B452 Ökaryot Genetiği
4. HAFTA
4. HAFTA KONU(LAR)
ÖKARYOTLARDA KROMOZOMAL DNA YAPISI
Kromozomlar ve Kromatin
Çoğu ökaryot genomunun, prokaryotlarınkinden çok daha karmaşık olması yanı sıra, ökaryot hücrelerin DNA'sı prokaryot hücrelerinkinden farklı organize olmuştur.
Prokaryot genomları, genellikle çembersel DNA
molekülleridir ve tek bir kromozomda bulunur. Aksine,
ökaryotların genomları, her biri bir doğrusal DNA molekülü
kapsayan, çok sayıda kromozamdan oluşur.
Değişik türler arasında kromozomların sayı ve büyüklüğü çok
farklı olsa da, temel yapıları tüm ökaryotlarda aynıdır. Ökaryotik hücrelerin DNA'sı, bu DNA'yı hücre nükleusunda düzenli bir
şekilde paketleyen küçük bazik proteinlere (histonlar) sıkıca bağlıdır.
Çoğu ökaryotik DNA'ların büyüklüğü düşünüldüğünde, bu görev oldukça önemlidir. Örneğin, bir insan hücresindeki DNA'nın
toplam açılmış uzunluğu yaklaşık 2 m'dir, ancak, bu DNA'nın sadece 5-10 μm çapındaki bir çekirdeğe sığması gerekir.
Bazı canlılardaki kromozom sayıları (n)
Maya: 16
Arabidopsis thaliana: 5 Tavuk: 39
İnek: 30
Köpek: 39
İnsan: 23
Kromatin
Ökaryot DNA ve proteinlerden oluşan komplekslere kromatin adı verilir ve genel olarak, DNA'nın yaklaşık iki katı protein içerirler. Kromatinin temel proteinleri, negatif yüklü DNA molekülüne bağlanmayı kolaylaştıran bazik amino asitleri (arjinin ve lizin) yüksek oranda bulunduran küçük proteinler olan histonlardır.
Beş temel tip histon vardır (H1, H2A, H2B, H3 ve H4), ve farklı ökaryot türleri arasında çok benzerdirler. Histonlar ökaryot hücrelerde çok bol miktarda bulunan proteinlerdir ve oluşturdukları kütle, hücrenin DNA' sına yaklaşık
olarak eşittir.
• Kromatin ayrıca, hemen hemen eşit kütle oluşturacak şekilde, çok çeşitli histon dışı kromozomal proteinler kapsar. Bu proteinlerin binden fazla farklı tipi vardır ve DNA replikasyonu ve gen ifadesi dahil çeşitli aktivitelerde rol oynarlar.
• Kromatinin mikrokoksik nükleaz ile daha ileri sindirimi elektron mikroskopide görülebilen boncuklara karşılık gelen partikülleri (nükleozom kor partikülleri adı verilir) ortaya çıkarır.
• Bu partiküllerin detaylı bir şekilde analizi, ikişer H2A, H2B, H3 ve H4 'ten (çekirdek histonlar) oluşan bir histon çekirdek bölgesi etrafında 1.65 kez sarılmış, 146 DNA baz çifti kapsadıklarını göstermiştir.
• Beşinci histon yani H1 molekülü, nükleozom kor partikülüne her girişinde, DNA'ya bağlanır. Bu, kromatozom adı verilen bir kromatin alt birimi oluşturur ve bu da histon çekirdek bölgesi etrafını sarılmış ve H1 tarafından (bağlayıcı histon) sabitlenmiş, 166 baz çifti DNA'dan oluşur.
• DNA'nın histonlarla paketlenmesi, yaklaşık 80 baz çifti
uzunluğunda olan, ortalama bağlaç DNA parçalarıyla ayrılan kromatozomlardan oluşan, yaklaşık 10 nm çaplı bir
kromatin lifi oluşturur.
• Elektron mikroskobunda bu 10 nm'lik lifin, nükleozom modelini düşündüren, boncuk1u bir görünümü vardır.
DNA'nın böyle bir 10 nm kromatin ipliği haline
paketlenmesi, boyunu yaklaşık altı kez kısaltır.
• Kromatin daha sonra, yapısı halen tam olarak
bilinmeyen 30 nm'lik liflere, sarmallar oluşturarak
daha fazla yoğunlaşabilir. Bu kromatin yoğunlaşması
evresinde histon H1 molekülleri arasındaki
etkileşimlerin önemli bir rol oynadığı
düşünülmektedir.
• İnterfaz nükleuslarındaki kromatinin çoğu, 30 nm'lik lifler halinde ve yaklaşık 50-100 kb DNA kapsayan büyük ilmiklere organize olmuş şekilde görünmektedir.
• Aktif olarak transkripsiyonu yapılan genler daha az yoğunlaşmış durumdadır ve bu da, bu DNA'yı transkripsiyon mekanizmalarına daha açık hale getirir. Kromatin yapısı böylece, Bölüm 6'da tartışılacağı şekilde, ökaryotlarda gen ifadesinin kontrolüyle çok yakından ilişkilidir.
Sentromerler
Sentromer, mitoz esnasında duplike olmuş kromozamIarın, yavru hücrelere doğru dağılmasının sağlanmasında önemli bir rol oynayan, kromozomun özelleşmiş bir bölgesidir.
Sentromerler böylece, hem kardeş kromatidlerin
birbiriyle ilişkiye girdiği yerler, hem de mitotik iğin
mikrotübüllerinin bağlanma yeri olarak görev yaparlar.
• Birkaç sentromerle ilişkili proteinin bağlandığı kinetokor adı verilen özelleşmiş yapılar oluşturan, spesifık DNA dizilerinden oluşurlar.
• Mikrotübüllerin kinetokor proteinlerine bağlanması, kromozomların mitotik iğe bağlanmasına aracı olur. Kinetokorla ilişkili proteinler daha sonra, kromozomların iğ iplikçikleri boyunca hareketlerini ve kromozomların kardeş nükleuslara ayrılmasını sağlayan "moleküler motorlar" olarak görev yaparlar.
