Biyo Kimya Nükleid Asidler Prof. Dr. Ahmet MengiNÜKLEİK ASİTLER Nükleik asitler ilk kez h ücrelerin çekirdeklerinde • saptanm ş uzun zincirli makromolek üllerdir. Daha sonra sitoplazmada da bulunduklar g österilmiştir. N ükleik asitlerden DNA ve RNA kal t mdan sorumlu olduklar bugün kesinlikle ispatlanm şt r.Nükleoproteinler ise Nükleik asitlerin proteinlerle birle şmesinden meydana gelirler. Nükleik asitler ,nükleotidlerin yan yana gelmesiyle oluşan • bir zincir yap s ve zincire polin ükleotid denir. Her Nükleotid : Azotlu baz-Pentoz-Fosforik asit ‘den oluşur. Nükleozit : Azotlu baz-Pentoz dan oluşur. • DNA dan ba şlayarak RNA ve Biyolojik bak mdan önemli • nükleotidlerin metabolizmas n inceleyeceğiz.En önemli n ükleik asit bile şikleri DNA ve • RNA’d r. Daha sonra karbonhidrat metabolizmas nda ve enerji transferinde rol alan ATP, [siklik AMP (cAMP) ve siklik GMP (cGMP)], UDP glukoz ve UDP galaktoz n ükleik asit bile şikleridir. Yine lipit sentezinde CDP acil gliserol gibi y üksek enerjili ara ürünler bu gruba dahildir. FAD,(Flavinadenin din ükleotid) NAD + • (Nikotinadenin din ükleotid) ve NADP + (Nikotinadenin dinükleotid fosfat) koenzimlerinin ve metil gurubu donörü olan S-adenozil metiyonin de önemli nükleik asit bileşikleridir. Önemli Nükleik Asit BileşikleriBİYOLOJİK BAKIMDAN ÖNEMLİ NÜKLEOTİDLER Dokularda n ükleik asitlerle birle şmemiş n üklotidler • saptanm şt r. Bunlar n organizma da özel fonksiyonlar vard r: AMP ile cAMP, ADP ve ATP. • Diğer önemli nükleotidler : • GMP= Guanilik asit= Guanizin monofosfat • IMP=inozinik asit=inozinmonofosfat • UMP=Üridilik asit=üridinmonofosfat • CMP=sitidilikasit=sitidinmonofosfat • TMP=Timidilikasit=Timidinmonofosfat •Nükleozit Ve Nükleotid Yap larHer nükleotid bir • Fosfat – Şeker – Azotlu baz: – Pürin bazlar (Adenin ve Guanin) • Primidin (Timin veya Urasil ve Sitozin) • grubu i çerir. Bunlar n C, N ba ğlar yla d üz bir şekilde bağlanmas yla polinükleotidler oluşur.Nukleoproteinlerin Hidrolizi Nukleoproteinlerin Metabolizmas denince • parçalanmalar ve sentezleri akla gelmelidir. Barsak kanal na al nan nukleoproteinler önce • proteaz ad verilen n ükleik asitler ve proteinlere parçalan rlar.Nükleik asitleri(Polin ükleotit), mononükleotitlere ince barsakta bulunan nükleazlar parçalar. Polinükleotit olan n ükleik asitlerde • mononukleotidlere ve bunlarda nükleozit ve fosforik asite y k l r.Nükleozitlerde azotlu baz ve pentoz’a parçalan r.Nükleik Asitlerin Hidroliz Şemas Nükleik Asitler, Nükleazlar taraf ndan • Mononükleotitlere Mononükleotitler, mononükleotidaz ( bir • fosfotaz) taraf ndan n ükleozitler ve Fosforik asite parçalan r. Nükleozitlerde , Nükleozit fosforilaz • taraf ndan p ürin veya pirimidin bazlar ve pentoza parçalan r.Pürinlerin Y k lmas İnsan ve hayvan beslenmesinde p ürin ve • pirimidinler di ğer maddelerden kolayca sentez edilebilirler. Adenozin, adenin dezaminaz enzimi ile NH2 grubunu kaybeder inozin olu şur.