Biyo Kimya Proteinler, Peptidler ve Aminoasitler - 3 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 do ğrudan • karş l k gelen amino asitler taraf ndan tan namaz tRNA’ya ihtiyaç 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.DNA dan mRNA ya ve mRNA dan Proteine Doğru Bilgi Ak ş mRNA da her kelime üç • ribonükleotit harf-inden oluşur ve buna Kodon denir. Şifre üçlüdür, özgün-dür • ve her bir üçlü (triplet) yaln z bir Amino asidi belirler.Ökaryotlardaki protein sentezi şu aşamalarda 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 reg ülasyonu 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 moleküllerini yapan ve • proteini sentezleten kesimdir. İntron Özgül mRNA moleküllerini oluşturan • DNA kesimidir; protein sentezine katk s yoktur. Deoksiribonükleik asit DNA, D ünya üzerindeki b ütün canl organizmalar n özelliklerini belirleyen ola anüstü bir kimyasal maddedir.Bir a ac n yapraklar n n rengini, bir kurdun az di lerininin büyüklü ünü, bir z ürafan n boyunu veya ayak parmaklar m z n eklini DNA belirler. Bir DNA molek ülü insan n tek bir saç telinden binlerce kere daha ince oldu u halde y üzlerce ciltlik ansiklopedinin bilgilerini içermektedir..Bir DNA molek ülünün belirli bir genetik özellik çeren kesitine GEN ad verilir. DNA, Gen, Kromozom nedir? DNA (dezoksiribon ükleik asit) hayat n en • önemli molekülüdür. Yap s nda proteinlerin sentezini i çeren bilgi • gizlidir. Bu genetik bilgiler hayvanlar ve bitkiler • aleminde embriyo h ücresinin geli şimini, bölünmesini ve h ücre farkl laşmas n belirlerler.Canl Kopyalanmas Son y llarda bas n ve yay n organlar nda; koyun, s ğ r, domuz, kedi, şempanze ve insan kopyalanmas (klonlanmas ) bula ş c hastal klara karş süper sinekler üretme, kök hücrelerinden organlar üretme ve hatta bakteriler gibi prokaryot canl y üretme konusunda haberlere s kça rastl yoruz.Koyun kopyalama: Dr. Wilmut, yeti şkin bir koyundan al nan somatik bir hücrenin çekirdeğini bo şaltarak, başka bir koyunu ait çekirdeği al nm ş bir yumurtaya yerle ştirir ve bilinen t üp bebek y öntemiyle yeni bir koyuna ya şam verir. Ad n ünlü şark c Doly Parton’dan alan “ kuzu Dolly ”, isim annesinin de ğilse de DNA annesinin genetik kopyas d r.Koyun kopyalama:Genetik Yeni Egemen Dil Yirminci yüzy l n en önemli keşfinden • birisi yaşam n kodlar n n belirlenmesi ve okunmas yd . Yirmi birinci yüzy lda karş karş ya • kalacağ m z en önemli s nav bu bilgilerin ne zaman..... Ve nas l.... Uygulanacağ n belirlemektir. Protein sentezi kodlanmas ve proteom kavram bunlardan sadece biridir. 35 bin genimiz her gün milyonlarca proteini kodlamaktad r. Genetik kodunuz kimli inize dijital olarak bas labilecek. İnsan Genom Projesi Genom, bir organizman n DNA’s olarak ifade • edilebilir ve İnsan da 24 kromozoma sahiptir. Dünyan n en g üçlü, en k üçük kodlama ve bilgiişlem sistemi genomdur. Kromozomlara da ğ lan genlerin say s 35 • bindir. Her gen 27894 baz çiftine sahiptir. İnsan genlerinin %80 ’inin farelerle benzer oldu ğu anlaş lm şt r.