Moleküler Biyoloji Öğrt. Gör. Ümmühan Demir

Moleküler Biyoloji Moleküler biyoloji: Canlılardaki olayları moleküler seviyede inceleyen biyoloji dalı. Organik moleküller: Canlı yapısına katılan ve yapısında temel olarak karbon, hidrojen, oksijen, azot(nitrojen) gibi atomları bulunduran moleküllerdir. Küçük organik moleküller(Monomer yapıdaki moleküller): Hücredetemel kimyasal yapı taşlarının sentezinde ve enerji elde edilmesinde kullanılırlar. Basit Şekerler(Monosakkaritler) Yağ asitleri Amino asitler Nukleotidler Küçük organik moleküller canlılarda biyosentez yada alınan maddelerin sindirimi ile ortaya çıkarlar.

Büyük organik moleküller: Polimer yapıdaki büyük moleküller ise birim yapıdaki monomerlerin kimyasal bağlar ile birleşerek polimerleşmesi sonucunda oluşur. Monosakkaritlerden polisakkaritler, nükleotidlerden nükleik asitler, aminoasitlerden proteinler ve yağ asitlerinden yağlar oluşur. Polisakkaritler(karbonhidratlar): Monosakkaritlerin glikosit bağlarıyla birleşmesiyle Yağlar: Yağ asitleri Proteinler: Amino asitlerin peptit bağlarıyla birleşmesiyle Nükleik asitler: Nükleotitlerin fosfodiester bağlarıyla birleşmesiyle

Hücrede bulunan protein ve nükleik asitler genelde hayatsal reaksiyonlarda görev alırken, yağlar ve proteinler yapısal görevlerde bulunurlar. Nükleik asitler, proteinler, polisakkaritler ve lipidler molekül ağırlığı 1000 daltonun üstüne olan makromoleküllerdir. Dış ortamda hücre içine alınan ve molekül ağırlıkları 18-44 Dalton arasında değişen küçük moleküller, 100-350 dalton ağırlığındaki makromoleküllere dönüşür. Bunlarda birbirlerine eklenerek polimer veya zincir halindeki makromoleküllere dönüşür. Makromoleküllerde birbirleriyle birleşerek supramolekülleri yada organelleri meydana getirir. Örneğin protein ve lipidler membranları, DNA ve proteinler kromatini, RNA ve proteinler ribozomları oluşturur.

Nukleotitler Nükleik asitlerin yapı taşlarıdır. DNAnın yapısına katılan nükleotitler: Deoksiribonukleotitler RNAnın yapısına katılan nükleotitler: Ribonükleotitler 1 nükleotit=Nitrojen Baz + Pentoz Şeker + Fosfat grup Pürinler (9 üyeli çift halkalı)– Adenin &Guanin Pirimidinler (6 üyeli tek halkalı–Timin&Sitozin&Urasil

Bazlar

Pentoz Şeker Ribonükleotitlerde 2’-OH RNA da bulunur Deoxyribonükleotitlerde a 2’-H DNA da bulunur

Nükleozitler = Baz + Şeker NMP = nükleozit + 1 PO4 NDP = nükleozit +2 PO4 NTP = nükleozit + 3 PO4

Polinükleotitler İki mononükletit arasında bağ yapısında, iki şekere bağlı fosfat grubu yer alır oluşan bağ fosfodiester bağıdır, çünkü fosforik asit her iki taraftaki alkol grubu ( iki şekerdeki OH grubu ) ile ester bağı yapar. Aynı bağ, RNA da da bulunur.

DNA Deoksiribonükleik asit: Genetik bilgiyi taşıyan molekül. Baz+şeker+fosfat Bazlar: adenin, guanin, sitozin, timin. Şeker: Deoksiriboz DNA çift sarmal yapıdadır.

