Slayt 1
advertisement
NUKLEOPROTEİN VE NUKLEİK ASİD METABOLİZMASI Prof. Dr. Nuriye AKEV Nukleik asid nukleazlar (pankreas özsuyu) (ribonukleaz, dezoksiribonukleaz) Mononukleotidler + Oligonukleotidler (bağırsak fosfodiesteraz mukozası) Mononukleotidler nukleotidazlar (fosforik monoester hidrolazlar) (bağırsak mukozası ve boşluğu) Nukleozidler + Pi nukleozidaz veya nukleozid fosforilaz Pi (bağırsak mukozası hücreleri) Purin ve pirimidin bazları + Pentoz fosfat Kurtulma (salvage) reaksiyonu 5'-Mononukleotidler Vena porta yolu ile Karaciğer Büyük dolaşım Kan yolu ile dokulara gelen nukleozidler Pi nukleozid fosforilaz Purin veya + Pentoz fosfat Pirimidin Purinlerin Yıkılışı Purinler Üre Ürik asid insan, antropoid maymun, kuş, sürüngen kurbağa ve balıklar Allantoin diğer memeli hayvanlar NH2 OH N N N N H2N N N Riboz N N Riboz Adenozin H2O Guanozin Pi nukleozid fosforilaz Riboz-1-P (adenozin deaminaz ADA) OH OH N N N N N H N H2N adenozin NH3 aminohidrolaz N N Riboz İnozin Guanin Pi H2O Riboz-1-P guanin aminohidrolaz NH3 OH OH N N HO ksantin oksidaz N N H N N N N H Hipoksantin Ksantin ksantin oksidaz OH OH N HO N N OH N N H Ürik asid N N N H Allopurinol Allopurinol ksantin oksidazın kompetitif inhibitörü İntrasellüler ürik asid kristalleri Normal halde kanda % 2-5 mg kadar ürik asid bulunur. Gut (nikris) hastalığında kanda ürik asid miktarı artar ve sodyum ürat şeklinde kristalleşen ürik asid eklemlerde, bağ dokusunda ve kıkırdakta toplanarak (bunlara tofüs denir), özellikle ayak baş parmağında odaklanan şiddetli ağrılara (akut artrit) sebep olur. Ürik asid ve üratların idrarla atılmasının çoğaldığı bazı hallerde idrar yollarında ürat taşlarının oluştuğu görülür. Gut ağrılarının azaltılmasında kolşisinden yararlanılmaktadır. Gut: tofuslar Gut: böbrek taşları OH N N NH2 O ürat oksidaz OH HO N O N OH N H +H2O C O COOH + Üre NH2 CHO + C O NH2 NH2 Glioksilik asid N Allantoin Ürik asid NH2 N Üre NH2 allantoikaz +H2O O N H allantoinaz COOH NH2 N H Allantoik asid O Pirimidinlerin Yıkılışı • Gerek kan yolu ile dokulara gelen, gerekse dokularda serbest hale geçen pirimidin bazları karaciğerde yıkılırlar. • Pirimidin nukleotidleri nukleotidazın etkisiyle nukleozid ve Pi’ye yıkılır. • Pirimidin nukleozid fosforilaz (PNP)’ın etkisiyle timin veya urasil ve (dezoksi) riboz 1-fosfat meydana gelir. • İnsan hücrelerinde purin halkası kırılıp açılmaz, oysa pirimidin halkası açılır. Timin ve urasil bazlarının yıkılması sonucunda metabolizmanın daha kolay çözünen ara ürünleri (-alanin ve aminoizobutirik asid) meydana gelir. O O (CH3) HN dihidrourasil dehidrojenaz N H O NADPH+H+ NADP+ Urasil (Timin) (CH3) HN N H O Dihidrourasil (Dihidrotimin) H2O hidropirimidin hidrataz - OOC O (CH3) CH - -ureidopropionaz CH2 C O CH NH2 H2N - Alanin ( -Aminoizobutirat ) + NH4 + CO2 -Ketoglutarat H2O O (CH3) NH CH2 -Ureidopropionat ( -Ureidoizobutirat) aminotransferaz Glutamat COO COO CH - CoA+NAD+ (CH3) HC=O Malonik semialdehid (Metilmalonik semialdehid) NADH+H+ CH (CH3) C=O S ~ CoA Malonil-CoA (Metilmalonil-CoA) Purin Biosentezi de Novo sentezi – Memeliler ve birçok aşağı omurgalılar, purin ve pirimidin nukleotidlerini amino asitler (aspartik asid, glisin ve glutamin), CO2 ve tetrahidrofolat gibi nukleotid olmayan öncül bileşikleri kullanarak yeni baştan (de novo) sentez edebilmektedir. Kurtarma (salvage) yolunu kullanarak ise serbest purin bazları ile nukleozidleri, nukleotidlere çevirmektedir. Adenin (6-Aminopurin) Guanin (2-Amino-6-oksopurin) Purin halka sisteminin de Novo sentezinde azot ve karbon atomlarının kaynağı Glisin Aspartat Glutamin N10-Formiltetrahidrofolat De novo (yeniden) sentez yolu Purin halkası daha önceden sentezlenmiş olan riboz-5'-fosfata karbon ve azot atomlarının katıldığı bir dizi reaksiyon sonucu oluşur. 