prokaryotlarda gen İfades İnİn dÜzenlenmesİ · operon modeli: negatif kontrol ! 1960’larda,...

79
PROKARYOTLARDA GEN İFADESİNİN DÜZENLENMESİ

Upload: others

Post on 26-Jan-2020

14 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

PROKARYOTLARDA GEN İFADESİNİN DÜZENLENMESİ

Page 2: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Gen ifadesi nasıl kontrol edilir?

q  Genlerin açılıp kapanabildiğini ifade eden görüşleri destekleyen kuvvetli kanıtlar bulunmaktadır.

q  Örneğin, E. coli proteinlerinin ayrıntılı olarak incelenmesi;

q  Genomun şifrelediği yaklaşık 4000 kadar polipeptid zincirinin derişimlerinin oldukça değişkenlik gösterdiğini ortaya çıkarmıştır.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

2

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 3: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Gen ifadesi nasıl kontrol edilir?

q  Prokaryot gen ürünlerinin büyük bir kısmı hücrede sürekli olarak bazal seviyede (birkaç kopya) bulunmasına rağmen, gerektiğinde miktarları olağanüstü artabilir.

q  Genetik bilginin ifadesini kontrol eden temel kontrol mekanizmaları bulunmalıdır.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

3

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 4: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Gen ifadesi nasıl kontrol edilir?

q  Bakteriler pek çok nedenden ötürü genetik için çok faydalı araştırma organizmaları olmuşlardır. q  Birincisi, son derece kısa üreme döngüleri vardır.

q  İkincisi, genetik bakımdan özgün olan mutant bakteri suşlarının izole edilebildiği ve bağımsız olarak araştırılabildiği ‘saf kültürler’ oluşturulabilir.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

4

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 5: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Gen ifadesi nasıl kontrol edilir?

q  Bakteriler ayrıca, çevre koşullarındaki değişikliklere cevap olarak ortaya çıkan genetik transkripsiyonun uyarılmasının (indüksiyonunun) incelendiği çalışmalarda da kullanılır.

q  Bakterilerde bulunan, transkripsiyon sonrası (post-transkripsiyonel) regülasyonun varlığı da unutulmamalıdır.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

5

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 6: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Prokaryotlar çevre koşullarına cevap veren etkin genetik mekanizmalara sahiptir

q  Bakteriler yalnızca çevre koşullarındaki değişikliklere cevap vermezler.

q  Aynı zamanda, çeşitli normal hücresel olaylardaki (replikasyon, rekombinasyon, DNA hasarı tamiri) ve hücre bölünmesi ve gelişimindeki gen aktivitelerini de regüle ederler.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

6

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 7: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Fakültatif ve konstitütif enzimler

q  1900’lerde mayanın, laktozlu üreme ortamında (galaktoz ve glukoz içeren bir disakkarit) laktoz metabolizmasına özgül enzimleri üretmeye başladığı saptanmıştır.

q  Ortamda laktoz bulunmadığında bu enzimler sentezlenmemektedir.

q  Bu tip enzimlere, uyum sağlayan (adaptif) veya fakültatif enzimler de denir.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

7

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 8: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Fakültatif ve konstitütif enzimler

q  Hücrede, çevrenin kimyasal koşullarına bakılmaksızın sürekli olarak sentezlenen enzimler ise konstitütif enzimler olarak adlandırılır.

q  Daha sonraki araştırmalar, bunun tersi olarak belirli bir molekülün varlığı ile genetik ifadenin baskılandığı başka bir sistemin bulunduğunu göstermiştir.

q  Örneğin, bakteri hücreleri triptofan amino asitini sentezleyebilir.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

8

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 9: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Prokaryotlar çevre koşullarına cevap veren etkin genetik mekanizmalara sahiptir

q  Triptofanın, uygun biyosentetik enzimlerin üretimi için gerekli olan mRNA’nın tanskripsiyonunda baskılayıcı rol oynadığı bir mekanizma gelişmiştir.

q  Triptofanın ifadesini yöneten sistem baskılanabilir sistem olarak tanımlanır.

q  Uyarılabilen ya da baskılanabilen regülasyon, negatif ya da pozitif kontrol altında bulunabilir.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

