26.12.2018

1

BİYOKİMYA I

Dr. Naşit İĞCİ

Temel kaynak olarak kitap kullanılacaktır. Bu notta derste anlatılan ancak kitapta yer almayan konular bulunmaktadır. Sınavda hem kitaptan hem de ek notlardan soru çıkacaktır.

Final Ek Not

• Glikozidik bağ genel olarak, bir şekerin veya şeker türevinin hemiasetal veya hemiketal grubuyla başka bir molekülün (ör: alkol, şeker) OH grubu arasında oluşur. Bu durumda glikozidik bağlar tek bir monosakkaritinüzerinde kurulabileceği gibi (molekül içi), iki monosakkarit arasında da kurulabilir.

• Monosakkaritler birbirlerine glikozidik bağlar ile bağlanırlar.Bu durumda glikozit bağları (glikozidikbağlar), bir monosakkarit ile diğer bir monosakkaritinhidroksil grupları arasında meydana gelir. (1 molekül su açığa çıkar)

• Glikozidik bağlar bazlara karşı dayanıklı olmasına karşın, asidik ortamlarda kaynatıldığında hidrolize olur.

N- ve O- glikozidik bağ

26.12.2018

2

• Bir şekerin anomerik karbonuna bağlı hidroksil grubu ile herhangi bir hidroksil grubu (başka bir monosakkarite ait veya değil) arasında su çıkışı ile oluşan kovalent bağa O-glikozidik bağ denir.

• Diğer bir çeşit glikozit bağı ise bir şekerin anomerikkarbonuna bağlı hidroksil grubu ile amin grubundaki azot atomuna bağlı hidrojenin su oluşturarak ayrılmasıyla anomerik C ile N atomu arasında meydana gelir. Buna da N-glikozidik bağ denir. (Nükleotitlerde bu tip bağ bulunur.)

• Örneğin disakkaritler ise genellikle O-glikozidik bağı ile oluşur.

N- ve O- glikozidik bağ

26.12.2018

3

• Bazal membran, epitel hücrelerin temelini oluşturan özelleşmiş bir ECM olup kollajen, laminin ve heteropolisakkaritleri içerir. Glikozaminoglikanlar (mukopolisakkaritler)olarak adlandırılan bu heteropolisakkaritler, tekrarlanan disakkarit birimlerinden oluşmuş düz zincirli bir polimer ailesidir.

• Bunlar hayvanlara ve bakterilere özgü olup, bitkilerde bulunmazlar. Glikozaminoglikanlarda iki monosakkaritten birisi her zaman ya N-asetilglukozamin ya da N-asetilgalaktozamindir. Diğeri de çoğu durumda bir uronik asittir (genellikle D-glukuronik veya L-iduronik asittir).

Glikozaminoglikanlar

• Bazı alg türleri de C-3 ve C-6 arasında eter bağlı D-galaktoz ve bir L-galaktoz türevinden oluşmuş, sülfatlanmış bir heterosakkarit karışımı olan agariçerirler. Agar, değişen miktarlarda sülfat ve pirüvatgruplarının yerleştiği bir iskelete sahip karmaşık bir polisakkarit karışımıdır. Agaroz ise çok az yüklü grupları (sülfatlar, pirüvatlar) olan agar bileşenidir. Agarozun jel oluşturabilme özelliği onu biyokimya laboratuvarlarında kullanışlı kılar.

Diğer önemli yapısal heteropolisakkaritler

26.12.2018

4

• Polisakkaritler yakıt deposu ve yapısal özelliklerinin yanı sıra bilgi taşıyıcısıdırlar. Bazıları hücreler ve hücre dışı çevreleri arasındaki iletişimi sağlarken, diğer bazıları proteinleri işaretleyerek onların belirli organellere taşınmasını veya yıkımlarının gerçekleştirilmesini sağlarlar. Bazıları ise hücre dışı sinyal molekülleri (ör: büyüme faktörleri) ve hücre dışı parazitler (bakteriler veya virüsler) için tanıma yerleri olarak görev yaparlar.

