GENETIK SIFRE VE TRANSKRIPSIYON

1
GENETIK SIFRE VE TRANSKRIPSIYON
2
Genel Bakis

• Genetik Bilgi Akisi

3
TRANSKRIPSIYON(DNAdan RNA sentezi)

• DNA kalibindan RNA sentezlenmesine transkripsiyon
  denir.
• Transkripsiyon, hücre içi genetik bilgi akisinin
  ilk basamagi oldugu için önemlidir.
• Transkripsiyon sonucunda, ikili sarmal DNAnin
  bir dizisinin eslenigi olan mRNA molekülü
  sentezlenir.
• mRNAdaki her üçlü kodon, ayrica peptit zincirine
  girecek olan aminoasiti tasiyan tRNAnin
  antikodonuna da esleniktir.

4
RNAnin DNA ve protein arasindaki araci molekül
olduguna dair düsüncelerin ortaya çikmasi

• Ökaryotik hücrelerde DNAnin çogu çekirdekte
  bulunurken proteinler sitoplazmada sentezlenir.
• RNA ökaryotik hücrenin çekirdeginde sentezlenir
  ve kimyasal olarak DNAya benzer.
• RNAnin çogu sitoplazmaya tasinir.
• Genellikle hücredeki RNA miktari, protein miktari
  ile orantilidir.

5
Replikasyon-Transkripsiyon Farklar

• Replikasyon sirasinda tüm kromozom kopyalanir
  fakat transkripsiyon daha selektiftir. Ayni anda
  sadece bir gen grubu kopyalanabilir.
• Genetik bilginin ekspresyonu o andaki ihtiyaca
  baglidir.
• DNA segmentinin basi ve sonunu belirleyen
  spesifik düzenleyici dizeler hangi DNA
  segmentinin sablon olarak kullanilacagini
  gösterir.
• Transkripsiyon bir primere ihtiyaç duymaz.
  Transkripsiyon için sadece bir DNA zinciri kalip
  olarak is görür.

6
RNAnin DNAya Bagimli Sentezi

• RNA polimerazlar RNAyi sentezler.
• Sentez için DNA-bagimli RNA polimeraz, bir DNA
  sablonu, nükleozid 5 trifosfatlar (ATP, GTP, UTP
  ve CTP) veya Mg2 gereklidir.
• Sentez ribonükleotidlerin 3-hidroksil ucuna
  eklenmesi ile 5?3 yönünde ilerler.
• RNA polimerazin en aktif formu çift sarmal DNAya
  bagli formudur.
• Baslama, RNA polimerazin promotor olarak
  adlandirilan spesifik bölgelere baglanmasi ile
  baslar, primere gereksinim yoktur.
• Transkripsiyon için bir bubble gereklidir. Bu
  E. colide 17 baz çifti uzunlugundadir. E.
  colide zincir uzama hizi 50-90
  nükleotid/saniyedir.

7
RNA Polimeraz ve RNA Sentezi

• DNA kalibi üzerinden RNA sentezi, RNA polimeraz
  enzimi tarafindan gerçeklestirilir.
• RNA polimeraz, DNA polimerazla ayni genel
  substratlara ihtiyaç duyar.
• Ancak dNTP yerine NTP kullanir.
• Ve primere ihtiyaç duymaz.

8
RNA Polimeraz Enzimi

• Enzim, a, b, b ve s alt birimlerinden olusur.
• Enzimin aktif formuna holoenzim denir.
• b ve b katalitik bölgelerdir ve transkripsiyon
  için aktif merkezi olustururlar.
• s alt birimi, transkripsiyonun baslamasinda
  görevlidir ve düzenleyici islevi vardir.
• E.coli de enzim tek formdadir, ancak birkaç
  degisik sigma faktörü vardir.
• Ökaryotlarda RNA polimeraz üç degisik formda
  bulunur.

9
Promotorlar, Kaliba Baglanma ve Sigma Alt Birimi

• DNAnin transkripsiyona ugrayan zinciri kalip,
  eslenigi olan zincir de es zincir adini alir.
• Transkripsiyon, kaliba baglanma, baslangiç,
  zincir uzamasi ve sonlanma asamalari halinde
  gerçeklesir.
• Kaliba baglanma, RNA polimerazin sigma alt birimi
  ile DNAnin özgül promotor dizisine baglanmasi
  ile gerçeklesir.
• Promotor, genin transkripsiyon baslangiç
  noktasinin gerisinde 5 ucundadir.

