuruldu 1990 15 yıllık İnsan Geni Projesi kongre tarafından onaylandı 1995 3,11,12,22 kromozomlarının orta çözünürlükteki haritaları yayınlandı (Bu haritalar genlerin yerini kolayca belirlemek için işaretcileri göstermektedir.) Leroy Hood

Moleküler Biyoloji Tarihindeki Önemli Olaylar 1995-1996 1995 John Craig Venter: İlk bakteriyel genom dizilendi (sequencing). 1995 Otomatik floresan dizileme aygıtları ve robotik operasyonlar 1996 İlk ökaryotik gen-maya-dizilendi John Craig Venter

Moleküler Biyoloji Tarihindeki Önemli Olaylar 1997 - 1999 1997 E. Coli dizileme 1998 PerkinsElmer, Inc.. 96-capillary sequencer geliştirmiştir 1998 Caenorhabditis elegans (bir çeşit kurtçuk) geni tamamen dizilendi 1999 İlk insan kromozomu (no 22) dizilendi

Moleküler Biyoloji Tarihindeki Önemli Olaylar 2000-2001 2000 Drosophila melanogaster geni dizilendi 2001 Uluslararası İnsan Genom Dizilemesi : insan geninin ilk taslak dizisi yayınlandı

Moleküler Biyoloji Tarihindeki Önemli Olaylar 2003- Present Nisan 2003 İnsan gen projesi (Human Genome Project) tamamlandı. Fare geni dizilendi. Nisan 2004 Sıçan geni dizilendi.

Bölüm1: Yaşamın (Canlının) yapı taşı nedir?

Bütün canlılar hücrelerden yapılmıştır Bölüm 1 İçeriği: Bütün canlılar hücrelerden yapılmıştır Prokaryot (Prokaryote): Ökaryot (Eukaryote) Hücre haberleşmesi (Signaling) Hücrenin içinde ne vardır: DNA’dan, RNAya kadar Proteinlere kadar

Hücreler Her yaşayan sistemin en temel çalışan birimidir. Her organizma birbirinden tamamen farklı iki hücre tipinin birisinden oluşmuştur prokaryotic hücreler veya ökaryotik hücreler. Prokaryotlar ve Ökaryotlar aynı ilkel hücreden üretilmiştir. Varolan bütün prokaryotik ve ökaryotik hücreler 3.5 milyar yıllık gelişimin (evrimin) sonucunda oluşmuşlardır. Crowded slide Organism of life…. Cells

Hücreler %70 su %7 küçük moleküller tuzlar yağlar (Lipid) aminoasitler Kimyasal bileşim –ağırlık olarak %70 su %7 küçük moleküller tuzlar yağlar (Lipid) aminoasitler nükleotitler (nucleotides) %23% makromoleküller proteinler polisakkaritler biyokimyasal (metabolik) izyolu (pathways) mRNA’nın proteinlere çevrilmesi

Yaşam hücre ile başlar Hücre bir organizmanın bağımsız çalışabilen en küçük yapısal birimidir. Bütün hücrelerin bazı ortak özellikleri vardır

Bütün Hücrelerin Ortak Yaşam Döngüsü Vardır Doğarlar, yerler, kopyalanırlar (replicate) ve ölürler

2 tip hücre vardır : Prokaryotlar ile Ökaryotlar Reverse sides Delete continues

Prokaryotlar ve Ökaryotlar En son kanıtlara göre, yaşam ağacının üç ana dalı vardır Prokaryotlar arkebakteri’yi (antik olanlar ) ve bakteriyi içerir Ökaryotlar Ökarya krallığıdır ve bitkiler, hayvanlar, mantarlar ve belirli algleri içerir.

Prokaryotlar ve Ökaryotlar devamı Tek hücreli Tek veya çok hücreli Çekirdek (nucleus) yok Çekirdek var Organel (organelles) yok Organeller var Bir parça dairesel DNA Kromozomlar Transkripsiyon (kopya) değiştirmeyi postalayacak mRNA yok Ekson/intron yapıştırma (Exons/Introns splicing)

Prokaryotlar ile Ökaryotlar Yapısal farklılıklar Öbakteriyeller (Eubacterial) (mavi yeşil algler) ve arkebakteriler sadece bir çeşit membran-zar -- plazma membran formları hücre sınırları Bilinen en küçük hücreler bakterilerdir. Ecoli hücresi 3x106 protein molekülleri 1000-2000 polypeptid türler. Ökaryotlar bitkiler, hayvanlar, tek hücreli canlılar (Protista) ve fungi (mantar) iç membran formlarının karmaşık sistemleri organel ve kompartmanlar (compartments) Hücre hacmi birkaçyüz kat daha geniş Hela hücresi 5x109 protein molekülleri 5000-10,000 polypeptit türleri Structural differences Two columns labelled prokaryotes and eukaryotes

