Gen

Gen
Gen, kalıtım ünitesi olarak isimlendirilen özel bir yapı olarak bilinmektedir Bu tanım melezleme denemelerinde aktarılan karakterlerin gözlemini kolay yapabilmek amacıyla yapılmıştır Kalıtımın öğeleri, homolog kromozomlar içerisinde ilgili lokusta allelik çiftler olarak bulunan genlerle ilgili karakterlerle ifade ediliyorsa açıklanabilir Kromozomları ve genlerdeki bilgiyi taşıyan madde DNAdır Gen, polipeptid ya da RNA için kodlanan DNA molekülü boyunca nükleotit çiftlerinin dizilişidir
Çift heliks yapının her ikisi geni oluşturur Sadece, bir iplik transkripsiyon olan kodlu iplik, bilgiyi içermekte ve RNA ya da amino asit olarak değerlendirmektedir Diğer iplik tarnskripsiyona uğramıyor ve karşılık olarak replikasyon esnasında görev yapmaktadır Kodlanan ipliğin kromozom boyunca aynı iplik olması zorunlu değildir Bazen değişebilir Genin yapısı şu şekildedir
Polipeptid kodlarından oluşan genler, iki ana gruba ayrılmaktadır Bunlar; fonksiyonal proteinler için kodlanan yapısal genler (enzim, hormon, hücre yapı komponentleri, depo proteinleri vs) ikincisi düzenleyici genler bu genler diğer genlerin aktivasyonlarını kontrol ederler Polipeptid zincirleri farklı uzunlukta olup genetik koda bağlı olarak uzunluğu değişmektedir Ortalama polipeptid zincirinin uzunluğu 333 amino asit olup yapısal bir genin ortalama büyüklüğü yaklaşık 1000 nükleotit çifti DNA dizisidir
Transfer ve ribosomal RNA molekülleri genler tarafından kodlanır fakat bunlar proteinler gibi aynı yolla sentez edilmezler tRNA ve rRNA doğrudan DNA 'dan transkripsiyonla oluşturulurlar mRNA 'da aynı yolla ortaya çıkmaktadır tRNA molekülleri 80 nükleotit uzunluğunda ve bu genler DNA da ilgili uzunluğa göre kodlanırlar rRNA üç farklı büyüklükte olup 100, 1500 ve 3000 baz olmak üzere DNA'dan kodlanır rRNA için kodlanan genler çok fazla kopyası yapılır ve ökaryotlarda kromozomlar üzerinde özel bir bölge olan ikincil yapı veya nukleus organizer adı verilen bölgede lokalize olmuşlardır