5'-Fosforibozil-1'-pirofosfat (PRPP) sentezi Riboz-5'-fosfat PRPP sentetaz (riboz fosfat pirofosfokinaz) 5'-Fosforibozil 1'-pirofosfat (PRPP) Daha sonra purin nukleotidlerinin biyosentezinin ilk aşamasını oluşturan inozin 5'-monofosfat (IMP veya inozinat) sentezi 10 basamakta adım adım sentezlenir. (IMP) H2O3POCH2 H H H OH H2O3POCH2 O H O ATP AMP Mg2+ OH H riboz fosfat pirofosfokinaz (PRPP sentetaz) OH H H H OH OH OP2O6H3 5'-Fosforibozil-1'-pirofosfat (PRPP) Riboz-5'-fosfat 11 basamak OH N N N R-5'-P N İnozinik asid (IMP) Adenilosuksinik asid Ksantilik asid NH2 OH N N N N N N Adenilik asid (AMP) R-5'-P H2N N N Guanilik asid R-5'-P Purin nukleotidlerinin kurtarma tepkimeleri ile serbest purin bazlarından sentezi H2O3POCH2 H H O H H OH OH Purin PPi AMP, İMP, GMP OP2O6 H3 5'-Fosforibozil-1'-pirofosfat (PRPP) adenin fosforibozil transferaz PRPP + Adenin PRPP + Hipoksantin Guanin AMP hipoksantin guanin fosforibozil transferaz HGPRT İMP GMP Lesch-Nyhan sendromu • HGPRT enzimin doğuştan yokluğunda görülür. • Hastalık X-kromozomuna bağlı resesif olarak geçer. • Bu eksikliğe sahip çocuklar 2-3 yaşlarında parmaklarını ve dudaklarını ısırmaya başlarlar, başkalarına karşı saldırgan olurlar. • Geri zekalılık ve spastisite görülür. • Serumda yüksek ürat düzeyleri erken yaşta böbrek taşlarının oluşmasına neden olur, bunu da sonra gut belirtileri izler. Purin biosentezinin denetimi • İMP, AMP ve GMP’ye 2 basamaklı, enerji gerektiren bir yoldan dönüşür Riboz-5-fosfat PRPP sentetaz PRPP Glutamin-PRPP amidotransferaz • AMP sentezinde enerji 5-Fosforibozilamin kaynağı GTP iken, GMP De novo sentezi sentezinde ATP’dir. (basamak 2-10) Böylece İMP, daha az miktarda bulunan purin IMP nukleotidlerinin İMP sentezine yönelmiş olur. Adenilosuksinat dehidrojenaz sentetaz • Eğer hem AMP, hem de GMP yeterli miktarda XMP Adenilosuksinat varsa, de novo purin Adenilosuksinat GMP sentezi amidotransferaz liyaz sentetaz aşamasında bloke olur AMP GMP Pirimidin Sentezi De Novo Pirimidin Sentezi • Purin nukleotidlerinin de novo sentezinden farklı olarak, pirimidin nukleotidlerinin sentezi ilk olarak pirimidin baz halkasının (orotik asid şeklinde) sentezi ile başlamakta ve daha sonra riboz fosfat eklenmektedir. • Altı tepkime sonucunda UMP oluşmaktadır. • Ön maddeler karbamoil fosfat ve aspartik asid’dir. • C ve N atomlarının kaynağı Sitozin Glutamin Aspartat Timin Urasil De novo pirimidin nukleotidlerinin sentezinin düzenlenmesi • Karbamoil fosfat sentezinde prokaryotlarda bir, memelilerde ise iki farklı karbamoil fosfat sentetaz (CPSI ve CPSII) görev yapmaktadır. - Memelilerde üre sentezinde görev yapan ve sadece karaciğer hücrelerinin mitokondrilerinde bulunan karbamoil fosfat sentetaz I (N kaynağı olarak NH3 kullanır)’dir. - Pirimidin sentezinde görev yapan ve bir çok hücrenin sitoplazmasında bulunan enzim ise karbamoil fosfat sentetaz II’dir (N kaynağı olarak glutaminin amid grubunu kullanır) Üre sentezi Karbamoil fosfat sentetaz I (mitokondri) (CPS I) Karbamoil fosfat Pirimidin sentezi Glutamin Karbamoil fosfat sentetaz II (CPS II) Karbamoil fosfat Glutamat (sitozol) COOH O H2N C CH2 O ~ PO3H2 + HOOC NH2 Pi CHNH2 CH-COOH N H Karbamoil aspartik asid (Ureidosuksinik asid) O COOH Aspartik asid Karbamoil fosfat H2O H2O O HN O NADH+H+ CH2 O NAD+ CH HN CH-COOH CH2 CH-COOH N H