proteinlerin sentez sonrası düzenlenmesi.pdf

Proteinlerin Sentez Sonrası Düzenlenmesi Gen İfadesinin Düzenlenmesi Gelişimin ya da hayat döngüsünün herhangi bir aşamasında bir hücrede ifade edilen gen ürünlerinin miktar ve ifade zamanlarının geri döndürülebilen mekanizmalarla kontrolüdür. Gen ifadesinin Düzenlenmesi 1. Sürekli olarak yapılan bi...

Proteinlerin Sentez Sonrası Düzenlenmesi Gen İfadesinin Düzenlenmesi Gelişimin ya da hayat döngüsünün herhangi bir aşamasında bir hücrede ifade edilen gen ürünlerinin miktar ve ifade zamanlarının geri döndürülebilen mekanizmalarla kontrolüdür. Gen ifadesinin Düzenlenmesi 1. Sürekli olarak yapılan bir ürünün üretiminin baskılanması - BASKILANABİLİR sistem: Genellikle hücre bir ürünü üretir, ancak ürüne ihtiyacı yoksa üretimi durdurur. 2. Sürekli üretilmeyen bir ürünün yapımının uyarılması (indüklenmesi) - İNDÜKLENEBİLİR sistem: Hücre, her zaman üretmediği bir ürünü ihtiyacı olduğu durumlarda üretebilir. Gen ifade sistemleri POZİTİF ya da NEGATİF kontrol altında çalışabilir ve her tip İNDÜKLENEBİLİR ya da BASKILANABİLİR sistemlerle bağlıdır. Santral Dogma Replikasyon DNA Transkripsiyon RNA Translasyon Protein Gen ifadesinin düzenlenmesi değişik basamaklarda olabilir DNA ya da kromatin yapısının yapısal ve kimyasal modifikasyonu Transkripsiyon RNA transportu (taşınımı) mRNA yıkımı Post-transkripsiyonel modifikasyonlar Translasyon Post-translasyonel modifikasyonlar DNA Modifikasyonu DNA Metilasyonu Prokaryot ve ökaryotlarda gen ifadesinin baskılanması için genelbir mekanizmadır. DNA metiltransferaz enzimi – S-adenozil-metiyonin’den bir metil grubunun Sitozin’in 5. karbon atomuna transferini katalizler. www.cellscience.com/reviews7/Taylor1.jpg DNA Modifikasyonu Histon modifikasyonları chemistry.gsu.edu/images/nucleosome.jpg Histon asetilasyonu, Histon deasetilasyonu HATs, HDACs missinglink.ucsf.edu/.../images/acetylation.png Histon Metilasyonu HMTs www.bioscience.org/2009/v14/af/3466/fig1.jpg www.kapplerlab-munich.de/images/methylation.jpg HİSTON PROTEİNLERİNDE GERÇEKLEŞEN 6 TİP POSTTRANSLASYONEL MODİFİKASYON VARDIR: Asetilasyon Metilasyon Fosforilasyon ADP-ribolizasyon Monoubikilasyon Sumoilasyon Karboksilasyon, histon proteinleri üzerinde gerçekleşen bir posttranslasyonel modifikasyon değildir. TRANSKRİPSİYON SEVİYESİNDE KONTROL Transkripsiyonun ne zaman olacağı ve ne kadar RNA molekülü yapılacağının kontrolüdür. Gen ifadesinin kontrolünde en önemli paya sahiptir. Transkripsiyonun başlaması Transkripsiyon bir genin 5’ ucuna yakın yerleşimli “promotör” bölgesinden başlar. TATA proteini promotöre bağlanır ve diğer Transkripsiyon faktörlerini bulunduğu yere yönlendirir. TATA bağlanma proteini Promotör DNA GG Transkripsiyon faktörü Transkribe olacak gen dizisi TATA CCC TATA box Transkripsiyon başlar Transkripsiyon kompleksi, promotör bölgesinde tam olarak oluştuğunda transkripsiyon işlemi başlar. Spesifite faktörleri: RNA polimerazın promotora bağlanma affinitesini değiştiren proteinlerdir Bazal faktörler: RNA polimeraz enzimine bağlanan ve transkripsiyonu başlatan proteinlerdir. Represörler: RNA polimerazın promotor bölgeye ulaşmasını engellerler. Aktivatörler: RNA polimeraz-promotör etkileşimini arttırırlar. Gen ifadesinin Düzenlenmesi: Nasıl cevap verildiğine göre 2 aşamada özetlenebilir 1. Sürekli olarak yapılan bir ürünün üretiminin baskılanması - BASKILANABİLİR sistem: Genellikle hücre bir ürünü üretir, ancak ürüne ihtiyacı yoksa üretimi durdurur. 