Kaynaklar: RN Jones & A Karp, 1990 Introducing Genetics John Murray Isbn 0-7195-4235-9 Chapter 14 & 17 p186-243
Genetik Bilginin Hareketi
DNA daki genetik bilginin, proteinleri oluşturmak üzere kullanıldığı bilgi akışı veya hareketi şu şekilde özetlenebilir Buradaki önemli nokta genetik bilginin akışı nukleotit bazlarının eşlenme prensiblerindeki bütün devrelerde yer almasıdır
Genetik bilginin ökaryot ve prokaryotlarda akışı benzer olmakla beraber bazı farklılıklar bulunmaktadır Prokaryotlarda çekirdek zarı olmadığından dolayı mRNA ya ihtiyaç duyulmamakta ve herşey sitoplazma içerisinde gerçekleşmektedir Bunlarda translasyon ve transkripsiyon olayları birleşmiştir mRNA'lar DNA'dan transkripsiyona uğrar, ribozomlar bunlara dokunur ve translasyon başlar Bu arada transkripsiyon henüz tamamlanmamıştır Ökaryotlarda ise daha önce açıklandığı gibi belli aşamalarda gerçekleşmektedir mRNA bu canlılarda, başlangıç ve kuyruk kısmı olarak çekirdekten ayrılmadan önce modifiye edilmektedir Transkripsiyon tamamlanmadan önce guanin içeren başlangıç noktası üç fosfat grubu içeren bir bağ vasıtasıyla oluşan yapının 5' kısmına bağlanır Guanin metilasyon ile modifiye edilir yani CH3 gibi metil grupları bağlanır Başlangıç yapısının fonksiyonu tam olarak bilinmemektedir Ancak translasyonu yönetmek üzere bir sinyal olarak faaliyet göstermektedir
Ökaryotlarda, birçok mRNA transkripsiyona uğrarken 3' sonunda da modifiye olmaktadır Hemen hemen translasyon tamamlandıktan sonra yüzlerce adenin nükleotiti kuyruk oluşturur Adeninler Poly-A olarak isimlendirilir Poly-A kuyruğu çekirdeğin dışına mesajın taşınmasında sinyal olduğu düşünülmektedir Aynı zamanda sitoplazmada enzimler tarafından kırılmasını önlemektedir Sitoplazmada kuyruksuz mesajlar birkaç dakika içinde yok olurken kuyruklu olanlar birkaç gün kalabilmektedir
Genetik Kodun Deşifre Edilmesi
Genetik kod, durdurma (stop) sinyalleri ve ilgili amino asitler vasıtasıyla deşifre edilir Bu işlem, 1960'larda Nirenberg tarafından bir seri denemelerle ortaya çıkarılmıştır Nirenberg bilinen baz dizilişini kullanarak sentetik mRNA oluşturmuş ve test tüpü içerisinde E coli 'den hücresiz bir ortamda ortaya koymuştur Test tüpü içerisine protein sentezi için gerekli ribozom, tRNA, enzim ve amino asitler yerleştirildi Polipeptidler sentez edilerek izole edilmiştir Sentetik olarak urasil nükleotitleri (poly-U) kullanıldığı zaman fenilalanin oluşumu sağlanmıştır
Fenilalanin kodunun bundan dolayı UUU olduğu gösterilmiştir Benzer testler Poly-A ve Poly-C için yapılmış sırasıyla AAA için lisin, CCC için prolin, Poly-G için ise herhangi bir yapı gözlenmemiş ve bu yapı kendi üzerine katlanma yaptığı gözlenmiştir Buna göre, genetik kod için yapılan çalışmalarda kullanılan triplet yapının özeti aşağıda verilmiştir Şekil)
Genetik Kodun Özellikleri
Bütün kodonların özelliğini hatırlamak tabiki mümkün değildir Ancak bunlara ait bazı özellikler aşağıda özetlenmiştir
1 Belli amino asitler (methionin ve triptophan) sadece bir kodon tarafından kodlanmakta fakat çoğu birkaçı tarafından kodlanmaktadır Bundan dolayı kodun farklı olduğu söylenebilir çünkü ihtiyaçtan daha fazla bulunmakta ve aminoasitten fazla kodon bulunmaktadır Bu farklılık kodonun üçüncü bazındaki varyasyonlarla izah edilmektedir Örneğin GCU, GCC, GCA ve GCG kodlarının hepsi alanin içindir tRNAnın ailesi alanin taşımakta ve bundan dolayı mRNAdaki ilk ik