Dihidroorotik asid O N H Orotik asid PRPP PPi O O HN O CH CH-COOH N R- 5'-P Orotidilik asid CO2 HN O CH CH N R- 5'-P Uridilik asid (UMP) Nukleik asidlerin biosentezi DNA’nın başlıca biofonksiyonu, RNA sentezi dolayısıyla protein yapılması için gerekli genetik bilgiyi taşımaktır. Böylece organizma için gerekli olan tüm proteinlerin (enzimler dahil) biosentezi sağlanır ve düzenlenir. DNA molekülünde, genetik bilgiyi purin ve pirimidin bazları ve bunların özel bir şekilde sıralanması sonucu meydana gelen bölgeler taşır. Herhangi bir proteinin şifresini bulunduran bu bölgeye gen adı verilir. Bu bölgede, yan yana dizili bulunan her üç azotlu baz grubu (kodon) yapılacak olan proteindeki bir amino asidin şifresini taşımaktadır. DNA biosentezine replikasyon (eşleşme) denir. Genetik bilginin DNA’den RNA’e geçmesine transkripsiyon adı verilir. Bu bilgi verme mRNA’nın biosentezi şeklinde olur. Genetik bilginin polipeptid sentezi sonucunda protein olarak ortaya çıkmasına translasyon adı verilir. Translasyon Replikasyon (Protein sentezi) (DNA sentezi) Transkripsiyon (RNA sentezi) DNA Ribozom RNA protein RNA biosentezi (transkripsiyon) DNA’ya bağımlı olarak RNA ların transkripsiyonu Transkripsiyon – Genetik bilginin DNA’den RNA’e geçmesi’dir. Bu biokimyasal reaksiyonun enzimi DNA’ya bağımlı RNA polimerazdır. Genetik bilgi – DNA veya onun bir polinukleotid zincirinin tamamlayıcısı olan RNA daki nukleotidlerin purin ve pirimidin bazlarının diziliş sırası ile proteinlerdeki amino asidlerin diziliş sırası arasındaki bağıntıdır. RNA polimerazın özellikleri 1. DNA’ya bağımlı RNA polimeraz kalıp halata 3'5' yönünde bağlanır ve genin kalıp halatının tamamlayıcısı olan ribonukleotidlerin 5'3' yönünde polimerleşmelerinden sorumludur. (NMP)n + NTP (NMP)n+1 + PPi RNA Bir nukleotid ile uzamış RNA 2. Sentez için Mg2+ ve 4 tane NTP’a gereksinim vardır-ATP, GTP, CTP, UTP 3. Sentez için öncül moleküle (primer) gereksinim yoktur. DNA kalıbı yeterlidir. nATP nGTP nCTP nUTP DNA'ya bağımlı RNA polimeraz Mg2+ (primer gerekmez) A-riboz-P G-riboz-P C-riboz-P U-riboz-P + n 4nPPi d-Riboz P d-Riboz P d-Riboz G C A C G U Riboz P Riboz P Riboz Kalıp DNA P RNA polimeraz P pirofosfataz P Enerji P P P P Transkripsiyon 4 basamakta gerçekleşir: 1. Kalıba bağlanma: RNA polimeraz DNA’ya bağlanır ve bir promotörü lokalize eder. 2. Zincir başlangıcı: RNA polimeraz ilk NTP ikinci bir ribonukleozit trifosfat ile eşleşmesini katalize eder. 3. Zincir uzaması: Sentezlenen RNA molekülünün 3' ucuna arka arkaya NTP’ı baz eşleşmeleri ile yerlerine yerleşir ve pirofosfat ayrılarak fosfodiester bağlar oluşur. RNA, 5'3' yönünde DNA kalıbına ters yönde paralel olarak sentezlenir. DNA G C T A RNA C G A U 4. Zincir sonlanması: DNA molekülünün kalıp halatındaki bazı diziler sonlanma sinyalleri olarak görev görürler. DNA molekülü boyunca RNA polimeraz ilerledikçe, kalıp halatın nukleotidlerine uygun baz eşleşmesine olanak sağlamak için DNA sarmalın çözülmesi gereklidir. DNA sarmalın çözülme derecesi transkripsiyon boyunca sabittir ve her bir polimeraz molekülü başına 17 baz çifti kadardır. DNA sarmalın bir taraftan çözülmesini (negatif superhelezonlar oluşturarak), diğer taraftan bükülmesi ve helezonlaşmasını (pozitif superhelezonlar oluşturarak) kataliz eden enzim topoizomerazdır. RNA polimeraz DNA çift sarmalın bükülmesi Kalıp halat Kodlayıcı halat mRNA Uzama yönü RNA polimerazın hareket yönü DNA çift sarmalın çözülmesi Zincir uzaması RNA nukleotidleri Kalıp DNA Yeni sentezlenen RNA transkripsyon translasyon Prokaryotlarda hücre