Mikrobiyal Genetik

1. Mikrobiyal Genetik

2. Genetik Materyalin Yapı ve Fonksiyonu • DNA ve RNA DNA=deoxyribonucleic acid RNA=ribonucleic acid • Temel Yapı Taşları: • Nükleotidler - fosfat grubu - pentozşeker

3. DNA’nın yapısı 1962 Nobel Bilim Ödülü

5. Genomların Şekilleri ve Konumları

6. İnsan genom projesinin tamamlanması-2003 Genomların sayısı ve büyüklükleri En küçük virüsler;4-5 gen içerirler E. coli; tek kromozom 4.288 gen, 1 mm uzunluğunda; açıldığında hücreden 1.000 kat daha uzun. İnsan hücresi; 46 kromozom 31.000 gen; 180 cm uzunluğunda,açıldığında hücreden 180.000 kat daha uzun

7. İnsan Genom Projesi 2003 • HGP consortium publishes its working draft in Nature (15 Feb) • Celera publishes its draft in Science (16 Feb).

8. H. influenza genomu 1995 • 318 mikroorganizmanın tüm genomu tamamlanmış. • 26 archaea genomu • 292 bakteri genomu • H. influenzae genom projesi 1995 yılında tamamlandı. The Institute for Genetic Research (TIGR)

9. DNA’nın yapısı • Şeker fosfat iskeleti • Nükleotid bazları merdiven basamağını oluşturacak şekilde bağlanarak iki zinciri bir arada tutarlar purins: adenin ve guanin pyrimidines: sitozin ve timin

10. Genetik Şifre ? ……GGCACGAGGGTAAATATGGCATAAGTTAATAACAAG CTTTTCCCCAAAATGGTGCTTTGGATTTGAAAAGG GGTCTGATGGGGAGAAGGAGAACGTATCATCCTAGC TTCCTCTCTTAATAAACCTAGAAAAACGGGTAGTA AAACTGTGGATAGTCAGGAAAACACCCAGCAAGGGA CACAGC TGTCAGGAAATGAATCTTCCCCCCAACCC CCACCATGCAGATGGATAGACAGAATCTTTCCTGA TCTAGTCATTAGGATCAGGGGCCTCTGTTGGATTTGT GTTTCTTGAAGAATAGCTGGCAGAGTGGTATAAAAGGACACGAATATCTCCTGGTCTATAAGGATACTCTGA TTTGGGGTTTGCATTTTTCATGGTTTTTATTTCCTGT TCCCCCTGGAGTTTTCCATTAGTGAGTTTTTGGAGC....

11. Genetik Şifre ? Genom; organizmadaki genetik materyal. Gen; özgül bir protein üretimi için gerekli bilgiyi kodlayan DNA parçasına gen denir. Bir hücrenin taşıdığı genlerin tamamı, o hücrenin genotipini oluşturur. Bu genlerin hücreye kazandırdığı özellikler ise, o hücrenin fenotipini oluşturur.

12. Bakteri Hücresinin Bölünmesi Prokaryotlarda DNA’nın Replikasyonu • Bakterilerde hücre bölünmesi basit ikiye bölünmedir (binary fission) • Bakteri hücreleri bir hücre bölünme siklusuna sahip değildirler. Devamlı olarak DNA replikasyonu olur ve bölünürler.

13. Bakteri Hücresinin Bölünmesi Prokaryotlarda DNA’nın Replikasyonu • Semi-konservatiftir; • her bir yeni hücre ya da kromozom bir orijinal zincir ve bir yeni zincire sahiptir.

14. Bakteri Hücresinin Bölünmesi Prokaryotlarda DNA’nın Replikasyonu

15. Bakteri Hücresinin Bölünmesi Prokaryotlarda DNA’nın Replikasyonu

16. Replikasyon orijini • Helikazenzimi • DNA heliksini açar Replikasyon çatalı • Özgül bir bölgeden başlar (replikasyon orijini) • Orijinal DNA molekülünün nükleotid bazları arasındaki H bağları helikaz enzimi ile kırılarak DNA heliksi açılır. • İki replikasyon çatalı oluşur • Replikasyon aynı anda iki yöne birden çalışır • DNA polymerase III orijinal zincirin komplementerini sentezler.

17. Replikasyon orijini Primaseenzimi başlatıcı primer molekülerini sentez eder. 3’ 5’ 3’ 5’ 5’ 3’ 5’ 3’ DNA polimerase III enzimi DNA zincirini oluşturan şekerin 3’ ucundaki OH grubu ile bağlanacak nukleotiddeki şekerin 5’ ucundaki PO4 arasında fosfodiester bağı oluşturarak zincirin uzamasını sağlar. Sentez daima 5’→3’ yönündedir.