Bazlar DNA çift sarmal yapıdadır. Her zaman adeninin karşısına timin, guaninin karşısına sitozin gelir. Adenin ve timin 2 hidrojen bağı, sitozin ve guanin 3 hidrojen bağı ile birbirine bağlanır.

DNA çift zinciri sarmal bir yapıdadır. Bu sarmal yapıda büyük oluk (major groove) ve küçük oluk (minor groove) olarak isimlendirilen boşluklar oluşur.

Nükleozom: DNA nın histon proteinlerin etrafına iki tur sarılarak oluşturduğu yapıdır.

Gen DNA molekülünün belli bir genetik bilgi içeren bölgesine gen denir.

İnsanda Genetik Materyal İnsanda genetik materyal DNAdır. Kromozomlara organize olmuş şekilde hücrenin çekirdeğinde bulunur. Genetik materyalin dört özelliği: Replikasyon-kendini eşleyebilmesi Bilgi depolama Bilgiyi ifade etme Mutasyonlarla varyasyon gösterme

Sentral Dogma

Sentral Dogma

İnsanda 23 çift kromozom bulunur İnsanda 23 çift kromozom bulunur. Bunlar kadınlar için 46, XX; erkekler için 46, XY

DNA replikasyonu Replikasyon genetik materyelin tamamen kendi benzeri yeni bir molekül oluşturma işlemidir. DNA kendini eşleyebilen yegane biyomoleküldür Replikasyon sonrası ana DNA molekülü ile tüm nukleotid dizisi tamamen aynı olan DNA molekülü ortaya çıkar. Böylece DNA da taşınan genetik bilgi her replikasyon olayı ile dölden döle aktarılır.

DNA replikasyonu yarı koruyucu bir model ile açıklanır. Bu model iki zincirli sarmal DNA nın her bir ipliğinin kalıp görevi yaparak kendine yeni bir eş DNA ipliği oluşturması işlemidir. Böylece bir ana molekülden yeni oluşan her bir yavru molekül, ana DNA nın bir zincirini taşıyacaktır Replikasyon çatalı

Ökaryotik hücrelerde replikasyonun temel mekanizmaları: 1. Replikasyon başlangıç noktalarının tayini 2. DNA çift ipliğinin çözünmesi 3. Replikasyon çatalının oluşması Replikasyonda, DNA polimerazdan başka, herbirinin özel bir görevi olan, 20’den fazla enzim ve proteinler görev alır. Tümüne DNA replikaz sistemi veya replizom denir. Replikasyonun gerçekleştiği genom birimine replikon denir. Ökaryotik hücrede çok sayıda başlangıç ve bitiş noktaları vardır.

Başlangıç noktaları özel nukleotid dizilerinden oluşur ( A ve T den zengin tekrarlayan nukleotid dizileri) ve “diziye özel olan DNA ya bağlanan proteinler = başlatıcı proteinler” tarafından tanınır. Bu proteinlerin başlangıç noktalarına bağlanması ile replikasyonun ilk adımı atılır. Replikasyonun başlıyabilmesi için DNA çift zincirinin sarmal yapısının çözülmesi gereklidir. Çözülme işlemi başlatıcı protein kopleksinde yer alan DNA helikazlar ile gerçekleştirilir. Helikaz aktivitesi ile açılan çift zincirde replikasyonun olduğu bölgeye replikasyon çatalı denir. Replikasyon olayı “replikasyon çatalı”nın ana DNA molekülü boyunca ilerlemesi ile gerçekleşir.