çekirdeği yoktur. mRNA ayrıca sentezlendikten sonra herhangi bir işlemden geçmeden doğrudan sitoplazmaya gider. Prokaryot hücresi transkripsyon translasyon Ökaryot hücresi Oysa ökaryotik hücrede mRNA sentezi çekirdekte gerçekleşir ve öncül-mRNA bir seri işlemden geçtikten sonra çekirdeği matür mRNA şeklinde terk ederek sitoplazmaya geçer ve ribozoma ulaşır. Burada polipeptid sentezi gerçekleşir. Transkripsiyon inhibitörleri • Aktinomisin D • Aflatoksin (karsinojen) • Rifamisinler (bakteriyel RNA-polimeraz’ı inhibe eder) • -Amanitin (ökaryotlardaki enzimi inhibe eden bir toksindir). DNA biosentezi (replikasyon) İki zincir birbirinden ayrıldığında, herbiri yeni tamamlayıcı zincir için kalıp görevi yapmaktadır.. Her yeni sentezlenen zincir, kalıp zincirinin tamamlayıcısı olduğu için, bunlar birbirlerine helezon şeklinde sarılırlar. DNA biosentezi (replikasyon) - Semikonservatiftir n1 dezoksiATP n2 dezoksiGTP n3 dezoksiCTP n4 dezoksiTTP DNA polimeraz Mg2+ (RNA primeri ) A-dezoksiriboz-P G-dezoksiriboz-P C-dezoksiriboz-P U-dezoksiriboz-P + n 4nPPi Konservatif replikasyon Semikonservatif replikasyon replikasyon replikasyon replikasyon Ana zincirin birbirini tamamlayan iki zincire ayrılarak, herbir zincirin, yeni çiftin bir zincirini oluşturması semikonservatif yani (yarı kalıcı) replikasyon olarak tanımlanmaktadır DNA sentezinin aşamaları Replikasyon başlama, uzama ve sonlanma basamaklarını kapsar. Replikasyondan sorumlu olan temel enzim DNA polimeraz’dır. Ana nukleotid dizisini sadece 3'5' yönünde okuyabilen DNA polimeraz, yeni DNA zincirini 5'3' yönünde sentezlemektedir. Başlama Replikasyon çift sarmalın belli bir noktada açılması ile başlar. Bu noktaya origin adı verilir ve 245 baz çifti içermektedir. Replikasyon orijini (ori C) 20 DnA proteinin bağlanma yeri 9 baz çiftinin 4 tekrarı Replizom Topoizomeraz Helikaz Primozom Primaz (RNA polimeraz) Ligaz DNA polimeraz - superhelezonlar DNA nın gevşemesi sonucu görülür. superhelezonlar relaxed circular DNA + superhelezonlar Molekül saat yönünde kıvrılınca DNA’nın replikasyonu sırasında, her bir halatın bir kalıp görevi görebilmesi için, iki halatın birbirinden ayrılması gerekir. Açılacak bölgenin yakını superhelezonlaşmış yapıdadır. Önce topoizomeraz (DNA-giraz) helezonlaşmış bölgede bir yarık oluşturur ve molekül o bölgede gevşer. Replikasyon boyunca topoizomeraz (DNA-giraz) molekülü gevşetir. Topoizomerazı (DNA-girazı) takiben helikaz (Rep proteini) sarmalı destabilize eder ve bağlandığı yerden halatların açılmasını sağlar ve replikasyon çatalı meydana gelir. DNA çift sarmalın ayrılması, replikasyon çatallanması ilerledikçe tek halatı stabilize eden spesifik protein molekülleri tarafından uyarılır. Bu stabilize edici proteinler, nukleotidlerin kalıp olarak hizmet verme yeteneklerine müdahale etmeksizin tek halatlara bağlanırlar ve halatların baz eşleşmesiyle birbirine bağlanmalarını önlerler. (Stabilize edici proteinler) Single strand binding protein) (SSB proteini) Helikaz (rep-proteini) primozom primaz Lider halat Geciken halat Replikasyon yönü DNA polimeraz III Ligaz RNA primer DNA polimeraz I Üzerine helikaz ve ssb proteinleri bağlandıktan sonra çift halatı aralanmış olan DNA’nın halatları üzerine primaz (DNA’ya bağımlı RNA polimeraz) bağlanarak oluşacak destek RNA polimerinin ilk NTP’ı baz eşleşmeleriyle yerlerini alırlar. Bu yerleşme, aralanmış olan DNA parçasının 3' ne yakın bir yerinde meydana gelir. Bu şekilde sentez 5' 3' yönünde sürer ve yaklaşık 10 nukleotid uzunluğunda RNA destek polimeri meydana gelir. Destek