İnsan Genom Projesi ’nin esas amac • genomlar ve genleri belirlemektir. Belirlenen insan genom dizileri di ğer dizilerle • karş laşt r larak daha geni ş bilgiler elde etmek mümkün olacakt r. Bizim genetik kodumuzda 3 milyar harf (A,T,C ve G ) vard r. Elli trilyon hücrenin her birinde tekrarlan r. Genetik alfabeyi anlamay ba şaran ülkeler daha • zengin olacakt r. Amerikal ara şt rmac ve genom haritas n • ç kartan ara şt rma grubuna ba şkanl k yapm ş C. Venter canl üretmek i çin uğraşmaktad r kendi kendini yeniden üretebilen organizma, diğer anlat mla yapay canl üretmek. Mycoplasma genitalium bakterisinin • yaklaş k 300 genle kendi kendini üretme yeteneğini kazanaca ğ n ileri s üren araşt rmac lar, bir yapay bakteri üretmek istemektedirler 3 milyon dolar destekGen Transferi ve Transgenik Hayvanlar Transgenik hayvan, Gen transferi sonucunda yabanc geni bünyesine alarak kendi genleriyle birle ştirebilen ve bu genleri yavru generasyona aktarabilen hayvan olarak tan mlanabilir. Memelilerde gen transferlerinden; hayvanlar n değişik tür, nicelik ve nitelikteki verimini art rmak için yap l r (et, süt, yumurta, yapağ vs.)Vericisiz Organ Nakli Günümüzde hayvandan insana organ nakli • gen teknolojik metotlarla m ümkün gözükmektedir ve bu konuda yoğun bilimsel araşt rmalar yürütülmektedir. Bunun i çin insan embriyosundan k ök • hücresi al narak uygun ortamlarda , b üyüme faktörleri kullan larak istenilen doku yada organ üretilmektedir.Vericisiz organ nakli i çin • şekilde görüldüğü gibi insan hücresi al n r ve çekirdeği ç kar lm ş inek yumurtas na verilir. İç h ücre y ğ n ndan k ök • hücre al n r ve b üyüme faktörleri eklenir. Böylece k ök h ücresinden • bağ ş kl k sistemine uygun farkl organlar üretilebilir.Ülkedeki İnsan,Hayvan , Bitki ve Mikroorganizma varl ğ n n Genetik Yap lar n n Tesbiti Ülkedeki İnsan , hayvan , bitki ve mikro- • organizmalar n n genetik haritalar n n belirlenmesi ve tescili. Bitki ve Hayvan populasyon geneti ği üzerinde • yap lan çal şmalarla y üksek verimli ve hastal klara dayan kl bitki ve hayvan elde edilmesi. Tüm verilen merkezi bir sistemle • depolanmas .GENOM VE BİLGİSAYAR Dünyan n en g üçlü, en k üçük kodlama ve bilgi i şlem • merkezi GENOM dur. Eğer bilgisayarlar genom kadar becerikli olsalar devesa • boyutlarda bilgiyi i şlemeleri çok daha kolay olacakt r. Çünkü bilgisayarlar 1110001111110000 gibi ikili sistemi, genom ise ATCG – GCTA.... bazlar ile d örtlü sistemi kullan r. Ayr ca Genom bilgisayarlar n yapamad ğ geri döner onar m sistemine sahiptir.Biocomputerler Daha Güçlüdür Bir sraillinin, Michal Soreni Technion Israel Institute of Technology ,Haifa geli tirdi i DNA Computürü bir milyon hesaplama kademesine sahiptir ve 1000 defa benzer - lerinden h zl d r. Biocomputerlerin de DNA y model alm lard r ve çal malar n "Journal of the American Chemi- cal Society de yay nlam lard rGENOM ve NANOTEKNOLOJİ Dünyan n en güçlü, en küçük kodlama ve bilgi işlem • merkezi GENOM dur.Genomlar bize hayat n nano boyutunu öğretmiştir. Nano ölçekte yani metrenin milyarda biriyle çal şt ğ n zda,bir gün ‘nano hemşireler hücrelerinizdeki hastal klar aray p bulacak ve moleküler miktarda ilaç taş yacak. Genom, Proteom, Biobilgisayar ve nanoteknoloji