YÖNETİCİ MOLEKÜLLER VİDEO Ömer YANIK Biyoloji Öğretmeni 2010 / BURSA

Aynı cinsiyetteki iki insanın DNA ları % 99,9 oranında birbirine benzerdir. Yüzlerce hastalığın sebebi olan genler günümüzde saptanmıştır. Örnek:Parkinson hastalığı

Hedefler Nükleik asitlerin temel yapı taşlarını kavramak. RNA ile DNA arasındaki farkları açıklamak. DNA’nın hücre hayatını nasıl yönettiğini kavramak. Gentik şifrenin özelliklerini açıklamak. Genler hücrede nasıl etkinlikler gösterir açıklamak. Genetik bilginin nasıl protein sentezine dönüştüğünü kavramak. RNA çeşitleri ve görevlerini açıklamak. Genlerin çalışma şekillerini açıklamak. Hastalıklar ile protein sentezi arasındaki ilişkiyi kavramak.

Temel kavram Kalıtsal bilgi ,DNA’nın kimyasal dilinde kodlanmıştır ve vücudumuzdaki tüm hücrelerde tekrarlanmıştır.Yavruların ana-babasına benzemesi DNA’nın hatasız kopyalanması ve bir nesilden diğerine aktarılması esasına dayanır.

GENEL ÖZELLİKLER Nükleik asitlerin DNA ve RNA olmak üzere iki işlevsel çeşidi vardır. DNA molekül modeli 1953 yılında Watson ve Crick tarafından ortaya çıkarılmıştır. DNA ve RNA makromoleküller olup nükleotit adı verilen birimlerden meydana gelmişlerdir. Bir nükleotitin yapısında baz , şeker ve fosfat molekülleri vardır.

A,G,S ve T bazları DNA da bulunur.RNA da ise T yerine U vardır.Ayrıca şekerlerden DNA da Deoksiriboz RNA ise Riboz bulunur. Animasyon

DNA’nın baz sırası türler arası farklılıklar gösterir. Bir canlının farklı dokularından alınan hücrelerindeki DNA baz sırası tamamen birbirinin aynısıdır. Canlının DNA organik baz(Nükleotit) sıraları yaşa , beslenme durumuna göre değişmez tamamen genetik olarak anne ve babadan geçer. Vücüt hücrelerindeki DNA baz sırası değişmeleri hastalıklara neden olur. Üreme hücrelerindeki DNA baz sırası radyoaktif ışınlar sonucu bozulabilir.Böylece kalıtsal hastalıklar meydana gelir.

5 3 5 3 Animasyon Adenin ile Timin ve Guanin ile Sitozin eşleşir.DNA da pürinlerin sayısı Pirimidinlerin sayısına eşittir. A + G = T + C A+G / T+ C = 1 A ile T arasında 2 hidrojen bağı G ile S arasında üç hidrojen bağı bulunur. Her zincir nükleotidleri birbirlerine fosfat-şeker bağları ile bağlanır.

REPLİKASYON (DNA’nın eşlenmesi) Canlılardaki bütün kalıtsal moleküller DNA da dolayısıyla kromozomlarda bulunmaktadır. Hücre Mitoz bölünmeyle çoğaldıkça kalıtsal madde miktarında bir değişme olmadan oğul hücreler geçer. DNA’nın yeni hücreler eşit oranda geçebilmesi için Mitoz bölünme öncesi DNA’nın kendini eşlemesi gerekir. Hücre bölünmesi öncesi DNA ‘nın kendini eşlemesi olayına Replikasyon denir. Replikasyon için gerekli baz,şeker ve fosfat hücre sitoplazmasından sağlanır.Enerji ve çeşitli enzimler kullanılır.