polimeri bir DNA-RNA hibrit sistemidir (DNA kalıbının tamamlayıcı ve ters yönde paralel). RNA destek polimeri oluştuktan sonra, primaz ayrılır, yerine DNA polimeraz III bağlanır. RNA destek polimerinin serbest 3'-OH ına baz eşleşmesiyle ve bir dNTP’tan yararlanarak dNTP yerleştirilir ve bu suretle ilerleyici halatın sentezi kesintisiz olarak devam eder. Helikaz (rep-proteini) (Stabilize edici proteinler) Single strand binding protein (SSB proteini) primozom primaz (DNA’ya bağımlı RNA polimeraz) Replikasyon yönü DNA polimeraz III RNA primer DNA polimeraz I Ligaz Uzama origin Replikasyon çatalı Geciken Lider Lider Geciken yön yön origin Replikasyon çatalı Replikasyon kromozom boyunca her iki yönde meydana gelir ve halatların her ikisi aynı zamanda replike olurlar. DNA’nın halatları ayrıldığı zaman, halatlardan biri 5'3', diğeri ise 3'5' yönündedir. 3'5' yönündeki halatın kalıp olarak kullanılması ile yeni sentezlenen halatın yönü 5'3' olur, yani replikasyon çatalın açılma yönü ile aynı yönde devam eder. Bu halatın sentezi devamlı’dır ve lider (ilerleyici) adı verilir. 3'5' yönünde sentez yapılamadığı için, diğer halatın sentezi kesintili olarak devam eder. Bu halata geciken (ağır yürüyen) halat adı verilir ve sentezi replikasyon çatalın hareketine zıt yönde ilerler. Aynı olaylar DNA’nın aralanan diğer halatında (geciken), antiparalel bir şekilde sürer. 7 proteinden oluşan primozom kompleksi geciken halat boyunca 5'3' yönünde hareket ederek belirli mesafelerde primazı uyarır ve 10-60 nukleotid uzunlukta RNA destek polimerleri DNA’nın bir çok yerlerinde oluştuktan sonra, DNA polimeraz III ün etkisiyle 500 -1000 dezoksinukleotid yerlerine yerleşerek bir sonraki sentezin başlama noktasına dayanır. Böylece küçük bir kısmı RNA-DNA hibrit polimeri, büyük bir kısmı ise DNA-DNA çift halatı olan ve aralarında çentikler bulunan okazaki birimleri oluşur. Helikaz (rep-proteini) (Stabilize edici proteinler) Single strand binding protein) primozom primaz Lider halat Geciken halat Replikasyon yönü DNA polimeraz III RNA primer DNA polimeraz I Ligaz Okazaki birimleri oluştuktan sonra, DNA polimeraz III ayrılır, yerine DNA polimeraz I bağlanır. Helikaz (rep-proteini) (Stabilize edici proteinler) Single strand binding protein) primozom primaz Lider halat Geciken halat Replikasyon yönü DNA polimeraz III RNA primer DNA polimeraz I Ligaz Yeni sentezlenen DNA DNA polimeraz I Sentez böylece sürer. Sonunda destek polimerinin nukleotidleri yerlerinden çıkartılmış ve yerlerine dezoksinukleotidler yerleştirilmiş, üzerinde birçok çentikler bulunan DNA çift halatı meydana gelir. DNA polimeraz I ayrılır ve yerine DNA ligaz bağlanır. Çentik içerisinde DNA polimeraz I tarafından sentezlenen 3'-OH ve DNA polimeraz III tarafından sentezlenen 5'-PPP arasındaki son fosfodiester bağın oluşumunu sağlar. Kalıp DNA Yeni sentezlenen DNA DNA polimeraz I 5' 3' polimeraz ve ekzonukleaz aktivitesi DNA ligaz Sentezi tamamlanmış komplementer (tamamlayıcı) DNA zinciri Lider halat Replikasyon çatalı büyümektedir Geciken halat Sentez edilen DNA büyümektedir Okazaki birimleri 3' 5' Replikasyon çatalı RNA primeri DNA helikaz 5' Okazaki parçası DNA ligaz (2 DNA arasını bağlar) 3' RNA primeri DNA polimeraz III tarafından yapılan DNA 3' 5' DNA polimeraz I tarafından yapılan DNA Kalıp DNA 5' 3' DNA'ya bağımlı RNA polimeraz 5' 3' 5' 3' RNA primeri DNA polimeraz III 3' 5' 5' 3' RNA primeri Yeni DNA DNA polimeraz I (hidroliz) 3' 5' 5' 3' Yeni DNA Sonlanma basamağı: Topoizomerazın etkisi ile her iki DNA molekülü birbirinden