Nükleus ve Kromatin Yapı PDF

Nükleus ve Kromatin Yapı 11.10.2023 Dr.Öğr.Üyesi Tuğba ELGÜN 1  Nükleus (Çekirdek) Robert Brown tarafından 1831 de tanımlanmıştır. Nükleus (çekirdek) ökaryotlar ile prokaryotları ayıran temel özelliktir. Çekirdek hem geneti...

Nükleus ve Kromatin Yapı 11.10.2023 Dr.Öğr.Üyesi Tuğba ELGÜN 1  Nükleus (Çekirdek) Robert Brown tarafından 1831 de tanımlanmıştır. Nükleus (çekirdek) ökaryotlar ile prokaryotları ayıran temel özelliktir. Çekirdek hem genetik bilginin deposu hem de kontrol merkezidir. DNA replikasyonu ve transkripsiyonu nükleus içinde gerçekleşir. Nükleusun biçim ve büyüklüğü hücreden hücreye değişir. Genellikle bulunduğu hücrenin şekline uyar. Küresel , kübik hücrelerde küre şeklinde, yassı hücrelerde yassı şekildedir. Hücre büyüklüğü ile orantılıdır. Ortalama olarak 5-10µ büyüklüğündedirler. Hücrelerin büyük çoğunluğu tek nükleusludur, bununla beraber bazı patolojik durumlarda nukleus sayısının arttığı görülür. Nüklear por nukleus ile sitoplazma arasındaki seçici yapıdır. 11.10.2023 Dr.Öğr.Üyesi Tuğba ELGÜN 2  NUKLEAR POR KOMPLEKSİ Yapısı : ~ 1000 Ao çapında 8 çevresel granül, bir merkezi granül Nukleoporinler denen 100 çeşit protein içerir. Halkalardan sitoplazmik yüzde olana “Sitoplazmik Halka”, nüklear yüzde olana ise “Nüklear Halka” denir. 11.10.2023 Dr.Öğr.Üyesi Tuğba ELGÜN 3  Çekirdekçik: Nucleulos Çekirdekçik, ribozomal RNA (rRNA) üretir ve bunları proteinlerle birleştirerek ribozom alt birimlerini meydana getirir. Ribozom alt birimleri de çekirdek zarındaki büyük porlardan geçerek görev alacağı yere taşınır. 11.10.2023 Dr.Öğr.Üyesi Tuğba ELGÜN 4  KROMATİN VE KROMOZOM YAPISI 11.10.2023 Dr.Öğr.Üyesi Tuğba ELGÜN 5  DNA Deoksiribonükleik asit DNA, tüm organizmalar ve bazı virüslerin canlılık işlevleri ve biyolojik gelişmeleri için gerekli olan genetik bilgiyi taşır. Kimyasal olarak DNA, nükleotit olarak adlandırılan basit birimlerden oluşan iki uzun polimerden oluşur. Bu polimerlerin omurgaları, ester bağları ile birbirine bağlanmış şeker ve fosfat gruplarından meydana gelir. Bu iki iplik birbirlerine ters yönde uzanırlar. Hücrelerde DNA, kromozom olarak adlandırılan yapıların içinde yer alır. 11.10.2023 Dr.Öğr.Üyesi Tuğba ELGÜN 6 11.10.2023 Dr.Öğr.Üyesi Tuğba ELGÜN 7 11.10.2023 Dr.Öğr.Üyesi Tuğba ELGÜN 8  DNA Pürinler (Adenin, Guanin) pirimidinler (Sitozin, Timin, Urasil) ile hidrojen bağı kurar. A yalnızca T'ye bağlanır, C'de yalnızca G'ye bağlanır. Hidrojen bağları kovalent bağlardan daha zayıf olduklarından kolayca kopup tekrar oluşabilirler. AT'nin iki hidrojen bağı, GC'nin üç hidrojen bağı vardır 11.10.2023 Dr.Öğr.Üyesi Tuğba ELGÜN 9  DNA Hücre tarafından üretilen proteinlerin üretim bilgilerini saklayan kimyasal bilgi bankası 11.10.2023 Dr.Öğr.