i bazı tanımaktadır Üçüncü olanı ise nispeten önemsizdir
2 Bazı tripletler herhangi bir amino asidi kodlamaz, bunlar stop kodonları veya zinciri sınırlandıran kodonlardır UAA, UAG, ve UGA bunlara örnektir Bunlar translasyon olayında sinyal olarak rol oynarlar ve polipeptid zincirinin oluşumunun sonunu belirler Stop kodonları bir geni komşularından ayıran bir noktalama işareti olarak düşünülüyor
3 Kod devamlı olup üst üste gelmez Şayet üst üste gelirse tripletin başlangıcı işlemin sonu olarak kullanılır o zaman bir baz çifti değişikliği olur yani mutasyon gerçekleşir Mutasyon polipeptid zincirinde oluşursa bir amino asitten fazlasında da oluşabilir Ancak bu her zaman böyle değildir
4 Kodlar genel olarak her canlıda bulunurlar Aynı kodonlar bütün yaşayan organizmalarda aynı amino asidi oluşturmak üzere kullanılır Ancak bir durum bunun dışındadır İnsanda mitokondrial DNA'da, mayada belli zinciri durduran kodonlar amino asit oluşturan kodon olarak okunurlar
Kaynaklar: RN Jones & A Karp, 1990 Introducing Genetics John Murray Isbn 0-7195-4235-9 Chapter 14 & 17 p186-243
Genlerin farklı aktivasyonları
Farklı genlerin farklı çalıştıklarını, farklı devrelerde, farklı tipteki hücrelerde yer aldıklarını onların üretimi olan proteinlerin varlığına bakarak anlayabiliriz Bu amaçla hemoglobin protein oluşumunu incelemek iyi bir örnek oluşturmaktadır Daha önce açıklandığı üzere hemoglobin kompleks bir proteindir İlgili genleri bütün hücrelerde bulunmaktadır Fakat sadece eritroblast olarak bilinen özel hücrelerde aktifdirler Eritroblastlar, kemik iliğinde doku hücrelerinde üretilmektedir Ancak, bunların her ikisi de hemoglobin üretmezler Genler eritroblastlarda transkripsiyona uğrar ve mRNAyı sentez etmektedirler Bu hücreler çekirdekleri olmayan retikulositleri ortaya çıkarırlar ve bu durum kırmızı kan hücrelerinde (eritrosit) hemoglobinin mRNA dan translasyon olduktan sonraki devreye rastlamaktadır
Hemoglobinin üretiminde 7 farklı gen bulunmaktadır Herbiri farklı bir polipeptid zinciri tarafından kodlanmaktadır Bu genlerden birisi alfa polipeptid olup hayatı boyunca aktifdir Diğerleri gelişmenin belli zamanlarındaki fonksiyonlara göre düzenlenmektedir Bu polipeptidlerin görünüşü diziliş yönüyle dört farklı hemoglobin tipinin görünmesine neden olmaktadırlar Genlerin ikisi zeta ve epsilon polipeptidleri için kodlanmakta ve embriyonik hemoglobini ortaya koymaktadır Bunlar yaşamın ilk üç ayında aktif olup daha sonra çalışmazlar Gama zincirlerinin ikisi erken embryo da görünür ve gelişmenin ilk üç ayı ve doğum arasında pik devresine yükselirler Bunlar fötal hemoglobini oluşturmak üzere alfa polipeptid ile birleşirler Beta ve delta zincirleri doğuma yakın zamanda ortaya çıkar ve hayatın geri kalanında kullanılmaktadır Gelişme esnasında doğumdan altı aydan itibaren hemoglobin proteininin % 98 i HbA olarak ve her molekül iki alfa ve Beta zinciri içermektedir Kalan % 2 ise hemoglobin HbA2 olup iki alfa ve iki delta zincirinden ibarettir
GENETİK