18. Bakteri Hücresinin Bölünmesi Prokaryotlarda DNA’nın Replikasyonu • DNA'nın yeni sentezlenen iki ipliğinden biri kesintisiz sentezlenirken, diğeri kesikli iplik şeklinde sentezlenir. • Bunun nedeni; • DNA polimerazın sadece 5'-3' yönünde polimerizasyon yapabilmesidir. Kesikli sentezde, herbir iplik parçasına • OKAZAKİ FRAGMENTİ denir. • Okazaki fragmentleri DNA ligaz tarafından birleştirilerek, kesikli iplik de, sürekli hale getirilir ve replikasyon tamamlanır.

19. Bakteri Hücresinin Bölünmesi Prokaryotlarda DNA’nın Replikasyonu

20. Bakteri Hücresinin Bölünmesi Prokaryotlarda DNA’nın Replikasyonu • DNA’nın replikasyonu tamamlandığında birbirinin aynı iki DNA sarmalı oluşmuştur. • Replikasyonun hücre bölünmesi ile birlikte olması, düzenli gerçekleşmesi DNA üzerindeki özgül bir genin kontrolündedir.

21. Bakteri Hücresinin Bölünmesi Prokaryotlarda DNA’nın Replikasyonu • Replikasyonu takiben; • önce hücre zarı ve arkasından hücre duvarı içeriye doğru girinti yapar. • Hücre zarı ve duvar yapımı dış tabakalardan iç tabakalara doğru tamamlanır. • İki yavru bakteri oluşur.

22. RNA’nın yapısı • RNA molekül yapısı bakımından DNA’ya benzemektedir ancak DNA çift sarmallı olmasına karşılık RNA tek sarmallıdır. Bu nükleotidler; adenin, urasil, sitozin, guanin

23. RNA’nın yapısı Hücrelerde birbirinden farklı 3 tip RNA bulunur. mRNA:Genetik bilgiyi DNA’dan ribozomlara taşır. rRNA :Ribozomlarda bulunan RNA molekülleridir. tRNA :Sitoplazmadaki aminoasitlere bağlanıp onları aktive eden, ribozomlara yerleşmiş bulunan mRNA’daki uygun yerlere taşıyan RNA’dır.

24. Protein Sentezi • Her hücrede genetik materyalin en önemli amacı; hücrenin birçok fonksiyonunu yerine getirebilmesi için gerekli bilgiyi saklı tutmaktır. • DNA’daki baz dizisi; bu bilgiyi veya genetik kodu içerir. • Bu bilgi mRNA’ya taransfer edilir ve sonra ribozomlarda hücre için gerekli fonksiyonları yerine getirecek proteinlere dönüşür. • Bu olaya “sentral doğma" adı verilir.

25. Protein DNA mRNA Transcription Translation Gen Protein

26. 1 gen = 1 protein 1 gen kaç protein ?

27. Aynı genom Farklı proteomlar

28. Plazmidler • Bakteri hücrelerinin sitoplazmasında, kromozomal DNA’dan bağımsız olarak bulunan ve içinde bulundukları bakterilere bazı özellikler kazandıran ve bu özellikleri genetik kontrol altında tutan elementlerdir.

29. Plazmidler • Kendi replikasyonlarını sağlayacak genleri, • antibiyotiklere direnç genlerini, • U.V ışığına ve ağır metallere direnç genleri, • pilus proteinlerini kodlayan genleri, • virulansta rol oynayan çeşitli toksin ve enzimleri kodlayan genleri, • çeşitli antibiyotikleri sentez edebilecek genleri taşırlar.

30. Plazmidler • Transmissible plazmitler • Bakteriler arasında konjugasyonla aktarılırlar • Replikasyonları ve seks piluslarının sentezi için bir düzüne gen taşırlar. • Nontransmissible plasmitler • Küçüktürler • Transfer geni taşımazlar • Her hücrede 10-60 kopya kadar bulunurlar

31. Plazmidler • Bir bakteri hücresi plazmid içermediği gibi, bir ya da birden çok plazmid kopyası taşıyabilir. • Bir hücre farklı türlerde birçok plazmit kopyası taşıyabilir.

32. Transpozonlar • Bakteri, virus ve ökaryotik hücre kromozomlarında bulunan ve genom içinde hareket ederek yer değiştiren DNA segmentlerine transpozondenir.

33. Transpozonlar • Geçişi transpozon üzerindeki genler sağlar. • Sadece kendi transferlerini sağlayan genleri taşıyan transpozonlara IS (insertion sequences) elementleri denir. • Transfer genleri yanı sıra antibiyotiklere direnç genlerini taşıyan transpozonlara kompleks transpozonlar denir. • Hücerden bağımsız kendi replikasyonlarını sağlayacak genetik bilgiyesahip değillerdir

34. Bakteriler Arası Genetik Madde Aktarımı

35. Bakteriler Arası Genetik Madde Aktarımı • Bakterilerde genetik materyalin bir bölümü, bir bakteriden diğerine çeşitli mekanizmalar aracılığı ile aktarılarak, önemli değişiklikler oluşabilir. • Bu olaylar sonucu genetik özellikler bakımından melez bakteriler meydana gelir. • Bu olaya rekobinasyon (yeniden birleşim), oluşan melez bakteriye ise rekombinant (yeni bileşen) adı verilir.

