Moleküler Biyoloji
Ana Sayfa
DNA
RNA
Proteinler
Merkezi Dogma
Genler
Moleküler Biyoloji
DNA, RNA, Protein Dizileri ve Biyolojik Sistemlerin Derinlemesine İncelenmesi
DNA - Deoksiribonükleik Asit
DNA Yapısı ve Kimyası
Nükleotid Bileşenleri:
Şeker: Deoksiriboz (5 karbonlu şeker, 2' pozisyonunda OH grubu yok)
Fosfat Grubu: DNA omurgasını oluşturur, negatif yüklü
Azotlu Bazlar: Adenin (A), Timin (T), Guanin (G), Sitozin (C)
Pürin Bazlar (Çift Halkalı):
Adenin (A): 6 üyeli ve 5 üyeli halka, amino grubu içerir
Guanin (G): 6 üyeli ve 5 üyeli halka, keto ve amino grubu
Pirimidin Bazlar (Tek Halkalı):
Timin (T): 6 üyeli halka, metil grubu içerir
Sitozin (C): 6 üyeli halka, amino grubu içerir
Chargaff Kuralları:
A miktarı = T miktarı (A-T baz çifti, 2 hidrojen bağı)
G miktarı = C miktarı (G-C baz çifti, 3 hidrojen bağı)
Pürin miktarı = Pirimidin miktarı
DNA Çift Sarmal Yapısı (Watson-Crick Modeli)
Yapısal Özellikler:
İki antiparalel polinükleotid zinciri (5'→3' ve 3'→5')
Sağa dönük sarmal (B-DNA, en yaygın form)
Çap: ~2 nm (20 Å)
Bir tam tur: 10.5 baz çifti, 3.4 nm yükseklik
Baz çiftleri arası mesafe: 0.34 nm
DNA Formları:
B-DNA: Standart form, sağa sarmal, fizyolojik koşullarda
A-DNA: Daha kompakt, RNA-DNA hibridlerinde
Z-DNA: Sola sarmal, GC zengin bölgelerde, gen regülasyonu
Major ve Minor Groove:
Major Groove: Geniş oluk, protein-DNA etkileşimi için önemli
Minor Groove: Dar oluk, bazı düzenleyici proteinler bağlanır
DNA Stabilizasyonu:
Hidrojen Bağları: Baz çiftleri arasında (A-T: 2, G-C: 3)
Van der Waals Kuvvetleri: Üst üste binen bazlar arası
Hidrofobik Etkileşimler: Bazların iç kısmı hidrofobik
İyonik Etkileşimler: Fosfat grupları ve katyonlar
DNA Organizasyonu ve Paketleme
Prokaryotlarda DNA:
Sirküler kromozom (bakteriyel kromozom)
Nükleoid bölgesinde, membransız
Süpercoiling: Negatif süpercoiling, topoizomerazlar
Plazmidler: Küçük, sirküler, ekstra-kromozomal DNA
Ökaryotlarda DNA:
Lineer kromozomlar, çekirdek içinde
Histon Proteinleri: H1, H2A, H2B, H3, H4
Nükleozom: DNA'nın histon oktameri etrafında sarılması (147 baz çifti)
Kromatosom: Nükleozom + H1 histonu
30 nm Fiber: Nükleozomların spiral yapısı
Kromatin: Gevşek (euchromatin) ve sıkı (heterochromatin)
Kromozom Yapısı:
Sentromer: Kinetokor bağlanma bölgesi, mitoz/meiozda önemli
Telomer: Kromozom uçları, TTAGGG tekrarları (insanda)
Telomeraz: Telomer uzatma enzimi, yaşlanma ile ilişkili
DNA Replikasyonu
Replikasyon İlkeleri:
Yarı-Koruyucu (Semiconservative): Her yeni DNA bir eski, bir yeni zincir
Çift Yönlü (Bidirectional): Replikasyon başlangıcından iki yöne
Yarı-Süreksiz (Semidiscontinuous): Leading ve lagging strand
Replikasyon Mekanizması:
Origin of Replication (ori): Başlangıç noktası
Helikaz: DNA sarmalını açar, replikasyon çatalı oluşturur
SSB Proteinleri: Tek zinciri stabilize eder
Primazlar: RNA primer sentezler (8-12 nükleotid)
DNA Polimeraz III: Ana sentez enzimi (prokaryot)
DNA Polimeraz I: Primer kaldırma ve boşluk doldurma
Ligaz: Okazaki fragmentlerini birleştirir
Topoizomeraz: Süpercoiling'i çözer
Leading Strand (Öncü Zincir):
Sürekli sentez, 5'→3' yönünde
Tek primer yeterli
Lagging Strand (Geç Zincir):
Süreksiz sentez, Okazaki fragmentleri (100-200 nt prokaryot, 100-400 nt ökaryot)