Glikokonjugatlar

• Hücreyi çevreleyen glikokaliks yapısındaki oligosakkaritler hücre-hücre tanıma, hücre adhezyonu ve göçü, kan pıhtılaşması, immün cevap, yara iyileşmesi gibi birçok önemli hücresel faaliyette rol oynarlar.

• Bu durumların çoğunda bilgi taşıyan karbonhidrat, biyolojik aktif molekül olan glikokonjugatıoluşturmak üzere bir protein veya lipit molekülüne kovalent olarak bağlanır. Bu anlamda biyolojik aktif olan 3 tip glikokonjugattan bahsedilebilir: proteoglikanlar, glikoproteinler ve glikolipitler.

Glikokonjugatlar

26.12.2018

5

• Hücre yüzeyi ve hücre dışı matriksteglikozaminoglikanlar proteinlerle kovalentbağlanarak çok büyük agregatlar oluştururlar. Bu yapılara proteoglikanlar (mukoproteinler) denir. Proteoglikanlar çoğunlukla (%95 veya daha fazla oranda) polisakkaritten oluşmuştur.

• Proteoglikanlar tüm hücre dışı matrikslerin temel bileşenidir.

• Çoğu proteoglikan hücre dışı matrikse salgılanır, bununla birlikte bazıları integral zar proteinleri olarak görev yapar.

Proteoglikanlar

26.12.2018

6

• Glikokonjugatların önemli bir grubu da glikoproteinlerdir. Peptit zincirlerine kovalent bağlı olarak karbonhidrat grupları bulunduran glikoproteinlerin biyolojik önemi büyüktür ve canlılarda yaygın olarak bulunan heteropolisakkaritlerdir.

• Bazı glikoproteinler tek bir oligosakkarit zincirine sahipken bazılarınınki birden fazladır. Değişik glikoproteinlerdeki karbonhidrat oranı farklılık gösterir; bu oran genellikle %1-70 arasında değişir.

• Glikoproteinlerde birçok monosakkarit tipi ve türevleri bulunabilir. Bunlar 2 veya daha fazla şekerin düz veya dallanmış zincirlerini bulundurabilir.

Glikoproteinler

• Omurgalılardaki hemen hemen bütün glikoproteinlerin fonksiyonu hücredışıdır.Omurgalılardaki önemli glikoproteinlerolarak;

▫ Hücre çeperi glikoproteinleri

▫ Kan glikoproteinleri

▫ Antikorlar

▫ Bağırsaktan salgılanan çeşitli sindirim enzimleri

▫ Ekstraselüler bazal membran glikoproteinleri

▫ Bazı protein yapısındaki hormonlar

• sayılabilir

Glikoproteinler

26.12.2018

7

• Glikoproteinlerdeki karbonhidrat grupları polipeptitzincirine genelde 2 farklı şekilde bağlanmıştır:

• Ovalbümin ve immünoglobülinlerde görülen 1. tip glikoproteinlerde; oligosakkaridin N-asetil-D-glukozamin bileşeninin anomerik karbonu ile peptit zincirindeki asparagin amino asidinin amit grubu arasında N-glikozit bağı oluşur.

• Submaksillar mukoproteinlerde görülen 2. tip glikoproteinlerde oligosakkaridin N-asetil-D-galaktozamin bileşeninin anomerik karbonu ile polipeptit zincirinin serin veya treonin amino asitlerinin hidroksil grupları arasında O-glikozit bağı oluşur.

Glikoproteinler

26.12.2018

8

• Hücrede en çok bu iki tip bağlanma görülür. Ancak daha nadir olarak bulunsa da bunlar dışında da bağlanma tipleri vardır:

▫ C-glikolizasyon: Mannoz, triptofan amino asidinin indol halkasına bağlanır

▫ Glipiasyon: Merkezde bulunan glikan grubu bir tarafında protein, bir tarafında da lipit kuyruğunu bağlar

▫ Fosfoglikozilasyon: Oligosakkarit serin amino asidine fosfodiester bağı ile bağlanır.

