PROKARYOTLARDA GEN FADES N N DZENLENMES (Kaynak: Genetik - PowerPoint PPT Presentation

PROKARYOTLARDA GEN İ FADES İ N İ N DÜZENLENMES İ

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Prof. Dr. Bekta ş TEPE Klug, Cummings & Reece) Gen ifadesi nasıl kontrol edilir? q Genlerin açılıp kapanabildi ğ ini ifade eden görü ş leri destekleyen kuvvetli kanıtlar bulunmaktadır. q Örne ğ in, E. coli proteinlerinin ayrıntılı olarak incelenmesi; q Genomun ş ifreledi ğ i yakla ş ık 4000 kadar polipeptid zincirinin deri ş imlerinin oldukça de ğ i ş kenlik gösterdi ğ ini ortaya çıkarmı ş tır. 2

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Prof. Dr. Bekta ş TEPE Klug, Cummings & Reece) Gen ifadesi nasıl kontrol edilir? q Prokaryot gen ürünlerinin büyük bir kısmı hücrede sürekli olarak bazal seviyede (birkaç kopya) bulunmasına ra ğ men, gerekti ğ inde miktarları ola ğ anüstü artabilir. q Genetik bilginin ifadesini kontrol eden temel kontrol mekanizmaları bulunmalıdır. 3

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Prof. Dr. Bekta ş TEPE Klug, Cummings & Reece) Gen ifadesi nasıl kontrol edilir? q Bakteriler pek çok nedenden ötürü genetik için çok faydalı ara ş tırma organizmaları olmu ş lardır. q Birincisi, son derece kısa üreme döngüleri vardır. q İ kincisi, genetik bakımdan özgün olan mutant bakteri su ş larının izole edilebildi ğ i ve ba ğ ımsız olarak ara ş tırılabildi ğ i ‘saf kültürler’ olu ş turulabilir. 4

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Prof. Dr. Bekta ş TEPE Klug, Cummings & Reece) Gen ifadesi nasıl kontrol edilir? q Bakteriler ayrıca, çevre ko ş ullarındaki de ğ i ş ikliklere cevap olarak ortaya çıkan genetik transkripsiyonun uyarılmasının (indüksiyonunun) incelendi ğ i çalı ş malarda da kullanılır. q Bakterilerde bulunan, transkripsiyon sonrası (post- transkripsiyonel) regülasyonun varlı ğ ı da unutulmamalıdır. 5

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Prof. Dr. Bekta ş TEPE Klug, Cummings & Reece) Prokaryotlar çevre ko ş ullarına cevap veren etkin genetik mekanizmalara sahiptir q Bakteriler yalnızca çevre ko ş ullarındaki de ğ i ş ikliklere cevap vermezler. q Aynı zamanda, çe ş itli normal hücresel olaylardaki (replikasyon, rekombinasyon, DNA hasarı tamiri) ve hücre bölünmesi ve geli ş imindeki gen aktivitelerini de regüle ederler. 6

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Prof. Dr. Bekta ş TEPE Klug, Cummings & Reece) Fakültatif ve konstitütif enzimler q 1900’lerde mayanın, laktozlu üreme ortamında (galaktoz ve glukoz içeren bir disakkarit) laktoz metabolizmasına özgül enzimleri üretmeye ba ş ladı ğ ı saptanmı ş tır. q Ortamda laktoz bulunmadı ğ ında bu enzimler sentezlenmemektedir. q Bu tip enzimlere, uyum sa ğ layan (adaptif) veya fakültatif enzimler de denir. 7

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Prof. Dr. Bekta ş TEPE Klug, Cummings & Reece) Fakültatif ve konstitütif enzimler q Hücrede, çevrenin kimyasal ko ş ullarına bakılmaksızın sürekli olarak sentezlenen enzimler ise konstitütif enzimler olarak adlandırılır. q Daha sonraki ara ş tırmalar, bunun tersi olarak belirli bir molekülün varlı ğ ı ile genetik ifadenin baskılandı ğ ı ba ş ka bir sistemin bulundu ğ unu göstermi ş tir. q Örne ğ in, bakteri hücreleri triptofan amino asitini sentezleyebilir. 8

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Prof. Dr. Bekta ş TEPE Klug, Cummings & Reece) Prokaryotlar çevre ko ş ullarına cevap veren etkin genetik mekanizmalara sahiptir q Triptofanın, uygun biyosentetik enzimlerin üretimi için gerekli olan mRNA’nın tanskripsiyonunda baskılayıcı rol oynadı ğ ı bir mekanizma geli ş mi ş tir. q Triptofanın ifadesini yöneten sistem baskılanabilir sistem olarak tanımlanır. q Uyarılabilen ya da baskılanabilen regülasyon, negatif ya da pozitif kontrol altında bulunabilir. 9

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Prof. Dr. Bekta ş TEPE Klug, Cummings & Reece) Prokaryotlar çevre ko ş ullarına cevap veren etkin genetik mekanizmalara sahiptir q Negatif kontrol: Bir çe ş it regülatör molekül tarafından engellenmedi ğ i sürece genetik ifade gerçekle ş ebilir. q Pozitif kontrol: Sadece regülatör molekül, RNA sentezini do ğ rudan uyarırsa transkripsiyon gerçekle ş ir. 10

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Prof. Dr. Bekta ş TEPE Klug, Cummings & Reece) Prokaryotlar çevre ko ş ullarına cevap veren etkin genetik mekanizmalara sahiptir q Laktoz metabolizması ile ilgili birçok genetik ve biyokimyasal veriler elde edilmi ş tir. q Bu çalı ş malarla, laktoz metabolizmasından sorumlu gen aktivitesinin, laktoz varken uyarıldı ğ ını gösteren kanıtlar sa ğ lanmı ş tır. 11