Her fragment için yeni primer gerekli
Hata Düzeltme:
Proofreading: DNA polimeraz 3'→5' ekzonükleaz aktivitesi
Mismatch Repair: MutS, MutL, MutH proteinleri
Hata oranı: ~1/10^9 nükleotid
DNA Onarım Mekanizmaları
Base Excision Repair (BER):
Hasarlı bazın glikosilazlar tarafından çıkarılması
AP endonükleaz, DNA polimeraz, ligaz
Nucleotide Excision Repair (NER):
Büyük DNA lezyonları (UV hasarı, timin dimerleri)
24-32 nükleotidlik segment çıkarılır
Xeroderma pigmentosum: NER defekti
Double-Strand Break Repair:
Homologous Recombination (HR): Kardeş kromatid kullanılır
Non-Homologous End Joining (NHEJ): Uçlar direkt birleştirilir
RNA - Ribonükleik Asit
RNA Yapısı ve DNA'dan Farkları
Kimyasal Farklar:
Şeker: Riboz (2' pozisyonunda OH grubu var)
Baz: Timin yerine Urasil (U)
Yapı: Genellikle tek zincirli
Stabilite: DNA'dan daha az stabil (2'-OH reaktif)
RNA Sekonder Yapıları:
Hairpin (Saç Tokası): Kısa palindromik diziler
Stem-Loop: Kök ve ilmik yapısı
Bulge: Tek taraflı çıkıntı
Internal Loop: İki taraflı çıkıntı
Pseudoknot: Kompleks katlama
mRNA - Mesajcı RNA
Yapı ve Fonksiyon:
Genetik bilgiyi DNA'dan ribozoma taşır
Kodon: 3 nükleotidlik amino asit şifresi
Prokaryot mRNA: Polisistronik (birden fazla gen)
Ökaryot mRNA: Monosistronik (tek gen)
Ökaryot mRNA İşlenmesi:
5' Capping: 7-metilguanozin başlık, koruma ve translasyon başlatma
3' Polyadenilasyon: Poly(A) kuyruğu (~200 A), stabilite
Splicing: İntronların çıkarılması, eksonların birleştirilişi
Alternative Splicing: Farklı protein izoformları
Splicing Mekanizması:
Spliceosome: snRNA ve proteinlerden oluşur
Splice Sites: 5' donor (GU), 3' acceptor (AG), branch point (A)
U1, U2, U4, U5, U6 snRNP'ler
tRNA - Transfer RNA
Yapı:
Yonca yaprağı (cloverleaf) 2D yapısı
L-şeklinde 3D yapı
76-90 nükleotid uzunluğunda
Fonksiyonel Bölgeler:
Acceptor Stem: 3' ucu CCA dizisi, amino asit bağlanır
Anticodon Loop: mRNA kodonunu tanır (3 nükleotid)
D Loop: Dihidrouridin içerir
TψC Loop: Pseudouridin içerir
Variable Loop: Uzunluk değişken
Modifiye Bazlar:
Pseudouridin (ψ), Dihidrouridin (D)
İnozin (I): Wobble pozisyonunda
100'den fazla farklı modifikasyon
Aminoasil-tRNA Sentetazlar:
Her amino asit için spesifik enzim
İki aşamalı reaksiyon: Aktivasyon + Transfer
Proofreading mekanizması
rRNA - Ribozomal RNA
Prokaryot Ribozom (70S):
50S Alt Birim: 23S rRNA (2904 nt), 5S rRNA (120 nt), 31 protein
30S Alt Birim: 16S rRNA (1542 nt), 21 protein
Ökaryot Ribozom (80S):
60S Alt Birim: 28S rRNA, 5.8S rRNA, 5S rRNA, 49 protein
40S Alt Birim: 18S rRNA, 33 protein
Fonksiyonlar:
Peptidil transferaz aktivitesi (ribozim)
mRNA bağlanma ve pozisyonlama
tRNA bağlanma siteleri (A, P, E)
Diğer RNA Türleri
snRNA (Small Nuclear RNA):
Splicing'de görevli (U1, U2, U4, U5, U6)
100-300 nükleotid
miRNA (microRNA):
Gen ekspresyonu regülasyonu
~22 nükleotid, post-transkripsiyonel susturma
mRNA degradasyonu veya translasyon inhibisyonu
siRNA (Small Interfering RNA):
RNA interferans (RNAi)
21-23 nükleotid, çift zincirli
Spesifik gen susturma
lncRNA (Long Non-coding RNA):
>200 nükleotid
Epigenetik regülasyon, kromatin modifikasyonu
Ribozimler:
Katalitik aktiviteye sahip RNA
Hammerhead, hairpin, ribonükleaz P
Proteinler
Protein Yapısı ve Amino Asitler
20 Standart Amino Asit:
