Successfully reported this slideshow.
Your SlideShare is downloading. ×

Genin quruluşu və ekspressiyası

Ad
Ad
Ad
Ad
Ad
Ad
Ad
Ad
Ad
Ad
Ad
Upcoming SlideShare
Sinapsların fiziologiyası
Sinapsların fiziologiyası
Loading in …3
×

Check these out next

1 of 35 Ad

More Related Content

Advertisement

Genin quruluşu və ekspressiyası

  1. 1. Genin quruluşu və ekspressiyası Şəhri Məmmədova, MPF2, 220A3a, Biologiya
  2. 2. DNT-yə ümumi baxış • DNT irsiyyətin molekulyar əsasıdır. Bizim valideynlərimizdənirsiyyət yolu ilə aldığımız genetik material DNT-dir.DNT nuklein turşularınaaiddir və özünü ikiləşdirərək çoxalda bilir.Bizim ata-anamıza bənzəməyimizinəsasında DNT-nin səhvsiz şəkildə kopyalanaraq bir nəsildən digər nəsilə ötürülməsi dayanır.Biokimyasal, fizioloji, anatomik özəlliklərimizi,hətta xüsusiyyətlərimizi müəyyən edən məhz DNT proqramımızdır.DNT bütün hüceyrələrimizdə mövcuddur və o orqanizmimizinkimyasal dilidir.
  3. 3. DNT-nin kəşfi • T.H. Morgan və onun araşdırma qrupu genlərin xromosomlar üzırində yerləşdiyini dedikdən sonra irsiyyət maddəsinin xromosumun komponentləri olan DNT, yoxsa protein olduğu sual doğurdu. Bundan sonra biokimyaçılar bu suala cavab tapmaq üçün çox sayda eksperimentlər apardı. Alimlərin əksəriyyəti genetik materialın protein olduğunu fikirləşirdilər. Buna səbəb həmin dövrdə alimlərin DNT haqqında az məlumata sahib olması idi (1940-cı illərə qədər). Lakin mikroorqanizmlər üzərində aparılan təcrübələrin nəticələri bu fikri təkzib edə bildi. DNT-nin genetik material olduğuna əmin olduqdan sonra bioloqlar DNT-nin fəza quruluşunu ortaya çıxarmaq üçün bir-birilə yarışdılar.
  4. 4. • DNT-nin üçölçülü quruluşununortaya çıxarılması James Watson və FrancisCrick-in iş birliyi nəticəsindəmümkün olmuşdur.Watson X-Işını kristalloqrafiyasıüsulu ilə DNT-nin nəinki ikili zəncir şəklində olduğunu,spiralın genişliyi, azot əsaslarının yerləşmə qaydası haqqında məlumat əldə edə bilmişdir.Daha sonra Watson və Crick bilinən bütun məlumatları tətbiq edərək DNT-nin quruluşmodelini vermişlər.1953-cü ilin aprelində dərc etdirdikləri məqalə ilə elm dünyasını təəccübləndirmişdilər.
  5. 5. DNT-nin quruluşu DNT = Nukleotidlər Nukleotid = Fosfat turşusu qalığı + Dezoksiriboza + Azot əsası Adenin, quanin, sitozin həm DNT, həm də RNT üçün ortaqdır Timin yalnız DNT- də, urasil yalnız RNT-də rast gəlinir Bir-birinə antiparalel vəziyyətdə yerləşən 2 zəncir +
  6. 6. Genə ümumi baxış • DNT-də məlumat nukleotidlər ardıcıllığı şəklində yazılmışdır. Bu cür nukleotid ardıcılliqları gen olaraq adlanır. Genlər irsiyyətin funksional və fiziki vahididir. Onlar xromosom üzərində sabit bir mövqe tuturlar, lokuslarda yerləşirlər. Bir gen, bir polipeptid şəklində tərcümə edilir. Bu isə hər bir fərdə məxsus özəlliklərin meyda na çıxmasına səbəb olur. Lakin bütün genlər insanda zülalı kodlaşdırmır. Genotip və fenotip arasındakı əlaqə proteinlərlə təmin olunur. • Beynəlxalq səviyyəli bir araşdırma olan İnsan Genom Layihəsi (Human Genome Project) insan genomunu və ona daxil olan genləri müəyyən etmişdir. Belə təxmin edilir ki, insanda 20000-25000 arası gen vardır. Bu isə drozofil milçəyindəki genlərin sayından cəmi 2 dəfə çoxdur. Bu rəqəm alimləri də təəccübləndirmişdir.
