NKLEK ASTLER Prof Dr H Asuman TOKULLUGL 1

NÜKLEİK ASİTLER Prof. Dr. H. Asuman TOKULLUGİL

1. RNA: Ribonükleik asitler 2. DNA: Deoksiribonükleik asitler Genetik bilginin depolanmasında Genetik bilginin transferinde → DNA → RNA rol oynar. 2

Azotlu bir baz + şeker + fosforik asit nükleotid (monomer) nükleotidler=N. A oluşturur (polinükleotid) monomer polimer mononükleotid= N. A yapıtaşı, yapı birimi 3

Nükleotid Yapı Taşları ¡ 1. Azotlu baz: Pürin veya pirimidin ¡ 2. Şeker ¡ 3. Fosforik asittir : D-riboz veya 2 deoksi D- riboz 4

I. AZOTLU BAZLAR A-PURİNLER a. PURİNLER 5

¡ B. PİRİMİDİNLER 6

¡ İnozin : (pürin) ¡ Pseudoüridin : (pirimidin) → t. RNA yapısında metilli türevlerdir. 7

¡ TAUTOMERİZASYON Molekülün farklı bölgeleri arasında proton alış-verişi oksopurin, oksopirimidinlerde keto → enol dengeli C=0 C -OH 8

¡ Keto-enol izomerizasyonu Fizyolojik şartlarda keto formu 9

¡ ¡ ¡ Nükleozid= baz + şeker Nükleotid= baz + şeker+ fosforik asit Nükleik asit= poli nükletid 10

-N GLİKOZİD BAĞI ¡ A) PURİNLERDE 11

¡ B)PİRİMİDİNLERDE 12

NÜKLEOTİDLERİN FONKSİYONLARI ¡ 1. ATP: Evrensel kimyasal enerji taşıyıcısı ATP ADP + Pi enerji → 7. 3 kcal/mol ATP AMP + PPi → 2 Pi pirofosfataz 13

¡ 2. Biosentez reaksiyonlarında TAŞIYICI ve AKTİVATÖR a)S-adenozil methionin: Transmetilasyon reak. da 14

¡ b)AMP 3 fosfoadenozin 5’fosfo sülfat =PAPS yapısında bulunur Kondroitin sülfatın sülfatlanması 15

c)ADP : Koenzim A’nın bir parçası 16

¡ ¡ d)UTP: Uridin trifosfat UDP-glukoz UDP-galaktoz UDP-glukuronik asit 1 - Glikojen sentezi 2 - Galaktoz metab 3 - Amino-şeker metab 4 - Uronik asit yolu 5 - Bilirubin metab 17

e)CTP: Sitidin trifosfat CDP-Kolin → fosfolipid sentezi CDP-digliserit → trigiserid sentezi CDP-Kolin (=sitidin difosfat kolin) 18

¡ 3 -Nükleozid trifosfatlar (nükleotid), biyosentez reaksiyonunda gerekli fosfat ve pirofosfatı sağlarlar: Ör: ATP a)Fosforilasyon Reaksiyonu Heksokinaz Glukokinaz Fruktokinaz Proteinkinaz X +NTP kinaz Glukoz + ATP Mg++ X-P + NDP G. 6. P +ADP glukokinaz 19

¡ B) Pirofosforilasyon Reaksiyonu Ör: Nükleotid sentezinde kullanılan ribozun sentezi Riboz-1 -P + ATP PRPP + AMP ( PRPP = 1 Fosforibozil-5 -pirofosfat ) 20

¡ ¡ ¡ ¡ 4 -Elektron transfer reaksiyonuna katılan koenzimler NADP FMN FAD (nikotinamid adenin dinükleotid) (nikotinamid adenin dinükleotid fosfat) (Flavin adenin mononükleotid) (Flavin adenin dinükleotid) FAD FMN 1 -D-riboz yerine D-ribitol (şeker alkolü) 2 -Flavin azotlu baz ama N. A yapısında bulunmaz 21

¡ ¡ ¡ ¡ ATP CTP GTP UTP RNA polinükleotidlerinin prekürsörü URASİL RİBOZ d. ATP d. CTP d. GTP d. TTP DNA polinükleotidlerinin prekürsörü TİMİN DEOKSİRİBOZ 22

¡ 5)İkincil haberci =Secondary messenger= Hücre içi habercisi Ör: c. AMP (çembersel AMP) ATP Adenilat siklaz 3’ 5’ c. AMP +PPi 23

24

DNA’nın YAPISI ve ÖZELLİKLERİ ¡ 1) 3’ 5’ fosfodiester bağı Adenin Urasil (DNA’da timin) Guanin Sitozin 25

¡ 2) Polinükleotid zincirinin 3’ ucunda : serbest OH 5’ ucunda : 5’ trifosfatlar bulunur (öncül molekül) 5’ → 3’ 26