Glisin, Alanin, Valin, Lösin, İzolösin, Metionin, Fenilalanin, Triptofan, Prolin, Serin, Treonin, Sistein, Tirozin, Asparagin, Glutamin, Aspartik asit, Glutamik asit, Lizin, Arginin, Histidin
Amino Asit Sınıflandırması:
Polar/Nonpolar: Hidrofobik (Ala, Val, Leu) vs Hidrofilik (Ser, Thr, Asn)
Yüklü: Pozitif (Lys, Arg, His), Negatif (Asp, Glu)
Aromatik: Phe, Tyr, Trp
Özel: Pro (kink oluşturur), Cys (disülfid köprüsü), Gly (en küçük)
Peptid Bağı:
Karboksil (-COOH) ve amino (-NH2) grupları arası, planar yapı, kısmi çift bağ karakteri
Protein Yapı Seviyeleri
Primer Yapı:
Amino asit dizisi, peptid bağları ile bağlı, genetik kod tarafından belirlenir
Sekonder Yapı:
α-Helix (Alfa Sarmal): Sağa sarmal, 3.6 amino asit/tur, hidrojen bağları
β-Sheet (Beta Tabaka): Paralel veya antiparalel zincirler, hidrojen bağları
β-Turn: Yön değiştirme bölgeleri
Random Coil: Düzensiz bölgeler
Tersiyer Yapı:
3D katlama, hidrofobik etkileşimler, disülfid köprüleri, iyonik bağlar, hidrojen bağları
Kuaterner Yapı:
Birden fazla polipeptid zincirinin birleşmesi (örn: Hemoglobin - 4 alt birim)
Protein Fonksiyonları
Enzimler:
Biyokimyasal reaksiyonları katalize eder (DNA polimeraz, tripsin)
Yapısal Proteinler:
Hücre iskeleti (aktin, miyozin, keratin, kolajen)
Taşıyıcı Proteinler:
Molekül transportu (hemoglobin - O2, transferrin - Fe)
Sinyal Proteinleri:
Hormonlar (insülin, büyüme hormonu)
Savunma Proteinleri:
Antikorlar (immünoglobulinler)
Düzenleyici Proteinler:
Transkripsiyon faktörleri, gen ekspresyon kontrolü
Protein Katlanması ve Modifikasyonlar
Chaperon Proteinler:
Doğru katlanmaya yardım eder (HSP70, HSP90, GroEL/GroES)
Post-Translasyonel Modifikasyonlar:
Fosforilasyon: Serin, treonin, tirozin üzerinde, sinyal iletimi
Glikosilasyon: Şeker eklenmesi, protein stabilitesi
Asetilasyon: Histon modifikasyonu, gen regülasyonu
Ubiquitinasyon: Protein degradasyonu için işaretleme
Metilasyon: Histon ve DNA modifikasyonu
Protein Yanlış Katlanması:
Alzheimer (amiloid), Parkinson (α-synuclein), Prion hastalıkları
Merkezi Dogma
Bilgi Akışı: DNA → RNA → Protein
Temel Prensip:
Genetik bilgi DNA'da depolanır, RNA'ya kopyalanır (transkripsiyon), proteine çevrilir (translasyon)
İstisnalar:
Ters transkripsiyon (retrovirusler), RNA replikasyonu (RNA virusları), RNA düzenleme
Transkripsiyon (DNA → RNA)
RNA Polimeraz:
Prokaryot: Tek RNA polimeraz, sigma faktörü ile promoter tanıma
Ökaryot: RNA Pol I (rRNA), RNA Pol II (mRNA), RNA Pol III (tRNA, 5S rRNA)
Transkripsiyon Aşamaları:
İnisiasyon: Promoter tanıma (TATA box, CAAT box), transkripsiyon faktörleri
Elongasyon: RNA zinciri uzaması, 5'→3' yönünde sentez
Terminasyon: Rho-bağımlı veya Rho-bağımsız (prokaryot), poliadenilasyon sinyali (ökaryot)
Ökaryot mRNA İşlenmesi:
5' Capping: 7-metilguanozin başlık, koruma ve ribozom tanıma
Splicing: İntronların çıkarılması, eksonların birleştirilmesi, spliceosome
3' Polyadenilasyon: Poly(A) kuyruğu eklenmesi (~200 A), mRNA stabilitesi
Alternatif Splicing: Bir genden farklı protein izoformları
Translasyon (RNA → Protein)
Genetik Kod:
Triplet Kod: 3 nükleotid = 1 amino asit
64 Kodon: 61 amino asit kodlayan + 3 stop kodon (UAA, UAG, UGA)
Start Kodon: AUG (Metionin)
Dejenere: Bir amino asit birden fazla kodon ile kodlanabilir