  7. 7. Genlər və proteinlər arasındaki əlaqənin kəşfi • Garrodun bu fikri bir neçə on il sonra aparılan təcrübələrlə dəstəklənmişdir. Beləki, bir hüceyrələrimizdə bir çox üzvi molekul metobolik yollarla sintez olunur, eləcə də dağıdılır. Bu metabolik yollarda zəncirvari olaraq baş verən kimyəvi reaksiyalar enzimlər tərəfindən katalizlənir. • Çeşidli mutasiyalar Drozofil milçəyində gözə rəng verən piqment sintezini müəyyən mərhələdə dayandırır. George Beadle və Ephrussi bu vəziyyəti mutasiya nəticəsində lazımi enzimin sintez oluna bilməməsi ilə əlaqəndirmişdilər. Bu və bununla yanaşı digər təcrübələr Bir Gen-Bir Enzim hipotezinin meydana gəlməsinə səbəb olmuşdur. • Lakin bütün proteinlər enzim deyil. İnsulin hormonu və əsas quruluş proteinimiz olan keratin buna misaldır. Buna görə də alimlər bu hipotezdə kiçik bir dəyişiklik etmiş, bu hipotezi Bir Gen-Bir Polipeptid hipotezi ilə əvəz etmişdirlər. • İngilis həkimi Archibald Garrod 1909-cu ildə ilk dəfə genlərin enzimlər vasitəsi ilə fenotipi müəyyən etdiyini bildirmişdir. O bu qənaətə alkaptonuria adlanan genetik xəstəlik nəticəsində gəlmişdir. Beləki tərkibində alkapton olan sidik havaya məruz qaldıqda qaralır. Garrod belə fikirləşmişdir ki, normal insanlar alkaptonu parçalayan enzimə malikdir, lakin alkaptonurik insanlar isə bu enzimi genetik olaraq sintez edə bilmirlər. Araşdırmaçı bu cür xəstəlikləri "Anadangəlmə metabolizm pozğunluqları" olaraq adlandırmışdır.
  8. 8. Genin ekspressiyası • DNT molekullarının tərkibində yerləşən gen və ya genlərin daşıdıqları informasiyaların fenotip şəklində zahirə çıxarılma prosesi genlərin ekspressiyası adlanır. Bu proses mürəkkəb gedişə malikdir. İlkin olaraq genin transkrpsiyası həyata keçirilir. Genin quruluşu və ekspressiyası bir-birilə sıx əlaqəlidir. Buna görə də bunlar növbəti slaydlarda qarşılıqlı izah olunub.
  9. 9. Genin quruluşu • Genin quruluşu dedikdə onun daxilində ixtisaşlaşmış ardıcıl elementlərin yerləşməsi nəzərdə tutulur. Eukaryot və prokaryotların genləri çox oxşardır. Lakin eukaryot genlər prokaryotlardan daha çox requlyator bölgələrin olması ilə fərqlənir. İnsan genlərinin ölçüləri müxtəlifdir. Beləki ən kiçik gen yüzdən az nukleotid cütündən təşkil olunarkən, ən böyük genlər hətta 2 milyondan çox nukleotid cütünü əhatə edir. Geni təşkil edən elementlərin hər birinin özünəməxsus funksiyası vardır. Bu hissələrin uzunluqları genlər arasında fərqlənsədə funksiyaları eynidir.
