KROMOZOMLAR

1. KROMOZOMLAR DNA’nın en basit paketlenme birimi Nükleozom

3. Y kromozomu

4. Kromozomal Organizasyon • Bir kromozomal DNA’yı açacak olursak 1.7 cm ila 8.5 cm arasında bir uzunluğa sahip olacaktır ki bu uzunlukta bir kromozomu içine alacak hücre bulmak oldukça zordur. • Nükleozom yapısında,145-147bç DNA ve her bir histonun (H3, H4, H2AveH2B) 2 kopyasının bulunduğu 8’li oktameryapısı mevcuttur. • Nükleozom 11 nm çapındadır. 8’li yapı DNA tarafından sarılır ve iki nükleozom arasında H1 histon proteini bulunur. Bütün yapı, 100.000 dalton’dur. İki nükleozom linker DNA ile bağlanır. • Kompleks DNA ve histon molekülleri kromatin ipliklerini oluşturur.

6. Sentromerler ve Telomerler Kromozomlar boyalarla boyandığında açık ve koyu boyanmış bölgeler oluşur. Bunlar; Ökromatin;Açık olarak boyanan, tek kopya DNA içeren ve genetik olarak aktif bölgelerdir. Heterokromatin;Koyu boyanan, çok kopya DNA içeren ve genetik olarak inaktif bölgelerdir. Sentromerler;Kromozomların Mitoz ve Mayoz bölünmede hücre içinde hareketinde rol oynar. İğ ipliklerine kinetokor vasıtası ile tutunur ve kutuplara çekilir. Kinetokor hem DNA, hem de protein içerir. • Kromozom boyandığında koyu boyanır (tekrar eden diziler mevcut). Mayoz bölünme sırasında kardeş kromotitleri bir arada tutar.

7. Telomerler;Lineer ökaryotik kromozomun uç kısmındaki replikasyon ve kromozom stabilitesi için gerekli bölgelerdir. İki kromozomun uçlarında kırık oluştuğunda, biri diğerinin ucuna atak yapabilir. Kromozomun uç kısımları tekrar eden diziler içerir ve heterokromatiktir.

8. Tek kopya halinde bulunan genler. • Orta sıklıkta tekrar dizileri rRNA ve tRNA genlerini içerir. • Yüksek sıklıkta tekrar dizileri Heterokromatik, sentromer ve telomer bölgelerinde bulunur.

9. REKOMBİNASYON

10. Önemli oranda dizi homolojisi (benzerliği) içeren iki kromozom boyunca, eşdeğer pozisyondaki genetik değiş-tokuşa, genel yada homolog rekombinasyon denir. • Rekombinasyon, homolog kromozomlar arasında Mayoz bölünme sırasında gerçekleşir. • Rekombinasyon sırasında DNA molekülü kırılır, parçalar değişir ve yeniden birleşir. • Rekombinasyon DNA boyunca herhangi bir yerde olabilir. • Cis (aynı DNA zinciri üzerinde) formunda DNA, rekombinasyon sıklığına bakılarak genlerin birbirlerinden uzaklığı, yani genlerin dizilişi saptanabilir. • Birbirine yakın olan genlerin rekombinasyon olasılığı, uzak olan genlere göre daha düşüktür.

11. Genetik Rekombinasyonun Holliday Modeli(a)İki homolog DNA molekülü (kardeş olmayan kromatitler) mayoz sırasında yanyana uzanır.(b)Her iki DNA’nın bir ipliği kesilir.(c)Kesik iplikler çapraz olarak homolog ipliğe katılır. Holliday yapısı (veya Holliday junction) oluşur.(d)Dallanma noktasında göç ile Heteroduplex bölge oluşur.(e)Holliday yapısının çözülmesi. DNA iplikleri ya dikey yada yatay olarak kesilebilir.(f)Dikey kesim f-f' ve F-F' bölgelerinde kros-over meydana getirir. • (g)Yatay kesim gen dönüşümüne neden olur. Endonükleaz kesimi Birleşme ilerlemesi (iplik değişimi ve birleşme)

12. TRANSKRİPSİYON

13. Transkripsiyon (Okuma) bir DNA kalıbından RNA sentezlenmesidir DNA Transkripsiyon (Okuma) rRNA mRNA tRNA Translasyon (Çeviri) PROTEİN

14. DNA’nın anlamlı zinciri DNA’nın anlamsız zinciri Anlamsız zincirin transkripsiyonu mRNA’nın translasyonu

15. RNA sentezi işlemi, çift zincirli DNA kalıbından RNA polimeraz tarafından gerçekleştirilir ve tek zincirlidir. • Ökaryotlarda çekirdekte, prokaryotlarda sitoplazmada sentezlenir. • DNA daki Timin yerine Urasil (U) bulunur ve U=Adenin ile baz eşleşmesi yapar. • RNA polimeraz, DNA daki promotor dizilerine bağlanarak transkripsiyon olarak adlandırılan RNA sentezini gerçekleştirir.

