Mikrobiyal Genetik: DNA ve RNA Yapısı ve Fonksiyonu

1. Mikrobiyal Genetik

2. Genetik Materyalin Yapı veFonksiyonu DNA ve RNA DNA=deoxyribonucleic acid RNA=ribonucleicacid Temel YapıTaşları: Nükleotidler -fosfatgrubu -pentozşeker -Azotlu baz

3. DNA’nın yapısı 1962 Nobel BilimÖdülü

5. Genomların Şekilleri ve Konumları

6. Genomların sayısı vebüyüklükleri En küçük virüsler; 4-5 geniçerirler E. coli; tek kromozomu vardır;4.288 gen, 1 mm uzunluğunda; açıldığında hücreden 1.000 kat dahauzun. İnsanhücresi; 46 kromozom 22.000 gen; 180 cm uzunluğunda, açıldığındahücreden 180.000 kat dahauzun İnsan genom projesinin tamamlanması- 2003

7. İnsan GenomProjesi 2003 ◦HGPconsortiumpublishesitsworkingdraftinNature (15Feb) ◦Celera publishes its draft in Science (16Feb).

8. H. influenza genomu 1995 • H. influenzae genom projesi 1995 yılındatamamlandı. The Institute for Genetic Research(TIGR)

9. DNA’nın yapısı Şeker fosfatiskeleti ◦ Nükleotid bazları merdiven basamağını oluşturacak ◦ şekilde bağlanarak iki zinciri bir aradatutarlar pürin: adenin (A) veguanin(G) pirimidin: sitozin (C) vetimin (T)

10. Genetik Şifre? … … G G CAC GAGGGT AAA T A TGGCA T AAGTT AA T AACAAG CTTTTCCCCAAAA TGGTGCTTTGGA TTTGAAAAGG G GTCTGA TGGGGAGAAGGAGAACGT A TCA TCCT AGC TTCCTCTCTT AA T AAACCT AGAAAAACGGGT AGT A A AACTGTGGA T AGTCAGGAAAACACCCAGCAAGGGA CACAGC TGTCAGGAAA TGAA TCTTCCCCCCAACCC CCACCA TGCAGA TGGA T AGACAGAA TCTTTCCTGA T CT AGTCA TT AGGA TCAGGGGCCTCTGTTGGA TTTGT GTTTCTTGAAGAA T AGCTGGCAGAGTGGT A T AAAAG GACACGAA T A TCTCCTGGTCT A T AAGGA T ACTCTGA TTTGGGGTTTGCA TTTTTCA TGGTTTTT A TTTCCTGT TCCCCCTGGAGTTTTCCA TT AGTGAGTTTTTGGAGC....

11. Genetik Şifre? Genom; organizmadaki genetik materyal. GEN; Fonksiyonel bir ürün için gerekli bilgiyi kodlayan DNA parçası. Bir hücrenin taşıdığıgenlerin tamamı, o hücrenin genotipinioluşturur. Bu genlerin hücreyekazandırdığı özellikler ise, o hücreninfenotipini meydana getirir.

12. Bakteri Hücresinin Bölünmesi Prokaryotlarda DNA’nın Replikasyonu Bakterilerde hücre bölünmesi basit ikiye bölünmedir (binaryfizyon) Bakteri hücreleri bir hücre bölünmed ö n g ü s ün e sahip değildirler. Uygun koşullarda DNA replikasyonu olur vei ki y e bölünürler.

13. Bakteri Hücresinin Bölünmesi Prokaryotlarda DNA’nın Replikasyonu Semi-konservatiftir(Yarı korunumlu); Her bir yeni hücre ya da kromozom bir orijinal zincir ve bir yeni zinciresahiptir.

14. Bakteri Hücresinin Bölünmesi Prokaryotlarda DNA’nın Replikasyonu

15. Bakteri Hücresinin Bölünmesi Prokaryotlarda DNA’nın Replikasyonu

16. Replikasyon orijini Helikaz enzimi DNA heliksini açar Replikasyonçatalı • Özgül bir bölgeden başlar (replikasyon orijini) • Orijinal DNA molekülünün nükleotid bazları arasındaki H bağları helikaz enzimi ile kırılarak DNA heliksi açılır. • İki replikasyon çatalı oluşur • Replikasyon aynı anda iki yöne birden çalışır • DNA polimeraz III orijinal zincirin komplementerini sentezler.

17. Replikasyonorijini Primazenzimibaşlatıcı primer molekülerini sentezeder. 3’ 5’ 3’ 5’ 5’ 3’ 5’ 3’ DNA polimeraz III enzimi DNA zincirini oluşturan şekerin 3’ ucundaki OH grubu ile bağlanacak nukleotiddeki şekerin 5’ ucundaki PO4 arasında fosfodiester bağı oluşturarak zincirin uzamasını sağlar. Sentez daima 5’→3’ yönündedir.