10
Promotor

• Promotor, RNA polimerazin transkripsiyonu
  baslatmak üzere DNAya baglandigi özel
  bölgelerdir.
• Promotor mutasyonlari gen ifadesini önemli
  biçimde azaltir.
• Promotorlarda, türler arasinda korunmus konsensüs
  diziler vardir.
• Bakteriyel promotorlarda -10 ve -35 olmak üzere
  iki konsensüs dizi bulunmustur.
• Ökaryotik promotorlarda da -10 dizisine benzer
  konsensüs diziler bulunmustur (TATA kutusu)
• Farkli sigma alt birimleri, farkli promotorlara
  baglanarak transkripsiyon özgüllügü saglar.

11
E. coli RNA polimeraz ile transkripsiyonun
baslama basamaklari
12
Transkripsiyonun Basamaklari
13
Ökaryotlarda Transkripsiyon

• Ökaryotlarda transkripsiyon, prokaryotlardakinden
  bazi belirgin farkliliklarla ayrilir.
• Ancak, yine de temel aynidir.

14
Ökaryotik Hücrelerde 3 tip Nükleer RNA Polimeraz
Bulunur

• RNA polimeraz I (Pol I) sadece tek tip RNA
  sentezinden (preribozomal RNA) sorumludur. Bu RNA
  18 S, 5.8 S ve 28 S rRNAlar için prekürsördür.
  Pol I promotorlar bir türden digerine sekansta
  farklilik gösterir.
• RNA polimeraz II (Pol II)nin temel fonksiyonu
  mRNA ve bazi spesifik RNAlarin sentezidir.Bu
  enzim binlerce farkli RNA bölgesini taniyabilir
• RNA polimeraz III (Pol III) tRNA, 5 S rRNA ve
  bazi küçük özel RNAlari sentezler. Pol IIIün
  promotorlari iyi karakterize edilmistir.

15
Ökaryotlarda Transkripsiyonun Farklari

• Ökaryotlarda transkripsiyon çekirdekte,
  translasyon sitoplazmada birbirinden tamamen
  ayrilmis olarak gerçeklesir.
• Transkripsiyon baslamasinin regülasyonu için
  özgül DNA dizileri ve protein faktörlerin
  etkilesimi daha komplekstir.
• Promotorlara ek olarak genin 5 kontrol
  bölgesinin disinda genin içinde ve 3 asagi
  bölgesinde de yer alabilen enhensir diziler
  bulunur.
• Sentezlenen ilk RNA kopyasi, olgun ökaryotik mRNA
  ya dönüsmek için bir dizi islenme basamagindan
  geçer.

16
MRNA ISLENME BASAMAKLARI

• mRNAnin 5 ucuna sapka (cap) yapisi takilir.
• mRNAnin 3 ucuna poli A kuyrugu eklenir.
• Öncül mRNA yapisindaki proteine dönüsmeyecek
  bölgeler (intronlar) çikartilarak proteine
  dönüsecek bölgeler (eksonlar) birlestirilir. Bu
  isleme siplaysing (splycing) denir.

17
ÖKARYOTIK MRNA EK ISLEMLERE TUTULUR

• 5cap (bas bölgesi) ve 3poli(A) kuyrugu
• 5cap (bas bölgesi)da 7-metilguanozin 5terminal
  ucunda 55 trifosfat bagi ile zincire eklenir.
• Poli (A), 80-250 adenilat rezidüzüdür ve 3
  ucunda bulunur.
• Poliadenilat polimeraz poli (A) kuyrugunu uzatir.

18
ÖKARYOTLARDA RNANIN TRANSKRIPSIYON SONRASI
ISLENMESI
19
Ökaryotik primer RNA transkriptine poli (A)
kuyrugunun eklenmesi
20
Tavuk ovalbümin mRNAsi ile bu gene ait DNAnin
hibridizasyonu
21
Ökaryotlarda Parçali Genler-Ekson ve Intronlar-
22
Ökaryotik mRNA olusumuna genel bakis
23
Hücresel mRNAlar farkli hizlarda yikilirlar

• Vertebrali hücresinde ortalama mRNA yari ömrü
  yaklasik 3 saattir.
• Bakteriyel mRNAnin yari ömrü ise yaklasik 1.5
  dakikadir.
• RNA ribonükleazlar ile yikilir (genellikle 5?3
  yönünde).
• Ökaryotik hücrelerde poli (A) birçok mRNAnin
  stabilitesi için önemlidir.
• Laboratuvarda polinükleotid fosforilaz enzimi
  sentetik RNA polimerleri yapiminda kullanilir.