2. Sürekli üretilmeyen bir ürünün yapımının uyarılması (indüklenmesi) - İNDÜKLENEBİLİR sistem: Hücre, her zaman üretmediği bir ürünü ihtiyacı olduğu durumlarda üretebilir. Gen ifade sistemleri POZİTİF ya da NEGATİF kontrol altında çalışabilir ve her tip İNDÜKLENEBİLİR ya da BASKILANABİLİR sistemlerle bağlıdır. Promotör, genlerin transkripsiyonunu başlatan, DNA'parçasıdır. Promotörler, ilgili genin transkripsiyon başlangıç bölgesine yakın kısımlarda ve genle aynı DNA iplikçiği üzerinde bulunurlar. RNA polimeraz enzimi, transkripsiyonu başlatmak için DNA üzerinde promotör e bağlanır. OPERON MODELİ Operon: Tek promotörün kontrolü altında bulunan ve çok sayıda genin ifadesini düzenleyen bir sistemdir. Bir polisistronik mRNA ve onun düzenleyici elementlerinden meydana gelir askoti.com/.../uploads/2009/09/lac-operon.gif Bir Operonun Bileşenleri Promotör: RNA polimerazın bağlanma bölgesini içeren özel dizilerdir. Operatör: Yapısal genlerin fonksiyonlarını denetleyen özel dizilerdir. Represörler: Operatöre bağlanarak transkripsiyonu baskılayan proteinlerdir. Aktivatörler: Operatöre bağlanarak transkripsiyonu uyaran proteinlerdir. Kodlayıcı diziler: mRNA’yı oluşturan dizilerdir. İNDÜKLENEBİLEN SİSTEM: LAKTOZ (Lac) OPERONU β-galaktosizdaz: Laktozu glukoz ve galaktoza ya da allolaktoza katabolize eder. β-galatozid permeaz: Laktozun hücreye alınmasını sağlar. β-galatozid transasetilaz: Laktoz metabolizması sonucu açığa çıkan atıkların uzaklaştırılmasını sağlar. Laktoz operonunun NEGATİF düzenlenmesi Lac I geninin kodladığı protein Lac operonunun promotorundaki operatör bölgeye bağlanır ve RNA polimerazın ilerlemesini engeller. Lac l,Lac represör (baskılayıcı) protein olarak da bilinir. Represör protein, allosterik (şekil değiştirme) olarak kontrol edilebilen bir proteindir ve “inducer” (laktoz) olarak bilinen bir molekül için bağlanma bölgesine sahiptir. Bağlanma olduğunda, baskılayıcının bağlanma özellikleri değişir bu da operatorün açık kalmasına neden olur Laktoz (-) The Cell - A Molecular Approach Cooper, Geoffrey M. Sunderland (MA): Sinauer Associates, Inc.; c2000 Laktoz (+) The Cell - A Molecular Approach Cooper, Geoffrey M. Sunderland (MA): Sinauer Associates, Inc.; c2000 Laktoz (+) NEGATİF İNDÜKSİYON The Cell - A Molecular Approach Cooper, Geoffrey M. Sunderland (MA): Sinauer Associates, Inc.; c2000 Laktoz operonunun POZİTİF düzenlenmesi Glukoz laktoza göre daha çok tercih edilen bir şekerdir. Glukoz varsa hücre glukozu kullanır, glukoz yoksa ve laktoz varsa enzimlerle laktozu parçalayarak kullanır. Olağan şartlarda, lac operonu RNA polimeraza karşı yüksek bir ilgiye sahip değildir, baskılayıcı olmasa da lac promotörüne yakın bir başka bölge (cap bölgesi) katabolik aktivator proteine (CAP) karşı ilgiye sahiptir. Sadece CAP proteini cap bölgesine bağlandığında RNA polimeraz lac promotörü için yüksek ilgiye sahip olur ve çok hızlı transkripsiyon gözlenir. Hücrede glukoz konsantrasyonu düştüğünde, hücrede cAMP konsantrasyonu yükselir (açlık sinyali), cAMP-CAP ile bir kompleks oluşturur. CAP-cAMP kompleksi cap bölgesine bağlanır ve promotör RNA polimeraz için daha çekici olur. Hücrede glukoz konsantrasyonu yüksekse, cAMP konsantrasyonu düşüktür. Bu durumda CAP ile kompleks yapmak için az sayıda cAMP vardır CAP-cAMP kompleksi oluşamadığı için RNA polimerazın promotöre ilgisi azalır. Laktoz operonunun POZİTİF düzenlenmesi BASKILANABİLİR SİSTEM: TRİPTOFAN (Trp) OPERONU Triptofan amino asitinin sentezi için gerekli olan 5 geni içerir www.nature.com/.../images/nbt1204-1502-F1.jpg Trp