DNA helikaz, DNA sarmalını çözen enzim Primaz, DNA sentezinin başlıyabilmesi için gerekli olan RNA primerlerini (RNA öncül molekül) sentezleyen enzim DNA Polimerazlar, kalıp zincire komplamenter yeni DNA zincirini sentezleyen enzim Tek zincire bağlanan (SSB) proteinler, replikasyon çatalının sürekliliğini saglayan ,tek DNA ipliğine bağlanarak katlanmayı önleyen proteinler

DNA replikasyonu

DNA replikasyon yönü (yeni sentezlenen zincirin yönü) 5’ 3’ ucuna doğrudur

RNA Ribonükleik asit Baz+şeker+fosfat Baz: Adenin, Urasil, guanin, sitozin Şeker: Riboz tRNA: Aminoasitleri taşır rRNA: Ribozomun yapısına katılır mRNA: Protein sentezinde kalıp görevi görür. RNA molekülleri 20 çeşit aminoasitin çeşitli sıra ve sayıda dizilimini oluşturarak protein dediğimiz yapıları oluşturma mekanizmasının yani protein sentezinin başrolünü oynar.

m-RNA DNA molekülünde lokalize çözülme ile kopyası çıkarılan moleküllerdir. RNA polimeraz adlı enzim ile DNA dizisindeki genlerin şifresi mRNA şeklinde oluşturulur. DNA nın her bazına RNA zincirindeki tamamlayıcı baz karşılık gelir, böylece her Adenin’e bir Urasil, her Guanin e bir sitozin nükleotidleri ve bunun tam tersi kombinasyonda dizilimler oluşturulur. Mevcut bir genin bilgilerini ihtiva eden mRNA molekülü hücre çekirdeğinden ayrılarak sitoplazmadaki ribozomlara varır ve bilgilerini işlemeye başlar. mRNA lar DNA da yazılı genetik kodun karşı bir tipini oluşturur. Bu şekilde birleştirilmiş RNA molekülü, tıpkı bir fotoğrafın pozitifi ve negatifi gibi kalıtım mesajının karşı tip halindeki eşidir. Bu mesaj daha sonra sitoplazmada ribozomlar sayesinde çözülebilecek ve taşıyıcı RNA sayesinde amino asit birleşimi için kullanılacaktır.

r-RNA Ribozomal RNA;ribozomlar sitoplazma içine dağılmış küresel yapılardır. Proteinler ve ribozomal RNA denen özel bir RNA çeşidinden oluşurlar. Türe göre ribozomun %40 ila %60ını bu moleküller meydana getirir. Ribozomların rolü haberci RNA da yazılı genetik kodu çözmektir.

t-RNA Taşıyıcı RNA; 70 ila 80 nükleotidli bir moleküldür. Zincirin bir ucu sitozin–sitozin–adenin (CCA) ve diğer ucu guanin (G) ile son bulur. Ayrıca yapısında nadir bazlarda yer alır. Biçimi 3 yapraklı yonca yaprağı ve molekülün iki ucundan oluşan bir ‘’Sap’’ biçimidir. tRNA nın rolü hücre ortamındaki amino asitleri ,mRNA tarafından kurulan protein montaj zincirine doğru taşımaktır. Şu halde her tRNA belirli bir amino asit için özgüldür. Bu özgüllük molekülün, bütün tRNA larda bulunan CCA bölümünün hemen önündeki ucunda yazılıdır. tRNA ve onun amino asidi bir tRNA–aminoasit bileşiği oluşturur. Her an sitoplazma her amino aside karşılık gelecek böyle bileşiklerden yedekler bulundurmaktadır.

tRNA da yoncanın yapraklarından biri üzerinde bir baz üçlüsünden oluşan özgül bir başka bölge daha vardır. Bu üçlü amino aside özgüldür ve mRNA üzerindeki ilgili kodunun bir ‘’antikodon’’unu oluşturur,Yani onun karşı-tipidir. Ribozom tRNA üzerinde kayıtlı kodu işlerken ,onun her kodunda ‘’durduğu’’ ve o belirli anda ,bir tRNA ya ilişkin antikodona takıldığı düşünülebilir. Böylece tRNA lar, mRNA tarafından şaşmaz bir düzene, yani genetik koda göre kurulmuş montaj zinciri üzerinde arka arkaya gelecek ve yeni koda göre amino asitlerin birbirlerine takılmalarını sağlayacaktır. Bir defa kullanıldıktan sonra her tRNA yeni bir amino aside bağlanır ve onu polipeptid zincirinde dizmeye koyulur.