Genetik veya Kalıtım (Yunancadan genno γεννώ= doğurmak), canlının bütün özelliklerinin eski kuşaktan yenisine nasıl geçtiğini inceleyen bilim dalıdır

DNA 4 farklı bazdan oluşur: Adenin, Timin, Guanin ve Sitozin (A,T,G ve C)


İlk olarak Gregor Mendel'in yaptığı çalışmalarla bilim dünyasında tanındığı için, Mendel "genetiğin babası" olarak da adlandırılır
Genetik bilimi 20 yüzyılın ilk yarısında bilim insanları arasında heyecan ve merak uyandırsa da asıl etkisini ikinci elli yılda DNA'nın moleküler yapısının keşfedilmesiyle göstermiştir
Bir anda bilimcilerin göz bebeği haline gelen genetik 1980'li yıllara gelindiğinde artık gelecek yüzyılın bilimi olarak nitelendirmiştir 1990'lı yıllara gelindiğinde yıllardır bilim insanlarının hayallerini süsleyen insan DNA dizinin haritasının çıkarılma fikri için ilk kez somut bir adım atılmıştır Uuluslararası bir konsorsiyumun ittifakıyla İnsan Genom Projesi başlatılmıştır Tarihin en önemli bilimsel gelişmelerinden biri olarak kabul edilen söz konusu ‘harita’ sayesinde ölümcül hastalıkları önceden teşhis ederek önleme, kişiye özel ilaç ve tedavi yöntemleri geliştirilebilme yolunda çok önemli katkılar sağlanmıştır
Bugün, genetik bilimi sayesinde birçok hastalığın erken teşhisi mümkün olabilmekte, bunun yanında tedavi metotlarının gelişiminde oldukça faydalı olmaktadır
Genetik Bilginin Değerlendirilmesi
Ökaryot canlılarda DNA çekirdek içerisinde kromozomlarda yer almıştır Amino asitlerin proteinlere dönüşmesi sitoplasmada ve çekirdeğin dışında yer almaktadır Bu sebeple genetik bilgi hücre içerisinde depolandığı yerden değerlendirildiği yere transfer olmaktadır Bu transfer ve değerlendirme işlemi RNA tarafından sağlanmaktadır RNA molekülleri hücre ve dokularda fazla miktarda bulunmakta ve proteinlerin oluşumunda görev yapmaktadır
Ribonükleik asit
RNA, DNAya kimyasal kompozisyon ve yapısı oldukça benzeyen nükleik asittir DNA'dan farkı;

RNA tek iplikli moleküldür Fakat çeşitli kompleks formlara katlanabilir
RNA da şeker molekülleri riboz olup hidroksil grubu bulundurur
RNA'da timin yerine urasil bulunmaktadır
Hücre içerisinde farklı tipte RNA molekülleri bulunmaktadır Herbiri proteinlerin sentezinde anahtar rol oynamaktadır Bunlar elçi RNA(mRNA), transfer RNA(tRNA) ve ribosomal RNA (rRNA) 'dır
mRNA Bu RNA, çekirdekteki DNA ile sitoplazmada proteinin sentez edildiği yere genetik mesajları taşımaktadır DNA'dan bilginin alınması için çift heliks ilgili genin bölgesini ters istikamette açmakta ve açılan kollardan tek ipliği mRNA ipliğinin sentezi için kalıp görevi yapmaktadır mRNA'nın DNA'dan sentez edilme işlemi transkripsiyon (kopyalama) olarak bilinmektedir Bu işlem RNA polimeraz tarafından kontrol edilmektedir Bu şekilde genetik bilgi çekirdekten sitoplazmaya geçmektedir
tRNA Sitoplazmada bulunmaktadır Görevi aminoasitleri toplamak ve protein sentezi kısmı olan ribozomlara taşımaktır En az 20 farklı tRNA molekülü bulunmaktadır Bunların hepsinin temel yapıları aynıdır Tek iplikli RNA yaklaşık 80 baz uzunluğunda olup üçgül yaprağı şeklinde ve kendi üzerindeki bazlar arasındaki eşlenmeye göre katlanmaktadır Bu molekül aynı zamanda bazı pseudourine ve inosine gibi çok kullanılmayan nükleotidleri de bulundurmaktadır Bunlar diğer bazlarla hidrojen bağları oluşturmaz ve molekül içerisinde eşlenmemiş halkalar şeklinde bulunurlar
Herbir tRNAnın eşlenmemiş son kısmı üçlü bir yapı içerir bu yapı antikodon olarak bilinmektedir Antikodon, mRNA'da taşınan kodonların bir veya daha fazlasına eşlenecek özelliğe sahiptir Diğer eşlenmemiş son kısmı ise özel amino asite bağlanır Herbir tRNA mRNA yapısıyla antikodon yapısını karşılaştırarak amino asitleri kendine toplar
rRNA Ribozomların bir komponentidir Hücre içerisinde protein sentezinin yer aldığı yapılardır Ribozomlar, endoplasmik retikulum ile ilişkili olarak faaliyet göstermektedir Bunlar, üniform yuvarlak iki alt kısımdan oluşmuş yapılardır Her bir alt ünite RNA ve proteinin yaklaşık eşit büyüklükteki kısımlarından oluşmuştur Küçük alt ünite 1500 baz uzunluktaki bir RNA molekülüne sahiptir Geniş olan ünitesi ise 3000 ve 100 baz uzunluğundaki iki RNA'dan oluşmuştur Prokaryotların ribozomları ökaryotlarınkinden daha küçüktür Her iki grupta binlerce ribozom bulunmaktadır