9

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 10: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Prokaryotlar çevre koşullarına cevap veren etkin genetik mekanizmalara sahiptir

q  Negatif kontrol: Bir çeşit regülatör molekül tarafından engellenmediği sürece genetik ifade gerçekleşebilir.

q  Pozitif kontrol: Sadece regülatör molekül, RNA sentezini doğrudan uyarırsa transkripsiyon gerçekleşir.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

10

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 11: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Prokaryotlar çevre koşullarına cevap veren etkin genetik mekanizmalara sahiptir

q  Laktoz metabolizması ile ilgili birçok genetik ve biyokimyasal veriler elde edilmiştir.

q  Bu çalışmalarla, laktoz metabolizmasından sorumlu gen aktivitesinin, laktoz varken uyarıldığını gösteren kanıtlar sağlanmıştır.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

11

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 12: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Laktoz metabolizması

q  Laktozun varlığında, laktoz metabolizmasında yer alan enzimlerin miktarı, hücre başına 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.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

12

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 13: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

cis-acting (aynı-etkili) bölge

q  Prokaryotlarda, birbiri ile ilişkili işlevleri olan enzimleri şifreleyen genler (örneğin, laktoz metabolizması ile ilgili genler) kümeler halinde organize olma eğilimindedir.

q  Tek bir regülatör (düzenleyici) birimin koordineli genetik kontrolü altındadır.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

13

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 14: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

cis-acting (aynı-etkili) bölge

q  Bu düzenleyici bölge, genellikle kontrol ettiği gen kümesinin yukarı kısmındadır.

q  Bu bölge cis-acting (aynı-etkili) bölge olarak tanımlanır.

q  Bu bölgedeki etkileşimler, gen kümesinin transkripsiyonunu kontrol eden moleküllerin buraya bağlanmasıyla olur.

q  Bağlanan moleküller ise trans-acting (karşı-etkili) elementler olarak adlandırılır.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

14

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 15: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Lac operonu: Uyarılabilen operon

q  Gen kümesinin bir parçası olan düzenleyici bir genin ve düzenleyici bir bölgenin varlığının keşfedilmesi,

q  Gen ifadesinin nasıl kontrol edildiğinin anlaşılmasında son derece önemli olmuştur.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

15

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 16: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Lac operonu: Uyarılabilen operon

q  Laktoz metabolizması, kümedeki üç yapısal genin işlevine bağlıdır.

q  Üç yapısal gen ve bitişiğindeki regülatör bölge laktoz ya da lac operonunu oluşturmaktadır.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

16

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 17: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Lac operonunun yapısal genleri

q  Enzimlerin primer yapısını şifreleyen 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 şifreler. q  Lac Y: Laktozun hücre içine alınmasını kolaylaştıran permeaz

enzimini belirler. q  Lac A: Transasetilaz enzimini şifreler.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

17

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 18: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Lac operonunun yapısal genleri

¤  Bu enzimin fizyolojik rolü tam açık olmamakla birlikte, hücrede laktozun sindirilmesiyle ortaya çıkan toksik yan ürünlerin uzaklaştırılmasıyla ilgili olabilir.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

18

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 19: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Lac operonunun yapısal genleri

q  Araştırmacılar bu üç enzimi kodlayan genlerle ilgili çalışma yapmak için,

q  Enzimlerden birinin ya da diğerinin işlevini ortadan kaldıran çeşitli mutasyonları taşıyan mutantlar izole etmişlerdir.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

19

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 20: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Lac operonunun yapısal genleri

q  Aktif β-galaktozidaz ya da permeaz sentezleyemeyen mutant hücreler (sırasıyla, Lac Z⁻ ya da Lac Y⁻), laktozu enerji kaynağı olarak kullanamazlar.

q  Transasetilaz geninde de mutasyonlar bulunmuştur.

q  Lederberg’in yaptığı haritalama çalışmaları sonucunda, üç genin hepsinin birbirleri ile yakın bağlantılı olduğu ve Z-Y-A düzeninde bitişik oldukları saptanmıştır.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

20

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 21: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Lac operonunun yapısal genleri

q  Yapısal genler hakkında başka bir gözlem daha yapılmıştır.