16. RNA polimerazın DNA ya bağlandığı promotor bölge, -70 ila +30 da yerleşmiştir. Bu noktadan transkripsiyona başlar. • Promotor bölgede • -10 bölgesinde 5’-TATAAT-3’(ökaryotlarda TATA kutusu, prokaryotlarda Pribnow dizisi), • - 35 bölgesinde 5’-TTGACA-3’ dizisi ve • - 40 ila -60 arasında UP bölgesi bulunur. Bu bölgeler promotor da kısmen korunmuştur. Bu bölgeler arasında kalan dizide farklılıklar görülür. • RNA polimerazın promotor bölgeye bağlanması düzenlenerek transkripsiyon kontrol edilebilir. • Enhansır (Enhencer) olarak adlandırılan ve • promotorun çok uzağında, • 5’ tarafında veya • 3’ tarafında • hatta gen içerisinde olabilen, transkripsiyon hızını ayarlayabilen DNA dizileri bulunur.

17. RNA Polimeraz • RNA sentezini gerçekleştiren enzim. • Prokaryotlarda RNA polimerazın promotora özgül olarak bağlanmasını yönlendiren sigma (s) alt ünitesi ve sentezi gerçekleştiren core enzim bölgesi bulunur. • Ökaryotlarda 3 çeşit RNA polimeraz bulunur: • RNA Pol.I rRNA • RNA pol II mRNA, snRNA (mRNA dan intron çıkarılmasında görevli) • RNA pol.III tRNA ve 5S rRNA sentezini gerçekleştirir. • İlk nükleotit NTP dir. Özgül durma sinyaline geldiğinde (~40bazlık) sentez sonlanır. • Sentez sonrası RNA, modifikasyonlara (post transkripsiyonel modifikasyonlara) uğrarlar. Bu modifikasyonlar içinde pre-rRNA dan olgun rRNA ların oluşturulması, intronların pre-mRNA dan çıkarılması bulunur, ayrıca sentez sırasında 5’ cap ve 3’ polyA kuyruğunun ilave edilmesi, bazı bazların metillenmesi gibi olaylarda meydana gelir.

18. Ökaryotlardaki RNA polimerazlar

19. tRNA Özellikleri • Yonca yaprağına benzer. Bir tRNA molekülü 70-80 nükleotit içerir. • 3’ ucunda CCA dizisi vardır • Dihidrouridin içeren D-loop bölgesi • 3 nükleotidlik antikodon dizisini içeren antikodon bölgesi bulunur. Bu bölge mRNA daki kodon dizisinin tamamlayıcısıdır. • TΨC içeren T kolu bulunur. • A,C,G ve U dan türeyen modifiye bazlar içerir. • 3’ ucuna aminoasitleri bağlar • tRNA ökaryotlarda RNA polimeraz III tarafından sentezlenir (transkribe edilir). • İnsanda tRNA genleri 22. ve Y kromozomu hariç bütün kromozomlarda bulunur.

20. dihidroüridin (D), pseudoüridin (Y) ve inozin (I). 

21. rRNA ribozomal RNA rRNA genleri çekirdekte nükleolus (çekirdekçik) bölgesinde lokalize olmuştur. Genomda çok sayıda kopya geni bulunur. Ökaryotlarda 45S, Prokaryotlarda 30Söncül rRNA dan oluşturulur. Bu öncül rRNA lardan kesip çıkarma ile ökaryotlarda 18S, 28S ve 5.8S rRNA oluşturulurken, prokaryotlarda 16S, 23S ve 5S rRNA oluşturulur. Protein sentezinin gerçekleştiği ribozomlarların yapısında bir takım proteinlerle birlikte bulunur. Çekirdekte pre-rRNA olarak sentezlenir. Sentez sonrası kesilip ribozomal proteinlerle birleştikten sonra sitoplazmaya çıkarak protein sentezine katılır.

22. mRNAHaberci RNA

23. Prokaryotlarda sitoplazmada, ökaryotlarda çekirdekte sentezlenir. • Prokaryotlarda polisistronik (bir mRNA da birden fazla genin transkriptinin bulunması), ökaryotlarda monosistroniktir (tek genin transkripti). • Prokaryotlarda sentez sonrası hemen protein sentezine katılabilirken, Ökaryotlarda posttranskripsiyonel modifikasyonlar sonrası çekirdekten sitoplazmaya geçer ve protein sentezi (Translasyon) ne katılır. • Ökaryotik pre-mRNA da proteine kalıplık etmeyen intron dizileri ve protein aminoasit dizilerinin şifresini içeren ekson bölgeleri var. Prokaryotlarda intron bulunmaz. • Ökaryotlarda 5’ uca 7-metilguanozin’den oluşan cap yapısı katılırken, 3’ uca bir çok adenin nükleotidinden oluşan poliA kuyruğu vardır. Bunlar mRNA’nın stabilitesini artırır. Cap yapısı mRNA’nın sitoplazmaya geçişinde ve protein sentezi sırasında ribozomların mRNA’ya bağlanmasında yardımcı olur. • Ökaryotlarda intronlar (kodlanmayan diziler), Splaysozom mekanizması ile uzaklaştırılır.