Üyesi Tuğba ELGÜN 10  GEN Protein zincirindeki amino asitleri kodlayan üçlü nükleotidleri taşıyan DNA parçasıdır. DNA’nın aktif alt ünitesidir. 11.10.2023 Dr.Öğr.Üyesi Tuğba ELGÜN 11  GENOM ORGANİZASYONU VE PAKETLENME Ökaryot hücre DNA’sı nukleus içinde histonlarla sıkıca bağlıdır. Kromatinin temel yapısal birimi nükleozomdur. Nükleozom H2A, H2B, H3 ve H4 histonlarının herbirinden 2’şer adet içeren molekülün etrafına sarılmış 146 bç’lik DNA ile nükleozom çekirdek partikülüne eklenen DNA’ya bağlı bir Histon H1 molekülünden oluşur. 11.10.2023 Dr.Öğr.Üyesi Tuğba ELGÜN 12  KROMATİN VE NÜKLEOTİD YAPISI Ökaryotik kromozomlar mitoz esnasında ve öncesinde nukleusta belirgin şekilde ortaya çıkarlar. Bölünmeyen ökaryotik hücrelerde kromozomal materyal kromatin olarak adlandırılır. Hücreler bölünmeye hazırlandığında kromatin yoğunlaşır ve türe spesifik sayıda kromozomlar halinde biraraya gelir. 11.10.2023 Dr.Öğr.Üyesi Tuğba ELGÜN 13  Kromatin DNA’nın üst-düzeydeki yapısının çoğu embriyonik gelişim esnasında belirlenir. Bu uzun-süreli genomik organizasyon olayları insan hücrelerinde kromatin düzeni aracılığıyla meydana gelir. Kromatin DNA’ya bağlanan yapısal proteinlerin oluşturduğu bir sistemdir. Bu şekilde genetik materyal etrafında proteinöz bir kabuk oluşturur. 11.10.2023 Dr.Öğr.Üyesi Tuğba ELGÜN 14  Kromatin iki sınıf DNA-bağlayıcı protein içerir Histon proteinler – Çekirdek histonlar (H2A, H2B, H3, H4) – Bağlayıcı –histon (H1) Non-histon kromatin proteinler – Örn., yüksek-mobilite-grup (HMG) proteinler 11.10.2023 Dr.Öğr.Üyesi Tuğba ELGÜN 15  Histonlar Çok-kopyalı gen ailesi tarafından kodlanan 11-13 kDa’luk proteinlerdir. Bazik aminoasitlerden (Arginin ve Lizin) çok zengindirler (İki aa. birlikte aa. kalıntılarının ¼’ünü oluştururlar). Histonların herbiri değişik formlara sahiptirler. Çünkü belirli aa yan zincirleri metilasyon, ADP- ribozilasyon, fosforilasyon veya asetilasyonla enzimatik olarak modifiye olurlar. Böyle modifikasyonlar histonların net elektrik yükü, şekli ve diğer özelliklerini etkiler. Aynı zamanda kromatinin yapısal ve fonksiyonel özelliklerini etkiler ve transkripsiyonun regülasyonunda rol oynarlar. 11.10.2023 Dr.Öğr.Üyesi Tuğba ELGÜN 16  Kromatinin DNA’yı sindiren enzimlerle kısa bir süre muamele edilmesi tercihen DNA bağlantısının degradasyonuna neden olur, 146 bp DNA’yı içeren serbestleşen histon partikülleri sindirimden korunur. Araştırıcılar bu yolla elde ettikleri nükleozom çekirdeklerini kristalize etmişler ve X-ray difraksiyon analizi ile partikülün sol el solenoidal supercoil formundaki DNA ile 8 histon molekülünün sarılmasıyla oluştuğunu göstermişlerdir. 11.10.2023 Dr.Öğr.