pek çok • bilgi değişimine neden olmaya başlam şt r ve bu değişim daha da h zlanacakt r. Bunun ciddi sonuçlar n sadece belirli bilgi toplumlar insanlar kavram şt r. Diğerleri anlayamamaktad r. Dünya ikiye ayr lm ş durumda : Alt n değerinde bir milyar bilgi toplumu insanlar ve Diğerleri..............GENETİK PATENT İŞLEMLERİ Hayvan ,bitki,virüs ve • bakterilerin patentleri al n yor. 1995 de patent istemleri • 22 bini bulmuştu. Bilim adamlar binlerce • canl t ürünü ke şfediyor, yarat yor ve değiştiriyor. 1991 de 4000, 1995 de • 22000 ve 1996 da 500000 genetik patent istemleri yap ld .Etik Genetik alan nda akla durgunluk veren yeni • buluşlar birbirini kovalarken baz fikir adamlar bu h zl geli şmelerden tedirginlik duymaktad rlar: Mesele insan n bu buluşlar nas l kullanacağ d r – yani İNSAN’d r. GEN-ETİK kurallar iyi belirlenip, iyi • amaçlarla kullan lmal d r. Bilim adamlar , hukuk çular, toplum bilimciler – ve benzeri ilgililerin etik kurallar konusunda ev ödevlerini iyi çal şmalar gerekmektedir.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.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.AA GENEL DEĞİŞİMLERİ AA Organizmada çeşitli reaksiyonlara • uğrarlar, bunlardan baz lar tüm AA ler için müşterektir. DEZAMİNASYON • TRANSAMİNASYON • DEKARBOKSİLASYON •DEZAMİNASYON Dezaminasyon AA amino grubunun NH 3 • biçiminde ayr lmas sonu keto asite d önüşümü- dür.Buda DOLAYSIZ ve DOLAYLI dezaminas-yon şeklindedir. DOLAYSIZ DEZAMİNASYON : oksijen ve su varl ğ nda • oluşur ve NH3 ortaya ç kar. DOLAYLI DEZAMİNASYON : önce trans-aminasyon ve • daha sonra dezaminasyon şeklinde geli şir. Yani iki basamakl d r ve yine NH3 ortaya ç kar.Transaminazlar karbonhidrat ve protein Metaboliz- mas aras nda geçit görevi yaparlar Organizmada oksidoredüksiyon sistemleri ile yak n ilişkili pirüvik, alfa-ketoglutarik ve oksalasetik asit bu yolla elde edilir. Hemen t üm hayvansal dokularda rastlan rsa da özellikle kalp ve iskelet kaslar nda, b öbrek ve karaciğerde bulunurlar. Bu organlar n harabiyet- lerinde yani hastal klar nda bu enzimlerin kandaki düzeyleri yükselir. Tranaminasyona benzeyen transmetilasyon ve transpeptidasyon vard r. Buda metil ve peptid gruplar n n taş nmas n sağlar.ÜRE SİKLUSU AA lerden do ğrudan do ğruya (oksidatif dezaminas- yon ve dezamidasyon ile) ya da dolayl yoldan (transaminasyon ile) ayr lan NH3 çeşitli amaçlarla kullan labilir.Bunlardan en önemlisi ketoasitlerin aminoasitlere çevrilmesidir.Serbest NH3 toksikdir ve organizmadan at lmas gerekir. Tüm omurgas zlar ile suda ya şayan omurgal lar amonyağ , amonyum tuzlar ; kanatl lar, sürüngenler ve b öcekler ürik asit ve tuzlar ; memeliler üre biçiminde ç kar rlar. Üre organizmada temel maddesi ornitin olan bir .siklus (=üre siklusu,ornitin siklusu ya da Krebs Henseleit siklusu) ile sentezlenir. Özetle, karbamik asit olu şur ve siklus ba şlan- ğ c nda t üketilen temel madde ornitin rejenere edilirken çeşitli basamaklarda eklenen 2 mol NH3 ve 1 mol CO2 üre biçiminde birleştirilmiştir. Üre siklusu karaci ğerde olu şur ve üre idrarla at l r. Besinlerle al nan protein ile idrarla at lan