İnozinde hipoksantine d önüşür.Guanozin ise Guanin ve oda ksantine d önüşür. Sonu ç olarak Ürik aside oksitlenen p ürin bazlar (şekil 36-1) emilime uğrarlar ve idrar ile at labilirler.Pürin Bazlar kaynaklar – IMP Sentezi ve IMP nin AMP ve GMP ye Dönüşümü Şekil 36/2 de i şaretlenmiş maddeler ile yap lan çal şmalar sonucunda p ürin bazlar ndaki her bir atomun kaynağ gösterilmiştir. Şekil 36/3 de Pürin nükleotitlerinin biyosentezinde 5- fosforibozilamin’den sonra gelen 9 reaksiyon sonucunda IMP sentezlenir. IMP sentezi gösterilmiştir. IMP t üm p ürin n ükleotidlerinin anas olarak kabul edilir. IMP den AMP ve GMP olu şumu 36/4 de gösterilmiştir. B öylece IMP , daha az bulunan pürin cinslerinin sentezine yönelmiş olur.5’-Fosforibozil-1-Pirofosfat (PRPP) Sentezi Şek. 36-8 de görüldüğü gibi pürin Nukleotit • h z n n önemli belirleyicisi PRPP nin elde edilebilirliğidir.PRPP sentez h z ise hem riboz 5-fosfat n sa ğlan m na , PRPP sentaz n aktivitesine bağ ml d r. PRPP sentaz aktivitesi de fosfat • konsantrasyonu yan s ra allosterik düzenleyiciler olarak davranan p ürin ribonükleotitlerine hassasd r.IMP ‘ n Adenozin ve guanozin nukleotidlerine dönüşümünün kontrolu Şekil 36-9 da görüldüğü gibi koyu çizgiler • normal kimyasal dönüşüm ak ş n , k r k çizgiler hem positif ve hem de negatif feed back düzenlemeyi kontrol etmektedir. Feed back düzenleme ? • Şekil 36-10 da ise Ribonükleosit difosfat- • lar n 2’ dezoksiribonukleozit difosfatlara indirgenmesi gösterilmiştir.AMP ve GMP’nin Di ve Tri Fosfatlar na Dönüşümü Basamakl d r. AMP ve GMP ‘nin kar ş tlar olan n ükleozit • di ve tri fosfatlara d önüşümü 2 a şamada meydana gelir. Şekil 36-5. ATP’den ard ard na olan fosforilaz • transferi s ras ile n ükleozit monofosfat kinaz ve nukleozit difosfat kinaz taraf ndan katalizlenirler. Adenilat fosforile eden enzime miyokinaz da denilir.PİRİMİDİNLERİN YIKILMASI Urasil ve timinin y k lmalar , dihidrourasil • ve dihidrotimin gibi dihidro bile şikleri vermek üzere red üksiyon tepkimeleriyle başlat l r. Bunlar daha sonra hidro pirimidin hidraz taraf ndan ß-üreido bile şiklere hidrolize edilir.Daha sonra hidroliz ß-amino asitleri verir. Bak ŞekilPİRİMİDİN BİYOSENTEZİ İnek s ütünde bulunan ORATAT’ n (6- • karboksimasil) n ükleik asit pirimidinlerinin ön maddesi olarak i şlev g ördüğü aç klanm şt r.Oratat sentezinde anahtar madde karbamil fosfatt r.Karbamil Fosfat, aspartat ile birle şerek karbamil aspartat oluşur. Bu da kapanarak pirimidinlerin ön maddesi oratat meydana gelir ve oratat’dan da önemli pirimidin n ükleotidleri elde edilir. Bak şekilDNA YAPISI / REPLİKASYON- TRANSLASYON VE PROTEİNLER Nükleik asitler genetik bilginin depolanmas ve • ifade edilmesi i çin gereklidirler. Kimyasal olarak 2 de ğişik n ükleik asit vard r. Dezoksiribon ükleik asit (DNA) ve ribonükleik asit (RNA). RNA’ lar baz virüslerde