q  Bu üç genin tek bir birim halinde transkripsiyona uğrayarak bir polisistronik mRNA oluşturdukları saptanmıştır.

q  Üç gen ürününün translasyonu tek bir haberci molekülden (tek bir mRNA’dan) yapıldığı için, bu üç genin regülasyonu da birlikte yapılmaktadır.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

21

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 22: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Regülatör mutasyonların bulunuşu

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 çalışmalardan elde edilmiştir.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

22

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 23: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Regülatör mutasyonların bulunuşu

q  Sahte uyarıcılar, doğal uyarıcılar gibi davranırlar.

q  Ancak, sentezlenecek olan enzimlerin substratları değildirler.

q  O halde, laktozun uyarılmadaki rolü nedir?

q  Bu sorunun cevabını almak için konstitütif mutantlar denilen diğer bir sınıf mutasyonun çalışılması gerekmiştir.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

23

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 24: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Sahte indükleyici ajan: İzopropiltiyoogalaktozit (IPTG)

Prof. Dr. Bektaş TEPE

24

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 25: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Regülatör mutasyonların bulunuşu

q  Bu tip mutasyonlarda, laktoz ortamda olsa da olmasa da enzimler sentezlenir.

q  Bu tip ilk konstitütif mutasyon olan lac I⁻ haritalandığında, DNA’da yapısal genlere yakın, ancak faklı bölgede bulunduğu saptanmıştır.

q  Lac I geni baskılayıcı gen olarak adlandırılır.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

25

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 26: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Regülatör mutasyonların bulunuşu

q  Benzer etkileri oluşturan ikinci tip konstitütif mutasyonlar yapısal genlerin hemen yanındaki bölgede bulunmuştur.

q  Bu sınıftaki mutasyonlara Lac Oᶜ adı verilmektedir.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

26

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 27: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Operon modeli: Negatif kontrol

q  1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde, birlikte regüle ve ifade edildiği bir operon modeli önermişlerdir.

q  Lac operonunda Z,Y,A yapısal genleri ve bunların hemen yanında operatör bölge denilen DNA dizileri yer alır.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

27

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 28: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Operon modeli: Negatif kontrol

q  Jacob ve Monod’a göre, Lac I geni bir baskılayıcı molekül oluşturarak yapısal genlerin transkripsiyonunu regüle etmektedir.

q  Bu molekül baskılayıcı allosterik bir moleküldür.

q  Bunun anlamı şudur:

q  Molekül, başka bir moleküle tersinir olarak bağlanır ve hem üç boyutlu yapısı konformasyonal değişikliğe uğrar hem de kimyasal aktivitesi değişir.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

28

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 29: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Operon modeli: Negatif kontrol

q  Jacob ve Monod’a göre, baskılayıcı normal olarak operatör bölgenin DNA dizisiyle ilişki kurmaktadır.

q  Bu durumda, RNA polimerazın işlevi engellenir.

q  Yapısal genlerin transkripsiyonu etkin bir biçimde baskılanır.

q  Ancak, ortamda laktoz varsa, bu şeker baskılayıcıya bağlanır ve baskılayıcı allosterik konformasyonel değişikliğe uğrar.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

29

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 30: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Operon modeli: Negatif kontrol

q  Bu değişiklik sonucu baskılayıcının bağlanma bölgesi değiştiği için, baskılayıcı, operatör DNA’ya bağlanamaz.

q  Baskılayıcı-operatör ilişkisi kurulamayınca, RNA polimeraz yapısal genlerin transkripsiyonunu gerçekleştirir.

q  Laktoz metabolizması için gerekli olan enzimler sentezlenir.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

30

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 31: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Operon modeli: Negatif kontrol

q  Transkripsiyon, yalnızca, baskılayıcının operatör bölgeye bağlanamadığı zaman gerçekleştiği için, regülasyonun negatif kontrol altında olduğu söylenir.

q  Laktoz olmadığında, laktozu metabolize edecek enzimlere gerek yoktur.

q  Dolayısıyla sentezleri baskılanır.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

31

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 32: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Operon modeli: Negatif kontrol

q  Ortamda laktoz varken, laktoz baskılayıcıya bağlanarak, genlerin ifadesini dolaylı olarak aktive eder.