  10. 10. • Eukaryotik genlərin əsəs xüsusiyyəti onun transkriptinin ekzon və intronlarabölünməsidir. Ekzonlar amin turşularınatərcüməedilən hissələrdir,yəni onlar kodlaşdıran bölgələrdir. İntronlar isə kodlaşdırmayan bölgələrdir.Onlar funksiyaları alimlərə tam məlum olmasada, belə düşünülür ki, onlar genin ekspressiyasının tənzimlənməsindərol oynayır. Genin intron bölgələri ekzon bölgələrindən daha uzun olur.Transkripsiyadan sonrakı emal prosesində ekzonlar saxlanır,intronlar isə kəsilib çıxarılır.Buradan belə bir nəticəyəgəlmək olur ki, DNT- nin daxilində zülal sintezi üçün lazımi məlumat cəm halında yox,səpələnmiş vəziyyətdə yerləşir. • Zülalların tərkibinədaxil olan amin turşu ardıcıllığı,onun başlanğıcı və sonu genin tərkibində üçlü nukleotidtripleti,yəni kodon şəklindəkodlaşdırılmışdır.Dörd nukleotidin üç-üç qruplaşması 64 ədəd kodonun yaranmasınasəbəb olur.Əgər 20 amin turşusununzülal yaranmada iştirak etdiyini nəzərə alsaq, belə nəticəyəgəlirik ki, bir amin turşusu bir neçə kodonla kodlaşdırıla bilər.Yalnız mtionin və triptofan bir kodonla kodlaşdırılır.Qalan amin turşuları isə 2-6 arasında kodonla kodlaşdırıla bilər
  11. 11. • Hüceyrələrin normal fəaliyyəti üçün mühüm şərtlərdən biri genomun tərkibində yerləşən minlərlə genin transkripsiyasının dəqiq tənzim olunmasıdır. Hər bir genin özünəməxsus transkripsiya olunma proqramı vardır. Bu proqram elə genlərin özləri kimi DNT-nin tərkibində nukleotidlər ardıcıllığı şəklində kodlaşdırılmışdır. Bu cür nukleotid ardıcıllıqları Sis-təsirli elementlər olaraq adlandırılır. Bunlara bazal promotorlar, proksimal promotor gücləndiricilər (enhancers), sakitləşdiricilər (silencers) və sərhədçi izolyator elementlər (insulators) aiddir.
  12. 12. Əsas bazal promotorlar Əsas (bazal) promotorlar RNT II polimeraza tərəfindən transkripsiyanındəqiq başlanğıcını istiqamətləndirənDNT bölgəsidir.Əvvəllər bazal promotorların vahid bir mexanizmlə işləyən universal nukleotidardıcıllığı olduğu düşünülürdü.Lakin sonralar onların quruluşundavə funksiyasındamüxtəlifliyin olduğu məlum oldu. Promotorlar,RNT polimerazanın haraya bağlanacağını və transkripsiyanın harada başlanacağını müəyyən etməkdən əlavə, DNT- nin zəncirlərindən hansının matrisrolu oynayacağını da müəyyən edir. TATA qutusu (TATA box) eukaryotlarda və arxeylərdə bazal promotor bölgəsində tapılan ardıcıllıqdır.T və A nuleotid cütlərinin təkrarlanmasıilə xarakterizəolduğu üçün onu bu cür adlandırıblar.TATA qutusu olan bölgələrdə transkripsiyaburadan başlayır.TATA qutusu nukleotidardıcıllığındavə başlama mexanizmindəolan nöqtəvi mutasiyalar,delesiyalar və digərləri fenotipik dəyişikliklərəsəbəb olur. Bu dəyişikliklər xəstəlik fenotipinə çevrilir.Gastrik xərçəng,Huntinqton xəstəliyi,Beta- talessemiya, Gilbert sindromu TATA qutusundaolan mutasiyalarla əlaqəlidir.