Glikoproteinler

• Müsinler, salgılanan ve çok sayıda O-bağlı oligosakkarit zincirleri içerebilen zar glikoproteinleridir. Müsinler çoğunlukla salgıda bulunurlar ve mukusa tipik kaygan özelliğini kazandırırlar.

• Tüm memeli proteinlerinin yaklaşık yarısı glikozillenmiş durumdadır (bağlı karbonhidrat grupları içerirler) (ör: kan proteinleri, immünoglobülinler, bazı hormonlar) ve tüm memeli genlerinin yaklaşık %1’i bu oligosakkaritzincirlerinin sentezi ve bağlanmasında yer alan enzimleri kodlar.

Glikoproteinler

26.12.2018

9

• Plazma zarının dış yüzeyi çeşitli karmaşıklıkta kovalent bağlı oligosakkarit dizileri içeren birçok zar glikoproteinine sahiptir.

• İnsan kan grubu proteinleri de bunlara bağlı oligosakkaritleri bulundurur (glikoproteinyapısındadırlar). Bu oligosakkaritler L-fukoz, D-galaktoz, N-asetil-D-glukozamin ve N-asetil-D-galaktozaminden oluşmaktadır.

Glikoproteinler

• Kutuplarda yaşayan balıkların kan plazmasında bulunan antifriz proteinleri ilgi çekicidir. Bunların polipeptit zinciri tekrarlayan Ala-Ala-Thr dizileri içerir. Her bir treonin amino asidine galaktozil-N-asetilgalaktozamin disakkaridi bağlanmıştır. Antifriz proteinleri su içerisinde muhtemelen esnek bir yapı oluşturarak buz oluşumunda kristal yapıyı etkiler. Sonuç olarak suyun donma noktasını düşürerek bu balıkların hayatlarını sürdürmelerini mümkün kılar.

Glikoproteinler

26.12.2018

10

• Hücrede oligosakkarit zinciri taşıyan glikokonjugatlar sadece glikoproteinler değildir. Bazı lipitler de bunlara bağlı oligosakkarit zinciri içerirler. Bu kompleks moleküller glikolipit olarak adlandırılır.

• Ökaryotik hücrelerin membran lipitleri olan gangliyositlerde, zarın dış yüzeyini oluşturan polar baş kısmı sialik asit ve diğer bazı monosakkaritbirimleri içeren kompleks bir oligosakkarittir.

• İnsan kan gruplarının belirlenmesinde de gangliyositlerin önemi vardır.

Glikolipitler ve lipopolisakkaritler

• Lipopolisakkaritler, Escherichia coli ve Salmonellatyphimirium gibi Gram negatif bakterilerin dış zarının temel yüzey bileşenidir. Bu zarlardaki lipopolisakkaritler, bakteriyel enfeksiyonlara yanıt olarak omurgalı bağışıklık sistemi tarafından üretilen antikorların birincil hedefidir

Glikolipitler ve lipopolisakkaritler

26.12.2018

11

S. typhimirium’un dış zar lipopolisakkaritinin şematik gösterimi.

Glikozamin

• Karbonhidratlar ve bunların diğer biyolojik makromoleküllerle oluşturduğu kompleks moleküller (glikokonjugatlar) verilen örneklerde de görüldüğü gibi sadece depo ve yapısal olarak değil, temel hücresel fonksiyonlar açısından da çok önemlidir.

• Tüm proteinlere de lipitlere bağlı karbonhidratlar da dahil olmak üzere belli bir hücre veya dokudaki tüm karbonhidrat içeriğini, bunların fonksiyonlarını ve diğer moleküllere nereden ve ne zaman bağlandıklarını ortaya koymak için yapılan çalışmalar glikomiks olarak adlandırılır. Bu alan ise özel olarak glikobiyoloji olarak isimlendirilir.

26.12.2018

12

Bilgi Molekülleri Olarak

Karbonhidratlar: Şeker Kodu

• Karbonhidratların ve glikokonjugatların yapı ve işlevleriyle ilgilenen glikobiyoloji, biyokimyanın ve hücre biyolojisinin en aktif ve heyecan verici alanlarından birisidir.

