Moleküler Biyoloji

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
bulunur
da
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.
DNA’NIN KROMOZOM ŞEKLİNDE PAKETLENMESİ
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. 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 shee
• 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