q  Laktozun tümü aktive olduğunda ortamda baskılayıcıya bağlanacak laktoz kalmaz.

q  Baskılayıcı operatör DNA’ya bağlanmak üzere serbest kalır ve transkripsiyon baskılanır.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

32

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 33: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Operon modeli: Negatif kontrol

q  Hem I⁻ hem de Oᶜ konstitütif mutasyonları bu moleküler ilişkileri bozarak yapısal genlerin sürekli transkripsiyonuna neden olur.

q  I⁻ mutantında, baskılayıcı protein biçim değiştirmiştir ve operatör bölgeye bağlanamaz.

q  Böylece yapısal genler devamlı olarak açık kalır.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

33

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 34: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Operon modeli: Negatif kontrol

q  Oᶜ mutantında, operatör DNA’nın nükleotid dizisinde değişiklik bulunur.

q  Normal baskılayıcı molekül operatöre bağlanamaz.

q  Sonuç her iki durumda da aynıdır:

q  Yapısal genler sürekli transkripsiyona uğrarlar.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

34

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 35: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Prof. Dr. Bektaş TEPE

35

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 36: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Prof. Dr. Bektaş TEPE

36

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 37: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Operon modelinin genetik kanıtı

q  Operon modeli, doğruluğunun kanıtlanması için test edilebilen üç ana varsayım bulunmaktadır. q  I geni, yayılabilen hücresel bir ürünü oluşturur.

q  O bölgesi, regülasyona katılır, ancak bir ürün oluşturmaz.

q  Transkripsiyonu regüle edebilmek için O bölgesi, yapısal genlerin hemen bitişiğinde yer almalıdır.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

37

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 38: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Operon modelinin genetik kanıtı

q  Bu varsayımları, özellikle de karşı-etkili (trans-acting) regülatör elementlerle ilgili olanları, doğrulamak için kısmi diploid bakteriler oluşturulmuştur.

q  Örneğin, bir F plazmidi kromozomal genleri içerebilir.

q  Bu durumda plazmit, F’ şeklinde gösterilir.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

38

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 39: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Operon modelinin genetik kanıtı

q  F⁺ hücreye böyle bir plazmit katıldığında, hücre kendi kromozomunun yanı sıra plazmitte bulunan bir ya da daha fazla ilave gene de sahip olur.

q  Bu durumda, bu ilave genler için diploid olan ve merozigot adı verilen bir konak hücre meydana getirilmiş olur.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

39

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 40: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Operon modelinin genetik kanıtı

q  Bu tip plazmitler kullanılarak; q  I⁺ geni, genotipi I⁻ olan bir konak hücreye

q  Ya da O⁺ bölgesi, genotipi Oᶜ olan bir konak hücreye sokulabilir.

q  I⁻ hücreye bu şekilde bir plazmit yardımıyla I⁺ geni aktarıldığında, uyarılabilirlik tekrar sağlanmaktadır.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

40

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 41: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Operon modelinin genetik kanıtı

q  Çünkü, trans-acting faktör olan normal yabanıl tip bir baskılayıcı molekül, aktarılan I⁺ geninden sentezlenmeye başlar.

q  O⁺ bölgesi, Oᶜ hücreye aynı şekilde aktarıldığında konstitütif enzim üretimi üzerinde bir etkisi olmamaktadır.

q  Çünkü, kontrolün gerçekleşmesi için O⁺ geninin yapısal genlerin hemen yanında olması gerekmektedir.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

41

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 42: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Operon modelinin genetik kanıtı

q  Yani, O⁺ cis-acting regülatördür.

q  Operon modelinin bir diğer öngörüsü de, I genindeki belirli mutasyonların, I⁻ nin tersi bir etki gösterdiğidir.

q  Bu durumda, baskılayıcı molekül operatör bölgeye bağlanamadığı için konstitütif olan sentezin yerine,

q  Uyarıcı ajan olan laktoza bağlanamayan mutant represör molekülün oluşması söz konusudur.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

42

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 43: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Operon modelinin genetik kanıtı

q  Sonuçta, baskılayıcı molekül daima operatör diziye bağlı kalmakta ve yapısal genler kalıcı olarak baskılanmaktadır (IS mutasyonu-süper represyon).