18. Bakteri Hücresinin Bölünmesi Prokaryotlarda DNA’nın Replikasyonu • DNA'nın yeni sentezlenen iki ipliğinden biri kesintisiz sentezlenirken, diğeri kesikli iplik şeklindesentezlenir. • Bununnedeni; DNA polimerazın sadece 5'-3' yönünde polimerizasyon yapabilmesidir. Kesikli sentezde, herbir iplikparçasına OKAZAKİ FRAGMENTİdenir. • Okazaki fragmentleri DNA ligaz tarafından birleştirilerek, kesikli iplik de, sürekli hale getirilir ve replikasyontamamlanır.

19. Bakteri Hücresinin Bölünmesi Prokaryotlarda DNA’nın Replikasyonu

20. Bakteri Hücresinin Bölünmesi Prokaryotlarda DNA’nın Replikasyonu DNA’nınreplikasyonu • tamamlandığında birbirinin aynıiki DNA sarmalıoluşmuştur. • Replikasyonun hücre bölünmesi ile birlikte olması, düzenligerçekleşmesi DNA üzerindeki özgül birgenin kontrolündedir.

21. Bakteri Hücresinin Bölünmesi Prokaryotlarda DNA’nın Replikasyonu • Replikasyonutakiben; önce hücre zarı ve arkasındanhücre duvarı içeriye doğru girintiyapar. • Hücre zarı ve duvar yapımı dış tabakalardan iç tabakalaradoğru tamamlanır. • İki yavru bakterioluşur.

22. RNA’nın yapısı RNA molekül yapısı bakımından DNA’ya benzemektedir ancak DNAçift sarmallı olmasına karşılık RNA tek sarmallıdır. Bunükleotidler; adenin, urasil, sitozin,guanin

23. RNA’nın yapısı Hücrelerde birbirinden farklı 3 tip RNAbulunur. mRNA: Genetik bilgiyi DNA’dan ribozomlarataşır. rRNA : Ribozomlarda bulunan RNAmolekülleridir. tRNA : Sitoplazmadaki aminoasitlere bağlanıp onları aktive eden,ribozomlara yerleşmiş bulunan mRNA’daki uygun yerlere taşıyanRNA’dır. Bu RNA lar dışında farklı işlevleri olan RNA lar da bulunmaktadır (snRNA, miRNA vs.)

24. Protein Sentezi Her hücrede genetik materyalin en önemliamacı; hücrenin birçok fonksiyonunu yerine getirebilmesi için gerekli bilgiyisaklı tutmaktır. DNA’daki baz dizisi; bu bilgiyi veya genetik koduiçerir. DNA’dakibilgi mRNA’ya transfer edilir ve sonra ribozomlarda hücre içingerekli fonksiyonları yerine getirecek polipeptitlere/proteinlere dönüşür. Bu olaya “santral doğma" adıverilir.

25. Gen Protein DNA mRNA Polipeptit t Transkripsiyon T ranslasyon

26. 1 gen = 1protein

27. Aynı genom (genom; bir hücreye/canlıya ait tüm genlerin toplamı) Farklıproteomlar (proteom; Bir hücrede belirli koşullarda üretilen tüm proteinler)

28. Plazmidler Bakteri hücrelerininsitoplazmasında, kromozomal DNA’dan bağımsız olarak bulunan ve içindebulundukları bakterilere bazı özellikler (antibiyotik dirençliliği, toksik bir maddeyi parçalama vs.) kazandıran ve bu özellikleri genetik kontrol altında tutan elementlerdir.

29. Plazmidler  Kendi replikasyonlarını sağlayacakgenleri,  Antibiyotiklere dirençgenlerini,  U.V ışığına ve ağır metallere direnç genleri,  pilus proteinlerini kodlayangenleri,  virulansta rol oynayan çeşitli toksin veenzimleri kodlayangenleri,  çeşitli antibiyotikleri sentez edebilecekgenleri taşırlar.

30. Plazmidler • Transmissible (Aktarılan) plazmitler – Bakteriler arasında konjugasyonla aktarılırlar – Replikasyonları ve seks piluslarının sentezi için bir düzine gen taşırlar. • Nontransmissible (Aktarılmayan) plazmitler – Küçüktürler – Transfer geni taşımazlar – Her hücrede 10-60 kopya kadar bulunurlar

31. Plazmidler Bir bakteri hücresi plazmid içermeyebileceği gibi, biryada birden çok plazmid kopyası taşıyabilir. Bir hücre farklı türlerde birçok plazmitkopyası da taşıyabilir.

32. Transpozonlar Bakteri, virus ve ökaryotikhücre kromozomlarında bulunan vegenom içinde hareket ederek yer değiştirenDNA segmentlerine transpozondenir.

33. Transpozonlar Geçişi transpozon üzerindeki genlersağlar. Sadece kendi transferlerini sağlayan genleri taşıyantranspozonlara IS elementleri (insersiyon dizileri) denir. Transfer genleri yanı sıra antibiyotiklere direnç genlerini taşıyan transpozonlara kompleks transpozonlardenir . Hücreden bağımsız kendi replikasyonlarını sağlayacak genetik bilgiyesahip değillerdir.