• Giderek daha iyi anlaşıldığı üzere hücreler, hücre içi proteinlerin hedeflenmesi, hücre-hücre etkileşimleri, hücre farklılaşması ve doku gelişimi, hücre dışı sinyalizasyon gibi birçok olayda bilgilerin şifrelenmesinde özgül oligosakkaritleri kullanırlar.

Bilgi molekülleri olarak karbonhidratlar

26.12.2018

13

• Daha önce bahsedildiği gibi farklı şekerler ve şeker türevleri çeşitli pozisyonlarda bağ yapabilirler (1–2, 1–3, 1–4, 1–6, 2–3, 2–6) ve farklı anomerik şekillleresahip olabilirler. Ayrıca nükleik asitlerde ve proteinlerde karşımıza çıkmayan dallanmış yapılar oligosakkaritlerde yaygın olarak bulunur.

• Glikanlardaki bu zengin yapısal çeşitlilik, örneğin kendileriyle etkileşime giren proteinler tarafından okunabilen kendine özgü 3 boyutlu bir yapı oluşturmasını sağlar. Bu yapı da belli bir bilgiyi şeker koduyla sunmaktadır.

Bilgi molekülleri olarak karbonhidratlar

26.12.2018

14

• Bahsedildiği gibi, her bir karmaşık oligosakkaritpolimeri belli bir bilgiyi kodlar. Bu bilginin anlaşılabilmesi ve iletilmesi de hücrelerde genellikle proteinler ile gerçekleştirilir.

• Bütün organizmalarda bulunan lektinler, karbonhidratlara yüksek özgüllük ile bağlanan, bu sayede şeker kodunu okuyabilen proteinlerdir ve bir çok biyolojik işleme aracılık ederler.

• Lektinler hücre-hücre tanıma, sinyalleşme, hücre adhezyonu, yeni sentezlenen proteinlerin hücre içinde hedefine yöneltilmesinde görev alırlar.

Lektinler

26.12.2018

15

• Tohumlarda bol miktarda bulunan bitkisel lektinler, muhtemelen böcekler ve diğer yırtıcılar için bir çeşit savunma mekanizmasıdır.

• Laboratuvar çalışmaları ile saflaştırılmış bitki lektinleri farklı oligosakkarit gruplarına bağlanma özelliklerinden dolayı çeşitli glikan ve glikoproteinlerin teşhis ve ayrılmasında kullanılırlar.

Lektinler

• Hayvanlarda lektinlerin işlevlerine örnek olarak bazı peptit hormonların yapısında bulunan oligosakkaritleri tanımaları verilebilir.

• Kan dolaşımındaki bazı peptit hormonlar, dolaşımdaki yarı ömürlerini kuvvetle etkileyen oligosakkarit gruplarına sahiptirler. Örneğin lüteinleştirici hormon ve tirotropin, peptit yapıda hormonlar olup N-bağlı oligosakkaritlere sahiptir. Bunlarda bulunan oligosakkaritler hepatositlerdesentezlenen bir lektin tarafından yüksek özgüllükle tanınır. Lektin-hormon etkileşimi, bu hormonların hücre içine alınmasına ve yıkımına aracılık ederek kandaki derişimlerini düşürür ve denge sağlar.

Lektinler

26.12.2018

16

• İnsanda bazı hastalıkların gelişmesinde hastalıklara verilen immün cevapta hücre yüzeyi lektinleri çok önemlidir.

• Selektinler, hücre-hücre tanınmasına ve hücre adhezyonuna aracılık eden plazma zar lektinleriailesidir. Selektinlerin işlevlerine örnek olarak bazı immün sistem hücrelerinin (nötrofiller) enfeksiyon ve iltihaplanma bölgelerinde kapiller duvardan geçerek kandan dokulara hareketi verilebilir.

Lektinler

• İnsanda bazı hastalıkların gelişmesinde hastalıklara verilen immün cevapta hücre yüzeyi lektinleri çok önemlidir.