Operonunun Düzenlenmesi 1. Represör/operatör ilişkisi ile 2. Sentezine başlanmış olan transkriptin terminasyonu ile (attenüasyon) olur. Trp Operonunun Düzenlenmesi Represör/operatör ilişkisi : Trp (+) Hücrede trp varsa, trp’nın bir kısmı serbest olan trpR geni ürünü REGÜLATOR PROTEİN’e (R) bağlanır ve onu aktive eder. R-trp kompleksi trp operatorüne karşı yüksek affiniteye sahiptir. İlişki kurduklarında, RNA polimerazın ilerlemesini bloke ederler ve transkripsiyonu durdururlar. Operon “kapatılır”. Trp Operonunun Düzenlenmesi Represör/operatör ilişkisi : Trp (+) Trp Operonunun Düzenlenmesi Represör/operatör ilişkisi : Trp (-) Hücrede Trp konsantrasyonu çok azaldığında, Trp, regulatör proteinden ayrılır, R proteini operatöre karşı olan affinitesini kaybeder ve ayrılır. RNA polimeraz ilerleyerek, Trp sentezinden sorumlu 5 genin transkripsiyonunu yapar. Trp Operonunun Düzenlenmesi Represör/operatör ilişkisi : Trp (-) Trp operonunun düzenlenmesi: Sentezine başlanmış olan transkriptin terminasyonu ile (attenüasyon) düzenlenme Trp operonunun düzenlenmesi: Sentezine başlanmış olan transkriptin terminasyonu ile (attenüasyon) düzenlenme Ortamda trp miktarı fazlaysa ve hızlı translasyona yetecek tRNAtrp varsa, ribozom bölge 1-2’yi kendiliğinden örter. 3-4 bölgeleri ise İLMEK yapar. Sentezi başlamış olan transkriptin RNA polimeraz ile ilişkisi kesilerek transkripsiyon durdurulur. YÜKSEK Triptofan Miktarı The Cell - A Molecular Approach Cooper, Geoffrey M. Sunderland (MA): Sinauer Associates, Inc.; c2000 Trp operonunun düzenlenmesi: Sentezine başlanmış olan transkriptin terminasyonu ile (attenüasyon) düzenlenme Ortamda hazır bulunan triptofan yetersizse, uygun tRNAtrp oluşturulması gerekir. Bu sırada ribozom, tRNAtrp oluşturulmasını beklerken bir gecikme olur ve bu arada 2-3 bölgeler İLMEK yapar. 3. Bölge, 4 ile İLMEK yapamaz ve RNA polimeraz transkripsiyona devam eder. DÜŞÜK Triptofan Miktarı The Cell - A Molecular Approach Cooper, Geoffrey M. Sunderland (MA): Sinauer Associates, Inc.; c2000 mRNA’nın işlenmesi seviyesinde kontrol Ekzon İntron Ekzon İntron Ekzon DNA İntron olarak adlandırılan ve protein ürününe dönüşmeyen diziler kesilerek çıkartılır Sitoplazmada parçalanmalara karşı korunması için 5’ ucuna G-G kapakçığı, 3’ ucuna poli-A kuyruğu takılır. Kapakçık Kapakçık ve kuyruğa sahip mRNA Transkripsiyon Introns removed Kuyruk Ekzonlar birleştirilir mRNA Kodalayıcı dizi NUKLEUS SİTOPLAZMA Gen İfadesinin Translasyon Seviyesinde Kontrolü Çok sık kullanılan bir kontrol sistemi değildir. mRNA’nın translasyonu birden fazla mekanizma ile kontrol edilebilir. En çok kullanılanı, translasyonun başalaması seviyesinde gerçekleşir. – Küçük ribozomal alt birimin mRNA’ya yönlendirilmesi – Antisense RNA’lar ---- Antisense RNA Gen ifadesinin post-translasyonel modifikasyonlar ile düzenlenmesi Bir polipeptidin (proteinin) sentezi fonksiyonel proteinin üretimine eşdeğer değildir. Bir çok protein hücre içinde doğru yerleşim ve fonksiyonları için post translasyonel modifikasyonlar denilen sentez sonrası değişikliklere maruz kalır Polipeptidin kullanılır hale gelmesi için: – Polipeptidin son üç boyutlu konformasyonuna katlanması – Polipeptit zincirlerinin bir araya gelmesi (çoklu alt birimden oluşuyorsa) – Kesim, karbohidratların ve lipitlerin kovalent bağlanması gibi daha ileri değişimlere girmesi gerekmektedir. Gen ifadesinin post-translasyonel modifikasyonlar ile düzenlenmesi Glikozilasyon Asetilasyon Metilasyon Fosforilasyon Prenilasyon ADP-ribozilasyon ----