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Prof. Dr. Bekta ş TEPE Klug, Cummings & Reece) Laktoz metabolizması q Laktozun varlı ğ ında, laktoz metabolizmasında yer alan enzimlerin miktarı, hücre ba ş ına birkaç molekülden binlerce moleküle kadar hızla artmaktadır. q Bu durumda, laktoz metabolizmasından sorumlu enzimler uyarılabilen (indüklenebilen) enzimlerdir. q Burada laktoz, uyarıcı (indükleyici) olarak yer almaktadır. 12

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Prof. Dr. Bekta ş TEPE Klug, Cummings & Reece) cis-acting (aynı-etkili) bölge q Prokaryotlarda, birbiri ile ili ş kili i ş levleri olan enzimleri ş ifreleyen genler (örne ğ in, laktoz metabolizması ile ilgili genler) kümeler halinde organize olma e ğ ilimindedir. q Tek bir regülatör (düzenleyici) birimin koordineli genetik kontrolü altındadır. 13

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Prof. Dr. Bekta ş TEPE Klug, Cummings & Reece) cis-acting (aynı-etkili) bölge q Bu düzenleyici bölge, genellikle kontrol etti ğ i gen kümesinin yukarı kısmındadır. q Bu bölge cis-acting (aynı-etkili) bölge olarak tanımlanır. q Bu bölgedeki etkile ş imler, gen kümesinin transkripsiyonunu kontrol eden moleküllerin buraya ba ğ lanmasıyla olur. q Ba ğ lanan moleküller ise trans-acting (kar ş ı-etkili) elementler olarak adlandırılır. 14

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Prof. Dr. Bekta ş TEPE Klug, Cummings & Reece) Lac operonu: Uyarılabilen operon q Gen kümesinin bir parçası olan düzenleyici bir genin ve düzenleyici bir bölgenin varlı ğ ının ke ş fedilmesi, q Gen ifadesinin nasıl kontrol edildi ğ inin anla ş ılmasında son derece önemli olmu ş tur. 15

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Prof. Dr. Bekta ş TEPE Klug, Cummings & Reece) Lac operonu: Uyarılabilen operon q Laktoz metabolizması, kümedeki üç yapısal genin i ş levine ba ğ lıdır. q Üç yapısal gen ve biti ş i ğ indeki regülatör bölge laktoz ya da lac operonunu olu ş turmaktadır. 16

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Prof. Dr. Bekta ş TEPE Klug, Cummings & Reece) Lac operonunun yapısal genleri q Enzimlerin primer yapısını ş ifreleyen genlere yapısal genler denir. q Lac operonunda üç tane yapısal gen vardır. q Lac Z: Öncelikli görevi dissakkarit laktozu, monosakkaritleri olan glukoz ve galaktoza çeviren β -galaktozidaz enzimini ş ifreler. q Lac Y: Laktozun hücre içine alınmasını kolayla ş tıran permeaz enzimini belirler. q Lac A: Transasetilaz enzimini ş ifreler. 17

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Prof. Dr. Bekta ş TEPE Klug, Cummings & Reece) Lac operonunun yapısal genleri ¤ Bu enzimin fizyolojik rolü tam açık olmamakla birlikte, hücrede laktozun sindirilmesiyle ortaya çıkan toksik yan ürünlerin uzakla ş tırılmasıyla ilgili olabilir. 18

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Prof. Dr. Bekta ş TEPE Klug, Cummings & Reece) Lac operonunun yapısal genleri q Ara ş tırmacılar bu üç enzimi kodlayan genlerle ilgili çalı ş ma yapmak için, q Enzimlerden birinin ya da di ğ erinin i ş levini ortadan kaldıran çe ş itli mutasyonları ta ş ıyan mutantlar izole etmi ş lerdir. 19

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Prof. Dr. Bekta ş TEPE Klug, Cummings & Reece) Lac operonunun yapısal genleri q Aktif β -galaktozidaz ya da permeaz sentezleyemeyen mutant hücreler (sırasıyla, Lac Z ⁻ ya da Lac Y ⁻ ), laktozu enerji kayna ğ ı olarak kullanamazlar. q Transasetilaz geninde de mutasyonlar bulunmu ş tur. q Lederberg’in yaptı ğ ı haritalama çalı ş maları sonucunda, üç genin hepsinin birbirleri ile yakın ba ğ lantılı oldu ğ u ve Z-Y-A düzeninde biti ş ik oldukları saptanmı ş tır. 20

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Prof. Dr. Bekta ş TEPE Klug, Cummings & Reece) Lac operonunun yapısal genleri q Yapısal genler hakkında ba ş ka bir gözlem daha yapılmı ş tır. q Bu üç genin tek bir birim halinde transkripsiyona u ğ rayarak bir polisistronik mRNA olu ş turdukları saptanmı ş tır. q Üç gen ürününün translasyonu tek bir haberci molekülden (tek bir mRNA’dan) yapıldı ğ ı için, bu üç genin regülasyonu da birlikte yapılmaktadır. 21

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Prof. Dr. Bekta ş TEPE Klug, Cummings & Reece) Regülatör mutasyonların bulunu ş u q Laktoz, yapısal genleri nasıl aktive etmekte ve ilgili enzimlerin sentezini nasıl uyarmaktadır? q Bu sorunun cevabının bir kısmı sahte uyarıcılar olarak adlandırılan ve laktozun yapısına benzer kimyasal moleküllerin (analogları) bulunması ve bunlarla yürütülen çalı ş malardan elde edilmi ş tir. 22