• Selektinler, hücre-hücre tanınmasına ve hücre adhezyonuna aracılık eden plazma zar lektinleri ailesidir. Selektinlerin işlevlerine örnek olarak bazı immün sistem hücrelerinin (nötrofiller) enfeksiyon ve iltihaplanma bölgelerinde kapiller duvardan geçerek kandan dokulara hareketi verilebilir.

Lektinler

26.12.2018

17

• İnfluenza (grip) virüsü de dahil olmak üzere çeşitli hayvan virüsleri konak hücrelerine, konak hücre yüzeyinde bulunan oligosakkaritlerle gerçekleşen etkileşimler aracılığıyla bağlanırlar. Hemaglütinin(HA) olarak bilinen grip virüsü lektini, konak hücre yüzeyindeki özgül oligosakkaritleri tanır ve virüsün hücreye girmesi ve enfeksiyon gelişimi için gereklidir. Virüs konak hücreye girdikten ve çoğaldıktan sonra viral bir sialidaz enzimi (nöraminidaz) hücreyle etkileşerek viralpartiküllerin açığa çıkmasını sağlar ve ikinci bir enfeksiyon döngüsü başlar.

Lektinler

• Antiviral ilaçlar olan oseltamivir (Tamiflu) ve zanamivir (Relenza) grip tedavisinde kullanılır. Bu ilaçlar şeker türevi olup, viral lektinlere bağlanmak için konak hücre oligosakkaritleriyle yarışarak viralsialidazı inhibe eder.

• Benzer şekilde virüs lektinleri ve konakçı yüzey oligosakkaritleri arasındaki tanımayı yarışmalı bir şekilde baskılayan şeker türevleri de antiviral ilaç olarak kullanılmaktadır.

Lektinler

26.12.2018

18

• Lektinlerin bütün işlevlerinde ve lektin-oligosakkarit etkileşimlerinin neden olduğu işlemlerde lektin tanınmasının yüksek derecede özgül olması, oligosakkaritlerin özgün yapılara sahip olmasıyla sağlanır. Her bir farklı oligosakkarit yapısı, şeker kodunda farklı “kelime”leri ifade eder. Lektinlerinbu özgül tanıma özellikleri, etkileşime girdikleri oligosakkaritler ile geometrik ve fizikokimyasal parametreler yönünden yüksek uyum gerçekleşmesiyle mümkün olur.

Lektinler

26.12.2018

19

Nükleotitler:

Nükleik asitlerin yapı taşları

• Nükleotitlerin hücredeki işlevleri özetlenecek olursa;

▫ Metabolik donüşümlerde enerji birimidirler,

▫ Hücrelerin hormonlara ve diğer hücre dışı uyaranlara verdiği yanıtta aracı moleküllerdir,

▫ Bazı enzimlerin kofaktörüdürler,

▫ Metabolik ara bileşiklerin yapısal bileşenidirler,

▫ Genetik bilginin kaynağı olan nükleik asitlerin monomeridirler.

Nükleotitler

26.12.2018

20

Nükleik asitler

• DNA ve RNA bazı kimyasal ve fiziksel özellikler yönünden birbirine çok benzer makromoleküllerdir.

• DNA deoksiribonükleotitlerin, RNA ise ribonükleotitlerin kovalent bağlanmış zincirlerinden meydana gelmiştir. Zincirler, bir nükleotitdin 5́-fosfat grubu ile bunu takip eden nükleotidin 3́-OH grubu arasında fosfodiester köprüsü (bağı) ile oluşturulur. Dolayısıyla nükleik asitlerin omurgaları fosfat ve pentozun tekrarları şeklindedir ve azotlu bazlar omurgaya tutunmuş yan gruplar gibi düşünülebilir.

Nükleik asitler

26.12.2018

21

• Nükleik asit zincirlerinde 5́ ve 3́ uçları bulunur. Bunlar fosfodiester bağını değil, nükleotitbulunmayan açıktaki uçları ifade eder. Bu zincirlerin baz dizilişleri verilirken genellikle 5́→ 3́ yönü kullanılır.