¡ ¡ ¡ 3)RNA ile DNA’nın farkları Baz : RNA ‘da Urasil DNA’ da Timin Şeker : RNA’ da riboz 2’de OH grubu DNA’da deoksiriboz 2’de H grubu 27

HÜCRELER EUKARYOTİK PROKARYOTİK 28

I-Prokaryotik Hücrelerin Özellikleri E. koli gibi bakteriler Riketsiya Spiroket Küçük ilkel canlılar 1) Hücreler küçük 2) Sitoplazma: -depo granülleri -nükleer zon (çekirdeğimsi bölge) -sitoplazma zarı (tek zar) 3)Ribozomlar: Protein sentez yeri Ultrasantrifüjde 70 s çökme hızı 30 s , 50 s’lik iki alt birim 4)DNA : - Tek bir dev makromolekül - DNA-protein ilişkisi yok - Küçük sitoplazmik - DNA plazmid, epizom denir 29

II-Eukaryotik Hücrelerin Özellikleri: Yüksek bitki, hayvan, insan hücreleri 1)Hücreler 1000 -10000 kat büyük 2)Sitoplazma: Zarla çevrili, sınırlı, şekilli organeller -mitokondri, kloroplast -Golgi cisimcikleri -Düz ve kaba EPR -lizozom -çekirdek 3)Ribozomlar: daha büyük 80 s de çöker : 40 s ve 60 s lik 2 alt birim ¡ 4)DNA: Kromozomlar halinde dağılmış durumda Drosofilia 8 kromozom İnsan 46 kromozom Tavuk 78 kromozom 30

¡ Kromozom = 1 veya daha fazla sayıda DNA molekülü içerir ¡ Kromatin= DNA + bazik protein(histonlar) = (nükleoprotein) ¡ NÜKLEOLUS= Çekirdekçik: Ribozom sentez bölgesi -% 0. 1, 0. 2 DNA mitokondri veya kloroplastlar içinde yer alır 31

DNA’nın Kimyasal Analiz Sonuçları ¡ 1)Adenin = Timin Guanin= Sitozin ¡ 2)Pürin nükleotid sayısı=Pirimidin nükleotid sayısı (A+G=T+C) ¡ 3) 4 ve 6. C da (NH 2) grubu içeren bazların toplamı = 4 ve 6. C da (=O) grubu içeren bazların toplamı (A+C=G+T) (NH 2) ¡ A=T G=C A/T= 1 G/C=1 (=O) 4)Dissimetri oranı = A+T/G+C Belirli bir tür için sabit ve karakteristik, türler arası değişim gösterir. 32

DNA X- Işını Kırınımı Bulguları ¡ ¡ 1953’te Watson ve Crick DNA çift sarmal yapısı 33

Watson-Crick DNA Modeli ¡ 1)Bazlar sarmal eksenine dik düzlem yapar ¡ 2)İki baz düzlemi arası =0. 34 nm ¡ 3)Sarmalın bir tam dönüşü= 10 nükleotid=3. 4 nm ¡ 4) Her 2 zincir birbirine komplementer A=T G=C 34

Hidrojen Bağları 35

¡ 5) Fosfodiester iskeleti ¡ 2 nükleotid birbirine fosfat grubu aracılığı ile 3’, 5’ grubları vasıtasıyla bağlanır. 5’ 3’ ne doğru uzar. ¡ 36

3’, 5’ fosfodiester bağı Fosfoester iskeleti 37

¡ 6)DNA Sarmalının Stabilitesi 1 -Hidrojen bağları 2 - Bazlar arası hidrofobik etkileşimler ¡ 7) p. H= 7’ de fosfat grubları (-) yüklü. Bu nedenle asidik özellik Bu nedenle N. A denir Hidrofilik Hidrofobik 38

Denaturasyon, Renaturasyon: ¡ ¡ İzole edilmiş DNA çözeltisi Oda sıcaklığında p. H 7 de Aşırı p. H Isı 80 -90 olunca viskoz çözelti viskozite ↓ DNA da fiziksel değişim H bağları Hidrofob etkileşimler bozulur ↓ karşıt zincirler kısmen veya tamamen açılır DNA denaturasyonu= DNA erimesi Tersinir olaydır 39

Hibrit DNA’ların Oluşumu DNA’lar izole edilir insan Karıştırılır sıçan Ayrı ayrı denatüre edilir 65°C birkaç saat bekletilir İnsan sıçan Hibrid DNA 40

¡ İki tür birbirine ne kadar yakınsa -Hibridleşme -DNA da sarmal yapı oluşturma oran olur Ör: İnsan –sıçan hibritleşmesi İnsan – maya hibritleşmesi 41

Hibritleşme deneyleri genetik biyokimyada; ¡ 1)Akrabalık derecesinin tayini, ¡ 2)DNA-RNA hibridleşmesi → DNA-RNA ilişkisi ¡ 3)Genlerin izolasyonu için kullanılır 42