q  Eğer böyle bir durum söz konusu ise, ilave bir I⁺ geninin baskılama üzerinde çok az etkisi görülür ya da hiçbir etkisi görülmez.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

43

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 44: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Prof. Dr. Bektaş TEPE

44

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 45: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Lac operonunun pozitif kontrolü: Katalitik aktivatör protein (CAP)

q  β-galaktozidaz’ ın rolü; laktozu, glukoz ve galaktoz bileşenlerine parçalamaktır.

q  Daha sonra galaktoz, hücrede kullanılmak üzere glukoza dönüştürülür.

q  Hücre kendisini bol miktarda hem laktoz hem de glukoz içeren bir ortamda bulursa ne olur?

Prof. Dr. Bektaş TEPE

45

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 46: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Lac operonunun pozitif kontrolü: Katalitik aktivatör protein (CAP)

q  Hücrenin β- galaktozidaz üretmek için laktoz tarafından ‘indüklenmesi’ enerjinin rasyonel kullanılması bakımından uygun değildir.

q  Çünkü hücrenin ihtiyacı olan glukoz zaten ortamdadır.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

46

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 47: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Lac operonunun pozitif kontrolü: Katalitik aktivatör protein (CAP)

q  Böyle bir koşulda, katabolit-aktivatör protein (CAP) olarak adlandırılan başka bir moleküler bileşen işe karışmaktadır.

q  CAP, ortamda glukoz varken lac operonunun ifadesini baskılar.

q  Katabolit represyon (baskılama) olarak adlandırılan bu inhibisyon, laktoz varlığında bile glukozun metabolize edilebileceğini göstermektedir.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

47

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 48: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Lac operonunun pozitif kontrolü: Katalitik aktivatör protein (CAP)

q  Glukoz varlığında, ortamda laktoz olsa bile lac operonu aktive olmamaktadır.

q  Hücre enerji kaynağı olarak glukozu tercih etmektedir.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

48

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 49: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

CAP’ın regülasyondaki rolü

q  Uyarıcıya CAP-cAMP kompleksi bağlandığında, lac operonu aktive olur.

q  RNA polimeraz tarafından yapısal genlerin transkripsiyonu gerçekleştirilir.

q  Transkripsiyonun başlaması için, RNA polimerazın promotor bölgenin nükleotid dizilerine bağlanması gerekir.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

49

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 50: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

CAP’ın regülasyondaki rolü

¤  CAP’ın ortamda bulunması, polimerazın promotora bağlanmasını kolaylaştırır.

¤  Ortamda glukoz yokken ve uyarılabilen koşullarda, CAP molekülü CAP bölgesine bağlanarak RNA polimerazın promotora bağlanmasını,

¤  Dolayısıyla da transkripsiyonu kolaylaştırmakta ve pozitif kontrol etkisi göstermektedir.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

50

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 51: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

CAP’ın regülasyondaki rolü

q  CAP’ın CAP bölgesine bağlanması, cAMP’ye (siklin adenozin mono fosfat) bağlıdır.

q  Promotora bağlanabilmek için CAP’ın cAMP ile kompleks oluşturması gerekir.

q  cAMP düzeyi ise adenil siklaz enzim aktivitesine bağlıdır.

q  Bu enzim, ATP’nin cAMP’ye dönüşümünü katalize etmektedir.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

51

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 52: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Adenilat siklaz tarafından ATP’den cAMP oluşumu

Prof. Dr. Bektaş TEPE

52

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 53: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

CAP’ın regülasyondaki rolü

q  Glukoz, adenin siklaz aktivitesini inhibe ederek hücredeki cAMP seviyesini düşürür.

q  Bu durumda CAP, lac operonun transkripsiyonun pozitif kontrolü için gerekli olan CAP-cAMP kompleksini oluşturamaz.

q  cAMP-CAP kompleksi DNA’ya bağlandığında,

q  DNA’nın bükülerek yeni bir konformasyon almasını sağlamaktadır.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

53

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 54: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

CAP’ın regülasyondaki rolü

q  cAMP-CAP ya da RNA polimeraz, tek başlarına, lac promotor DNA’sına etkin bir biçimde bağlanamaz.

q  Her iki molekülün de birbirine güçlü bir ilgisi yoktur.

q  Ancak, lac promotor DNA’sının varlığında, bu iki molekül bir arada bulunursa, çok sıkı bağlı bir kompleks oluştururlar.