DNA’nın yarı korunumlu eşlenmesi Meselson ve Stahl DNA’nın yarı korunumlu eşlendiğini ispatlamışlardır. Ağır azot(Azot 15) içeren DNA lar , normal azot(Azot 14) içeren ortamda iki kere eşlenmeye bırakılıp , DNA’ları santrifüjle incelendiğinde ağırlık dizilimleri aşağıdaki gibi gerçekleşir. Birinci nesil % 100 Melez olur.DNA ‘nın bir zinciri ağır bir zinciri ise normal azota sahiptir. İkinci nesilin ise % 50 si melez ,% 50 si ise normal DNA lara sahiptir. Bu sonuçlar eşlenme sırasında her bir zincirin kalıp görevi görerek karşısına ortamdan alınan nükleotidlerin getirildiği görüşünü ispatlamıştır. Ağır azot Melez

Ökaryotik hücrelerde replikasyon, uzun DNA ‘nın birkaç noktasında aynı anda başlar.Bu noktalardan eşlenen DNA parçaları daha sonra birbirleriyle birleşerek replikasyonu tamamlar.

Replikasyon çatalında yeni zincirlerden biri 5’3’ yönünde kesintisiz bir biçimde replike edilir.Diğer oluşan yeni zincir ise replikasyon çatılından uzaklaşacak biçimde kesintili olarak replike edilir.Bu kesintili küçük parçalara okazaki parçaları adı verilir.Ökaryotlarda 100-200 arası olan bu parçalar DNA ligaz enzimi yardımıyla şeker fosfat bağlarıyla birleştirilir VİDEO

Replikasyonun başlayabilmesi için önce DNA çift zincir sarmalının açılması gerekir bu helikaz denen bir enzim tarafından gerçekleştirilir. Özgül (SSBP) proteinleri bu tek sarmal zincirlere bağlanır. Daha sonra RNA primerleri primaz enzimi yardımıyla sentezlenir ve DNA polimeraz enzimi yardımıyla kısa RNA primerlerine kesintisiz zincirde devamlı olarak nükleozid trifosfatlar eklerken kesintili zincirde birkaç tane sentezlenen primere nükleozid trifosfatları ekler. DNA polimeraz 1 enzimi daha sonra bu primer RNA ları DNA’ya çevirirken en sonra devreye giren Ligaz enzimi okazaki parçalarını birleştirerek kesintili DNA zincirini de tek bir parça haline getirir.

GENETİK KOD VE PROTEİN SENTEZİ DNA’nın hücre hayatını yönetmesi protein sentezini denetlemesi ile gerçekleşir. Sentezlenen proteinler enzimler olabileceği gibi yapısal proteinlerde olabilir. Hücrelerde bili akış yönü DNA  RNA  Protein biçimindedir. Prokaryotlarda mRNA sentezlendikten sonra hiçbir işlemden geçmez.Ökaryotlarda ise mRNA çekirdekte sentezlenir ve sitoplazmaya geçmeden evvel RNA işlemi gerçekleşir.

DNA üzerinde yer alan belli nükleoititlik birimlere gen denir. Genlerde bulunan her üç nükleotit bir aminoasitin şifresidir. Kalıp DNA üzerinde mRNA sentezlenir mRNA üzerinde bulunan üçlü nükleoititlere kodon denir. Amino asit kodları mRNA şifrelerine göre yazılmıştır.

VİDEO GENETİK KOD Bir amino asitin birden çok şifresi vardır. Aynı amino asiti tanımlayan kodonların ilk iki harfi aynıdır yalnız üçüncü harfi farklıdır. Genetik kod bütün canlılarda aynıdır yani evrenseldir. Bakterilerde 30-40 kadar tRNA bulunurken hayvan ve bitki hücrelerinden ise 50 kadar tRNA çeşidi bulunmaktadır. VİDEO

VİDEO mRNA SENTEZİ Transkripsiyon RNA Polimeraz enzimi tarafından 5’ den 3’ doğru gerçekleşir. DNA üzerinde promotor adı verilen bir başlangıç noktası bulunur.Bu bölge TATA kutusu olarak bilinir. Okunan kalıp DNA tekrar eski durumuna geçer.Saniyede 60 nükleotit okunur. mRNA sentezi sonlanma sırasına ulaştıktan sonra durur. VİDEO

TRANSKRİPSİYON Ökaryotik hücrelerde AAUAAA şeklinde 3’ uca nükleotitler eklendikten sonra ilerideki bir noktadan enzimatik kırılma meydana gelir ve öncü mRNA sentezi tamamlanır.