  13. 13. TATA- ya birləşən protein (TBP-TATA binding protein), transkripsiya faktorları, RNT polimeraza transkripsiyanı başlatmaq üçün bir araya gəlir.
  14. 14. Gücləndiricilər və sakitləşdiricilər (inhanserlər və saylanserlər) • İnhanserlərsaylanserlər start nöqtəsindən on minlərlənukleotidcütlüyü aralı, intronların daxilində yerləşirlər.Onlar xüsusi transkripsiyafaktorları ilə əlaqə yaradaraq genin ekspressiyasını dayandıra və gücləndirəbilirlər.İnhanserlərqısadır, uzunluqları50-1500 nukleotid cütü arasında dəyişir.İnsan genomunda yüz minlərləinhanser vardır. Onlara həm prokaryotlarda,həm də eukaryotlardarast gəlinir.Ayrı-ayrı gücləndiriciləryalnız müəyyən toxuma və hüceyrələrdəgenin ekspressiyasını artıra bilirlər.Hüceyrələrin və toxumanın diferensiasiyası və böyüməsi genlərin zaman və yer olaraq düzgün ekspressiyasını tələb edir. Gücləndiricilər spesifik hüceyrələrdəgeni açaraq və digərlərindəbasqılayaraq bunu tənzim etmiş olur. • Saylanserlər promotor və ya inhanserlərəbağlana və transkripsiyanıblok edə bilərlər.Saylans erlər DNTdə bir çox bölgədə yerləşə bilər.Onların ən ümumi yerləri hədəf genin yuxarısındadı r.
  15. 15. • Sərhədçi-izolyatorlar (insulyatorlar) bir genlə əlaqəsi olan gücləndiricilərin qonşu genlərə təsir etmələrinə imkan vermirlər. Çoxhüceyrəli eukaryotlarda rast gəlinir. Tipik izolyatorlar 300-2000 nukleotid cütü uzunluğundadır.
  16. 16. Transkripsiya • Zülal haqqında məlumatı protein sintezi maşınına, yəni ribosoma daşıyan m-RNT-dir. m-RNT komplementarlıq prinsipi əsasında, matris rolunu oynayan DNT zənciri üzərində sintez olunur. RNT polimeraza adı verilən enzim iki DNT zəncirini açaraq ayırır, və nukleotidləri uyğun olaraq bağlayır. RNT polimeraza sintez olunan polimerin sadəcə 3' ucuna nukleotidləri əlavə edir. Beləliklə polimer 5'-3' istiqamətində uzanır. RNT polimerazanın hara bağlanacağını və sintezi harada bitirəcəyini bilir. Beləki, bu haqda məlumat DNT-nin özündə nukleotidlər ardıcıllığı şəklində yazılır. DNT-nin transkripsiyanın başladıldığı ardıcıllığına, yəni RNT polimerazanın bağlandığı yerə promotor, transkripsiyanın sonlanma siqnalını verən ardıcıllığına isə terminator deyilir. Transkripsiya keçirən DNT ardıcıllığı transkripsiya vahidi olaraq adlandırılır. Transkripsiya 3 mərhələdə baş verir: RNT zəncirinin başlaması, uzanması və sonlanması
  17. 17. Transkripsiyanın başlanması • Promotorun tərkibində RNT polimerazanın bağlanacağı nukleotid ardıcıllığı vardır. Prokaryotlar bu bölgəni birbaşa olaraq tanıyır və onunla birləşir. Lakin eukaryotlarda RNT polimerazanın bağlanması və transkripsiyanın başlanması transkripsiya faktorları adı verilən proteinlərin vasitəçiliyi ilə olur. Transkripsiya faktorları və RNT polimerazanın əmələ gətirdiyi topluluğa transkripsiya komleksi adı verilir. Artıq bağlanma baş verdikdən sonra DNT zəncirləri bir- birindən aralanır və RNT polimeraza polimeri sintez etməyə başlayır.