24
Transkripsiyonun elektron mikroskobu ile
görüntülenmesi

• E.coli ve Notophthalmus viridescens genlerin es
  zamanli transkripsiyonu

25
(No Transcript)
26
GENETIK SIFRENIN KARAKTERISTIK ÖZELLIKLERI
27
GENETIK SIFRENIN KARAKTERISTIK ÖZELLIKLERI

• mRNA, ribonükleotitlerin dogrusal diziliminden
  olusur.
• Her üç ribonükleotit, bir kodon olusturur.
• Her bir kodon bir aminoasit belirler.
• Genetik sifre özgündür.
• Genetik sifre dejeneredir.
• Sifrede Basla ve Dur kodonlari vardir.
• Sifrede duraksama yoktur.
• Sifre üst üste çakismaz.
• Sifre hemen hemen evrenseldir.

28
Baslangiçtaki Çalismalar

• Önceleri, DNAnin protein sentezine dogrudan
  katildigi düsünülüyordu.
• Daha sonra ribozomal RNAnin protein sentezinde
  kalip oldugu düsünüldü.
• Daha sonra bir araci molekül olan mRNAnin
  varligi ortaya çikarildi.
• Ve dört harfin nasil 20 aminoasiti belirledigi
  bulundu.

29
SIFRENIN TEMEL ISLEYIS DÜZENI

• Sifrenin üçlü dogasi
• 20 aminoasit için en az 64 kodonun gerekli oldugu
  matematiksel olarak hesaplandi.
• Baz giris ve çikisi deneyleri ile kodonlarin üçlü
  oldugu ispatlandi.
• Sifrenin üst üste çakismayan dogasi
• Sifrenin Duraksamaz ve dejenere dogasi

30
SIFRENIN ÇÖZÜLMESI
31
Nirenberg, Matthaei ve diger arastirmacilarin
çalismalari

• Hücresiz sistemde polipeptit sentezi
• Homopolimer sifreler
• Karisik kopolimerler
• Üçlü (triplet) baglama deneyleri
• Tekrarlanan kopolimerler

32
HOMOPOLIMER SIFRELER
33
Karisik Kopolimerler

• 1A5C oranindaki (1/6A5/6C) karisik kopolimer
  deneyinin sonuçlari ve yorumlari.

34
Üçlü baglama deneyine bir örnek. UUU üçlüsü kodon
gibi davranarak antikodonu AAA olan tRNAphe yi
baglar.
35
Di-, tri ve tetranükleotitlerin tekrarlayan
kopolimerlere dönüsümü. Her tekrar durumunda
olusan üçlü kodonlar görülmektedir.
36
GENETIK SIFREDEKI 64 TRIPLET

• Genetik sifrede, 61 kodon, aminoasitleri
  belirler.
• Geri kalan 3 kodon hiçbir aminoasit belirlemez
  (Dur kodonlari).

37
GENETIK SIFRELEME SÖZLÜGÜ

• Baslama kodonu
• AUG
• Dur Kodonlari
• UAG
• UGA
• UAA

38
DEJENERE SIFRE VE WOBBLE HIPOTEZI

• Genetik sifre dejeneredir.
• Sadece Triptofan ve Metionin bir kodonla
  belirlenir.
• Geri kalan tüm aminoasitlerin birden fazla kodonu
  vardir.
• Ayni aminoasiti belirleyen kodonlarin ilk iki
  bazi aynidir.
• 3. bazin degiskenligi, Wobble hipotezi ile
  açiklanir.

39
. Kodon-Antikodon Baz Eslesme
Kurallari

• Wobble sayesinde tRNAdaki bir antikodon, mRNAda
  birden fazla kodonla eslesebilir.

40
Baslama, sonlandirma ve baskilama

• Protein sentezinin baslamasi özgül bir islemdir.
• Bakterilerde protein sentezinde zincirdeki ilk
  aminoasit N-formil metionindir.
• Bu aminoasit, AUG ile kodlanir.
• Ökaryotlarda ilk amino asit metionindir.
• mRNA üzerindeki dur kodonlari, protein
  sentezinin sonlanmasini saglar.

41
GENETIK SIFRENIN EVRENSELLIGI GENETIK SIFRE
HEMEN HEMEN EVRENSELDIR.

• Genetik sifre, farkli canli gruplarinda büyük
  oranda benzerlik gösterir.
• Bakterilerden elde edilen hücreden ari protein
  sentez sisteminde de translasyon yapabilmektedir.
• Tavsan ve fare mRNAlari kurbaga yumurtalarinda
  etkin biçimde transle edilmektedir.
• Bununla birlikte evrensel genetik sifreden sapma
  gösteren bazi istisnalar da vardir.