Üyesi Tuğba ELGÜN 17  Nükleozomlar Kromatinlerin Ana Organize Edici Ünitleridir Her nükleozom boncuğu 8 tane histon proteini içerir: H2A, H2B, H3 ve H4’ün ikişer kopyası. Tipik olarak yaklaşık 200 bp’de bir bu yapı tekrarlanır. Bunun 146 bp’i sıkı bir şekilde sekiz parça histondan oluşan yapıyı sarar ve kalan DNA parçası nükleozom boncukları arasında bir DNA bağlantısı olarak görev yapar. H1 histonu bu DNA bağlantısına bağlanır. 11.10.2023 Dr.Öğr.Üyesi Tuğba ELGÜN 18  Kısmen katlanmamış kromozomlarda DNA’nın düzenli aralıklarla sıkı bir şekilde protein boncuklara bağlandığı bir yapı gösterilmiştir. Bu iplik üzerinde boncuklar şeklinde düzenlenen yapıda boncuklar histonlar ve DNA kompleksleridir. Boncuklara DNA bağlanması yapıdaki boncuğun nukleozom oluşturmasına yol açar. Organizasyonun ana ünitesi olan nükleozom daha üst düzeyde paketlenerek kromatin inşa edilir. 11.10.2023 Dr.Öğr.Üyesi Tuğba ELGÜN 19  Nükleozomlar Ardışık Olarak Daha Düzenli Yapılarda Paketlenir Nükleozom çekirdeği etrafında DNA’nın sarılmasıyla DNA uzunluğu yaklaşık 7 kat kompaktlaşır. Bir kromozomdaki son kompaktlaşma 10.000 kattan daha büyüktür. Oldukça dikkatli metodlarla izole edilen kromozomlarda, nükleozom korları 30 nm fiber olarak adlandırılan bir yapıda düzenlenmiş olarak ortaya çıkar. 11.10.2023 Dr.Öğr.Üyesi Tuğba ELGÜN 20  30 nm fiberler Bu paketlenme her nükleozom çekirdeği başına bir molekül H1 histonu gerektirir. 30 nm fiberlerin organizasyonu bütün kromozoma yayılmaz. Bu organizasyon sekans spesifik DNA kodlayan proteinler (nonhiston proteinler) le bağlı bölgelerde sonlandırılır. 30 nm yapı DNA’nın özel bölgesinin transkripsiyonel aktivitesine bağlı olarak ta ortaya çıkar. Transkribe edilen genlerin bulunduğu bölgeler açık bir şekilde daha az H1 Histon içerirler. 11.10.2023 Dr.Öğr.Üyesi Tuğba ELGÜN 21  Kromatin organizasyonunun ikinci düzeyi olan 30 nm fiber DNA’da yaklaşık 100 kat kompaktlaşma sağlar. Daha üst katlanma seviyeleri henüz anlaşılamamıştır fakat DNA’nın belirli bölgelerde nüklear iskele yapısı ile ilişkisi olduğu ortaya çıkmıştır. İskele Yapısı ile bağlantılı bölgeler 20.000- 100.000 bp’lik DNA loopları ile ayrılmıştır. 11.10.2023 Dr.Öğr.Üyesi Tuğba ELGÜN 22 11.10.2023 Dr.Öğr.Üyesi Tuğba ELGÜN 23  DNA’nın Yapısı Primer yapı – Nükleotidlerin lineer sekansı Sekonder yapı – Double heliksin döngü yapısı Tersiyer yapı – Double heliksin protein bağları yokluğunda varsayılan üç-boyutlu düzenlenişi Kuaterner yapı – DNA- protein kompleksinin katlı konformasyonu. 11.10.2023 Dr.Öğr.Üyesi Tuğba ELGÜN 24  DNA Formları B DNA: Normal fizyolojik koşullarda çift sarmal modeli sağ el sarmal yapı gösterir. Çift zincirin bir tam dönüşüne 10 baz çifti girer. Baz çiftleri (Klasik Watson Crick Modeli). A DNA: Yüksek tuz ya da dehidratasyon koşullarında baskın olan sağ el çift sarmal formudur. Çift zincirin bir tam dönüşüne 11 baz çifti girer. C DNA: A ve B DNA’nın izolasyon koşullarından daha fazla dehidratasyon koşullarında bulunur. Çift zincirin bir tam dönüşüne 9.3 baz çifti girer. Sağ el sarmal yapı gösterir. D ve E DNA: Guanin bulunmaz. Çift zincirin bir tam dönüşünde D için 8, E için 7.5 baz çifti bulunur. Sağ el sar mal yapı gösterir. Z DNA: Yapay olarak sentezlenen genel olarak …GCGCGC… bazlarını içeren sol el sarmal modelidir. Çift zincirin bir tam dönüşüne 12 baz çifti girer. 