  18. 18. Transkripsiyanın başlama mərhələsi
  19. 19. Transkriptin uzanması • RNT polimeraza DNT matrisi üzərində irəlilədikcə ikili zənciri açmağa davam edir və bağlı olduğu anda 10-20 cüt nukleotidi zəncirə əlavə edir. RNT polimeraza irəliləyərkən onun arxasında açılmış olan DNT zəncirləri yenidən spiral əmələ gətirir. Sintez olunmuş RNT molekulu qəlib DNT-dən çıxarılır. Eukaryotlarda transkripsiyanın sürəti saniyədə 60 nukleotiddir. Bir gen eyni zamanda bir çox RNT polimeraza tərəfindən transkripsiayaya uğradıla bilər. Beləliklə daha çox protein sintez olunmuş olar.
  20. 20. Uzanma
  21. 21. Transkripsiyanın sonlandırılması • Əvvəldə qeyd edildiyi kimi, terminator transkripsiya prosesinin sonlanma siqnalını verir. RNT polimeraza sonlanma ardıcıllığını kopyalayanadək irəliləyir. Prokaryotik hüceyrədə RNT polimeraza sonlanma siqnalını axıra qədər oxuduqdan sonra dayanır. Lakin eukaryotlarda RNT polimeraza sonlanma siqnalı olan AAUAAA-nı oxuduqdan sonra da zəncir boyunca irəliləyir. 10-35 nukleotid keçdikdən sonra RNT transkripti enzimdən kəsilərək sərbəst qalır.
  22. 22. Translyasiya • Translyasiya zamanı hüceyrə genetik mesajı tərcümə edir. Burada genetik mesaj rolunu kodonlardan təşkil olunmuş RNT oynayır. Tərcüməçi isə n-RNT-dir. O amin turşularını ribasoma daşıyır. Ribosom özünə n-RNT tərəfindən gətirilən amin turşuları uzanan polipeptid zəncirin ucuna əlavə edir. N-RNT –nin bir ucu amin turşusunu birləşdirir, digər ucu isə antikodona sahibdir, hansı ki, o da kodonla birləşir. 61 kodonun olduğunu fikirləşsək, onda eyni sayda da n-RNT-nin olduğu nəticəsinə gələrik. Əslində isə belə deyil, onların sayı təxminən 45-dir. Beləki, bir n-RNT bir neçə kodonla birləşə bilir. Bildiyimiz kimi amin turşunu kodlaşdıran kodonların ilk iki nukleotidi eyni, 3-cü nukleotidi isə fərqli olur. N-RNT-nin isə 3-cü nukleotidinin azot əsası fərqli azot əsasları ilə qarşılıqlı əlaqə yarada bilir. Məhz bu səbəbdən n-RNT-in sayı gözlədiyimizdən azdır. Amin turşusunun n-RNT-ə bağlanmasını aminoasil- nRNT sintetaza təmin edir.
  23. 23. • Translyasiya 3 mərhələdə baş verir: başlanma, uzanma və sonlanma.
  24. 24. Başlanma mərhələsi • Başlama mərhələsində ribosomun kiçik subvahidi özünə başlanğıc t- RNT-ni, m-RNT-ni birləşdirir.Ribosomun kiçik subvahidi özünə m-RNT- nin 5'ucunu birləşdirir. M-RNT üzərində başlama kodonu olan AUG başlama siqnalını verir. Metionin amin turşusunu daşıyan n-RNTkodona ( ribosomun A bölgəsinə) bağlanır. Bütün bunlar baş verdikdən sonra ribosomun böyük subvahidi də birləşir və beləliklə translyasiya başlanma kompleksi tamamlanmış olur. Bütün proseslərdə olduğu kimi bu prosesdə enerji tələb edir və bu enerji GTP-nin hidrolizindən qarşılanır.Mərhələ tamamlandıqdan sonra n-RNT ribosomun P bölgəsinə keçir və A bölgəsi bundan sonra yeni gələn n-RNT-ni qəbul etmək üçün boş qalır.