Kaynaklar: RN Jones & A Karp, 1990 Introducing Genetics John Murray Isbn 0-7195-4235-9 Chapter 14 & 17 p186-243
Gen Ekspressiyonu ve İmprinting Genler

Özet
Karakterleri kontrol eden genlerin çalışma mekanizması, kendi üzerlerinde bulunan başka genler tarafından kontrol edilmektedir Bu mekanizma; düzenleyici genler, promotor gen ve operon genler tarafından yönetilmektedir Genlerin anne ve babadan aldığı özellikler yavrulara aktarılırken bazı genlerin diğeri çalışırken inaktif duruma geçtiği görülmektedir İmprinting gen adı verilen bu genlerin çalışması canlılarda kanser olayının temelini oluşturduğu hakkında fikirler mevcuttur
Abstract
The working mechanism of genes which control the characters are also, controlled by other genes This system is organized by the regularity genes, promoter and operon genes While the characters taken from parents are inherited to the offsprings, it is seen that some genes inactivate though other gene active There are some ideas that the working of these genes named imprinting implies that they results the base of the cancer
Giriş
Kalıtsal materyalde, genetik bilgiyi taşıyan üniteler gen olarak bilinmektedir Hücrelerde bulunan genlerin taşıdıkları bilginin, canlının yaşantısında gerekli olan moleküllere dönüşmesi gen ekspressiyonu olarak bilinmektedir Genin ekspressiyonu, DNA baz dizilişinden başlayıp RNA'ya kopilenip protein molekülü oluşturmak üzere aminoasitleri biraraya getirme olayıdır Genetik bilginin bu şekilde akışı şu şekilde özetlenebilir

• RNA molekülleri RNA polimeraz yardımıyla DNA replikasyonu sırasındaki reaksiyona benzer polimerizasyonda kalıp olarak DNA'nın bir segmentindeki baz diziliş segmentini kullanarak enzimatik olarak sentezlenir Bu durum transkripsiyon olarak tanımlanmaktadır

• RNA, ökaryotlarda kimyasal modifikasyona uğramaktadır Bu işlem prosessing olarak bilinmektedir

• Protein molekülleri, RNA nın baz dizilişi kullanılarak amino asitleri kodun düzenine göre biraraya getirerek sentez edilir RNA baz dizilişine göre amino asit dizilişinin üretimi translasyon olarak bilinmektedir Yapılan protein, gen ürünü olarak isimlendirilir