tamamen ayrılır. DNA nın bozuk kısımlarının onarılması: Mutasyonlar: DNA’nın baz dizesindeki bir değişikliğin sonucudur. Bunlar DNA’nın kusurlu replikasyon, hareket veya tamiratının sonucu olabilirler ve yaklaşık her bir 108 lık hücre bölünmesinde 1 adet olacak bir sıklıkla ortaya çıkarlar. Kodlayıcı DNA sındaki mutasyonların sonucu anormal bir gen meydana gelebilir. Nokta mutasyonu: Bir baz yerine diğer baz geçer -Bir purin yerine bir başka purin veya bir pirimidin yerine bir başka pirimidinin geçmesine transisyon denir. - Bir purin yerine pirimidinin veya bir pirimidin yerine purinin geçmesine transversiyon denir. • Klasik örnek genomdaki 3 x 10 9 bazdan bir tekindeki mutasyon sonucu meydana gelmiş olan orak hücre anemisi nde -globin geninin 6. kodonuna karşıt olan mRNA’da A’nın U’ya değişmesi ile sonuçlanan bir DNA belirler (glutamik asidin yerine valin) ve bu mutasyon -globin molekülünde yapısal bir anormalliğe neden olur. Orak biçimini alan eritrositler, esnekliklerini kaybederek damarlarda tıkanmalara neden olurlar. Bu da “vasoocclusive” ağrı krizlerine neden olur. Normal kırmızı kan hücreleri Orak hücre anemisinde eritrositin bikonkav biçiminden orak şekline değişimi gerçekleşir. G A A G U A G A G G U G • Talasemide nokta mutasyonları -globinin azalmış üretimi veya bazı durumlarda hiç meydana gelmemesine yol açar. Down sendromu (Mongolizm) 21. Kromozomda trizomi (2 yerine 3 kromatid) 20 yaşından küçük annelerin böyle sakat bir çocuk doğurma riski 1/2500 iken, bu risk 45 yaş üzerinde 1/25’e yükselir Nukleik asid sentezi inhibitörleri: Sülfonamidler (tetrahidrofolik asid sentezini inhibe ederler). Ametopterin (Metotreksat, tetrahidrofolik asid sentezini inhibe eder). Florourasil Azaserin Azaurasil Sitozin arabinozid Kanser tedavisinde veya antibakteriyel olarak kullanılırlar James Dewey Watson (6 Nisan 1928 (88 yaşında), Human Genome Project (1990-2003) İnsan genomu: 20-25.000 gen ve 3 milyar baz çifti Bunlar yan yana yazılırsa 4.5 milyar harf içeren, 500.000 sayfalık bir kitap oluşur. Protein Biosentezi (Translasyon) mRNA tarafından taşınan bilgilerin protein dizilerine aktarılmasıdır sitoplazma serbest amino asitler Gen protein zinciri Sentezlenen mRNA tRNA ribozom Genetik şifre (veya genetik kod) DNA’daki baz sekansı ile proteinlerdeki amino asid sekansı (dizilişi) arasındaki bağıntıdır. Proteinlerde 20 aminoasid DNA’da 4 baz: A, T, G, C Bir amino asid: 3’lü baz dizisi ile belirlenir Bu üçlü baz grubuna kodon (genetik şifre) denir DNA’daki genetik şifre önce mRNA’ya yazılır, mRNA’ya aktarılan bu şifre protein şeklinde tercüme edilir. Kodon – mRNA daki nukleotidlerin 5'3' yönündeki üçlü dizileri (nukleotid tripletleri) Antikodon – tRNA’larda, mRNA’lardaki kodonlara baz eşleşmesine uyacak şekilde, üçlü baz dizileri DNA Gen 1 Gen 2 Gen 3 Amino asid antikodon kodon Genetik kodun özellikleri Genetik kod evrenseldir. Genetik kod 4 farklı bazın üçlü dizisi şeklinde olduğundan 43=64 kodonu içerir. Üçlü kodonun son nukleotidi değişkendir (wobble). (diziler 5' 3' okunur) tRNA (5') 1 2 3 (3') (antikodon) mRNA (3') 3 2 1 (5') (kodon) Kodonun üçüncü bazı antikodonun ilk bazına uyar. Gly- Phe- Asp- LysG-G-A-U-U-U-A-A-C-A-A-A kodonlar (mRNA) C-C-U-A-A-A-U-U-G-U-U-U antikodonlar (tRNA) Amino asidler için 3 kodon şifreleme yapmaz - UAA, UAG, UGA. Bunlara anlamsız kodonlar denir. Hücrede en az 2 tanesi sonlandırma sinyalleri olarak kullanılır. Geri kalan 61 kodon amino asidleri kodlar. 7. AUG hem başlangıç metiyonin’in kodonu hem de ara metiyoninlerin kodonudur. 