RNA transkripsiyonu

Proteinler Amino asitler: Proteinlerin yapı taşlarıdır. Peptit bağlarıyla birleşerek proteinleri oluşturur.

Protein sentezi Ribozomlarda gerçekleşir. tRNAlar aminoasitleri ve antikodonu taşır. mRNAdaki kodun ile uyuşan antikodunu taşıyan tRNA ribozoma geldiğinde aminoasitler bağ yapar ve peptit zinciri uzar.

Primer yapı Tersiyer yapı Sekonder yapı Kuatarner Yapı Alfa heliks Beta sheet(tabaka)

Proteinler ne yapar? • Enzimler; Katalitik olarak aktif birkaç RNA molekülü hariç bütün enzimler proteindir. Biyokimyasal reaksiyonların hızını önemli ölçüde arttırırlar. Sinyalleşme; Hücre zarındaki reseptör proteinler ligandlara (örn. hormonlar) bağlanabilir. Bu durumda yapısal değişiklikler ortaya çıkar, hücre içerisinde liganda cevap olarak reaksiyonlar başlar. • Taşıma ve depolama; Hemoglobin kırmızı hücrelerde oksijen taşırken, transferrin ise karaciğere demir taşır. Demir karaciğerde ferritin proteinlerine bağlı olarak depolanır. Besinsel yağlar kanda lipoproteinler tarafından taşınır.

Yapı ve hareket; Deri, kemik ve bağ dokudaki başlıca protein kollojendir. Saçlar ise esas olarak keratinden meydana gelmiştir. Hücre iskeleti örneğinde olduğu gibi hücre içerisinde daha birçok yapısal proteinler bulunmaktadır. Başlıca kas proteinleri olan aktin ve miyozin kas kasılmasını sağlayan filamentleri oluştururlar • Beslanme; Kazein ve ovalbumin süt ve yumurtanın başlıca proteinleridir ve gelişmekte olan yavrunun büyümesi için gerekli aa’leri sağlamada kullanılırlar. • Bağışıklık; Bakteri, virüs diğer yabancı materyalleri (antijen) tanıyan ve onlara bağlanan antikorlar proteindir. Regülasyon; Transkripsiyon faktörleri DNA’ya bağlanırlar ve DNA’nın fonksiyonlarını ayarlarlar.

Enzimler

Lipitler Kolesterol Fosfolipit

Hücre

Hücre zarı

Ribozom ve ER ın birlikte çalışması

Mikrotübüller

Hücre Canlı organizmayı oluşturan en küçük fonksiyonel birimdir.

Hücrelerin genel özellikleri Bölünerek çoğalırlar. Hareket ederler. İç ve dış etkenlerle uyarılırlar. Büyüyüp gelişirler. Madde değişimi ve taşınmasını sağlarlar.

Hücre Hücre zarı Sitoplazma (Hücre sıvısı) Çekirdek

Hücre Zarı Hücreyi dış çevreden ayırır. 7 10 nm kalınlığındadır. Çift katlı fosfolipid yapıdadır Seçici geçirgendir: Maddeler büyüklüklerine, yüklerine ve yağda çözünebilme özelliklerine göre hücre zarından geçerler.

Hücre Zarının Görevleri Hücre içi ve dışı (intrasellüler-ekstrasellüler) sıvıların birbirine karışmasını engeller. Sitoplazmayı çevreler ve hücrenin yapısını korur. Hücrede madde geçişini düzenler ve kontrol eder. Hücre içi aktiviteleri uyararak reseptör görevi yapar. Hücre dışından gerekli maddeleri hücre içine alır. Hücre içinden de bazı maddeleri hücre dışına verir.