mRNA ‘nın düzenlenmesi Öncü mRNA sentezi yapıldıktan sonra baş kısmına 7-metil guanozinden oluşmuş bir başlık takılır.Bu yapı onu sitoplazmada enzimlerden korur ve ribozoma bağlanmasını sağlar.3’ucuna ise 50-120 arası adeninden oluşmuş bir poly A kuyruk takılır. mRNA ya takılan ek yapılar protein sentezi sırasında okunmaz okunacak kısım eksonlardır ,çekirdekten çıkmadan evvel intronların mRNA dan çıkarılması gerekir.

Protein sentezinde görev almayacak bölgeler mRNA dan çıkarılır.Bu küçük kısımlara intron denir. Öncü mRNA bazı çekirdek ribonükleoproteinleri(snRNPs) ve diğer proteinlerle birleşerek splaysozomları oluştururlar. Bu protein kompleksi intronları çıkararak ekzonlardan oluşan mRNA sentezini tamamlar.

PROTEİN SENTEZİ Protein sentezi sırasında mRNA dan başka tRNA da devreye girer. mRNA daki nükleotitlere uygun tRNA lar ribozoma getirilir.UUU şeklindeki mRNA ya uyan tRNA antikodon ucu AAA şeklindedir. Antikodonlar 3’ 5’ yönündedir. Amino asitler tRNA ‘ların uygun bölgelerine bağlanır.

Protein sentezi için tRNA lar uygun amino asitleri enzimler yardımıyla alırlar. Protein sentezi ribozomun kontrolüyle gerçekleştirilir. Protein sentezi ilerledikçe ribozomun üstünde polipeptid zinciri uzamaya başlar. Amino asitleri ribozoma bırakan tRNA lar sitoplazmadan tekrar alırlar.

Kodon-Antikodon eşleşmesinden önce tRNA’nın doğru amino asiti taşıması gerekmektedir. Her bir amino asiti tRNA’ya bağlayan 20 çeşit aminoaçil tRNA sentetaz enzimi vardır. Enzim önce amino asiti daha sonra da uygun tRNA’yı bağlar.Amino asitle tRNA’nın birbirine bağlanması ATP harcanarak gerçekleşir.

RİBOZOMLAR Ribozomlar protein sentezinin yapıldığı mRNA ile tRNA lar arasındaki bağlantının kurulduğu organellerdir. Ökaryotik hücrelerde ribozomlar çekirdekçikte sentezlenir ayrıca protein ve ribozomal RNA dan oluşmuşlardır. Aminoasitleri taşıyan tRNA lar ribozomun büyük alt biriminde olan A yüzeyine bağlanır sentezlenen polipeptid P yüzeyinde dururken amino asitini bırakan tRNA E yüzeyine geçer ve ribozomdan ayrılır. Protein sentezinin olabilmesi için tRNA ile mRNA arsında eşleşme kurallarının olması gerekir.

PROTEİN SENTEZİ Protein sentezinin başlayabilmesi için mRNA önce küçük alt birime bağlanır. AUG kodonu başlatıcı kodondur.Bu kodona uygun tRNA Methionin amino asitini taşır.Daha sonra büyük alt birimde bağlanır ve protein sentezi başlar. Protein sentezinin ilerleyebilmesi için gerekli enerji GTP den sağlanır.Başlatıcı kodona uygun tRNA P bölgesine bağlanır ve A bölgesine kodona uygun yeni bir aminoaçil-tRNA gelmesi beklenir.

Ribozom mRNA üzerinde 5’3’ yönünde hareket eder.Yeni tRNA lar A yüzeyine bağlanır. 2 GTP harcanarak aa ile protein arasında peptid bağı kurulur. Aa ‘ti bırakan tRNA E yüzeyine geçer gerekli enerji GTP dan sağlanır. Döngü bu şekilde tekrarlanır.P bölgesinde son getirilen tRNA ya bağlı polipeptid bulunurken A bölgesine uygun tRNA getirilir.