• DNA ve RNA, farklı tip pentozları ve urasil veya timin bulundurmaları bakımından birbirinden ayrılsa da nükleotidin kimliğini belirleyen içerdiği pentozdur. Bir nükleik asit pentoz olarak 2’-deoksi-D-riboz içeriyorsa, birkaç urasil bulundursa da DNA olarak tanımlanır. Aynı şekilde baz içeriğine bakılmaksızın D-riboz şekeri içeren nükleik asit de RNA olarak tanımlanır.

Nükleik asitler

26.12.2018

22

• Nükleik asit zincirlerinin dizilimleri verilirken her bir nükleotitin bulundurduğu baz belirtilir ve 5́→3́ yönünde dizi yazılır. Ör:

• ATGCCG

• pA-T-G-C-C-GOH

• pApTpGpCpCpG

• Kısa bir nükleik aside (genellikle 50 veya daha az sayıda monomer içeren) oligonükleotit denir. Daha uzun ise polinükleotit olarak adlandırılır.

Nükleik asitler

DNA

(Deoksiribonükleik Asit)

26.12.2018

23

• DNA, organizmaların ebeveynlerinden kalıtımla kazandığı genetik maddedir. Bir DNA molekülü çok uzun olup, genellikle yüzlerce ya da binlerce gen içerir. Hücre bölünerek çoğalırken DNA molekülleri kopyalanır (kendini eşler) ve bir hücre kuşağından bir sonrakine aktarılır. Bütün moleküller içerisinde sadece DNA kendi replikasyonunuyönetebilir.

DNA (Deoksiribonükleik asit)

26.12.2018

24

• Farklı hücrelerin ve virüslerin DNA molekülleri, 4 nükleotidi değişik oranlarda bulundurur.

• Yine DNA moleküllerinin nükleotit monomersayıları ve dizilişleri de canlı türüne göre farklılık gösterir.

• Bütün DNA çeşitlerinde bulunan adenin (A), guanin(G), sitozin (C) ve timin (T) bazlarının yanında, bazı DNA molekülleri bu bazların metil türevlerini de bulundurur. Bu metil türevleri DNA sentezlendikten sonra oluşmuştur.

DNA (Deoksiribonükleik asit)

26.12.2018

25

• Prokaryotik hücrelerin genetik materyali tek bir molekül ikili heliks şeklindeki DNA’dan oluşur. Ökaryotik hücreler ise birden fazla kromozoma sahiptir. Bir kromozom/kromatit, bir DNA molekülü demektir.

• Ökaryotik hücrelerde DNA moleküllerinin tamamına yakını hücre çekirdeğinde yer alır ve bazik özellikteki histon proteinleriyle kompleks yapmış haldedir. Bu hücrelerin mitokondrilerinde ve varsa kloroplastlarında prokaryotik hücre DNA’larına benzer özelliklere sahip olan DNA molekülleri bulunur.

DNA (Deoksiribonükleik asit)

26.12.2018

26

• Antiparalel ikili sarmal DNA modeli James Dewey Watson ve Francis Crick tarafından keşfedilmiştir ve 1953 yılında yayınlanmıştır. Bu keşiflerinde Rosalind Franklin ve MuriceWilkins tarafından ortaya koyulan X-ışını kırınımı sonuçları önemli rol oynamıştır. Watson, Crick ve Wilkins 1962 yılında Nobel ödülü almıştır.

DNA (Deoksiribonükleik asit)

• Çeşitli koşullar altında DNA’nın 3 boyutlu yapısında bazı değişiklikler olan farklı formları bulunabilir (A-DNA, B-DNA, Z-DNA gibi). Biyolojik olarak genetik materyali oluşturan, yani yaygın olan form B-DNA formudur.

• Watson ve Crick tarafından 3 boyutlu yapısı tanımlanan form da B formudur.

DNA (Deoksiribonükleik asit)

26.12.2018

27

• DNA molekülleri, birbirini tamamlayıcı, “antiparalel” ikili sarmal (heliks) şeklinde düzenlenmiş iki zincir halindedir.