genetik materyal olarak • görev al rken özellikle protein biyosentezinde görev al r. DNA daki genetik bilgi mRNA arac l ğ yla ifade edilir. Yine tRNA lar n ve rRNA lar n protein biyosentezinde önemli g örevleri vard r.Nükleik Asit Yap sNükleik Asit Bazlar Ve ŞekerleriAdenin-Timin ve Guanin-Sitozin aras ndaki hidrojen köprüleriİki DNA zinciri aras ndaki baz çiftleşmesiDNA’ n n Fonksiyonu DNA canl larda genetiğin temelini oluşturur. • Genetik materyal yani DNA dört önemli • özelliğe sahiptir: A- Kendini e şleme (replikasyon) B- Bilgi • depolama C- Bu bilgiyi ifade etme D- Mutasyonla çeşitlenme (varyasyon )RNA Canl larda üç t ür RNA (rRNA,tRNA ve mRNA) • vard r. Bunlar genellikle , ültrasantrifüj teknikleri ile birbirinden ayr labilirler. En a ğ r olan rRNA d r.RNA lar n yap s DNA lar gibidir. Yaln z RNA larda şeker riboz dur. RNA lar viruslarda genetik materyal • olarak,metabolizmada ise protein sentezinde önemli görevler üstlenirler. Protein biyosentezini anlatarak RNA lar n • görevlerini daha iyi anlayabiliriz. Semikonservatif DNA Replikasyonu DNA çift sarmal n n Y-formunda a ç larak yeniden • sentezlenmesidir. Aç lan DNA sarmal sentez i çin kal p g örevi • görmektedir. Spesifik baz çiftlenmesi nedeniyle zincirin sekuans • örnek olarak TACGCAT, e şlenen zincir ATGCGTA şeklindedir komplementer zincir. TACGCAT • ATGCGTA •DNA ReplikasyonuReplikasyon sayesinde t üm soma h ücreleri • ayn DNA moleküllerini kapsarlar. Ancak, Canl n n t üm soma h ücrelerinde ayn kal tsal • bilgi bulunmas na kar ş n çeşitli h ücrelerin sentezleyebildikleri proteinler farkl d r ! Histon Represyonu: Histonlar DNA molek ülünün baz bölümlerine tuz ba ğ ile ba ğlanarak belirli proteinlerin biyosentezleri i çin gerekli kal tsal mesajlar bloke ederler Hücre farkl laşmasDNA yap s ndaki baz gruplar arka arkaya • s ralanarak olu şturduklar kal tsal bilgi doğrudan protein yap s na aktar lmaz. Önce RNA çeşitleri sentezlenir ve • sitoplazmaya verilirler. Bunlar: Ribozomal RNA (rRNA) 1. Taş y c RNA (tRNA) 2. Haberci RNA (mRNA) 3.Kal tsal bilgi RNA molek üllerine ge çirilir transkripsiyon RNA molek üllerinin ta ş d klar bilgi ribozomlar taraf ndan okunur ve protein moleküllerine çevrilir translasyon transkripsiyon translasyon DNA RNA Protein Ters kay tPeptid zincirinde amino asit s ras n , n ükleik • asit yap s nda yer alan ve üç bazdan oluşan bir şifre gösterir Kod mRNA üzerinde yer alan bu genetik şifre • Adenin, Guanin, Sitozin veya Urasilden oluşur. Birbiri ile kesi şmeyen herhangi 3 tanesinden yap l bir dizi gerekiyorsa 64 (4 3 ) kombinasyon Bunlardan da sadece 61 tanesi ger çekten protein sentezinde yer al r şifrenin dejenere olmasDNA dan mRNA ya ve mRNA dan Proteine Doğru Bilgi Ak ş mRNA da her kelime üç • ribonükleotit harfinden oluşur ve buna Kodon denir. Şifre üçlüdür, özgündür • ve her bir üçlü (triplet) yaln z bir Amino asidi belirler.Nükleik Asitlerdeki