Prokaryotik Hücrelerin DNA’ları ¡ ¡ ¡ Prokaryotik hücre → E. coli (bakteri) 200 misli DNA virusu → Lamda faj. (bakteri virusu) E. coli’de DNA -Tek ve çok büyük molekül -Çift sarmal yapısında , halkasal -4 milyon baz çiftinden m. g. -DNA’ nın uzunluğu, hücrenin uzunluğundan 700 kat -Süpercoiling ( DNA fonks. için gerekli) -Nükleer zon (=Çekirdeğimsi bölge) -Topoizomeraz(DNA giraz): Supercoiling yapan ya da açan enzimler -Halkasal DNA : plazmid- sitoplazmada 43

¡ Nükleer DNA: Bir kaç bin gen ¡ Küçük halkasal DNA: Bir kaç gen ¡ GEN: Tek bir protein veya enzim kodlamak için gerekli DNA parçası (nükleotid dizisi) 44

Eukaryotik Hücre DNA’ları ¡ -E. coli’ ye göre : Drosofilia ‘da 25 misli İnsanda 600 misli DNA -E. coli DNA sı=1. 4 mm -İnsan hücre DNA sı = 2 m 45

KROMOZOM: -nükleoprotein kümeleri -genetik materyal kromozomlara bölünmüş -kromozom organizmanın türüne özgü sayıda -kromozomların DNA içeriği ve hacmi farklıdır 46

¡ Her KROMOZOMDA 1) 1 DNA sarmalı 2) Proteinler (histonlar) 3) E. coli DNA’ sının 4 -100 katı kadar nükleotid içerir (E. coli DNA’sı= 4 milyon baz çifti) -Eukoryotik hücre DNA’ları doğrusal yapıda 47

¡ GENOM: Bir hücredeki genlerin hepsi İnsan KC hücresi Hücre çapı = 25 μmetre Çekirdek çapı= 5 μmetre 46 kromozom DNA’ların toplam uzunluğu = 2 metre (=2. 106 μ m) 48

¡ KROMATİN -Kromozom materyali -Dağınık, koyu boyanan, ağımsı %60 protein %35 DNA %5 RNA dan oluşur 49

DNA sarmalı Nükleozom çekirdeği H 1 histon 10 nm Ayırıcı DNA NÜKLEOZOMLAR 50

KROMATİNDE: ¡ DNA + Histonlar = NÜKLEOZOM Histonlar: -Bazik proteinlerdir. -Lizin, arjinin -MA: 11000 -21000 -Prokaryot hüc. de bulunmazlar. 51

NÜKLEOZOM: -10 -11 nm çapında -Her nükleozomda 2’şer tane H 2 A, H 2 B, H 3 , H 4 proteinleri bulunur (toplam 8 histon prot. ) -DNA sarmalı nükleozomun çevresine 2 kez sarılır -Bir nükleozomda 200 baz çifti bulunur -20 -120 nükleotidlik AYIRICI DNA SARMALI -H 1 prot. = Ayırıcı bölgede 52

DNA REPLİKASYONU ¡ Watson-Crick Hipotezi ll Ebeveyn ll ll Yavru sarmallar - Yeni sentezlenen DNA zincirleri - Ebeveyn DNA’lar kalıp rolü oynar 53

Messelson ve Stahl Deneyi(1957) ¡ 1) E. Coli NH 4 Cl, (15 N)’li besi yerinde üretiliyor Cecium Cl içinde ultrasantrifüj i)Normal E. coli -14 N içeren ii)15 N ‘li besi yerinde üretilen E. coli Hafif DNA(14 N) Ağır DNA(15 N) 54

¡ 2)15 N içeren E. coli ler 1 nesil sonra 14 N LÜ ortama alınıyor 14 N Hibrit DNA 15 N Orta noktaya çöker 55

¡ 3) 2 nesil sonra 14 N 14 N 15 N Hafif DNA(14 N) Hibrit DNA (14 N 15 N) DNA replikasyonunda ; yavru DNA’ nın bir zinciri ebeveynden diğer zinciri yeni sentezleniyor 56

Semikonservatif replikasyon 57

Halkasal DNA’ nın Replikasyonu 58

Halkasal DNA’nın replikasyonu: - Replikasyon yönünde DNA’nın açılması - Çift yönlü - Origin: Başlangıç noktası 100 -200 nükleotidlik bir bölge, özel bir protein tarafından tanınır 59

E. Coli’de DNA replikasyon çatalı oluştuktan sonra ; → 37 C de 45000 nükleotid/dakikada ilerler (replike olur) → 1 DNA sarmalı = 10 nükleotidde tam dönüş Bu nedenle ters yönde dönmesi gerekir 4500 devir / dk ters yönde döner ve DNA sarmalı açılır (Bu hız = 70 mil/saat) 60

