Prof. Dr. Güler Temizkan
Genişletilmiş İkinci Baskı
Moleküler Genetik Prof. Dr. Güler Temizkan
Moleküler Genetik ISBN: 978-605-335-021-7
Moleküler Genetik
Prof. Dr. Güler Temizkan
NOBEL TIP KİTABEVLERİ
© 2014 Nobel Tıp Kitabevleri Tic. Ltd. Şti. MOLEKÜLER GENETİK Prof. Dr. Güler Temizkan ISBN: 978-605-335-021-7 5846 ve 2936 sayılı Fikir ve Sanat Eserleri yasası hükümleri gereğince herhangi bir bölümü, resmi veya yazısı, yazarların ve yayınlayıcısının yazılı izni alınmadan tekrarlanamaz, basılamaz, kopyası çıkarılamaz, fotokopisi alınamaz veya kopya anlamı taşıyabilecek hiçbir işlem yapılamaz.
Yazar
: Prof. Dr. Güler Temizkan e-posta: gulertemizkan@gmail.com Yayımcı : Nobel Tıp Kitabevleri Tic. Ltd. Şti. Millet Cad. No:111 34104 Fatih-İstanbul Yayımcı Sertifika No : 15710 Baskı / Cilt : No-bel Matbaacılık San. Tic. Ltd. Şti. Kurtini Mevki, General Şükrü Kanatlı Cad. Ömerli - Hadımköy - İstanbul Matbaa Sertifika No : 12565 Sayfa Tasarımı - Düzenleme : Nobel Tıp Kitabevleri, Cenk Akay Kapak Tasarım : Cenk Akay Baskı Tarihi : Kasım 2013 - İstanbul
NOBEL TIP KİTABEVLERİ TİC. LTD. ŞTİ. MERKEZ - ÇAPA Millet Cad. No:111 Çapa-İstanbul Tel: (0212) 632 83 33 Fax: (0212) 587 02 17 CERRAHPAŞA Cerrahpaşa Tıp Fakültesi Karşısı Park içi Cerrahpaşa-İstanbul Tel: (0212) 586 17 58 KADIKÖY Rıhtım Cad. Derya İş Merkezi No: 7 Kadıköy-İstanbul Tel: (0216) 336 60 08
www.nobeltip.com
ANKARA Sağlık Sokak No:17/C Çankaya (Sıhhiye) Tel: (0312) 434 10 87
ELAZIĞ Yahya Kemal Cad. Üniversite Mah. No: 36/B Tel: (0424) 233 43 43
ANTALYA Meltem Mah. Dumlupınar Bulv. Başkent Sitesi, B Blok No: 4 Meltem Tel: (0242) 238 15 55
İZMİR Kazım Dirik Mahallesi, 186 Sokak No: 21/B Bornova Tel: (0232) 343 10 50
BURSA Sakarya Mah. Bahriye Üçok Cad. Menekşe Sok. N: 21/18 Görükle Nilüfer Tel: (0224) 224 60 21
SAMSUN Ulugazi Mah. 19 Mayıs Bulvarı 16/6 Tel: (0362) 435 08 03
DİYARBAKIR Kurt İsmail Paşa 2. Sokak No: 12/C Ofis Tel: (0412) 228 93 93
BAKÜ / AZERBAYCAN Nesib bey Yusifbeyli Caddesi No: 43 Bakü / Azerbaycan Tel: +994 (0)12 449 9431
Sevgili Annemin ve Babam覺n An覺lar覺na
2. BASKIYA ÖNSÖZ
2000’li yıllara girerken tüm bilim çevrelerinin 21. yüzyıla damgasını vuracak başlıca alanların bilişim teknolojisiyle birlikte moleküler biyolojinin olacağına ilişkin öngörüleri gerçekleşmiş olup bu alanlardaki inanılmaz bilgi birikimi hızla artmayı sürdürmektedir. Başta insan genom projesi olmak üzere çeşitli türlerin kalıtsal moleküllerinin dizilenmesinin de etkisiyle moleküler genetik kapsamında ortaya çıkan ve “-omik”ler olarak adlandırılan alt dallar canlı sistemin oluşumu ve devamlılığında genetik bilginin yapı ve işlevlerini, aralarındaki etkileşimleri en ayrıntılı biçimde ele almaya çalışmaktadırlar. Bu alanların gelişiminde moleküler biyoloji ve rekombinant DNA teknolojisinde çok duyarlı analiz tekniklerinin geliştirilmesi ve çeşitlenmesinin yanı sıra kuşkusuz bilgisayar teknolojisi ve programcılığından gelişen biyoinformatikteki hızlı ilerlemenin de önemli