34. Bakteriler Arası Genetik Madde Aktarımı

35. Bakteriler Arası Genetik Madde Aktarımı Bakterilerde genetik materyalin birbölümü, bir bakteriden diğerine çeşitli mekanizmalar aracılığı ile aktarılarak,önemli değişiklikleroluşabilir. Bu olaylar sonucu genetik özellikler bakımından melez bakterilermeydana gelir. Bu olaya rekombinasyon (yeniden birleşim), oluşan melez bakteriyeise rekombinant (yeni bileşen) adıverilir.

36. Bakteriler Arası Genetik Madde Aktarımı

37. Bakteriler Arası Genetik Madde Aktarımı Transdüksiyon: Bir bakteriye aitDNA parçacıklarının birbakteriyofaj aracılığıyla, diğer bakteriye aktarılması

40. Bakteriler Arası Genetik MaddeAktarımı Transdüksiyon:

41. Bakteriler Arası Genetik Madde Aktarımı Transformasyon: Herhangi bir aracıbulunmaksızın,verici bakteri tarafından ortama bırakılmışolan DNA’nın, alıcı bakteri tarafındanalınması yoluyla oluşan rekombinasyontürüdür.

42. Bakteriler Arası Genetik Madde Aktarımı Transformasyon: Bir tür bakteri tarafından ortamaserbest olarak bırakılan serbest DNA‘nın bir başka bakteri içinealınmasıdır. Alıcı hücre çevresinde bulunan DNA parçalarını içine alabilmek içinhücre duvarındabazıdeğişikliklerolmalıdır. Hücre üremesinin belli bir döneminde yapılan “competence (kompetans) faktör “ aracılığı ile hücre geçirgenliği değiştirilmekte ve belli büyüklükte DNAparçalarınıiçine alabilmektedir. Hücreiçine alınan DNArekombinasyon yolu ile hücre kromozomuna katılmakta veyeni genetiközelliklerkazanmaktadır.

43. Bakteriler Arası Genetik Madde Aktarımı Transformasyon:

44. Bakteriler Arası Genetik Madde Aktarımı Konjugasyon Donör bakterinin oluşturduğu eşey pilusu içerisinden bu pilusa sahip olmayan bakteriye plazmit/genetik materyal aktarım olayıdır. • Bakterinin konjugasyon ile aktarılan genetik materyal PLAZMİT adı verilen ekstra kromozomal DNA parçalarıdır. • Bakterinin konjugasyon yapmasını sağlayan da bu DNA parçalarıdır.

45. Bakteriler Arası Genetik Madde Aktarımı Konjugasyon İki canlı hücre arasında temas. • Verici hücreden alıcı hücreye uzanan eşey • F+ pilusu aracılığı ile DNAgeçer. F plazmidi (fertility plasmid) bulunan hücreverici • hücre olma özelliğine sahiptir(F+). F plazmidi olmayan hücre alıcı özelliğe sahiptir(F-) • Ancak F+ hücre ile F-hücre ile bir arayagelebilir. • F-

46. Bakteriler Arası Genetik Madde Aktarımı Konjugasyon F plazmidi ait olduğu hücre DNA’sına katılması halinde Hfr hücre (high • frequencyrecombination) denenyenibir vericihücretipi oluşur. Hfr hücre, alıcı hücreye kendi DNA’sının tamamını ya da büyük birkısmını • aktarabilme özelliğinitaşır.

47. Mutasyon ve genlerin yenidenorganizasyonu DNA içinde yer alan yapısal değişikliklere mutasyondenir. Prokaryotik genlerde spontan mutasyon oranı 10-8dir. Spontan mutasyonlar ya da indüklenmiş mutasyonlar (fiziksel,kimyasal etkenlerle) şeklindeolabilir.

48. Mutasyon ve genlerin yenidenorganizasyonu Baz yer değiştirmeleri (nokta mutasyonları) ◦ Transversiyon: PirimidinPürin ◦ Transisyon:Pirimidin Pirimidin, Pürinpürin Baz kaybı (delesyon) veya baz ilavesi(insersiyon) frame shift mutation (çerçeve kayması mutasyonu) adını alır Yeniden düzenlenmiş (rearrangement) mutasyonlar; transpozonlar ve IS aracılığıyla olabilmektedir.

49. Mutajenler Mutasyon sıklığı mutajen denen fiziksel, kimyasal ve biyolojik etkenlerin kullanılması ile daha sıkolmaktadır. Fiziksel etkenler: U.V.ışınları: timin bazlarıarasındadimerler oluşturur.Replikasyonda yahiç kopyalanmazyadatek bir bazolarakalgılanır. Xışınları: Riboz–fosfat moleküllerini bir aradatutan kovalent bağlarıkırarak,serbestradikaller oluşturarak , bazlararasındakiH bağlarınıkırarakDNA’yazararverir.

50. Mutajenler Nitröz asit ve alkilleyici ajanlar: Belli bir baz yapısını değiştirerek mutasyona sebep olurlar. A-T yerine G-C çiftleri oluşturur. Baz analogları: 5-bromourasil (timin analoğu) replikasyonda T-A yerine 5BU-Gçiftleri oluşturur. Benzyprene : Tütün dumanında bulunur, DNA ‘ya bağlanır. Bir ya da daha fazla bazilavesi veya kaybolmasına sebepolur.