DNA (Deoksiribonükleik asit)

Küçük oluk (minor groove)

Büyük oluk (major groove)

Hidrofobik etkileşimler, hidrofobik özellikteki azotlu bazların DNA molekülünün içine doğru, hidrofilik fosfat ve şeker gruplarının ise DNA’nın dışına doğru yönelmesinde etkilidir.

26.12.2018

28

Aralıkları nedeniyle, yalnızca bazı bazlar birbirleriyle eşleşebilir.

• İki zincir birbirine, azotlu bazlar arasında kurulan H bağları ile tutunur. A ve T arasında 2, G ve C arasında 3 H bağı vardır. Çift zincirli helikste A daima T ile, C ise G ile hidrojen bağı yapar.

• DNA ısıtılırsa belli bir sıcaklıkta aradaki H bağları kırılır. Bu heliks yapısının açıldığı sıcaklığa DNA’nın erime derecesi (TM) (ikili sarmalın yarısının açıldığı sıcaklık) denir. Bu olaya (DNA çift zincirinin açılması) DNA’nın denatürasyonu denir.

DNA (Deoksiribonükleik asit)

26.12.2018

29

• B-DNA her döngüde yaklaşık 10 baz çifti içerir.

• Sarmalın çapı 2.37 nm, birbirini takip eden iki baz arasındaki mesafe ise 0.34 nm’dir.

• Bir dönüş tamamlandığında aralık 3.4 nm olarak hesaplanır.

DNA (Deoksiribonükleik asit)

26.12.2018

30

• DNA oldukça esnek bir moleküldür. Şeker-fosfat iskeleti etrafındaki çeşitli bazlar için dönüş mümkün olduğu gibi sıcaklık değişimleri de kıvrılma, esneme, çözülme gibi değişimlere neden olabilir.

• Bu gibi durumların sonucunda Watson ve Cricktarafından tanımlanan B-DNA modelinden sapmalar olabilir. Bu durumların çoğunda baz eşleşmeleri ve antiparalel durum yine aynıdır ancak 3 boyutlu yapıda bazı değişiklikler olur.

DNA’nın farklı formları

26.12.2018

31

• Watson ve Crick tarafından tanımlanan B şekli fizyolojik koşullarda en kararlı durum olduğu için referans olarak alınır. Bunun dışında 3 boyutlu yapısı iyi aydınlatılmış diğer iki önemli örnek de A-DNA ve Z-DNA formlarıdır.

DNA’nın farklı formları

26.12.2018

32

• A şekli suyun kısmen az olduğu ortamlarda aldığı şekildir.

• B-DNA kristallerinden su uzaklaştırılmasıyla veya tuz oranının azaltılmasıyla B-DNA kısalıp kalınlaşarak A-DNA'yı oluşturur.

• B-DNA gibi A-DNA da sağa dönüşlü sarmal yapar.• Sarmalın çapı 2.3 nm. dir ve her bir tam dönüşte

10.7 (~11) baz çifti yer alır. Tam bir dönüş 2.8 nm. uzunluktadır.

• Dar ve derin bir büyük çöküntüye(major groove), geniş ve sığ bir küçük çöküntüye(minor groove) sahiptir.

DNA’nın farklı formları: A-DNA

26.12.2018

33

• Z yapısındaki DNA, B yapısından daha çok uzaklaşmaktadır.

• En belirgin fark soldan dönüşlü olmasıdır.

• Bir tam dönüşte 12 baz bulunur ve yapı daha ince ve uzun bir hal almaktadır.

• DNA iskeleti de zikzaklı bir görünüm kazanmıştır.

• Büyük oluk Z-DNA’da güçlükle belirlenir, küçük oluk da dar ve derindir.

• Bazı nükleotit dizileri (özellikle ardışık G-C içerenler) soldan dönüşlü şekle girmeye daha meyillidir.

