BİY 210 GENEL MİKROBİYOLOJİ II

(1)

KAYNAKLAR

 1) Brock Biology of Microorganisms fifteenth edition Madigan, M. T., Martinko, J. M., Dunlap, P.V., Clark, D.P., Pearson Benjamin Cummings, 2018.

 2) Microbiology an introduction, Tortora, G.J., Funke, B.R., Case, C.L., Pearson Benjamin Cummings, 2007.

 3) The Prokaryotes, third edition, Volume1-7, Dworkin, M.

(Editor in chief), Springer, 2006

 4) Güncel bilgiler için, konuyla ilgili süreli yayınlar ve internet siteleri kullanılacaktır.

BİY 210 GENEL MİKROBİYOLOJİ II BİY 210 GENEL MİKROBİYOLOJİ II

(2)

MİKROBİYEL MOLEKÜLER BİYOLOJİ

Prokaryot ve ökaryot hücrelerde bilgiyi

taşıyan ve aktaran anahtar makromoleküller,

DNA

RNA

Proteinlerdir.

Moleküler düzeyde genetik bilginin akışı üç aşamada gerçekleşmektedir. (sentral

doğma)

Replikasyon

Transkripsiyon

Translasyon

(3)

DNA YAPI VE FONKSİYONU

 Deoksiriboz 

1. C  purin (adenin guanin) ve primidin (sitozin timin)

 Baz + şeker = nükleozit

 Deoksiriboz 3.C  5.C fosfodiester

 Şeker + baz + fosfat  nükleotid

 G≡C, A=T hidrojen bağlarıyla

(4)

Süpersarmal

Prokaryotlarda ve Ökaryotlarda negatif süpersarmal

Hipertermofil Arke lerde pozitif süpersarmal

 DNA çift ipliğinin sağ kolunun eksene zıt yönde kıvrılmasıyla negatif süpersarmal,

 aksi yönde kıvrılmasıyla ise pozitif

süpersarmal oluşur.

(5)



Çoğalma aşamasında olmayan Prokaryot genomda (hipertermofil arke ler hariç) ve

ökaryot kromozomlarda negatif Süpersarmal yaygındır.



Genom replikasyonunda prokaryot ve

ökaryotlarda negatif ve pozitif süpersarmallar oluşur.



Halkasal genomlarda catenate (replikasyonda

birbiri içine geçmiş) ve knot (düğüm) şeklinde

yapılar da oluşur.

(6)

Süpersarmal neden önemlidir?



Bacterilerde, chromosomal DNA hücreden çok büyüktür ve hücreye ancak bu şekilde sığar.



Supercoiling sayısı (kaç dönüşü olduğu) enzimlerle kontrol edilir.



The level of supercoiling sabit değildir.

Çevresel strese ve hücresel proceslere (transcription, replication, and

recombination) cevaben değişebilir.



Bu değişimden çok sayıda gen ve hücredeki

reaksiyonlar etkilenebilir. Fenotipik büyük

değişiklikler olabilir.

(7)

Topoisomerase

Süpersarmal oluşumu ve sarmalın açılmasından sorumlu bu enzimler iki gruba ayrılır.

Tip I: Topoisomerase I (IA, IB ve IC yada topoizomeraz I, III ve V) EC:5.99.1.2;

Tek iplikle kırılma yapar, Arke revers gyrase bu gruptadır, ATP harcamaz

Süpersarmalı açar, tek bir kesim süpersarmalın bir dünüşünü azaltır.

Eukaryotic topoisomerase I positive and negative supercoils de etkili.

Prokaryotic topoisomerase I sadece negative supercoils de etkilidir.

Tip II: (Topoisomerase II (DNA gyrase), IV ve VI) EC:5.99.1.3;

İki iplikte kırılma yapar ATP gereklidir

Genom replike olduktan sonra negatif süpersarmal oluşturur.

Replikasyon devam ederken negatif ve pozitif süpersarmalı açar.

tek bir kesim süpersarmalın iki dünüşünü azaltır.

(8)

Type-II topoisomerases

 Bakterilerde negatif ve pozitif süpersarmalda etkili (sarmalı açan yada oluşturan) DNA gyrase ve topoisomerase (Topo) IV yaygın olarak bulunur.

 Topoisomerase II (DNA gyrase);

 Hücrede DNA paketlenmesinde negatif süpersarmal oluşturur.

 Replikasyonda pozitif süpersarmalı açar.

 Bacterial topo IV;

 replikasyonda negatif ve pozitif süpersarmalı açar,

 catenane ve knot ları hem oluşturur hem de halkasal hale getirir.

 Bakterilerin çoğunda her iki enzimde birlikte bulunur.

Bazılarında (Corynebacteria, Campylobacter jejuni,

Deinococcus radiodurans, Treponema pallidum and some

Mycobacteria) Topo IV yoktur. Sadece gyrase bulunur ve topo IV ün aktivitesini de hücrede gerçekleştirir.

(9)

 Hipertermofil arkelerde ters giraz (reverse gyrase) enzimiyle genom paketlenmesinde pozitif

süpersarmal oluşturulur.

 Doğrusal genoma sahip bakterilerde (Borrelia

burgdorferi and Streptomyces spp.) topo IV genom replikasyonunda etkisizdir. Streptomyces de bu

enzimi kodlayan gen vardır, halkasal plazmidlerinin replikasyonunda catenane oluşumunda erkilidir

(doğrusal plazmidleri de vardır).