61 kodon 20 amino asid için eşit ve dengeli bir şekilde dağılmamıştır. mRNA’daki herbir amino aside özgü olmak üzere en az 2, 3 veya 4 gibi daha çok sayıda farklı üçlü diziler saptanmıştır. Protein biosentezi iki aşamada olur: 1. Hücrenin endoplazmik retikulum denilen kısmındaki ribozomlarda, sentezlenecek proteinde bulunan amino asidler birbirlerine peptid bağları ile bağlanarak belirli bir sıra ile dizilirler ve polipeptid zincirini meydana getirirler. Diğer bir deyişle birincil yapı oluşur. 2. Daha sonra, ribozomlardan ayrılan bu zincir helezonlaşır, bükülür ve katlanır (Postranslasyonel modifikasyon). Çekirdekte DNA’nın sentezlenecek proteinin genini kapsayan kısmının kalıp olarak kullanılmasıyla mRNA yapılır. Genetik bilgiyi bu şekilde devralan mRNA, çekirdekten çıkarak protein biosentezinin yapıldığı kaba yüzlü endoplazmik retikuluma gider ve burada mRNA’nın kalıp olarak kullanılması ile polipeptid zinciri sentezlenir. sitoplazma serbest amino asitler Gen protein zinciri Sentezlenen mRNA tRNA ribozom tRNA • Amino asidler kendilerine özgü tRNA’lar ile ribozomlara taşınırlar. • Amino asidler protein sentezine katılmak için önce tRNA’ya bağlanırlar. • Bu olay hücrenin sitoplazma kısmında meydana gelir. • Bu safhada her amino asid için özel bir enzim bu amino asidi aktive eder ve kendine özgü tRNA’ya bağlanmasını sağlar. Gerekli enerji ATP’den sağlanır. • Aminoaçil-tRNA meydana gelir Protein biosentezinin mekanizması 1. Amino asidlerin aktivasyonu (sitoplazmada gerçekleşir) Amino asid + tRNA + ATP Aminoaçil-tRNA + AMP + PPi Amino asid Aminoaçil-tRNA sentetaz . adenozin ATP adenozin pirofosfat Pi EnzimaminoaçilAMP fosfat Pi tRNA adenozin AMP Aminoaçil-tRNA (aktive edilmiş amino asid) Aminoaçil tRNA Her amino asid için özel bir enzim bu amino asidi aktive eder. Aktivasyon için gerekli olan kimyasal enerji ATP’tan sağlanır. Bu esnada enzimle birleşmiş olan amino asidin karboksil grubunun ATP ile reaksiyona girmesi sonucunda enzimaminoaçilAMP meydana gelir ve PPi açığa çıkar. Bu suretle meydana gelmiş aktive edilmiş amino asidi yine aynı enzimler tarafından tRNA ile birleşerek aminoaçil tRNA oluşur. Enzim (aminoaçil-tRNA sentetaz) + Amino asid + ATP Enzim-aminoaçil AMP + PPi Enzim-aminoaçil AMP + tRNA Aminoaçil-tRNA + Enzim + AMP Enzim + Amino asid + ATP + tRNA Aminoaçil-tRNA + Enzim + AMP + PPi Başlama • Başlama kodonu AUG’dir • Her protein sentezi metiyonin ile başlamaktadır. • Hücrede metiyonin için özel iki tRNA türü bulunmaktadır. - protein molekülünün içinde herhangi bir noktada yer alan metiyonini taşıyan tRNA – Met-tRNAMet şeklinde gösterilmektedir. -fMet-tRNAfMet şeklinde gösterilen tRNA molekülü, mRNA üzerindeki doğru başlama bölgesini tanıyabilmektedir (başlama kodonuna bağlanmaktadır) Metiyonin + tRNAMet (fMet) + ATP Metiyonil-tRNAfMet +AMP + PPi N10-Formil THF Metiyonil-tRNAMet (fMet) +AMP + PPi N-Formilmetiyonil-tRNAfMet THF (fMet-tRNAfMet) Başlama basamağı 1 mRNA Üç bölgeli ribozom modeli (Danesh Moazed ve Harry Noller tarafından önerilmiş) P bölgesi – uzayan peptid zincirini A bölgesi – gelen aminoaçil-tRNA molekülünü taşır E bölgesi – aminoaçil grubunu veren tRNA molekülünün ribozomu terketmeden önce beklediği bölgedir. mRNA molekülünün 5' ucuna küçük ribozom alt birimi molekül boyunca ilerleyerek, Met-tRNAfMet molekülünün antikodonu ile baz eşleşmesi yapabilen AUG kodonuna geldiği zaman protein sentezinin başlama noktasını bulmaktadır. Başlama basamağı 2 Büyük ribozom alt birimi küçük ribozom alt birimine, başlama kodonu (AUG) P konumunda olacak şekilde bağlanır