Prokaryotlar ile Ökaryotlar Kromozom farklılıkları E.coli geni t 4X106 baz çifti içerir DNA’nın %90 dan fazlası proteini kodlar membran sınırlı çekirdeği yoktur. Dairesel DNA ve aşırı sargılı (supercoiled) domain Histonlar (bir çeşit protein) bilinmemektedir. Ökaryotlar Maya hücrelerinin genomu 1.35x107 baz çifti içerir Bütün DNA’nın küçük bir parçası proteini kodlar. Çoğu kodlanmayan sizileri tekrarlar. Bütün kromozomlar bir memranla sınırlandırılmış nükleus içinde bulunur DNA iki veya daha fazla kromozomlar arasında bölümüştür. Beş set histon vardır DNA paketleme ve gen DNA packaging and gene expressionun ayarlanması Chromosomal diffecernces Two labelled columns Succinct in descriptioon >90% encodes proteins Many repeats of noncoding sequences Delete weights

Sinyalleme İzyolları: Gen Aktivitesinin Kontrolü Beyine sahip olmak yerine, hücreler, izyolu denilen, karmaşık kimyasal reaksiyonlar aracılığı ile karar verir. Yeni materyalleri sentezler Diğer materyalleri boşa çıkarır. Yemek veya ölmek için signal verir

Hücre Sinyalleme Örneği

Hücre Mekanizması ve Bilgi Sistemi Hücreler kendi kopyalarını üretmek için bilgiyi depolarlar İnsan genomu 3 milyar civarında baz çift uzunluğundadır. İnsan vücudundaki herbir hücre aynı gen kümesini içerir. Fakat bu hücreler tarafından bütün genler kullanılmamıştır veya ifade edilmemiştir. Mekanizma: Topla ve kompontleri üret Kopyalamayı gerçekleştir Yeni ürünü (çocuğu-offspring) ortaya çıkar (Bir hücre bir araba fabrikasına benzetilebilir)

Yaşamın (canlının) organizasyonuna bir bakış Nükleus= kütüphane Kromozomlar = kitaplıklar Genler = Kitaplar Bir organizmadaki neredeyse herbir hücre aynı kütüphaneleri ve aynı kitap setlerini içerir. Kitaplar bir vücuttaki herbir hücrenin ihtiyacı olan bütün bilgileri (DNA) gösterir. Böylece çeşitli aktiviteleri yürütebilir ve büyüyebilir.

Terminoloji Genom: bir organizmanın genetik materyali Gen: DNA’nın içerdiği ve kromozomlarda bulunan ayrık kalıtsal bilgi birimlerine denir. Genotip (Genotype): Bir organizmanın genetik ifadesi (makeup) Fenotip (Phenotype): Bir organizmanın fiziksel ifade edilen özelliğidir. Nükleit asit: Biological Organizmaların çoğalmasına yarayan biyolojik moleküllerdir (RNA ve DNA)

Terminoloji Bir bakteri 600,000 DNA baz çiftini içerir. Genome bir organizmanın DNA’sının tamamına denir. Bir bakteri 600,000 DNA baz çiftini içerir. insan ve fare genomları 3 milyar civarında içerir. insan genomunda 24 farklı kromozom vardır Herbir kromozom çok fazla sayıda gen içerir Gen kalıtımın temel fiziksel ve işlevsel birimidir. proteinlerin nasıl yapılacağına dair kod komutlarını içeren DNA bazlarının dizilimidir. Protein hücresel yapıdan oluşurlar amino asit denilen daha küçük altbirimlerden oluşan büyük, karmaşık moleküllerdir

Bütün canlılar 3 kritik moleküle bağımlıdır DNAlar Hücrenin nasıl çalıştığına dair bilgi içerirler RNAlar Küçük bilgi parçalarını diğer hücre bölümlerini taşımakla görevlidirler Protein oluşturmak için gereken şablonları sağlarlar Proteinler Diğer hücrelere sinyal gönderen enzimleri oluşturur ve gen aktivitesini düzenler Vücudun temel komponentlerini oluşturur (kıl, deri vs.)

DNA: Canlının (hayatın) kodu Bütün canlı organizmalarda bulunan ve 4 genomik harf kodundan oluşan yapıdır. Adenin, Guanin, Timin ve Sitozin. Birbirini tamamlayan tellerde A-T ve C-G ile eşleşir.

DNA, devamı DNA bir çift sarmal yapıdan oluşur ve aşağıdakilerden oluşmuştur. şeker molekülü fosfat grubu ve bir baz (A,C,G,T) DNA always reads from 5’ end to 3’ end for transcription replication 5’ ATTTAGGCC 3’ 3’ TAAATCCGG 5’

DNA, RNA, ve Bilginin Akışı Kopyalama Transcription Uyarlama Translation Çevrilme

DNA’dan RNA’ ya ve RNA’dan Proteine geçiş Bir gen iki adımda ifade edilebilir Transcription (Uyarlama): RNA sentezi Translation (Çevrilme): Protein sentezi

DNA Genetik Karakter (Makeup) Genler kalıtımla sağlanır ve aşağıdakilerle ifade edilir genotip (genetik karakter) fenotip (fiziksel karakter) Soldaki resimler gözün yeşil ve siyah genlerin fenopipleridir.

Hücre Bilgisi : Yaşamın (canlının) kullanım kitabı DNA, RNA, ve Proteinler string örnekleridir. Bu örnekler ya DNA ve RNA dört harfli nükleotitleri tarafından yazılmıştır (A C G T/U) yada proteinlerde bulunan yirmi harfli aminoasitler tarafından yazılmıştır. Herbir amino asit codon ismi verilen 3 nükleotit tarafından kodlanmıştır. (Leu, Arg, Met, gibi.)

1. Bölüm Sonu