Nükleoproteinlerin Yapısı. Yrd.Doç.Dr. Özlem KURT ŞİRİN

Transkript

1 ükleoproteinlerin Yapısı Yrd.Doç.Dr. Özlem KURT ŞİRİ

2 Bu derste neler öğreneceğiz? ükleotid tanımı ve yapısı DA ve RA nın yapısı ükleoprotein metabolizması Replikasyon, transkripsiyon, translasyon

3

4 Canlılarda, genetik bilginin saklanmasını ve sonraki nesillere eksiksiz aktarılmasını sağlayan molekül deoksiribonükleik asit; DA dır (bazı virüslerde ribonükleik asit; RA). İnsanda, bir hücrenin kromozomlarında yaklaşık 2 m uzunluğunda DA ve bu DA üzerinde yaklaşık 30 bin gen yer alır. kromozom gen

5 ücrede kalıtım bilgisinin akış yönü DA RA Protein şeklindedir. Santral dogma DA daki genetik bilginin ana hücreden yavru hücrelere geçişi replikasyon işlemi ile olur. Bu bilginin proteinlere dönüşümü ise, kodlanmış bilginin önce transkripsiyonla mra ya aktarılması ve mra daki şifrenin çözülerek sentezlenecek proteinin aminoasit dizisine çevrilmesi (translasyon) ile gerçekleşir.

6 ükleotid yapısı DA ve RA nükleotid zincirinden oluşur. er bir nükleotid, 1. Azotlu baz (purin veya pirimidin) 2. Beş karbonlu bir şeker (pentoz) 3. Bir fosfat grubundan oluşur.

7 Adenin (DA ve RA) Guanin (DA ve RA) 1. Azotlu Baz-Purin Grubu Purin

8 1. Azotlu Baz-Pirimidin Grubu Pirimidin Sitozin (RA ve DA) Timin (DA) Urasil (RA)

9

10 2. Pentoz Riboz (RA' da) Dezoksiriboz (DA' da)

11

12 Adenin + Riboz Adenozin

13 3. Fosfat ükleotidler, nükleozidlerin fosfat esterleridir. Fosfat grubunun nükleozide bağlanması, pentozun 5 C atomuna bağlı grubunun fosfat grubuyla esterleşmesiyle olur. Bu şekilde oluşan bileşik nükleozid-5 -fosfat veya nükleotid olarak adlandırılır.

14 Ester bağı Fosfat grubu ' ' Şeker Baz ' ' '

15

16 BAZ ÜKLEZİD ÜKLETİD ÜKLEİK ASİT Adenin Adenozin Deoksiadenozin Adenilat (AMP) Deoksiadenilat (damp) RA DA Guanin Guanozin Deoksiguanozin Guanilat (GMP) Deoksiguanilat (dgmp) RA DA Sitozin Sitidin Deoksisitidin Sitidilat (CMP) Deoksisitidilat (dcmp) RA DA Urasil Üridin Üridilat (UMP) RA Timin Timidin Timidilat (TMP) veya Deoksitimidilat (dtmp) DA

17 ükleotidlerin fonksiyonları ükleotidler, nükleik asitlerin (DA ve RA) temel bileşenidir. ücre içinde enerji taşıyıcıdırlar (ATP, GTP). Koenzimlerin yapısal bileşenleridir (CoA, FAD, AD +, ADP + ). Sinyal molekülleridir (özellikle camp).

18 Adenozin türevleri Kısaltılmış adı Görevi Adenozin trifosfat ATP ksidatif fosforilasyon Aktif sülfat PAPS Zehirsizleştirme Flavin adenin dinukleotid FAD ksido-redüksiyon Koenzim A CoA Transaçilasyon ikotinamid adenin dinukleotid AD + ksido-redüksiyon ikotinamid adenin dinukleotid fosfat ADP + ksido-redüksiyon S-Adenozilmetionin SAM Transmetilasyon Siklik adenozin monofosfat camp ormonal sinyal iletiminde ikinci haberci Uridin türevleri Uridin difosfat glukoz UDPG Glikojenez Sitidin türevleri Sitidin difosfat kolin CDP-kolin Fosfatid biosentezi Diğer Flavin mononukleotid FM ksido-redüksiyon

19 Önemli serbest nukleotidler P ~ P ~ P C 2 2 Adenozin monofosfat (AMP) Adenozin difosfat (ADP) Adenozin trifosfat (ATP) P C Siklik AMP (camp)

20 C P P Uridin difosfat glukoz (UDPG) C 2

21 2 C 2 P P C 2 C 2 (C 3 ) Sitidin difosfat kolin (CDP-kolin) +

22 Açil gruplarının bir molekülden diğerine aktarılmasını kataliz eden enzimlerin koenzimi dir C 3 C C 2 C 2 C C C C 2 C 2 C 2 S 2-Merkaptoetilamin Pantotenik asid 2 C 3 P P P Adenozin-3'-fosfat K E Z İ M A