  25. 25. Uzanma mərhələsi • Uzanma mərhələsində amin turşular tək-tək uzanan polipeptid zəncirə əlavə olunur. Bu mərhələnin özü də 3 mərhələdən təşkil olunmuşdur: 1) Kodon tanıma, 2) peptid rabitənin əmələ gəlməsi, 3) Translokasiya ( yer dəyişdirmə)
  26. 26. • Kodon tanıma - Bu mərhələdə amin turşu daşıyan n-RNT kodonla hidrogen rabitəsi qurmaq üçün ribosomun A bölgəsinə gəlir. Burada enerji olaraq GTP-dən istifadə olunur. Bu mərhələdə 2 mol GTP-nin hidrolizinə ehtiyac duyur. • Peptid rabitəsi əmələ gətirmə mərhələsi- Bu mərhələdə P bölgəsində uzanmaqda olan polipeptid zəncir A bölgəsinə keçərək oradakı amin turşusu ilə birləşir. Proses ribosomun böyük subvahidindəki r-RNT olan ribozim vasitəsilə kataliz olunur. • Translokasiya- Bu mərhələdə A bölgəsində ucunda polipeptid zənciri daşıyan n-RNT P bölgəsinə keçir. Yeni amin turşusunun kodona birləşməsi üçün m-RNT bir kodon irəliləyir. M-RNT-nin irəliləməsi 5'-3' istiqamətindədir. Əvvəl P bölgəsində olan n-RNT yeni amin turşusunu özünə birləşdirmək üçün E bölgəsindən ribosomu tərk edir. Enerji GTP-nin hidrolizindən qarşılanır.
  27. 27. • Sonlanma- translyasiyanın son mərhələsidir.Stop kodonları olan UAA, UAG, UGA A bölgəsinə çatdıqda translyasiya dayanır. Sonlandırmanı təmin edən protein faktor stop kodonuna bağlanır.Bu faktor polipeptid zəncirin ucunaamin turşu birləşdirmək yerinə,su birləşdrir.Bu isə P bölgəsində polipeptid zəncirin n-RNT-dənhidrolizedərək ayrılmasına səbəb olur. Ən sonda isə translyasiyakompleksi dağılır
  28. 28. Gen ekspressiyasının tənzimi • Gen ekspressiyasınıntənzimi dedikdə hüceyrədə hansı genin və həmin genin nə zaman ekspressiyaolunmasının tənzimi nəzərdə tutulur. Baxmayaraq ki, çoxhüceyrəli orqanizmlərin hüceyrələrindəki DNT eyni olsa da, bütün hüceyrələrdə eyni genlər ekspressiyaolunmur. Fərqli hüceyrələrdə fərqli genlər ekspressiyaolunur və bu da fərqli proteinlər deməkdir. Bütün bunlar hüceyrəyə özünəməxsus xüsusiyyətlər qazandırır. Nəticədə müxtəlif funksiyalar üzrə ixtisaslaşmış hüceyrələr differensasiya edir. Genin ekspressiyasıeukaryot orqanizmlərdə müəyyən mərhələlərdən ibarətdir.
  29. 29. • Məsələn sinir hüceyrəsində DNT-nin neyromediator kodlaşdıran geni aktiv ikən, alkaqol- dehidrogenaza enzimini kodlaşdıran gen isə aktiv deyildir. Bu hal qaraciyər hüceyrəsində tam əksinədir. Beləliklə gen ekspressiyasının tənzimi hüceyrələrə özünə məxsus funksiyalar qazandırır.
  30. 30. Diqqətiniz üçün təşəkkürlər!
  31. 31. İstinadlar: • https://www.khanacademy.org/science/.Overview: Eukaryotic gene regulation • Jane B. Reece & Lisa A. Urry & Michael L. Cain & Steven A. Wasserman & Peter V. Minorsky & Robert B. Jackson. Campbell biology, 10 th edition • E.Qasımov. Sitologiya, dərslik. 2013

×