11.10.2023 Dr.Öğr.Üyesi Tuğba ELGÜN 25  Lecture Notes, members.tripod.com 11.10.2023 Dr.Öğr.Üyesi Tuğba ELGÜN 26  Prokaryotlardaki genom basit yapılıdır Bakteriler genellikle hücre başına sadece bir kromozoma sahiptir ve hemen hemen hepsinde her kromozom bir genin sadece bir kopyasını içerir. Prokaryotlardaki DNA’nın yaklaşık tümünü regülatör sekanslar ve genler oluşturur. Ayrıca, hemen hemen her gen kodladığı aa. sekansı ile (veya RNA sekansı ile) tam olarak kolineerdir. 11.10.2023 Dr.Öğr.Üyesi Tuğba ELGÜN 27  Plazmidler Plazmidlerin çoğu sadece bir kaç bin bp uzunluğundadır, fakat bazıları 105 bp’nin üzerinde nükleotid içerir. Plazmidler genetik bilgiyi taşır ve kardeş plazmidleri ürün vermek için replikasyona uğrarlar, bunlar hücre bölünmesinde kardeş hücrelere de geçerler. Çoğu durumda plazmidler konaklarına belirgin bir avantaj sağlamaz ve tek fonksiyonları kendi çoğalmaları olarak ortaya çıkar. Fakat bazı plazmidler antibakteriyel ajanlara karşı konak bakteriyi dirençli kılan genleri taşırlar. 11.10.2023 Dr.Öğr.Üyesi Tuğba ELGÜN 28  Ökaryotik Hücreler Prokaryotlardan Çok Daha Fazla DNA İçerir. Maya hücresi E.coli hücresinden 4 kat fazla DNA’ya sahiptir. Meyve sineği (Drosophila)’nın hücreleri E. Coli hücrelerinden 25 kat fazla DNA içerir. İnsan hücreleri ve diğer pek çok memeli hücreleri E. Coli’den yaklaşık 600 kat fazla DNA’ya sahiptir. Ökaryotik hücreler bakteri hücrelerinden çok daha fazla DNA içermesine rağmen, ökaryotik genomda kodlanmayan DNA oranı daha fazladır. İnsan DNA’sında mm başına kabaca 50 gen bulunurken E.colide mm başına 2500’ün üzerinde gen bulunur. Kodlanmayan DNA’nın çoğu ökaryotik kromozom yapısının organizasyonunda önemli rol oynayabilir. 11.10.2023 Dr.Öğr.Üyesi Tuğba ELGÜN 29  Pek Çok Ökaryotik Gen Transkribe Edilmeyen Sekanslar (intronlar) İçerir. Ökaryotik genlerin nükleotid sekansları kodlanmayan bir veya daha çok ara DNA segmenti içerirler. Genlerde bu şekilde proteine çevrilmeyen DNA segmentleri intronlar olarak adlandırılırlar; translate edilen segmentler ise ekzonlar olarak isimlendirilir. Prokaryotik genlerin çok azı intron içerir. 11.10.2023 Dr.Öğr.Üyesi Tuğba ELGÜN 30  Satellit DNA Simple-sequence DNA “satellit DNA” ile yapılan çalışmalar bu sekansların proteinleri veya RNA’ları kodlamadığını göstermiştir. Ökaryotik kromozomlarda bu sekanslarla ilişkili olan iki önemli yapı: Sentromerler ve Telemorler. 