23 ÜKLEİK ASİTLERİ YAPISI 1. Primer yapı: ükleotidlerin birbirine kovalent bağlanarak oluşturdukları nükleotid dizisi 2. Sekonder yapı: Primer dizinin düzenli olarak tekrarlanmasıyla oluşan yapı 3. Tersiyer yapı: İleri aşamalardaki katlanmalar ile oluşan kromozomal yapı

24 5' ucu 5' ucu 1. DA nın primer yapısı Primer yapıda, birinci nükleotiddeki pentozun C-3' atomundaki - grubu ile ikinci nükleotidin pentozunun C-5' atomundaki fosfat grubu, 1 mol 2 çıkışı ile 3'-5' fosfodiester bağı oluşturur. Fosfodiester bağı 3' ucu

25 nükleotid DA nın primer yapısı - İçerdiği dezoksiribonukleidlerin 3' 5' yönünde fosfodiester bağları ile bağlanmaları sonucunda oluşur.

26 fosfat dezoksi riboz Fosfodiester bağı fosfat dezoksi riboz fosfat dezoksi riboz fosfat dezoksi riboz fosfat dezoksi riboz

27 2. DA nın sekonder yapısı 1953 yılında James Watson ve Francis Crick tarafından DA nın çift sarmallı heliks şeklindeki sekonder yapısı aydınlatılmıştır. (obel ödülü)

28 DA çift sarmallı bir yapıdır (sağa dönüşlü sarmal). DA molekülü, pentoz-fosfat ana yapısı (omurga) hidrofilik olduğundan dış tarafta, bazlar ise hidrofobik olduğundan iç tarafta olmak üzere birbiri üzerine helezon şeklinde dolanmış iki polinükleotid zincirinden oluşur.

29 Bir sarmalda bulunan bazlar diğer sarmalda bulunan bazlar ile eşleşmiştir. DA da adenin ile timin (2 hidrojen bağı), guanin ile sitozin (3 hidrojen bağı) eşleşir. Bu nedenle iki kol birbirinin tamamlayıcısıdır. Bir zincirdeki baz dizisi biliniyorsa karşı zincirdeki baz dizisi de bilinebilir. DA molekülünde adenin (A) mol sayısının timin (T) mol sayısına oranı 1:1 ve guanin (G) mol sayısının sitozin (C) mol sayısına oranı da 1:1 bulunmuştur. guanin sitozin timin adenin hidrojen bağları

30 hidrojen bağı fosfat deoksi riboz deoksi riboz fosfat fosfat deoksi riboz deoksi riboz fosfat DA

31 C 3 2-deoksiriboz A T 2-deoksiriboz

32 2-deoksiriboz 2-deoksiriboz G C

33 DA, farklı fiziksel koşullarda farklı şekillerde bulunabilir. DA nın bilinen üç şekli A, B* ve Z formudur. Bu formlar: Sarmalın her bir dönüşünü işgal eden baz çiftlerinin sayısı er baz çifti arasındaki açı Molekülün sarmal çapı Çift sarmalın dolandığı taraf (sağ ve sol) ile birbirinden ayırt edilirler. * En yaygın form (B-DA)

34 B-DA: Fizyolojik koşullarda DA nın egemen formu B formudur. Sağa dönüşlü bir sarmaldır. Tek bir dönüşte 10.5 baz çifti yer alır, her baz çifti arasındaki uzaklık 3.4 nm dir. A-DA: Sağ dönüşlü bir sarmaldır, sarmalın her dönüşünde 11 baz çifti yer alır, her baz çifti arasındaki uzaklık 2.6 nm dir. Z-DA: Sol dönüşlü bir sarmaldır. Sarmalın her dönüşünde 12 baz çifti yer alır. er baz çifti arasındaki uzaklık 3.7 nm dir. Fosfodiester iskeleti, molekül boyunca zikzaklar yaptığından Z-DA adı verilmiştir. A B Z

35 3. DA nın tersiyer yapısı ücredeki en büyük molekül olan DA molekülleri kromozomlar içinde sıkıca istiflenmiştir µm çapındaki hücre içine kendinden binlerce kat uzun DA nın sıkıştırılması, katlanma aşamaları ile sağlanır. DA, histon adı verilen proteinlere sarılarak nükleozomları oluşturur. ükleozomlar da daha ileri katlanmalarla 30 nm, 300 nm ve 700 nm çaplı kromatin ipliğini ve daha ileri organizasyonla da kromozomu oluştururlar.