Proteinler ve Aminoasitler

Proteinler, kimyasal reaksiyonları katalize eden (enzim), gen ekspressiyonunu düzenleyen (düzenleyici protein), hücre, doku ve virüslerin birçok yapısal özelliklerini katalize kontrol eden moleküllerdir Protein birbirine kovalent bağla bağlı olan birçok amino asitten oluşmuştur Amino asit zincirleri polipeptid olarak isimlendirilir Polipeptidlede 20 farklı amino asit, farklı sayı ve düzende bulunurlar
Herbir amino asit karboksil grubuna ait bir karbon atomu ve bir amino grubu bulunmakta R olarak isimlendirilen bir başka kimyasal gruba bağlanmaktadır En basit R grupları glycine (_H) ve alanin(_CH3) dir Polipeptid zincirleri bir amino asitin karboksil grubu diğer bir amino asitin amino grubuna bağlandığı zaman peptid bağ olarak isimlendirilen düzenli kovalent bağ oluşturmaktadır Bu şekilde proteinin temel ünitesi polipeptid olup karbon atomları iskeleti oluşturmak üzere peptid gruplarında birbirlerine alternatifli olarak bağlanırlar
Her polipeptid molekülünün iki sonu farklı olup biri serbest NH2 grubu şeklinde amino terminus olarak ikinci tarafı ise COOH şeklinde karboksil terminus olarak isimlendirilir Polipeptidler, zincirin karboksil tarafına bağlanarak sentez edilirler Polipeptid zincirinin aminoasitleri amino terminus tarafından başlıyarak sayılır
Çoğu polipeptid zincirleri yüksek oranda katlanırlar Yan zincirler arasındaki kovalent olmayan interaksiyonlar vasıtasıyla katlanma şekli amino asitlerin dizilişi ile ilgilidir Bu şekilde her bir polipeptid zinciri sentezine bağlı olarak üç boyutlu yapıya katlanır Bazı durumlarda protein katlanması hücre içerisinde diğer proteinlerle interaksiyon halinde oluşur İşlem esnasında su molekülleri serbest bırakılır Proteinlerin doğru olarak görevlerini yapmaları ancak doğru dizildikleri zaman gerçekleşir Amino asitlerin zincirden kaybı veya yanlış düzeni enzim aktivitesinde kayıp veya azalmaya neden olmaktadır
Enzimler, özel bir protein sınıfıdır Yapı ve metabolizma faaliyetlerinde önemli rol oynayan farklı çeşitleri de bulunmaktadır Yapısal proteinler, örneğin kolajen, keratin, aktin, myosin gibi hayvan vücud yapısındaki önemli komponentlerdir Depo proteinleri, bitki tohumlarında bulunan proteinlerdir Antibodi proteinleri hastalığa karşı defans mekanizmasında rol oynarlar Bazı hormonlar (insülin) organizmanın fizyoloji ve gelişmesini düzenlerler Hemoglobin, kanda oksijen taşıyan taşıyıcı proteindir Histon ve tubulin kromozomların yapısıyla alakalı proteinler olup mitoz ve mayoz esnasında iğ ipliklerinin oluşumundan sorumludurlar
Son zamanlarda, proteinlerin sadece enzimlerin değil, DNA larında bulunan genlerde yer alan bilgi tarafından oluşturulduğu ortaya çıkmıştır Bu husus bir gen bir enzim veya bir protein olarak isimlendirilerek gündeme gelmiştir Bu durumda polipeptidlerin iki veya farklı sayıda bir araya gelmeleri, farklı yapıda protein oluşturduğu şeklinde değerlendirilmektedir Bu husus hemoglobin proteini üzerinde açıklanmıştır Hemoglobin bir enzim değildir Oksijen taşıyan bir proteindir Kanda eritrositlerde bulunur ve kırmızı rengi verir Normal insanlarda bu 4 polipeptidden oluşmuştur İki benzer α ve iki benzer β zincirinden oluώmuştur Bu 4 zincir aktif proteinin dörtlü yapısını oluşturmaktadır Yapıda 141 α ve 146 β amino asit bulunmaktadύr Bu iki polipeptid birbiriyle bağlantılı olmayan iki farklı gen tarafından oluşturulmuştur Bazı insanlarda hemoglobinin anormal formları, orak şekilli hücre anemisi olarak isimlendirilen kan hastalığının belirtisi olarak ortaya çıkmaktadır Bu hastalık, genetik olarak Mendel prensiplerine göre kalıtsal özellik gösterir Resesif homozigot yapıda kendini göstererek eritrositlerin hatalı oluşumuna sebep verir !956 yılında Vernon Ingram isimli araştırıcı protein analizi için parmak izi tekniğiyle yaptığı analizde, farklılığın sadece bir amino asitten kaynaklandığını göstermiştir Valin amino asidi β zincirini N-terminalinde 6 pozisyonda glumatik asit için kaybolmuştur Bu teori, genlerin proteinlerin yapısının kontrol eden karakterler üzerinde etkide bulunduğunu ortaya koymuştur Böylece bir gen bir polipeptid zinciri sağlamaktadır Mutasyonlar, amino asit dizilişini değiştirdiğinden dolayı fenotiplerde farklılıklar ortaya koymaktadırlar

Kaynaklar: RN Jones & A Karp, 1990 Introducing Genetics John Murray Isbn 0-7195-4235-9 Chapter 14 & 17 p186-243