Eukaryotik DNA’ların Replikasyonu ¡ -Birçok origin mevcut ¡ -Çift yönlü ¡ -Hızı prokaryotların 10 da biri kadar Tek origin olsa → 2 ayda replikasyon (Binlerce origin → binlerce replikasyon çatalı Bu nedenle → replikasyon hızlı olur ) 61

Kabarcıklar Çift yönlü replikasyon sonucu oluşur REPLİKASYON 62

DNA POLİMERAZ I ENZİMİ 63

Deoksiribonükleozid 5’trifosfat = NTP (d. NMP)n + d. NTP DNA (d. NMP) n+1 + PPi Uzamış DNA 64

DNA POLİMERAZ I ENZİMİ ¡ Substratları : d. ATP, d. TTP, d. CTP, d. GTP, bir DNA çifti sarmalı ¡ Kofaktörleri : Mg++ ve Zn++ iyonları ¡ DNA çift sarmalı = başlangıç ve kalıp Mevcut DNA zinciri kalıp kabul edilir ¡ Buna KOMPLEMENTER= KARŞIT zincir sentezlenir ¡ Sentez (zincirin uzaması) 5’ → 3’ yönünde olur 65

Uzayan DNA zinciri Zincire yeni girecek d. NTP d. GTP 66

67

REPLİKASYON OLAYI ¡ 1)Başlama noktasının tanınması(origin) ¡ 2)Ebeveyn sarmalın dönerek açılması ¡ 3)Yavru komplementer zincirlerin oluşumu ¡ 4)Zincirin uzaması ¡ 5)Zincirin sarmal şeklini alması ¡ 6)Replikasyonun sonlanması ¡ 20 veya enzim = DNA replikaz sisitemi (REPLİZOM) 68

¡ ¡ E. coli bakterisinde : DNA polimeraz I : Hücre içinde en fazla DNA poimeraz II : İşlevi ? DNA polimeraz III: DNA sarmalının uzamasından esas sorumlu enzim DNA polimeraz III holoenzim (subuniteleri) -550. 000 M. a ‘da -Zn++ iyonları mevcut, 69

DNA polimeraz I ve III ¡ a)Endonükleaz aktivitesi: 5’ → 3’ ucuna doğru yeni nükleotidler takarak ilerler ¡ b)Her iki enzimde - DNA kalıp zincirine ve buna sarmal olarak sarılmış PRIMER zincire gerek duyar alt birimi = Ebeveyn DNA ‘daki primer zinciri tanıyarak ona bağlanır ¡ c) Ekzonükleaz aktivitesi Hem 3’ → 5’, hemde 5’ → 3’ yönünde zincirden nükleotid koparma aktivitesidir 70

OKAZAKİ PARÇALARI: ¡ -Normalde DNA replikasyonu 5’ → 3’ yönünde ¡ Replikasyonda karşıt zincir oluşturulur A zinciri : 5’ → 3’ yönünde normal replikasyon B zinciri : 3’ → 5’ yönünde replike olmaz. Bu nedenle 5’ → 3’ yönünde okazaki parçaları ile replike olur ¡ ¡ 71

72

Replikasyondaki enzimler ve işlevleri ¡ 1)PRİMAZ Enzimi -Okazaki parçalarınn oluşumu için gerekli -Açılan replikasyon çatalının ucuna birkaç tane ribonükleotid takarak → primer sarmal m. g (öncül) 2)DNA polimeraz III : Primer sarmala → deoksiribonükleotidleri takar, zincir uzar 3)DNA polimeraz I : a) Ekzonükleotidaz aktivitesi ile ribonükleotidleri çıkarır sonra b) Aynı yere : kalıba uyan deoksiribonükleotidleri takar -Okazaki parçaları meydana gelmiş olur 73

¡ 4)DNA ligaz Okazaki parçalarını birleştirir ¡ 5)Helikaz enzimi -DNA sarmalını ters yönde döndürerek, zinciri DÜZLEŞTİREN ve AÇAN enzim -Çatalın hemen önünde bulunur ¡ 6)DNA bağlayıcı protein(DBP) -Düzleşip açılan DNA’nın tekrar kapanmasını önler ¡ 7)Topoizomerazlar -Sarmal 4500 devir/dak hızla düzelir -Dengeleyici oynak nokta olmasa → bu hızda replikasyon çatalının önündeki kromozom ters yönde dönebilirdi 74

Topoizomerazlar ¡ a)Dengeleyici oynak nokta: Helikazın önüne oturur. Helikazla aynı hızda, helikazla kendi arasındaki DNA segmentini 180ºlik dönmelere tabi tutar. DNA düzleşmesine yardımcı olur Topoizomeraz Helikaz b)Superkoling olayı: Topoizomeraz sarmalın düzleştirilmesine yardımcı olur Helikaz sarmalı açar (Prokaryotlarda : Topoizomeraz=DNA giraz) ¡ 75