11.10.2023 Dr.Öğr.Üyesi Tuğba ELGÜN 31  Sentromer Ökaryotik kromozomu tanımlayan bir özellik onun sentromeridir. Sentromer, hücre bölünmesi esnasında mitotik ipliğe kromozomları bağlayan proteinler için bir bağlantı noktası olarak fonksiyon yapan DNA sekansıdır. Bu bağlantı kromozom setlerinin kardeş hücrelere eşit ve düzenli dağılımı için gereklidir. Maya’da Sentromer fonksiyonu için gerekli sekanslar yaklaşık 130 bp uzunluğundadır ve A= T çiftinden çok zengindir. Daha gelişmiş ökaryotların sentromerik sekansları çok daha uzundur ve genellikle simple-sekans DNA içerirler. Sentromer fonksiyonunda simple-sekans DNA’nın tam rolü henüz bilinmemektedir. 11.10.2023 Dr.Öğr.Üyesi Tuğba ELGÜN 32  Telomerler Telomerler kromozomları stabilize etmeye yardım eden ökaryotik kromozomların sonlarındaki sekanslardır. En iyi karakterize edilmiş telomerler daha basit ökaryotlarınkidir. Telomer tekrar sayısı (n) çoğu tek hücreli ökaryotlarda 20-100, memelilerde genellikle 1500’ün üzerindedir. Lineer DNA molekülünün sonları sellüler replikasyon makineleri tarafından rutin olarak replike edilemezler. Tekrarlayan telomerik sekanslar ökaryotik kromozom sonlarına telomeraz enzimi tarafından eklenir. Bir telomerdeki tekrarların sayısını kontrol eden mekanizma henüz bilinmemektedir. En önemli nokta her hücre bölünmesinden sonra telomerlerin boyu biraz daha kısalır. Bu YAŞLANMADIR... 11.10.2023 Dr.Öğr.Üyesi Tuğba ELGÜN 33 11.10.2023 Dr.Öğr.Üyesi Tuğba ELGÜN 34 11.10.2023 Dr.Öğr.Üyesi Tuğba ELGÜN 35 11.10.2023 Dr.Öğr.Üyesi Tuğba ELGÜN 36  Ökaryotik Hücrelerin Organelleri de DNA İçerirler. Ökaryotik hücrelerde mitokondrilerde ve kloroplastlarda nükleer DNA’nın baz sekansından farklı DNA bulunur. Tipik somatik hücrelerin mitokondrilerinde hücre DNA’sının % 0.1’inden daha azı bulunur. Fakat mitokondrilerin çok daha fazla sayıda olduğu fertilize olmuş ve bölünen yumurta hücrelerinde mitokondri DNA’sının relatif miktarı daha büyüktür. MtDNA molekülleri nükleer kromozomlardan çok daha küçüktür. Hayvan hücrelerinde mtDNA 20.000 bp’den daha az DNA içerir (insan mtDNA’sında 16.569 bp) ve sirküler çift iplikli yapıdadır. Bitki hücresi mt DNA’sı 200.000- 2.500.000 bp aralığındadır. Kloroplast DNA’sı (cpDNA) da sirküler çift iplikli yapıdadır ve 120.000- 160.000 bp aralığındadır. 11.10.2023 Dr.Öğr.Üyesi Tuğba ELGÜN 37  Mitokondriyal DNA mitokondrial tRNA’ları, rRNA’ları ve bir kaç mitokondriyal proteini kodlar. Mitokondriyal proteinlerin %95’inden fazlası nükleer DNA tarafından kodlanır. Hücreler bölündüğünde mitokondriler ve kloroplastlar da bölünür. Bunların DNA’sı bölünme öncesinde ve esnasında replike olurlar ve kardeş DNA molekülleri kardeş organellere geçer. 11.10.2023 Dr.Öğr.Üyesi Tuğba ELGÜN 38  TEŞEKKÜRLER 11.10.2023 Dr.Öğr.Üyesi Tuğba ELGÜN 39