¤  Biyokimyada bu tip ilişkiye kooperatif bağlanma denir.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

54

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 55: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Prof. Dr. Bektaş TEPE

55

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 56: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Operon modelinin doğrulanması: Kristal yapı incelemesi

Prof. Dr. Bektaş TEPE

56

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 57: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Prof. Dr. Bektaş TEPE

57

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 58: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Triptofan (trp) operonu: Baskılanabilen operon

q  Yabanıl tip E. coli, amino asitlerin biyosentezi için gerekli olan enzimleri ve diğer temel makromolekülleri üretebilmektedir.

q  Çalışmalarını triptofan amino asidi ve triptofan sentetaz enzimi üzerine yoğunlaştıran Monod,

q  Üreme ortamında yeterli miktarda triptofan varken, triptofan sentezinden sorumlu enzimlerin sentezlenmediğini gözlemlemiştir.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

58

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 59: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Triptofan (trp) operonu: Baskılanabilen operon

q  Daha sonraki araştırmalar, E. coli kromozomunda yan yana bulunan beş tane genin şifrelediği bir dizi enzimin triptofan sentezinde rol aldığını göstermiştir.

q  Bu genler operonun bir parçasıdır.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

59

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 60: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Baskılama mekanizması

q  Jacob ve Monod bu mekanizmayı şu şekilde açıklamıştır:

q  Normalde inaktif olan baskılayıcı tek başına operonun operatör bölgesine bağlanamaz.

q  Ancak, baskılayıcı triptofana da bağlanabilen allosterik bir moleküldür.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

60

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 61: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Baskılama mekanizması

q  Ortamda triptofan bulunuyorsa; q  Triptofan baskılayıcıya bağlanır.

q  Oluşan kompleks yeni bir konformasyon alarak operatöre bağlanır.

q  Transkripsiyonu baskılar.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

61

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 62: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Baskılama mekanizması

q  Böylece, anabolik yolun son ürünü olan triptofan ortamda bulunuyorsa, sistem baskılanır.

q  Triptofan sentezinden sorumlu olan enzimler üretilmez.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

62

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 63: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Prof. Dr. Bektaş TEPE

63

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 64: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Baskılama mekanizması

q  Regülatör kompleksi operonun transkripsiyonunu engellediğinden, bu baskılanabilen sistem negatif kontrol altındadır.

q  Baskılama mekanizmasında triptofan da katıldığı için, bu denetleme modelinde triptofana ko-represör (ortak-baskılayıcı) adı verilir.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

64

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 65: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Attenüasyon, operonun kontrolünde önemlidir

q  Yanofsky, yüksek triptofan derişiminde, transkripsiyonun başlamasını takiben yaklaşık 140 nükleotid sentezlendikten sonra mRNA dizisinin sonlandığını bulmuştur.

q  Bu işlem operonun genetik ifadesini etkin bir şekilde azalttığının göstergesi olarak ‘attenuasyon’ (güç kaybı, zayıflaması) olarak adlandırılmıştır.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

65

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 66: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Attenüasyon, operonun kontrolünde önemlidir

q  Ortamda triptofan yoksa ya da çok düşük derişimde bulunuyorsa, transkripsiyon başlatılır ve hemen sonlandırılmaz.

q  Transkripsiyon, lider dizinin ilerisinde yer alan trpE ile başlayan yapısal genleri şifreleyen DNA dizisi boyunca devam eder.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

66

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 67: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Attenüasyon, operonun kontrolünde önemlidir

q  Lider dizide, 115-140 nükleotidlik bir bölgede yer alan çeşitli delesyon tipindeki mutasyonların incelenmesi ile attenuasyonda rol alan bölge belirlenmiştir.

q  Burada oluşan mutasyonlar attenuasyonu ortadan kaldırmaktadır.

q  Bu bölgeye ‘attenuatör’ adı verilmiştir.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

67

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 68: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Attenüasyon, operonun kontrolünde önemlidir

¤  Transkripsiyona uğrayan ilk DNA dizisi, ‘saç tokaları’ adı verilen, karşılıklı iki özel ilmik şeklinde katlanma potansiyeline sahip bir mRNA’nın ortaya çıkmasını sağlar.