76

HİSTONLARIN REPLİKASYONU ¡ Kesikli DNA zincirinin bulunduğu yavru sarmalda yeni histonlar yeni nükleozomları oluştururlar. ¡ Replikasyon çatalında DNA sentez yönü bir zincirde : 5’→ 3’ , diğer zincirde ise 3’→ 5’ dir. ¡ ¡ 3’→ 5’ yönünde sentez kesikli zincir şeklindedir. 5’→ 3’ yönünde lider zincir sentezlenir. 77

Eski ve yeni histonlar nasıl dağılım gösterir ? ¡ In vitro DNA sentezi yapılıyor ¡ Bir protein sentez inhibitörü olan sikloheksimid ortama ekleniyor (Böylece yeni histon sentezi engelleniyor) ¡ Bu şartlar altında DNA sentezi 15 dk devam ediyor ¡ Yeni sentezlenen DNA’ nın yarısı DNAaz I’le tamamen yıkılıyor ¡ Diğer yarısı ise 200 baz çifti içeren parçalara ayrılıyor. 78

Bu deney ve density-labeling çalışmaları şunu düşündürmüştür; ¡ Ebeveynden gelen histonlar yeni DNA sarmallarından sadece birisinde bulunur ¡ Diğer yavru sarmalda ise önce histon yoktur ve çıplaktır ¡ E/M da da replikasyon çatalında bir tarafta histonlar bulunurken diğer tarafta bulunmadığı görülüyor ¡ Özellikle replikasyon esnasında ebeveynden gelen histonlar konservatif olarak ayrılı (veya tek bir yavru DNA sarmalında toplanır) 79

Özetle; ¡ Replikasyon esnasında ebeveynden gelen histonlar konservatif olarak ayrılır (veya tek bir yavru DNA sarmalında toplanır) 80

Bu bulgular; ¡ Histonların replikasyon esnasında DNA’ dan ayrışmadığını gösterir ¡ Gerçekte, eski histonlar lider zincirin olduğu yavru sarmalda durur ¡ Buna karşın yeni sentezlenen histonlar kesikli DNA zincirinin olduğu yavru DNA sarmalında toplanır 81

Bu farkın bir olası nedeni şu olabilir : ¡ Histonlar, tek sarmallı DNA’ya kıyasla, çift sarmallı DNA’ya çok daha kuvvetle bağlanırlar ¡ Eski histonlar olasılıkla kesikli sarmalı bırakırlar ¡ Çünkü bunda okazaki parçalarının birleşmesinden önce tek sarmallı bölgeler vardır. ¡ Bu nedenle öbür zincire geçerler. 82

TRANSKRİPSİYON ¡ ¡ DNA’ daki baz dizilişi= genetik bilgi içerir Bazların özel dizilişi= genetik şifre DNA nın ufak bir kısmının açılması (=gen= Bir protein kodlayacak baz dizesi) Transkripsiyon RNA sentezi Translasyon Protein sentezi 83

TRANSKRİPSİYON → -DNA’ daki baz dizilişine göre genetik şifrenin RNA’ya aktarılması -Komplementer olay 84

RNA’lar ¡ 1)Habercil (messenger RNA= m. RNA) DNA Ribozomlara gider Transkripsiyon ¡ ¡ 2)Taşıyıcı RNA(transfer RNA= t. RNA) Her aa’e özgü bir t. RNA vardır 3)Ribozomal RNA (r. RNA) Hepsi nükleusta DNA’dan transkripsiyonla sentezlenirler 85

m. RNA ¡ Uzunluğu değişik, tek zincir halinde molekül ¡ MONOGENİK (MONOSİSTRONİK): Tek genin bilgisini POLİGENİK (POLİSİSTRONİK): Çok genin bilgisini taşıyorsa denir ¡ -Prokaryotlardaki m. RNA’lar poligenik -Eukaryotlardaki m. RNA’lar monogenik m. RNA mol. uzunluğu kodladığı polipeptid zincirinin uzunluğu ile sınırlı. 3 baz → 1 aa kodlar Bu nedenle 100 aalik bir polipeptid zinciri için en az 300 bazlık RNA gereklidir 86

¡ ¡ Prokaryot m. RNA ları gen. la kodladıkları polipeptid zinciri için gerekenden daha uzun → 5’ ucunda : LİDER bölge (25 -150 baz) polipeptid kodlamaz Poligenik m. RNA’larda, INTERGENİK BÖLGE polipeptid kodlamaz Lider bölge Gen I İntergenik bölge Gen II 5’ Protein kodlamaz 3’ Protein kodlar -Bir metabolik yol enzimleri için poligenik m. RNA kullanılır 87

m. RNA Sentezi: ¡ DNA’ya bağımlı RNA polimeraz enzimi -DNA ‘nın bir zincirini kalıp gibi kullanır -Buna komplementer RNA zinciri oluşturur -Aktif merkezinde Zn++ -Mg++ ‘a gerek duyar -Substratları: ATP, GTP, UTP, CTP -5’ → 3’ yönünde zincir uzaması -3’ ucuna ribonükleotid birimlerini takar 88

