HAFTA I
Genetiğe Giriş
Hücre Döngüsü ve Düzenlenmesi Mitoz – Mayoz Bölünme
Prof. Dr. Hilâl Özdağ
Biyoteknoloji ve Genetik I
Genetiğe Giriş
50 milyar hücre/insan 2 metre DNA/hücre 3.2 milyar baz/hücre
2 birey arasında 3.2 milyon bazlık bir fark (%0.1)
23 ciltlik bir ansiklopedi Sayfalar doğru ciltlerde Bazı satırların sırası yanlış Ve bazı noktalarda eksikler mevcut.
Bu ansiklopedinin 34.000 konu başlığı (gen) 500.000 indeks maddesi (RNA) bulunuyor.
21.135 konu başlığı hakkında genel bilgimiz var.
3372sinin hakkında tahmin yapıyoruz.
603 tanesini hastalıklarla ilişkilendiriyoruz.
9740 tanesini kategorize edememiş durumdayız.
• 1865 – Mendel kalıtım materyali ile ilgili en ufak bir fikri yokken kalıtım kurallarının temelini attı
• 1869- Friedrich Miescher DNA molekülünü ilk kez izole etti.
• 1902- Walter Sutton kromozomların kalıtımdaki rolünü açığa çıkarttı
• 1909- Wilhem Johannsen ilk kez gen terimini kullandı
• 1952- Hershey ve Chase DNA’nın kalıtım materyeli olduğunu gösterdiler.
• 1953- Watson & Crick DNA’nın çift sarmal yapısını açıkladı
– Bu çalışma ile NOBEL aldılar
• 1966- Genetik kod çözüldü.
• 1972- İlk rekombinant DNA üretildi
• 1975-77- Maxam-Gilbert ve Fred Sanger DNA dizileme tekniğini geliştirerek
– Bu çalışmaları ile NOBEL aldılar
• 1976- İlk genetik müh. şirketi “Genentech” kuruldu.
• 1983- Hastalığa neden olan gen ilk kez tanımlandı.
• 1983- PCR keşfedildi.
– Bu çalışma da NOBEL ile onurlandırıldı
• 1990 – HGP (İnsan genom projesi) başlatıldı.
• 1998 – İnsan genomunda bireylerarası çeşitliliğin haritasının çıkarılması projesi başlatıldı
• 2001 – İnsan genomunun dizilemesi bitirildi.
• 2001 sonrası ;
• Genom projesi tamamlanan onlarca canlı
• Genetik mühendisliği sonucu elde edilen yeni türler
• Yenilebilen aşılar……….
• ……….
• ………..
Ökaryotik bir hücre..
• Hücre Döngüsü ve Düzenlenmesi
Hücre Döngüsü
Mitoza hazırlık
% 19
Mitoz ve hücre bölünmesi
% 2
sentezinde DNA gerekli bileşenlerin
sentezi
% 40 DNA sentezi
% 39
HÜCRE DÖNGÜSÜ Durgunluk evresi
(değişken)
Hücre Döngüsünün Kontrolü
G2 kontrol noktası M kontrol noktası
G1 kontrol noktası
Kısıtlama Noktası
Apoptoz kontrol noktası;
- Tüm DNA kendini eşlemiş mi?
- Çevre uygun mu?
İğ iplikleri düzenleme kontrol noktası ;
- İğ iplikleri oluşturuldu mu?
- Kromozomlar iğ iplikleri ile bağlantı kurdu mu?
- Kromozomlar ekvatorda düzenlendi mi?
DNA Hasar kontrol
noktası;
- DNA
onarılmış mı?
2001 Tıp Alanında NOBEL ödülü ; Hücre Döngüsü
Tomurcuklanan maya Bölünen maya Deniz Kestanesi Yumurtası
Ökaryotlarda hücre döngüsünü düzenleyen moleküllerin genetik identifikasyonu
Siklin proteinlerinin belirlenmesi ve biyokimyasal keşfi
Hücre Döngüsünün Regülasyonu
• Siklinler ve CDK’lar
• Siklinlerin herhangi bir katalitik
aktiviteleri yoktur. Siklin bağımlı kinazlar (CDKs) da eşlenik siklinleri ile
bağlanmadıkları takdirde inaktiftirler..