katkısı bulunmaktadır. Moleküler genetikteki hızlı bilgi yüklemesi, birinci baskısı uzun süredir tükenmiş olan bu kitabın genişletilmiş ikinci baskısının oluşturulması sırasında yoğun bir çabayı gerektirmiştir. Tüm konular gözden geçirilmiş, daha ayrıntılı ve yeni bilgiler eklenmiş ve bir anlamda kitap yeniden yazılmıştır. Bu bağlamda, hem üniversite öğrencilerine ders kitabı hem de bu alanda çalışan veya ilgilenen genç araştırmacılar için başvuru kitabı olma niteliğini devam ettirmesi hedeflenmiştir. Ancak hemen her gün yeni bilgilerin eklenmesi nedeniyle kısa bir süre içinde, temel düzeydekiler dışında, çeşitli kavramların eskimesi kaçınılmaz olacaktır. Basım hazırlıkları sırasında bile bazılarının değiştiğinin fark edilmesi de bunun bir kanıtıdır. Ayrıca, moleküler genetiğe özellikle yeni giren terimlerin (çoğu bilim dalında olduğu gibi) yaygın olarak kullanılan Türkçe karşılıkları henüz bulunmamaktadır. Türkçe bilim dilinin gelişmesinin gerekli olduğu düşüncesiyle, çok yerleşik olanların dışında, mümkün olduğunca Türkçe terimler kullanılmaya ve önerilmeye çalışılmış, gerekli görüldğü durumlarda da yanlarına yabancı dildeki karşılıkları konulmuştur. Kitabın bu baskısında da kuşkusuz bulunabilecek eksiklik ve hataların hoşgörüyle karşılanmasını diliyorum. Kitabın basımını üstlenen Nobel Tıp Kitabevleri’ne, basıma hazırlığı sırasındaki sabırlı ve titiz çabasından ötürü Cenk Akay’a çok teşekkür ederim. İstanbul, Temmuz 2013
Prof. Dr. Güler Temizkan
v
1. BASKININ ÖNSÖZÜ
Genetiğin bir alt bilim dalı olarak 1940’lı yılların başlarında ortaya çıkan moleküler genetik özellikle 1960’lı yıllardan itibaren gelişmeye başlamıştır. 1970’li yılların başında genetik mühendisliği (rekombinant DNA teknolojisi) olarak adlandırılan bir teknolojinin de yardımıyla moleküler genetikteki bilgi birikimi son derece büyük bir hızla artmıştır. Önceleri daha çok dolaylı kanıtlara dayanan bilgiler günümüzde çoğunlukla doğrudan biyolojik moleküller üzerinde yapılan araştırmaların sonuçlarından kaynaklanmaktadır. Dünyada hemen tüm çevrelerce kabul edildiği gibi 21. yüzyılın biyoloji çağı olacağı gerçeğinde kuşkusuz en önemli paylardan birini moleküler biyolojideki gelişmeler almaktadır. Biyoloji programında genetikle ilgili dersleri okuyan öğrencilere yönelik olarak hazırlanmış olan ders kitabının bu ikinci cildinin temel amacı moleküler genetiğe ilişkin konularda başlangıcından günümüze kadar olan bilgi birikimini ana hatlarıyla aktarmaktır. Bunun yanı sıra, ele alınan konularda yer yer ayrıntılı bilgiler de verildiğinden, bu alanda yazılmış Türkçe kitapların yok denecek kadar az olduğu da göz önüne alındığında, bu bilim dalıyla ilgilenen araştırmacılar için bir başvuru kitabı niteliğinde olacağı da umulmaktadır. Kitabın bu cildinde, kalıtsal olayların hücre ve molekül düzeyinde nasıl gerçekleştiğinin açıklanması amacıyla genetik materyalin moleküler yapısı ve işlevleri konularında elden geldiğince en yeni bilgiler verilmeye çalışılmıştır. Bu