RNA polimeraz reaksiyonu: n(NMP)n + NTP grubları) (NMP) n+1 + PPi Ribonükleosid 5’ trifosfat uzamış RNA ( ve fosfat ( fosfat grupları) 89

¡ DNA kalıp görevi görür DNA’da : A T G C RNA’da : U A C G (deoksiribonükleotid) (ribonükleotidler) - Primer zincire gerek yok, ama ÖZGÜL BİR BAŞLAMA noktası gerekli -RNA polimeraz bu noktaya oturduktan sonra→ TRANSKRİPSİYON başlar 90

TRANSKRİPSİYON’un Safhaları ¡ RNA polimerazın→ 1 - Başlama noktasına oturması 2 - Birkaç fosfodiester bağı yapması 3 - Sigma birimi (enzimin bir alt birimi, holoenzimden ayrılması 4 - Zincirin uzaması 5 - Genin transkripsiyonunun bitme sinyali= DNA kalıbı üzerindeki DURMA DİZİSİ 6 - RNA ve RNA polimerazın DNA’dan ayrılması. (Rho) P proteini 91

RNA polimeraz : Prokaryotlarda: -M: A 500. 000 -Kompleks, holoenzim -5 polipeptid subuniti var (2 , , ’, ) -m. RNA, t. RNA; r. RNA sentezler Eukaryotik hücrelerde: RNA polimeraz I : Nukleolusta lokalize r. RNA sentezler RNA polimeraz II : Kromatin içinde lokalize m. RNA sentezler RNA polimeraz III : Kromatin içinde lokalize t. RNA ve 5 s’lik r. RNA sentezler 92

93

Transkripsiyonun İnhibisyonu ¡ Aktinomisin D: Prokaryot ve eukaryotlarda ; DNA sarmalında G-C arasına oturur, transkripsiyonu kitler ve zincir uzayamaz ¡ Akridin D: Aktinomisin D gibi aktivite ¡ Rifampicin D: Prokaryotlarda RNA polimerazın bir alt birimine bağlanarak enzimi bloke eder 94

Posttranskripsiyonel İşlem ¡ ¡ Enzimatik olarak RNA’ya bazı grubların takılması ve çıkarılması → RNA’nın AKTİFLEŞMESİ DNA RNA zinciri transkrip. AKTİF RNA Posttranskripsiyonel işlem 95

Heterojen nükleer RNA =hn. RNA Eukaryotik hücrelerde önce nükleer RNA’lar sentezlenir Heterojen nükleer RNA m. RNA + s. RNA(small RNA) 96

Eukaryotik m. RNA’ların, Prokaryotik m. RNA’lardan Farkları: ¡ ¡ ¡ 1) Eukaryotik m. RNA’lar : MONOGENİK 2) Eukaryotik m. RNA 3’ ucunda POLİ-A KUYRUĞU (100 -200 tane –A-A-A-) (Poliadenilat polimeraz, substrat ATP) 3) Eukaryotik m. RNA 5’ ucunda → 7 -METİL GUANOSİN şapkası Şapka → Translasyonu başlatmak üzere ribozoma bağlanmada yardımcı Şapka ve kuyruk → m. RNA’ yı enzimatik yıkımdan korur 97

98

Reverse Transkriptaz (Ters transkripsiyon yapıcı) ve Kanser Oluşumu Viral RNA Reverse transkriptaz Komplementer DNA (c. DNA) Kuşlarda Rous sarkomu etkeni : RNA virusu Bunda ; RNA’ ya bağımlı DNA polimeraz (reverse transkriptaz) 99

100

Hormon Üretimi ¡ Reverse transkriptaz E. coli’ye verilir Hızla çoğalır sentetik gen sentezi Plazmid oluşturma (c. DNA) Translasyon Sonuçta istenen protein, Ör: İNSULİN 101

TRANSLASYON ¡ Replikasyon DNA Transkripsiyon Reverse Transkripsiyon (R. Transkriptaz) RNA Translasyon PROTEİN 102

PROTEİN SENTEZİ (Translasyon) ¡ a) Protein sentezi çok karmaşık bir olaydır Eukaryotik hücrelerde : 70 tane ribozomal protein 20 tane protein: aa aktivasyonu için 12 tane protein: translasyonda enzim 100 tane protein: posttranslasyonel işlemlerde 100 tane r. RNA, m. RNA, t. RNA -Yaklaşık 300 tane makromolekül → 1 polipeptid zincirinin sentezi için gerekir ¡ b) Protein sentezi çok hızlı gerçekleşir. 100 aa’lik polipeptid 5 sn’de ¡ c) Hücre içi protein sentezi çok sıkı kontroldedir. Gerektiği kadar protein sentezlenir 103