36

37

38 RA nın yapısı Ribonükleik asid (RA), DA da olduğu gibi nükleotidlerin 3' 5' fosfodiester bağları ile birbirine bağlanmasıyla meydana gelir. Adenin, Urasil, Guanin, Sitozin ribonükleotidleri içerir. Şeker kısmı ribozdur. RA, tek bir polinükleotid zincirinden oluşur, ancak bazı yerlerinde zincir içi baz eşleşmeleri görülür. Adenin-Urasil, Guanin-Sitozin eşleşmeleri düzenli olmadığından, guanin mol sayısının sitozin mol sayısına, adenin mol sayısının urasil mol sayısına eşit olması şart değildir. DA daki genetik bilginin protein yapısı şekline dönüştürülmesinde rol oynar.

39 Bazlar Baz çifti şeker fosfat iskeleti RA DA

40 Beş tip RA vardır: 1. aberci (messenger) RA (mra)* 2. Transfer RA (tra)* 3. Ribozomal RA (rra)* 4. Küçük nükleer RA (Small nuclear RA=snRA) 5. Mikro RA (mira)

41 1. aberci (messenger) RA (mra) mra, sentez edilecek proteinin polipeptid zincirindeki amino asidlerinin diziliş sırasına ait genetik bilgiyi verir. Protein biosentezinde kalıp görevini gördüğü için kalıp (template) RA adını alır. mra da, her üç nükleotide bir aminoasit karşılık gelir. Bu üç bazdan oluşan ve bir aminoasidi tanımlayan diziye kodon adı verilir.

42 DA molekülünün çift zincirli sarmallardan birinin kopyası olarak meydana gelen, primer transkript mra adı verilen molekülün 5' ucuna, 7-metil guanozin trifosfat (başlık-cap) kısmı eklenir. 3' ucuna ise poli A kuyruğu denilen nükleotid uzunluğunda çok sayıda adenin nükleotid dizisi eklenmiştir. Başlık (cap) kısmının fonksiyonu: Protein sentezi sırasında ribozomun mra yı tanımasını ve buraya uygun bir şekilde bağlanmasını sağlar. 5' ekzonükleazların katalizini engeller. Poli (A) kuyruğunun fonksiyonu: 3' ekzonükleazların saldırılarını engelleyerek hücre içi devamlılığı sağlar.

43

44 2. Transfer RA (tra) Protein biyosentezinde amino asid taşıyıcısı olarak görev yaparlar. Protein yapısında yer alan 20 amino asitten her biri için bir veya birden fazla spesifik tra molekülü vardır. tra nın primer yapısı - belirli ribonükleotidlerin, belirli bir diziliş sırasına göre fosfodiester bağları ile birleşmelerinden meydana gelir. Polinükleotid zincirinin bazı yerlerinde hidrojen bağlarıyla oluşan baz eşleşmeleri tra nın üç yapraklı yoncayı andıran sekonder yapısını oluşturur. X-ışınlarıyla yapılan incelemelerle tra ların tersiyer yapılarının L şeklinde olduğu anlaşılmıştır.

45 Üç yapraklı yonca modelinde 4 tane ana kol bulunur: 1. TψC kolu: Ribotimidin-psödouridin içerir. 2. DU kolu: Dihidrouridin içerir. 3. Antikodon kolu: mra daki kodonu tanır. 4. Alıcı kol: Amino asidi bağlayan kol

46 Kodon Alıcı kol (Amino asit bağlanma bölgesi) DU kolu TψC kolu Antikodon kolu Antikodon

47 Amino asid Antikodon Kodon

48 3. Ribozomal RA (rra) Ribozomlar, protein sentez organelleridir ve bütün canlı hücrelerde bulunurlar. Ribozomların % i rra' lar, % ı ise proteinlerden oluşur.

49 Prokaryotlarda üç, ökaryotlarda dört çeşit farklı rra bulunur. rra lar, ultrasantrifüjde çökme hızı ölçütü olarak kullanılan Svedberg santrifüj katsayıları (S) ile sınıflandırılır. Bunların proteinlerle oluşturdukları ribozomlar; Prokaryotlarda; 50S (23S rra+5s rra+ 34 protein) ve 30S (16S rra+21 protein) oluşan 70S lik ana birim Ökaryotlarda; 60S (28S rra+5.8s rra+5s rra+49 protein) ve 40S (18S rra+33 protein) oluşan 80S lik ana birimden oluşur.

50 (~ 49 proteins) (~ 33 proteins)

51 Proteinlerin biosentezi sırasında birçok ribozom aynı anda bir mra ya bağlanmış olurlar ve elektron mikroskobunda inci dizisi gibi görünürler. Bunlara polizom denir.

52 Antikodon Ribozom Polipeptid zinciri