üre miktar aras nda bir bağlant vard r. Böbrek hastal klar nda kandaki üre d üzeyi artar (üremi).Kuşlarda Amonyağ n At l m NH3 • ATP • Glu • Glu-NH2 • PR-NH2 • • IMP (İnosinmonoP) • ürik Asit •AMİNO ASİTLERİN DEKARBOKSİLASYONU AA karboksil gruplar ndan CO2 ayr lmas olay na AA lerin dekarboksilasyonu denir.Dekarboksilasyon olay sonucu aminler meydana gelir. Etlerin bozulmas lizin ve ornitin AA lerinin aminleri kadaverin ve putressin oluşmas ndand r. Bu dekarbaksilasyonlar, kofakt ör olarak piridoksal fosfata ihtiya ç duyan dekarboksilazlar taraf ndan katalizlenir ve dekarboksilasyon sonu amin ve CO2 meydana gelir. Biyolojik yönden etkili aminlere Biyojen Aminler denir.Bunlardan ,Kadaverin,putressin, histamin, tira- min ve triptaminin oluşumlar formüle edilmişlerdir.AA KARBON İSKELETİNDEN OLUŞAN ANA MADDELER İzotopik incelemeler i şaretlenmiş AA ler • kullan larak protein, karbonhidrat ve yağ karbonlar n n birbirine çevrilebilir olduk- lar n g östermiştir.Kilit substratlar Oksala- asetikasit, alfaketoglutarik asit, pirüvik asit , asetil koenzim A ve suksinil-KoA d r. Aşağ daki şemada bu kilit substratlara dönüşebilen amino asitler gösterilmiştir.AA lerin Biyosentezleri AA lerin ortak y k l m yollar n Dezaminas-yon, transaminasyon , dekarboksilasyon, transme- tilasyon ve AA karbon iskeletlerinin ara maddeleri konular nda a ç klad k. AA biyosentezleri her AA için ayr cal k gösterir. Glisin :Ku şlar i çin esansiyeldir.Serin ve kolinden sentez edilir.Kanda kreatinine d önüşür ve idrarla at l r.Glisin metabolizmada kreatin ve kreatinin biyosentezinden başka porfirin, purin ve glutatyon sentezinde de kullan l r.Alanin,Aspartik asit ve Asparajin Alanin metabolizmada transaminasyonla kol-ayca pirüvik asitten sentez edilir. Aspartik Asit , NH3 dan oluşur. Bak Dez- amidasyon. Metionin ve Treonin Homoserinden oluşur. Bakterilerde HS de Aspartik asitten oluşur. Valin,Loysin, İzoloysinV Bu üçü de Esansiyeldir. Glutamik asit , Glutamin Dezamidasyona Bak Arjinin :Üre siklusunda oluşur. Arjinaz ile Ornitine dönüşür. Yar esansiyeldir.SİSTEİN VE SİSTİN Metionin gibi kükürt kapsar.Sistein saç, k l ve deri • kreatinin proteini i çinde %12 vard r. Yeterli miktarda metiyonin ( S-don örü ) bu- lunursa sistein sentezi m ümkündür.Sistein den sistin kolayca olu şur. Bir çok enzim etkenli ğini sürdürmek i çin –SH grubuna bağ ml d r.Enzimlerin –SH grubunun –S-S okside olmas enzimleri inaktive eder. Glutyonun metabolizmadaki fonksiyonlar ile yak ndan ilişkilidir.FENİLALANİN VE TİROZİN Fenilalanin esansiyeldir. Tirozin ise fenilala- ninden sentez edilir ve esansiyel de ğildir. Tirozin proteinlerin yap s na kat l r. Tiroid bezi hormonlar ile b öbrek üstü bezinin medulla hormonlar ve melanin pi ğmenti sentezinde ba şlang ç maddesidir.Tirozinin y k l m ürünleri asetoasetik ve fumarik asittir.Triptofan-Histidin-Prolin ve Hidroksiprolin Triptofan esansiyeldir ve nikotinik aside • dönüşmesi nedeniyle bir provitamindir. Histidin yar esansiyeldir ve histidinden • histamin oluşur. Prolin ve Hidroksiprolin :Kollegenin yap - • s nda bulunurlar( %12-14). Derinin yap s na kat l rlar.