Hücre zarından madde geçişi Difüzyon: Konsantrasyon farkına bağlı olarak zardan maddelerin hareketine denir. Çok yoğun ortamdan az yoğun ortama. Basit difüzyon: Enerji harcanmadan hücre zarında eriyip geçiş yapan moleküllerin hareketidir. Alkol, oksijen, karbondioksit gibi. Ozmoz: Suyun difüzyonudur. Kolaylaştırılmış difüzyon: Difüzyonun taşıyıcı moleküller kullanılaral yapılan halidir. Glükoz, aminoasitler gibi. Aktif Taşıma: Maddelerin hücre zarından az yoğun ortamdan çok yoğun ortama enerji harcanarak ve yardımcı moleküller kullanılarak taşınmasıdır.

Endositoz ve ekzositoz: Makromoleküllerin veziküller içinde hücreye alınmasına endositoz; hücreden atılmasına ekzositoz denir. Pinositoz: Sıvı şeklinde geçiş Fagositoz: Katı şeklinde geçiş

Sitoplazma Hücre zarı ile hücre çekirdeği arasını dolduran sıvıdır. %90 ı sudur, %10 u katı kısmıdır. Birçok hücre organeli ve hücresel yapı bu sıvı içinde lokalizedir. Yarı akışkan bir yapıdadır.

Ribozomlar Hücrenin en küçük organelidir. Protein ve RNA yapısındadırlar. %60 ı protein % 40 ı RNAdır. Alt birimleri 60 s rRNA, 40 s rRNA. Protein sentezlemekle görevlidirler.

Sentrozom Hücre çekirdeğine yakın yerleşmiş, biribirine dik borucuk yapılardır. Hücrenin hareket merkezidirler ve hücre bölünmesinde kromatinler bu yapılara tutunarak hareket eder.

Endoplazmik Retikulum (ER) Bir uçlarıyla çekirdek zarı diğer uçlarıyla hücre zarına tutunan kanallar sistemidir. Üzerinde ribozom taşıyanlara granüllü, taşımayanlara granülsüz denir. Genel olarak madde taşınmasından sorumludur. Ayrıca çeşitli enzimatik olaylarda ve proteinlerin modifikasyonlarında rol alırlar. Hücre iskeleti görevi görür.

Golgi Aygıtı (Cisimciği) Çekirdeğe yakın veziküler bir yapıdır. Salgı yapmada görev alır ER ile birlikte çalışır.

Lizozomlar Veziküler yapıdadır Sitoplazmada dağınık halde bulunur. Lipid yapıda zarla çevrilidir. Hücresel sindirim ve savunmada görev alır.

Mitokondri Çift zarlıdır. Zarlar arası boşlığa krista, iç bölüme matriks denir. Hücrenin enerji merkezidir. Kendine ait genetik materyal (DNA) içerir. Bölünerek çoğalabilir. Enerji ihtiyacı olduğunda sayısı artar.

Hücre Çekirdeği Çift zarla kaplıdır. Genetik materyali bulundurur. İnsan hücresinde genetik materyal DNAnın proteinlerle sarılmış hali olan kromatindir. İnsanda 46 kromozoma organize olmuş halde bulunur. Çekirdekçik(Nucleolus) denilen, RNAların sentezlendiği yapıyı bulundurur. Hücre içi tüm yaşamsal olayları yöneten merkez çekirdektir. Çekirdekçik Çekirdek

Hücre bölünmesi İki çeşit hücre bölünmesi vardır: Mitoz bölünme ve mayoz bölünme Mitoz bölünmede birbirinin aynı olan ve ana hücre ile aynı miktarda genetik materyal taşıyan 2 hücre oluşur. Mitoz bölünme, çoğalabilen tüm vücut hücrelerinde görülür. Mayoz bölünmede oluşan hücreler ana hücrenin yarısı kadar materyale sahiptir. Mayoz bölünme sadece cinsiyet hücrelerinde görülür. Mitoz Mayoz