24. RNA sentezinin başlaması ve Uzaması • RNA polimeraz, promotoru tanır ve bağlanır. • DNA’daki ilk nükleotite tamamlayıcı olan 5’ribonükleozit trifosfat takılır. (RNA polimeraz primere gereksinim duymaz). Bu başlama safhasını oluşturur. • Bunun yanına ikinci DNA dizisine tamamlayıcı nükleotit getirilerek iki nükleotit arasında fosfodiester bağı kurulur. Birkaç nükleotit bağlandıktan sonra RNA polimeraz’ın sigma(σ) alt birimi ayrılarak uzama çekirdek (core) enzim kısmı ile devam ettirilir. Zincir bu şekilde uzatılarak uzama safhası gerçekleşir. • Transkripsiyonun sonlanma safhasında girmesi için RNA polimeraz’ın özgül nüklotit dizisi ile karşılaşması gerekir. Böyle bir dizi ~ 40 nükleotit uzunluğundadır. Prokaryotlarda bu dizi önemlidir. Çünkü genler arasında mesafe çok kısadır. • Bazen rho(ρ) olarak adlandırılan ve uzayan RNA zinciri ile ilişkiye giren bir protein, sonlanmayı yönlendirir.

25. Sonlanma noktasında enzim, DNA ve yeni sentezlenen RNA birbirinden ayrılır. • Prokaryotlarda ürünleri birbiri ile ilgili genler, kromozom üzerinde çoğunlukla kümeler oluşturur ve art arda sıralanırlar. • Transkripsiyonu sonlandırıcı sinyaller içermezler. • Transkripsiyon sonucu birden fazla geni şifreleyen büyük bir mRNA molekülü oluşur.

26. Ökaryotik transkripsiyon Prokaryotik ve ökaryotik transkripsiyonun farklılıkları; • Ökaryotlarda çekirdekte, Prokaryotlarda stoplazmada gerçekleştirilir. Ökaryotlarda stoplazmaya taşınması protein sentezi için gereklidir. • Transkripsiyonun başlaması ve ilerlemesi için birçok protein karmaşık bir düzende ökaryotlarda görev alır. • Ökaryotlarda mRNA’nın sentez sonrası işlenmesi gerekir. • RNA polimeraz 3 adettir ve prokaryotlardan daha karmaşıktır.

27. 3 adet cis-acting element yani aynı düzlemde bulunan element transkripsiyonun başlaması için etkilidir. • TATA kutusu • CAAT kutusu • Enhansırlar • Cis-acting elementlerle ilişkiye giren, trans-acting faktörler (TF) bulunur. Bu faktörlere transkripsiyon faktörleri adı da verilir. TF’ler olmadan RNA polimeraz II promotor bölgelere bağlanamaz. • Transkripsiyonun sonlanması tam olarak anlaşılamamıştır. • AAAUAAA dizisi stop kodonundan sonra gelir. Birkaç enzim bu dizinin 10-30 nükleotit ilerisinden keser. PoliA polimeraz, buraya poliA kuyruğunu sentezler. • Pre-mRNA, RNA polimeraz ile birlikte sonlanma ile birlikte ayrılır.

28. Pre-mRNA’nın Modifikasyonları(Değişiklikleri)

29. 5’-Cap – 5’ uca 7-methylguanylate (m7G) ilavesi. Transkripsiyon başladıktan hemen sonra gerçekleşir. Özel 5’-5’ tri fosfat bağlanması, ilk bazın trifosfatı ile 7-methylguanylate’ın riboz şekerinin 5’ C atomu arasında gerçekleşir. Bazen ilk iki bazın ribozu metillenir.Poliadenilasyon – 3’ uca poli-A kuyruğu ilavesi. Poly-A kuyruğu memelilerde ~ 250 Adenin, mayalarda ~ 100 Adenin içerir. Splicing - İntronların uzaklaştırılması veekzonların birleştirilmesidir. Splicing için farklı mekanizmalar mevcuttur. Farklı RNA tipleri ve mitokondri ve kloroplastlarda sentezlenen RNA lar için farklı olabilir. RNA editing (düzeltme)-Bazı durumlar, transkripsiyon sonrası bazı bazların spesifik enzimlerle değiştirilmesini kapsar.

30. Ökaryotlarda RNA’nın transkripsiyon sonrası işlenmesi

31. Ökaryotik genlerin şifreleyici bölgeleri araya giren dizilerle kesintiye uğrar • Bu şifreleyici bölgelerinde araya diziler giren genlere parçalı (split) genler denir. • Bu araya giren dizilere intron şifreleyici bölgelere de ekzon adı verilir.

32. Bir öncül-mRNA’dan intronun çıkarılışına ait bir splays mekanizması modeli

34. Bazı insan genlerinin, gen uzunluğu ile mRNA uzunluğunun ve intron sayılarının karşılaştırılması