• CDKs + siklin kompleksi hücre
döngüsünde etkin proteinleri fosforile ederek işlev görür.
Leland H. Hartwell, R. Timothy Hunt, ve Paul M. Nurse siklin ve siklin bağılmlı kinazları bularak 2001 yılında
NOBEL kazandılar…
Siklin – CDK kompleksleri
G1 siklin-CDK kompleksi ; Aktif hale geldiğinde S-siklin ve DNA replikasyonunda gerekli olan enzimlerin trankskripsiyon faktörlerini tetikleyerek hücreyi S fazına hazırlar. Aynı zamanda S-faz
inhibitörlerinin ubikitinasyonunu tetikleyerek degrade edilmelerini de sağlar. Ubikitinlenen protein proteolitik degradasyona açık hale
gelir…
S siklin-CDK kompleksi; İki amacı vardır; Zaten
düzenlenmiş olan replikasyon komplekslerini aktive
etmek ve yeni komplekslerin oluşumunu engellemek. Bu şekilde bir hücrenin genomunun bütün bölümlerinin
replike olması ama ancak bir kez replike olması sağlanır.
Mitotik siklin-CDK kompleksi
;
APC bir ubikitin ligaz’dır.
Aktif mitotik siklin –CDK kompleksi
; 1. Nükleer zarfın yıkımını 2. Kromozom kondensasyonunu 3. İğ ipliklerinin oluşumunu 4. Hedef proteinlerin
degradasyonunu tetikler
Anafaz promote edici kompleks APC
Örnek işleyiş ;
Siklin D-CDK4 kompleksi Rb ‘yi fosforile eder.
Rb, EF2 / Rb kompleksinden kopar.
EF2 aktive hale gelir ve Siklin E, Siklin A, DNA polimeraz gibi genlerin transkripte edilmelerini sağlar..
P53-GENOMUN KORUYUCUSU
Hücre Bölünmesi ve p53 Proteini
1. Aşama
Sıcaklık radyasyon ya da kimyasallar nedeni ile DNA hasarı oluşur
2. Aşama
Hücre bölünmesi durur ve P53 enzimleri hasar olan bölgeyi onarmak üzere harekete geçirir
DNA Onarım Enzimleri
P53 DNA ‘sı onarılan hücrelerin bölünmesine izin verir
P53 onarım gerçekleşemeyen hücrelerin imha edilmesini sağlar
1. Aşama
Sıcaklık, radyasyon ya da kimyasallar nedeni ile DNA hasarı oluşur
2. Aşama
P53 hücre bölünmesini durdura- maz. DNA onarımı gerçekleşmez.
Hücreler hasarlı DNA ile bölünmeye devam eder.
3. Aşama
Hasarlı hücreler bölünmeye devam eder. Başka hasarlar da birikince hücre kanserleşir
Kanser Hücresi
P53 görevini birkaç farklı yolla gerçekleştirir;
1.DNA onarım proteinlerini aktive eder.
2.DNA hasarını algılayıp hücre döngüsünü G1/S kontrol noktasında durdurur. Eğer hücre bu aşamada yeterince tutulursa DNA onarım proteinleri hasarı onaracak
yeterli zamanı bulur. Ve hücre döngüsü kaldığı yerden devam eder..
3.Hasar onarılamayacak gibiyse apoptozu başlatır.
Apoptoz
Nekroz Apoptoz
Kromatin kümelenir.
Organeller yutulur.
Parçalanma Hücre içeriğinin salınması Enflamasyon
Fagositik hücre Apoptatik cisim Fagositoz
Nükleer
fragmentasyon Kabarcık oluşumu Apoptatik cisimler Ilımlı bir katlanma Kromatin yığılması ve ayrılması
Sitoplazmanın kondensasyonu
Apoptoz = Programlı Hücre Ölümü
Çok hücreli organizmalar da doğal bir süreç..