Başlama basamağı 3 Met-tRNAfMet’nin antikodonu olan UAC, AUG başlama kodonuyla eşleşir. Gerekli enerji GTP’den sağlanır. Zincir uzaması 1 UAC UGG Uzama basamağı başlama kodonuna komşu, ribozomun A bölgesindeki kodona ait amino asidi taşıyan tRNA molekülünün aminoaçil-tRNA şeklinde ribozoma bağlanması ile başlamaktadır. Zincir uzaması 2 İlk aminoaçil-tRNA’nın aminoaçil kalıntısı, ribozoma ikinci olarak gelen aminoaçil-tRNA nın amino grubuna peptidil transferaz enzimin yardımıyla peptid bağı ile bağlanır. Bu tepkimeye transpeptidasyon adı verilir. Meydana gelen dipeptid: Met-Thr Transpeptidasyon, aminoaçil-tRNA molekülünün amino grubunun, peptidil-tRNA molekülünün ucundaki karboksil grubu ile nukleofilik olarak etkileşmesini kapsamaktadır. Böylece P bölgesinde bulunan peptid, peptidil transferaz enzimin etkisiyle A bölgesindeki aminoaçil-tRNA ile ester bağı (peptid) yaparak bağlanmakta ve P bölgesinde peptidi taşıyan tRNA ise serbest kalmaktadır. Zincir uzaması 3 Translokasyon (yer değiştirme): Ribozom mRNA üzerinde 3' yönünde ve translokaz enzimin etkisiyle P konumu bir sonraki kodonu kapsayacak şekilde hareket eder ve böylece dipeptidil-tRNA A konumundan P konumuna kayar ve deaçil-tRNA E konumuna geçer. Translokasyon olayı için gereken enerji translokaza bağlı GTP’ın hidrolizi ile meydana gelir. UAC UGG Zincir uzaması 4 E bölgeden tRNA hidrolitik olarak ayrılarak sitozole geçer. Zincir uzama basamakları tekrarlanır 1-4 Peptidin uzama süreci bu şekilde devam eder ve olay ribozomun mRNA’nın 3' ucundaki sonlanma kodonuna kadar sürer. UGG GUG Zincir uzaması basamağı deaçil-tRNA’nın E bölgeden ayrılmasıyla son bulmaktadır. Sonlama basamağı 1. Polipeptid zinciri P bölgesinde, sonlanma kodonu (UAA, UAG veya UGA) A bölgesindedir. Sonlama basamağı 2. Sonlanma veya salıverici faktörler (proteinler) A konumundaki sonlanma kodonuna bağlanır. Sonlama basamağı 3. Salıverici faktörlerin esteraz aktiviteleri ile P konumunda bulunan polipeptidil-tRNA’nın tRNA-3'-O-OC.......... ester bağını hidroliz eder Met-Thr-His-Asp-Gly Sonlama basamağı 4. Ayrılan polipeptid ribozom sisteminden dışarı çıkar ve 80s ribozomu yeni bir protein sentezini başlatmak üzere 40s ve 60s alt birimlerine ayrılır. Sonlama basamağın özeti Büyüyen polipeptid zinciri Büyük altbirim Küçük alt birim Ribozom Polipeptid zinciri Yeni sentezlenen protein C-ucu N-ucu Ribozom mRNA üzerinde ve 3' yönünde ilerlerken, daha sonuna gelmeden, 5' ucuna yeni ribozomlar bağlanarak protein sentezleri başlatırlar. Böylece herhangi bir anda mRNA üzerine birçok ribozom bağlanarak inci dizisi gibi bir görünüm ortaya çıkar. Buna polizom denir. http://svtmarcq.blogspot.com.tr/2012/10/lexpression-dupatrimoine-genetique.html. Erişim 23.04.2016 Phe f-Met tRNA mRNA H2O UAC AUG 5' Aminoaçil tRNA f-Met Ribozom büyük altbirim f-Met peptidil transferaz GDP+Pi GTP GDP+Pi AUUAGC AUUAGC U U U 3' 5' 3' 3' 5' mRNA hareket yönü Ribozom küçük altbirim tRNA ayrılır Phe f-Met peptid bağı oluşması f-Met Phe Phe Boşalan bölge Yeni Aminoaçil tRNA'lar yer değiştirme GTP AUUAGC U U U GDP+Pi 3' 5' UUU 3' 5' mRNA hareket yönü Büyük altbirim f-Met Ribozom salıverme faktörü (Amino asid)n polipeptid zinciri H2O UUU Küçük altbirim Anlamsız kodon 5' 3' mRNA hareket yönü tRNA mRNA Protein sentezi inhibitörleri: Streptomisin Tetrasiklinler (ribozomun küçük alt birimine bağlanır ve amino açil-tRNA’ya bağlanmasını engeller) Kloramfenikol (peptidil transferaz’ı inhibe ederler) Puromisin (amino açil-tRNA’nın yapı analogu) Amino asid analogları (Örn. 5-metil triptofan)