DNA’nın farklı formları: Z-DNA

• Hücrelerde A-DNA’nın varlığı bilinmemekle birlikte Z-DNA’nın kısa diziler şeklinde bakteriler ve ökaryotlarda bulunduğu konusunda veriler vardır.

• Biyolojik işlevi kesin olarak bilinmemekle beraber bazı özel proteinlerin DNA'nın G-C baz çiftlerince zengin bölgelerine bağlanması ile B'den Z formuna geçiş olabileceği ve ayrıca da gen ekspresyonunda rol oynadığı düşünülmektedir.

DNA’nın farklı formları: Z-DNA

26.12.2018

34

• Üçlü heliks yapı gösteren formdur.

• Bu yapılar düşük pH değerlerinde kararlıdırlar.

• Canlı hücrelerde seyrek olarak bulunabildiği ve gen ifadesinin düzenlenmesinde rolü olabileceği düşünülmektedir.

• DNA’nın kısa bir bölgesinin üçlü heliks oluşturmak üzere yeniden düzenlenmesiyle oluşur.

DNA’nın farklı formları: H-DNA

26.12.2018

35

DNA’nın farklı formları: H-DNA

26.12.2018

36

• G-quadruplex, özellikle guanince zengin diziler içeren nükleik asit bölgelerinde görülen 4 iplikli bir tersiyer yapıdır.

G-quadruplex DNA (G4-DNA)

• Dört guanin bazı Hoogsten tipi hidrojen bağı ile etkileşerek guanin tetrat (dörtlüsü) adı verilen kare bir düzlem oluşturur. Birden fazla guanin tetratı üst üste binerek G-quadruplex yapısını oluşturur. Yapının merkezindeki katyon ile stabilizasyon sağlanır.

G-quadruplex DNA (G4-DNA)

26.12.2018

37

• G-quadruplex yapısı aslında sadece DNA’da değil RNA’da da görülebilir. Oluşan yapıdaki zincirler paralel veya antiparalel olabilir.

• Son yıllarda önce in vitro, daha sonra ise in vivoolarak çeşitli organizmalardaki telomerik dizilerde G-quadruplex DNA yapısı olduğu gösterildi. (ör: GGTTAG tekrarı ile oluşan G-quadruplex)

• Bu yapıların oluşmasının, telomeraz enziminin aktivitesini düşürdüğü ile ilgili bulgular vardır.

G-quadruplex DNA (G4-DNA)

• Yine son yıllarda yapılan çalışmalarda telomerbölgelerinin dışında da G-quadruplex DNA oluşumu tespit edilmiştir.

• Bu yapıların özellikle genlerin promotorbölgelerinde olması nedeniyle gen düzenleyici rollerinin olabileceği ile ilgili

bazı modeller önerilmiştir.

G-quadruplex DNA (G4-DNA)

26.12.2018

38

• Burada sayılanların dışında, deneysel koşullarda farklı amaçlar için üretilmiş çeşitli DNA formları/türevleri de mevcuttur.

Farklı DNA formları

26.12.2018

39

• Ribozimler, katalitik etkiye sahip RNA molekülleridir. Bunlar genellikle transesterifikasyontepkimelerine katılırlar ve bunların çoğu RNA metabolizması ile ilgilidir.

• Örnek: mRNA oluşumunda snRNA’ların katalitik aktivitesi, telomeraz yapısındaki RNA kısmı, bir rRNA bileşeninin bir aminoakil esterini hidroliz ettiği ve dolayısıyla peptit bağı işlevinde merkezi rol oynadığı saptanmıştır.

• RNA dünyası hipotezi

RNA bir katalizör gibi davranabilir

26.12.2018

40

• DNA ve RNA nükleazların substratıdır.

Nükleazlar

• Yani nükleazlar, nükleik asitlerdeki fosfodiesterbağını koparır.

• Ekzonükleazlar uç nükleotitleri

koparırlar.

• Endonükleazlar içeriden koparır

(5’ fosfat ya da 3’ fosfat sonlarının

her ikisini de koparabilir)

(ör: restriksiyon endonükleazlar)

Nükleazlar