¤  Fazla miktarda triptofan varlığında oluşan saç tokası sonlandırıcı (terminatör) yapı gibi davranır.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

68

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 69: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Attenüasyon, operonun kontrolünde önemlidir

q  Transkripsiyon hemen her zaman erken sonlanır.

q  Diğer taraftan, triptofan azsa, sonlandırıcı olmayan (anti-terminatör) saç tokası adı verilen diğer bir yapı oluşturur.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

69

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 70: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Prof. Dr. Bektaş TEPE

70

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 71: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Attenüasyon, operonun kontrolünde önemlidir

q  Attenuasyon, E. coli’de, amino asit biyosentezi için gerekli olan enzimleri kontrol eden diğer bakteriyel operonlar için de geçerli olan ortak bir mekanizma olarak görünmektedir.

q  Triptofandan başka, threonin, histidin, lösin ve fenilalanin metabolizması ile ilgili operonların lider dizilerinde de attenuatörlerin varlığı gösterilmiştir.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

71

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 72: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Attenüasyon, operonun kontrolünde önemlidir

q  Attenuasyon zaman ve yer açısından prokaryotlara özgüdür.

q  Ökaryotlarda transkripsiyon çekirdekte, translasyon ise sitoplazmada meydana geldiği için böyle bir mekanizma olanaksızdır.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

72

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 73: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

ara operonu

q  E. coli’de arabinoz (ara) operonununun kendine özgü bir özelliği vardır.

q  Çünkü, aynı regülatör protein hem pozitif hem de negatif kontrol yapabilme özelliğine sahiptir.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

73

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 74: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

ara operonu

q  Dolayısıyla, bu protein, gen ifadesini ya uyarır ya da baskılar.

q  Operonun aktif ya da inaktif olması: q  Arabinoz şekerinin metabolizmasında, üç yapısal genin şifrelediği (ara B,A ve D) enzimler rol alır.

q  Sistem, sadece I bölgesine AraC bağlı olduğu zaman uyarılır.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

74

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 75: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

ara operonu

¤  Uyarılma için hem arabinoz hem de cAMP birlikte bulunmalıdır.

¤  Ortamda arabinoz ve cAMP bulunmadığında AraC proteine hem I hem de O₂ bölgesine bağlanır.

¤  O2 bölgesi, I bölgesinin 200 nükleotid yukarısında bulunur.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

75

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 76: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

ara operonu

q  AraC iki regülatör bölgeye dimer olarak bağlanır.

q  İki bölgede bağlı durumdayken bu iki dimer birbiri ile ilişki kurarak baskılanmaya neden olan ilmik yapısının oluşumunu sağlar.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

76

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 77: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

q  ara operonu ile ilgili bu bulgular, birbirleri ile ilgili gen gruplarının regülasyonunun ne kadar karmaşık bir işlem olduğunu göstermektedir.

q  Regülatör mekanizmalarının gelişmesi, bakteriyel sistemlere, çeşitli doğal çevrelere uyum sağlamada evrimsel avantaj kazandırmıştır.

Prof. Dr. Bektaş TEPE

77

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 78: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

Prof. Dr. Bektaş TEPE

78

(Kaynak: Genetik Kavramlar, Klug, Cummings & Reece)

Page 79: PROKARYOTLARDA GEN İFADES İNİN DÜZENLENMESİ · Operon modeli: Negatif kontrol ! 1960’larda, Jacob ve Monod, negatif kontrol gösteren ve bir gen grubunun tek bir birim halinde,

TEŞEKKÜR

Bu sunumun hazırlanmasındaki katkılarından dolayı aş︎a ︎ğıda ğıda isimleri verilen ö︎rencilerime teş︎ekkür ederim. rencilerime teş︎ekkür ederim. ekkür ederim.

FATMA GÜNDOĞAN

DENİZ BABACAN

79

Prof. Dr. Bektaş TEPE (Kaynak: Genetik Kavramlar,

Klug, Cummings & Reece)