36. Bakteriler Arası Genetik Madde Aktarımı

37. Bakteriler Arası Genetik Madde Aktarımı Transdüksiyon: Bir bakteriye ait DNA parçacıklarının bir bakteriyofaj aracılığıyla, diğer bakteriye aktarılması

40. Bakteriler Arası Genetik Madde Aktarımı Transdüksiyon:

41. Bakteriler Arası Genetik Madde Aktarımı Transformasyon: Herhengi bir aracı bulunmaksızın, verici bakteri tarafından ortama bırakılmış olan DNA’nın, alıcı bakteri tarafından alınması yoluyla oluşan rekombinasyon türüdür.

42. Bakteriler Arası Genetik Madde Aktarımı Transformasyon: • Bir tür bakteri tarafından ortama serbest olarak bırakılan serbest DNA‘nın bir başka bakteri içine alınmasıdır. • Alıcı hücre çevresinde bulunan DNA parçalarını içine alabilmek için hücre duvarında bazı değişiklikler olmalıdır. • Hücre üremesinin belli bir döneminde yapılan “competence faktör “ aracılığı ile hücre geçirgenliği değiştirilmekte ve belli büyüklükte DNA parçalarını içine alabilmektedir. • Hücre içine alınan DNA rekombinasyon yolu ile hücre kromozomuna katılmakta ve yeni genetik özellikler kazanmaktadır.

43. Bakteriler Arası Genetik Madde Aktarımı Transformasyon:

44. Bakteriler Arası Genetik Madde Aktarımı Konjugasyon Seks ayrımı gösteren iki ayrı bakterini, geçici olarak birleşmesi sonucu, bir bakterinin diğerine genetik madde aktarılması olayıdır. • Bakterinin konjugasyon ile aktarılan genetik materyal PLAZMİT adı verilen ekstra kromozomal DNA parçalarıdır. • Bakterinin konjugasyon yapmasını sağlayan da bu DNA parçalarıdır.

45. Bakteriler Arası Genetik Madde Aktarımı • Konjugasyon • İki canlı hücre arasında temas . • Verici hücreden alıcı hücreye uzanan seks pilus aracılığı ile DNA geçer. • F plazmidi (fertility plasmid) bulunan hücre verici hücre olma özelliğine sahiptir (F+). • F plazmidi olmayan hücre alıcı özelliğe sahiptir (F-) • Ancak F+ hücre ile F-hücre ile bir araya gelebilir. F+ F-

46. Bakteriler Arası Genetik Madde Aktarımı • Konjugasyon • F plazmidi ait olduğu hücre DNA’sına katılması halinde Hfr hücre (high frequency recombination) denen yeni bir verici hücre tipi oluşur. • Hfr hücre, alıcı hücreye kendi DNA’sının tamamını ya da büyük bir kısmını aktarabilme özelliğini taşır.

47. Mutasyon ve genlerin yeniden organizasyonu • DNA içinde yer alan yapısal değişikliklere mutasyon denir. • Prokaryotik genlerde spontan mutasyon oranı 10-8 dir. • Spontan mutasyonlar ya da indüklenmiş mutasyonlar(fiziksel,kimyasal etkenlerle) şeklinde olabilir.

48. Mutasyon ve genlerin yeniden organizasyonu • Baz yer değiştirmeleri ( nokta mutasyonları ) • Transversiyon:PirimidinPurin • Transisyon:Pirimidin Pirimidin, Pürin pürin • Baz kaybı veya baz ilavesi (delesyon, insersiyon) frame shift mutation • Yeniden düzenlenmiş mutasyonlar (rearrangement) şeklinde olabilmektedir. • Transpozonlar ve insertion sequences aracılığı ile olmaktadır

49. Mutajenler • Mutasyon sıklığı mutajen denen fiziksel, kimyasal ve biyolojik etkenlerin kullanılması ile daha sık olmaktadır. • Fiziksel etkenler : U.V ışınları : timin bazları arasında dimerler oluşturur. Replikasyonda ya hiç kopyalanmaz ya da tek bir baz olarak algılanır. X ışınları : Riboz –fosfat moleküllerini bir arada tutan kovalent bağları kırarak, serbest radikaller oluşturarak , bazlar arasındaki H bağlarını kırarak DNA’ya zarar verir.

50. Mutajenler • Nitröz asit ve alkilleyici ajanlar : Belli bir baz yapısını değiştirerek mutasyona sebep olurlar. A-T yerine G-C çiftleri oluşturur. • Baz analogları : 5-bromourasil (timin analoğu) replikasyonda T-A yerine 5BU-G çiftleri oluşturur. • Benzyprene: Tütün dumanında bulunur, DNA ‘ya bağlanır. Bir ya da daha fazla baz ilavesi veya kaybolmasına sebep olur.