Mitoz – Mayoz Bölünme
Hücre Bölünmesi
prokaryotlarda - binary füzyon
Bir bakteri iki bakteri oluşturmak üzere ikiye bölünür Öncesinde tek dairesel kromozom replike olur
İki tane birbirinin aynı hücre oluşur ve süreç 15 dakika sürer.
Ökaryotlarda- Hücre bölünmesinden önce DNA replike olur Somatik Hücrelerde – mitoz
İki birbirinin aynı kardeş hücre oluşur Eşey Hücrelerinde – mayoz
Gametlerin oluşturulması daha uzun zaman alır…
Mitoz
DNA Replikasyonu
MİTOZ
İki diploit hücre
Homolog Kromozomlar
Homolog Kromozomlar
Replikasyon
Homolog Kromozomlar
Kardeş Kromatit Kardeş Kromatit
Sentromer
Kromozomun yapısı
Copyright © The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.
Metafaz kromozomu
Kinetokor Kinetokor
mikrotübülleri
Kromozomun sentromeri
Kardeş kromatitler
Kromozom Dublikasyonu
0.5 µm
Chromosome duplication (including DNA synthesis)
Centromere
Separation of sister chromatids
Sister chromatids
Centrometers Sister chromatids
.
Kromozom dublike olduğunda sentromer bölgesinden birbirime bağlı iki kardeş kromatit oluşur.
Her kromatit DNA molekülünün Bir kopyasını içerir.
Mekanik prosesler iki kardeş Kromatiti iki kromozom
Oluşturacak şekilde böler ve iki Kardeş hücreye dağıtır.
Ökaryotik bir hücre çok sayıda kromozoma sahiptir.
Burada tek kromozom üzerinden örnek verilmiştir.
Dublikasyondan önce her kromozomda tek bir DNA molekülü vardır
Mitoz
İnterfaz
Hayvan Hücresi Bitki Hücresi
Hücre Membranı Nükleus
Sitoplazma
Profaz
• .
Sentrioller Kardeş kromatitler
İğ iplikleri
İğ iplikleri
Sentioller
Hayvan Hücresi Bitki Hücresi
Metafaz
Sentrioller
İğ iplikleri
Hayvan Hücresi Bitki Hücresi
Anafaz
sentrioller
İğ iplikleri
Hayvan Hücresi Bitki Hücresi
Telofaz
Çekirdek Çekirdek
Kromatin
Hayvan Hücresi Bitki Hücresi
Sitokinez
Hayvan Hücresi Bitki Hücresi
Hayvan Hücrelerinde mitoz
Interfaz
Profaz
Metafaz
Anafaz
Telofaz
Sitokinez
Mitoz Animasyon
http://www.cellsalive.com/mitosis.htm
Mayoz Bölünme
İnterfaz Profaz
sitokinez Telofaz 2 Anafaz 2
Metafaz 2 İnterfaz 2 Telofaz 1 Anafaz 1 Metafaz 1
Prometafaz
Kromozomlar hücrenin ortasında dizilir
Her biri 23 kromozom içeren 4 hücre oluşmuştur
46 ‘şar kromozom içeren iki hücre oluşur
Mikrotübüller yok olur.
Hücre bölünmesi başlar Ayrılan kromozomlar iki uca çekilir
Nükleus yok olur ve
mikrotübüller sentromerlerle bağlantı kurar.
Kromozom sayısı 92’ye yükselir ve krossover gerçekleşir
46 kromozom
mikrotübüller sentromerlerle bağlantı kurar.
kromozomlar
iki uca çekilir Mikrotübüller yok olur.
Hücre bölünmesi başlar
Krossover
Pierce B., Genetics: A conceptual Approach,
Rekombinasyon
Pierce B., Genetics: A conceptual Approach,
Mitoz/Mayoz
• http://www.zerobio.com/crossing_over.
htm
• Genetic variation