Translasyonu Evreleri 1 - AA’lerin aktivasyonu 2 - Polipeptid zincirinin başlaması 3 - Uzama 4 - Sonlanma ve ribozomdan ayrılma 5 - Kıvrılma ve işlenme 104

I. evre : AA’lerin aktivasyonu aa + t. RNA + ATP Mg 2+ aminoasil-t. RNA +AMP + PPi a. asil-t. RNA sentetaz Tersinmez reak. Gº’ = -7. 0 kcal/mol 105

Ör: isolösil-t. RNA sentetaz =E a) isolösin + ATP + E E-İsölösil-AMP + PPi a) E-[isolosil- AMP] +t. RNA ile → İsolosil-t. RNA ile + E + AMP Gº’ = -7 kcal/mol 106

107

T=ribotimidin =Pseudoüridin DHU=Dihidrouridin t. RNA 108

Polipeptid zincirinin başlaması 109

II. evre: ¡ Polipeptid zincirinin başlaması 1) RİBOZOMLAR: 110

21 tane polipeptid 34 tane polipeptid Prokaryot Eukaryot 111

2) Başlangıç amino asiti ¡ Prokaryotlarda: Peptid zincirinin aminoterminalinde : N-FORMİL METHİONİN bulunur ı H l COO- H-C-N-C-H ll l O CH 2 l N-formil CH 2 grubu l S l CH 3 112

Bu aa 2 reaksiyonla oluşur ATP a) Methionin + t. RNA fmet AMP + PP methionil- t. RNAfmet Mg ++ Methionil –t. RNA sentetaz b)Formil grubunun methionil’in amino grubuna transferi N 10 - Formil tetrahidrofolat + Met-t. RNAfmet tetrahidrofolat +fmet-t. RNAfmet N 10 - FH 4 transformilaz -Transformilaz serbest methionine formil bağlayamaz. Özgül substratı Met-t. RNAfmet t. RNAmet : Peptid zinciri içindeki methionine özgü t. RNAfmet : Başlangıçtaki formillenmiş methionine özgü. Bu t. RNA sadece formil grubu alabilir 113

EUKARYOTLARDA: -Ekstramitokondrial ribozomlarda, methioninle sentez başlar. t-RNAmet -Mitokondri ve kloroplastlardaki ribozomlarda, N-formil Met-t. RNAfmet ile başlar *Mitokondrilerin bakteriden oluşumu; simbiotik yaşam teorisini destekler 114

B)Polipeptid sentezinin Başlaması ¡ Prokaryotlarda gerekli yapılar; 1) 30 S subuniti (16 s r. RNA içerir) 2) Sentezlenilecek polipeptidi kodlayacak m. RNA 3) Başlangıç aa-t. RNA=N-formil methionil-t. RNA fmet 4) Başlama faktörleri BF-1 (IF-1) BF-2 (IF-2) BF-3 (IF-3) 5) GTP 115

¡ Başlama kopmleksinin oluşumu 3 safhada gerçekleşir. 116

1. safha ¡ ¡ 30 s ribozom üniti + BF-3 → Bağlanır (30 s ve 50 s‘ın birleşmeleri engellenir) m. RNA + 30 s subünitine → Bağlanır 6 -8 tane A ve G A 5’ Başlangıç sinyali 30 s deki 16 s r. RNA İle koplementer baz oluşturur U G 3’ Başlangıç kodunu N-fmet-t. RNAfmet deki UAC ile karşıttır 117

İşte başlangıç sinyali sayesinde; a) m. RNA 30 s’te doğru yere oturur b) Başlangıçtaki Zincir içindeki bağlar AUG kodonu= N fmet t. RNAfmet AUG kodonu= met-t. RNAmet 118

2. safha 30 s subüniti BF-3 m. RNA GTP-BF-2 + Nfmet-t. RNAfmet BÜYÜK BAŞLANGIÇ KOMPLEKSi 119

3. safha 120

1 - m. RNA ‘da AUG kodonu fmet-t. RNAfmet’de UAC’nin anti kodonu başlangıç aasil-t. RNA doğru yere oturmasını sağlar 2 - Ribozomal P noktası 121

Ribozomlarda aminoasil-t. RNA’ları bağlamak için 2 bölge vardır ¡ A Bölgesi : Aminoasil kısmı ¡ P Bölgesi : Peptidil kısmı - Bu bölgeler 50 s ve 30 s subunitelerinin spesifik kısımlarından m. g -P bölgesine sadece başlangıç fmet-t. RNAfmet bağlanırken A bölgesine ise diğer yeni gelen aminoasil-t. RNA’ lar bağlanır 122