konulara ilişkin temel bilgilerin birçoğu kitabın birinci cildinde (Genetik I. Temel Genetik) yer aldığı için gerekli yerlerde o cilde göndermeler yapılmıştır. Kitabın yazımı sırasında karşılaşılan en önemli zorluklardan biri, moleküler genetikteki olağanüstü hızlı gelişime bağlı olarak sürekli biçimde yeni bilgi birikimi ve bazılarının eskimesi olmuştur. Bir diğer zorluk da moleküler genetiğe ilişkin Türkçe terimlerin genellikle henüz hiç yerleşmemesinden kaynaklanmıştır; bu nedenle terimlerin çoğu yabancı dildeki durumlarıyla kullanılmak zorunda kalınmış ve yanlarına öneri niteliğinde Türkçe karşılıkları konulmuştur. Tüm çabalara karşın kitapta kuşkusuz bulunabilecek eksik ve kusurların hoşgörüyle karşılanmasını diliyorum. Yapılacak eleştiri ve önerilerin ileride daha geliştirilmiş kitapların ortaya konulmasına olanak vereceği inancındayım. Kitabın hazırlık ve basımı sırasında içtenlikle yardım eden Yard. Doç. Dr. Atok Olgun, Tuba Günel, Gonca Topohan, Saba Ulusoy ve Bedia Gemici’ye, şekillerin çoğunun çizimlerini yapan Celal Dar’a, basım işini özenle ve sabırla gerçekleştiren Fen Fakültesi Basımevi personeline teşekkürü borç bilirim. İstanbul, Şubat 1999
Prof. Dr. Güler Temizkan
vii
İÇİNDEKİLER
1
Giriş: Tanım ve Tarihçe
1
1.1.
Tanım ........................................................... 1
1.2.
Tarihçe ve Nükleik Asitlerin Kalıtsal Molekül Olduğunu Kanıtlayan Deneysel Bulgular ........................................ 1
Nükleik Asitlerin Bulunması ve Kimyasal Yapılarının Açıklanması (Kimyasal Bileşik Olarak Nükleik Asitler) (1869-1944) .....................................2 Kalıtsal Molekül Olarak Nükleik Asitler ve Moleküler Genetiğin Gelişmesi (1944-1973) ........................3 Moleküler Genetiğin Altın Çağı (1973 -
) .........................5
Genomik ve Genomik Sonrası Çağı................................6
2
Kalıtsal Molekül Olarak Nükleik Asitlerin Yapı ve Özellikleri
3
3.1.
Kalıtsal Molekülün Farklı Organizma Gruplarındaki Özellikleri
19
Kalıtsal Molekülün Kütlesi, Baz İçeriği ve Baz Dizisi ...............................................19
Kalıtsal Molekülün Kütlesi ..................................................19 Kalıtsal Molekülün Baz İçeriği ............................................20 Kalıtsal Molekülün Baz Dizisi ..............................................20
3.2.
Kalıtsal Molekülün Yerleşim Düzeni ........... 21
3.2.1. Viroidlerde Kalıtsal Molekülün Özellikleri .............22 3.2.2. Virüslerde Kalıtsal Molekülün Özellikleri ................23 3.2.2.1. DNA Virüslerinde Kalıtsal Molekülün Özellikleri .....................................................23 Tek İplikli DNA Virüsleri .......................................23 Çift İplikli DNA Virüsleri .......................................24
7
3.2.2.2. RNA Virüslerinde Kalıtsal Molekülün Özellikleri .....................................................26 Tek İplikli RNA Virüsleri .......................................26
2.1.