 Topoisomerases sız DNA, normal olarak replike olamaz.

 Topoisomerases inhibitörleri tümör hücrelerinin çoğalmasını durdurmak için anti-cancer ilaçları olarak kullanılır.

(10)

 Bir DNA molekülünün büyüklüğü

moleküldeki baz yada baz çiftlerinin sayısı olarak ifade edilir.

 1000 baz 1 kilobaz (1 kb)

 DNA çift iplikli ise kilobaz çifti (1 kbp)

 5000 baz çifti bulunan bir DNA sarmalı 5 kbp büyüklüğündedir.

 E. coli genomu 4640 kbp ( 4.64 megabaz çifti = Mbp)

büyüklüğündedir.

(11)

DNA polimeraz

 E. coli'de DNA polimeraz I, II, III, IV ve V olmak üzere beş tip DNA polimeraz vardır.

 DNA polimeraz I, 5'  3' ekzonükleaz aktivitesiyle DNA zincirinden RNA

primerlerini uzaklaştırır. Bunu DNA polimeraz III enzimi yapamaz.

 DNA Polimeraz III’ün polimeraz

aktivitesi diğerlerinden fazladır. Bu nedenle hücre replikasyonda bu

enzimi kullanır.

(12)

DNA polimeraz

 Kompleks yapıda bir holoenzimdir.

III

 Enzimin core kısmı alfa (α), epsilon (ε) ve teta (θ) alt

ünitelerinden oluşur. Çift zincirli DNA da aktivite gösteren bu enzim, replizomda dimer şeklinde (her iki zincirdeki enzim biraraya gelir) en yüksek aktiviteyi gösterir.

 Enzimin bu yapısında;

 2 core,

 2 (β) beta alt ünitesi (çift zincirli DNA’nın içinden geçtiği halkasal alt ünite, β sliding clamp),

 2 (τ) tau alt ünitesi ve

 clamp-loading kompleks olarak adlandırılan (γ) gamma, (δ) delta, (δ’) delta prime, (ψ) psi ve (χ) chi alt üniteleri vardır.

(13)

DNA replikasyon hatalarının düzeltilmesi

 DNA polimeraz III, DNA sentezini

yürüttüğü gibi, ekzonükleaz aktivitesi de göstermektedir. DNA polimeraz III bu

aktivitesiyle DNA replikasyonundaki hataları düzeltici (Proofreading) bir rol oynar.

 DNA polimeraz III’ün 3'  5'

ekzonükleaz aktivitesi, DNA sentezinde yanlış bazı çıkararak doğru bazı yapıya ilave eder.

 Bu özelliğe DNA polimeraz I enzimi de

sahiptir.

(14)

Doğrusal DNA replikasyonu

Doğrusal genomlu ökaryot, bakteri, plazmid ve virüs replikasyonunda primerin yeri doldurulamaz.

Tüm DNA polimerazlar 3’-OH ucuna nükleotidleri ilave edebilir. Doğrusal DNA’da ise primerin bulunduğu yerde serbest 3’-OH ucu bulunmaz.

Bu problem bazı virüslerde, genomun sirküler hale getirilmesi yada konkatamerler oluşturulması ile çözülmüştür.

Doğrusal genomlu organizmalarda bu problemin çözümü için farklı yollar geliştirilmiştir.

(15)

Doğrusal DNA replikasyonu

Ökaryot kromozomlardaki doğrusal DNA uçlarında telomer adı verilen, genellikle 6 baz çiftinin 20 yada daha çok

tekrarlanmasıyla oluşan guanince zengin diziler bulunur.

Kısa bir RNA’yı kofaktör olarak taşıyan telomeraz enziminin, replike edilecek DNA’nın 3’ ucuna bağlanmasıyla replikasyon gerçekleştirilir.

Bakteri, plazmid ve virüsler primer olarak RNA yerine bir protein kullanırlar. DNA polimerazlar bu proteinlerdeki OH gruplarına nükleotidleri ekleyebilir. Proteinler DNA’nın 5’

uçlarına kovalent olarak bağlı bulunmaktadır.

(16)

 Doğrusal genomlu bakteriler: Streptomyces ve Borrelia cinslerinin bazı türleri.

 Streptomyces chromosomal DNA doğrusal yaklaşık 8 Mbp

uzunluğundadır. Genom uçlarında proteinlere kovalent olarak bağlı terminal tersine tekrarlar (TIRs) bulunur. Kromozomun ortasındaki orjin bölgesinden iki yönlü replikasyon başlar ve iki benzer büyüklükte

kromozom oluşur. DNA 5′ ucunda terminal protein vardır.

 Doğrusal genomlu virüsler: Bacillus subtilis phage φ29, prokaryotic hücrelerde doğrusal DNA replikasyonu için model fajdır. Eukaryotic hücrelerde adenoviruse ler modeldir. DNA 5′ ucunda terminal protein vardır.

 Doğrusal genomlu plazmidler: Doğrusal genomlu iki bakteri cinsinde ve halkasal genomlu bazı bakterilerde bulunur. Streptomyces doğrusal plazmidi terminal tekrarlarıyla raket şeklindedir. Borrelia plazmidinde hairpin yapısı görülür.