Evrensel: Tüm organizmalarda aynı (küçük istisnalar var)
Translasyon Mekanizması:
İnisiasyon: Ribozom alt birimleri, mRNA, başlatıcı tRNA (Met-tRNA), başlatma faktörleri
Elongasyon: Aminoasil-tRNA bağlanması, peptid bağı oluşumu, translokasyon
Terminasyon: Stop kodon tanıma, salıverme faktörleri, ribozom ayrılması
Ribozom Siteleri:
A Site (Aminoacyl): Yeni aminoasil-tRNA gelir
P Site (Peptidyl): Büyüyen peptid zinciri
E Site (Exit): Boş tRNA çıkar
Wobble Hipotezi:
Anticodon'un 3. pozisyonu (5' ucu) esnek eşleşme, bir tRNA birden fazla kodonu tanıyabilir
Gen Ekspresyon Regülasyonu
Transkripsiyon Seviyesi:
Prokaryot: Operon sistemi (lac operon, trp operon), pozitif/negatif regülasyon
Ökaryot: Transkripsiyon faktörleri, enhancer/silencer, kromatin yeniden yapılandırma
Post-Transkripsiyon:
Alternatif splicing, mRNA stabilitesi, miRNA regülasyonu
Translasyon Seviyesi:
Ribozom bağlanma, translasyon faktörleri, uORF
Post-Translasyon:
Protein modifikasyonları, degradasyon, lokalizasyon
Genler ve Genom Organizasyonu
Gen Yapısı
Prokaryot Gen:
Promoter: -10 box (Pribnow box), -35 box, RNA polimeraz bağlanma
Kodlayan Bölge: Sürekli, intron yok
Terminator: Rho-bağımlı veya Rho-bağımsız
Operon: Birden fazla gen birlikte düzenlenir (polisistronik mRNA)
Ökaryot Gen:
Promoter: TATA box (-25), CAAT box (-75), GC box
Enhancer: Uzak mesafeden gen aktivasyonu, doku-spesifik
Silencer: Gen susturma
Ekson: Kodlayan diziler, proteine çevrilir
İntron: Kodlamayan diziler, splicing ile çıkarılır
5' UTR: Translasyon regülasyonu
3' UTR: mRNA stabilitesi, poliadenilasyon sinyali (AAUAAA)
Genom Organizasyonu
İnsan Genomu:
~3.2 milyar baz çifti
~20,000-25,000 protein kodlayan gen
Kodlayan bölge: ~1.5% (geri kalanı non-coding)
23 çift kromozom (22 otozomal + XX veya XY)
Tekrarlayan Diziler:
Tandem Tekrarlar: Satellit DNA, mikrosatellit (STR), minisatellit (VNTR)
İnterspersed Tekrarlar: SINE (Alu, ~1.1 milyon kopya), LINE (L1)
Transpozonlar: DNA transpozonlar, retrotranspozonlar
Non-coding RNA Genleri:
rRNA, tRNA, snRNA, miRNA, lncRNA genleri
Pseudogenler:
İşlevsiz gen kopyaları, evrimsel kalıntılar
Epigenetik
DNA Metilasyonu:
CpG adaları: Sitozin metilasyonu (5-metilsitozin)
Gen susturma: Promoter metilasyonu → transkripsiyon inhibisyonu
Genomik imprinting: Ebeveyn-spesifik gen ekspresyonu
X-inaktivasyon: Kadınlarda bir X kromozomu susturulur
Histon Modifikasyonları:
Asetilasyon: Genellikle gen aktivasyonu (gevşek kromatin)
Metilasyon: H3K4me3 (aktivasyon), H3K9me3, H3K27me3 (susturma)
Fosforilasyon: Mitoz sırasında kromozom kondensasyonu
Ubiquitinasyon: Transkripsiyon regülasyonu
Kromatin Yeniden Yapılandırma:
SWI/SNF kompleksleri, nükleozom pozisyonlama
Epigenetik Kalıtım:
Mitoz ve meioz boyunca aktarılabilir, çevresel faktörlerden etkilenir
Genetik Varyasyon
SNP (Single Nucleotide Polymorphism):
Tek nükleotid değişimi, en yaygın varyasyon (~10 milyon insanda)
Indel:
Küçük insersiyon/delesyon (<50 bp)
CNV (Copy Number Variation):
Büyük segmentlerin duplikasyon/delesyon (>1 kb)
Yapısal Varyantlar:
İnversiyon, translokasyon, duplikasyon, delesyon
Mutasyon Tipleri:
Sessiz (Silent): Amino asit değişmez
Missense: Farklı amino asit
Nonsense: Stop kodon oluşur
Frameshift: Okuma çerçevesi kayması (insersiyon/delesyon)