123

İkinci kodon 124

III. Evre: Uzama Gerekli yapılar ¡ 1 -Başlangıç kompleksi : ¡ 70 s ribozom m. RNA fmet-t. RNAfmet 2 - Bağlanılacak bir sonraki aminoasil-t. RNA (m. RNA’ da AUG’den sonraki kodona uyan antikodonlu aasil-t. RNA) 125

¡ ¡ 3 - Uzama Faktörleri Tu Ts G 4 - GTP 126

Uzamanın Safhaları 1. safha Bir sonraki aasil-t. RNA + Tu- GTP aasil-t. RNA-Tu-GTP + 70 s başlangıç kompleksi → aasil-t. RNA –Tu-GTP Tu-GDP+Pi Yeni aasil-t. RNA 70 s (kompleks) 127

Rejenerasyon Reaksiyonu Ts Tu-GDP GTP Tu-GTP GDP 128

Bir sonraki kodon 129

2. Safha: ¡ ¡ P ve A bölgelerinde oturan aa’ler arasında peptid bağı m. g 50 s subunitindeki; peptidil transferaz enzimi 130

3. safha: TRANSLOKASYON Ribozomun m. RNA üzerinde 3’ ucuna doğru bir kodon kaymasıdır Böylece → A bölgesindeki dipeptidil-t. RNA P bölgesine P bölgesindeki- boş t. RNA → sitoplazmaya 131

Translokasyonda ¡ 1)G= Translokaz (uzama faktörü) ¡ 2) GTP GDP + Pi (enerji) gerekir 132

Dipeptidil t-RNA 2 Translokasyon kademesi A kısmı bir sonraki Aasil t-RNA için hazır 133

IV-Sonlanma ve Ribozomdan Salınma ¡ m. RNA’daki şifreye göre son aa takıldıktan sonra SONLANMA KODONLARI; UAA, UAG, UGA ‘dır. Bunlar hiçbir aa kodlamaz ¡ Bu kodonlara gelinince 3 tane SONLANMA veya SALINIM FAKTÖRÜ işe karışır R 1, R 2, S → Sonlanma proteinleridir 134

SONLANMA veya SALINIM FAKTÖR’lerinin işlevleri : 1 - Polipeptid zincirini son t. RNA’dan ayırma ve polipeptid zincirini sitoplazmaya salma 2 - P kısmında boş kalan t. RNA’ yı → sitoplazmaya 3 - 70 s ribozomu 30 s + 50 s’li subunitelere ayırma (Böylece yeni bir polipeptid zinciri sentezlenebilir) 135

m. RNA Başlama sinyali Aa kodlayan kodonlar Başlama kodonu Sonlanma kodonları 136

V. Kıvrılma ve İşlenme ¡ Posttranslasyonel Modifikasyonlar -Polipeptid zincirinin biolojik aktif hale gelmesi için geçirdiği değişimler; Sekonder, tersiyer, kuarterner yapıların oluşumu Bazı grupların takılması Bazı grupların çıkarılması 137

PROTEİN SENTEZİNİN DÜZENLENMESİ 1 - Transkripsiyonel Kontrol → Bakterilerde 2 -Translasyonel Kontrol → Eukaryotlarda (karmaşık, ? ) 138

TRANSKRİPSİYONEL KONTROL Bir hücredeki enzimler; A) YAPISAL enzimler: Her hücrenin tipine göre sabit miktarda B) UYARILABİLİR enzimler: Yapımı şartlara göre veya (uyarılabilen- baskılanabilen enzimler) 139

A) BASKILANABİLEN enzim E. coli → tek N kaynağı NH 4+ tuzları → tüm aa’leri sentezler *Ortama histidin ilavesiyle, histidin sentezleyen enzimler baskılanır (son ürün inhibisyonu) 140

B)UYARILABİLEN enzim ¡ Normalde mikterı az, ama bazı şartlarda yapım miktarı artan enzimler Ör: -Galaktozidaz Laktoz → D-Glukoz + D-Galaktoz E. coli’de - -Galaktozidaz normalde 5 -6 tane. - Ortamda glukoz varsa bu enzim hiç kullanılmaz - Tek C kaynağı laktozlu besi yerinde -1 -2 dk’da 1000 tane - Galaktozidaz sentezi 141

OPERON: Birbiriyle fonksiyonel olarak ilişkili ve şartlara göre açılıp, kapatılabilen genler grubudur 142

LAC OPERONU Yapısal genler : z → -Galaktozidaz y → permeaz a → A proteini Düzenleyici gen : i → represör protein Kontrol genleri : p → promoter 0 → operator İndükleyici allolaktose (Laktozun izomeri) : 143

DNA’ da Lak operon’unun genetik yapısı 144