Genetik ŞifreGENETİK ŞİFRE VE TRANSKRİPSİYON Yap lan çal şmalar • şifrenin temel işleyiş düzenini saptam şt r. Şifrenin üçlü doğas • Şifrenin üst üste • çak şmayan doğas Şifrenin duraksamas z • ve dejenere doğas Şifrede başlat ve dur • sinyalleri bulunur.mRNA üzerindeki şifre s özcükleri • doğrudan kar ş l k gelen amino asitler taraf ndan tan namaz tRNA’ya ihtiya ç vard r.Her tRNA aminoasiti şifreleyen kodona • komplementer olan 3 n ükleotid ihtiva eder Antikodon Kodon ile antikodon aras baz çiftlemesi ile • şifre karş l ğ amino asite çevrilir.Ökaryotlardaki protein sentezi şu a şamalarda • geçmektedir: Yaz lma (hem ekson hem de intronlardan RNA 1. sentezlenir) Kesilme (ekson ve intronlardan gelen öncü RNA 2. molekülleri birbirinden kesilerek ayr l r) Eklenme (eksonlardan oluşan öncü moleküller 3. birleştirilir özgül mRNA oluşur) Çeviri (protein sentezlenmiş olur) 4.GENETİK MATERYALİN REGÜLASYONU Ökaryotlarda gen ifa-desi • regülasyonu pek çok seviyede yap l r. Transkripsiyonelkontrol • Transkripsiyon sonras • Sitoplazmaya aktar m • Translasyonel kontrol • Protein ürününün Kon. •Ekson Ve İntron Yap sal genler ekson ve intronlardan • oluşurlar. Ekson Özgül mRNA molek üllerini yapan • ve proteini sentezleten kesimdir. İntron Özgül mRNA molek üllerini • oluşturan DNA kesimidir; protein sentezine katk s yoktur.Amino Asitlerin Protein Biyosentezi’nde Kullan mas Amino asitlerin aktivasyonu 1. Amino asit, ATP ile tepkimeye girer. • Amino asil-RNA sentetaz enzimi aktivasyonu • katalizler. AMP-amino asit + aktif enzim Sitoplazmada gerçekleşir. • ATP PP O O R-CH-COOH E-Adenin-Riboz-O-P-C-CH-R NH 2 Amino-asil RNA sentetaz OH NH 2Aktive olmu ş asit molek ülleri RNA ’ya 2. transfer olurlar. Aminoasil-solubl (veya transfer)-RNA • sentetazlar gereklidir. Sitoplazmada gerçekleşir. • E-AMP-AA tRNA-AA (aktive olmuş AA) Amino asit tRNA AMP+E sentetazProtein biyosentezi gerçekleşir. 3. tRNA kompleksi, ribozomlar, enzim ve kofaktörler • kat l r. Ribozomlarda gerçekleşir. • mRNA üzerine ribozomlar tesbih taneleri gibi • dizilir Polizom (=poliribozom) mRNA ribozomBiyosentez zincirin N-terminal ucundan • (=serbest NH 2 grubundan) ba şlar ve her basamakta yeni bir amino asit eklenerek zincir uzat l r. Bu olayda özel enzimler görev al r: Transferaz I – Transferaz II – Protein sentezinin kal plara uygunluğu mRNA • şeridindeki üçlü baz gruplar n n (= kodon) herbiri ile tRNA yap s nda yer alan özel baz üçlüsü (= antikodon) aras ndaki b ütünlerlik ilişkisi sağlar.Enerji GTP’den sağlan r. • Protein biyosentezinde spesifik etken • mRNA’d r ribozomlar değişmeden kal rlar. mRNA birkaç kez kullan labilir.Enzimin yeni fosfodiester bağlar yapabilmesi için kesik b ölgesindeki OH grubunun pentozun 3 ’ pozisyonunda, P grubunun ise diğer pentozun 5 ’ pozisyonunda olmas gerekmektedir. Yeni fosfodiester ba ğ n n yap lmas i çin • gerekli enerji ATP ‘den sağlan r.