Protein sentezi mRNA üzerinde durma kodonlarına kadar devam eder. A yüzeyine serbest bıraktırıcı faktörler geldiğinde (Bunun için mRNA kodonları UAG,UAA,UGA den herhangi biri olmalıdır) hidroliz enzimleri yardımıyla P yüzeyinde bulunan polipeptid serbest bırakılır.Böylece protein sentezi sonlanmış olur. VİDEO

Aynı zaman diliminde birçok ribozomun tek bir mRNA’yı okuması aynı proteinden çok miktarda yapılmasını sağlar.Böyle ribozom zincirleri poliribozomları oluşturur.

Ribozomların hepsinde protein sentezi sitoplazmada serbest haldeyken başlar.Sentez ilerlerken ER’ye bağlanma gerçekleşir.Ribozomda sentezlenen proteine sinyal peptid kısmı eklenir , sitoplazmada bulunan SRP(Sinyal tanıma tanecikleri) ile birleşir.Bu yapı sayesinde ribozom ER’ye bağlanır.ER yardımıyla protein uygun organele gider.

Prokaryotlarda protein sentezi Prokaryotik hücrelerde transkripsiyon (mRNA sentezi) ile translasyon aynı anda gerçekleşir. Çünkü çekirdek zarı bulunmaz. Ökaryotlarda organellerin gelişmiş olması hedef proteinleri meydana getiren sinyallerin gelişmesine yol açmıştır. Bu sistemler prokaryot hücrelerde bulunmaz.

Nokta Mutasyonları Kodonların yanlış okunmasına çerçeve kayması denir.Üçüncü bazda değilde diğer bazlarda eklenme ,çıkma ya da yerdeğiştirme yanlış aa lerin protein sentezine katılmasına yol açar.UV ve X ışınları , kimyasal maddeler bu tür nokta mutasyonlara neden olabilir.

Gen bir hücrede bir protein sentezinden sorumlu bölgedir. Bir gen içinde kodlanmayan intron bölgeleride bulunur. Ayrıca bir gen içinde protein sentezini idare eden promotor ve regülatör bölgeler vardır. Bu bölgeler okunmaz sadece gen sentezini denetler. Dolayısıyla Gen bir polipeptid ya da RNA çeşidi sentezinden sorumlu bölge olarak tanımlanabilir.

Genlerin kontrolü DNA’nın bölümlerine yapısal genler denir. Bu genlerin çalışması , bunlara yakın olarak bulunan bir ana genin kontrolü altındadır. Bu gene operatör gen kontrol altındaki genler topluluğuna da operon denir.Operatör genlerde regülatör gen kontrolü altında çalışır.Bir regülatör gen , kendi emrine verilmiş operonları ve operatör genleri etki altında tutar.Regülatör gen repressör adı verilen bir baskılayıcı çıkarır.Baskılayıcı maddeler operatör genlerle birleşerek onun çalışmasını engeller. Lac Operon: Laktoz şekerini parçalayabilmek için b-Galaktosidaz,b-Galaktosidaz permeaz , ve transasetilaz enzimleri gerkelidir.Bu üç enzim laktozu , glukoz ve galaktoza yıktıktan sonra galaktozuda glukoza çevirerek toplamda iki molekül glukoz elde edilmiş olur. Laktoz yokluğunda regülatör gen tarafından sentezlenen represör protein operatör gene bağlanarak RNA polimerazın buraya bağlanmasını engeller. Ortamda laktoz varsa regülatör etkisiyle sentezlenen repressör laktoza bağlanır ve repressörün yapısı değişerek operatöre bağlanması engellenir.RNA polimeraz laktozu parçalayacak enzimlerin üretilmesini sağlar.

Triptofan operatörün de ise çalışma şekli lac operondan farklıdır. Ortamda tirptofan molekülü varsa repressöre bağlanır ve operatöre bağlana rak RNA polimerazın, promotora bağlanması engellenir. İki sistem arasındaki fark birisi madde varlığında açılırken(Lac operon) diğeri madde yokluğunda (Triptofan operon) devreye girer.

E-Mail : omeryan@hotmail.com