Nükleik Asitlerin Birincil Yapıları (Polinükleotidler) .........................................7
2.2.
DNA’nın Çift Sarmal Yapısı ........................... 9
2.3.
DNA’nın Farklı Biçimleri .............................13
2.4.
DNA’nın Denatürasyonu ve Renatürasyonu ........................................... 15
2.5.
RNA’nın Molekül Yapısı ..............................17
Çift İplikli RNA Virüsleri .......................................26
3.2.3. Prokaryotlarda Kalıtsal Molekülün Yapısal Düzenlenmesi ...........................................26 3.2.4. Ökaryotlarda Kalıtsal Molekülün Yapısal Düzenlenmesi .......................................................28 3.2.4.1. Kromatin Yapı Taşlarının Özellikleri ...............28 3.2.4.2. Kromatinin Yapısal Düzenlenmesi .................30
Kalıtsal Molekülün Yetenek ve İşlevleri .................. 35
ix
İçindekiler
4
4.1.
Nükleik Asit Metabolizması: Enzimler ve Diğer Proteinler
37
Polimerazlar............................................... 37
4.1.1. DNA’ya Bağımlı DNA Polimeraz .............................37 4.1.2. RNA’ya Bağımlı DNA Polimeraz (Ters Transkriptaz) ................................................38 4.1.3. DNA’ya Bağımlı RNA Polimeraz .............................39
4.2.
DNA Ligaz ..................................................40
4.3.
DNA Topoizomerazlar .................................41
DNA Molekülünün Üçüncül Yapısı ve Bu Yapıdaki Değişmeler ......................................................41
4.3.1. I. Tip Topoizomerazlar ...........................................42 4.3.2. II. Tip Topoizomerazlar ..........................................42
4.4.
Nükleazlar ..................................................43
4.4.1. Deoksiribonükleazlar.............................................44 4.4.2. Ribonükleazlar ......................................................45
4.5.
Özel Proteinler ........................................... 46
DNA-Protein Etkileşimleri ...................................................46
5.2.1.4. Replikasyonun Tamamlanması .....................63 5.2.1.5. Replikasyonun Doğruluğu ............................64 DNA Polimerazın Hata Giderici Aktivitesi.............64
5.2.1.6. Replikasyonun Hücre Çevrimiyle İlişkisi ve Hızı...............................................65 5.2.2. Ökaryotlarda DNA Replikasyonu ...........................66 5.2.2.1. Replikasyonun Başlaması ............................68 5.2.2.2. Replikasyonda Uzama ..................................69 5.2.2.3. Replikasyonun Tamamlanması .....................70 Kromozomların Uçlarında Replikasyonun Tamamlanması ....................................................70 Telomer Boyu ile Yaşlanma ve Kanserleşme İlişkisi......................................73
5.2.2.4. Replikasyonda Nukleozomların Çözülmesi ve Yeniden Oluşumu ...................73 5.2.2.5. Replikasyon ve Hücre Çevrimi İlişkisi............. 74 Erken ve Geç Replikasyon Başlangıç Noktaları .................................................................76
5.2.2.6. Mitokondrilerde Replikasyon ........................76 5.2.3. Virüslerde Replikasyon Mekanizmaları .................77 5.2.3.1. DNA Virüslerinde Replikasyon Mekanizmaları .............................................77 5.2.3.2. RNA Virüslerinde Replikasyon Mekanizmaları .............................................82 5.2.4. Viroidlerde Replikasyon Mekanizması ..................87
Nükleotid Dizisinin Doğrudan Okunması......................46 DNA ve Proteinler Arasındaki Kimyasal İlişkilerin Özellikleri .....................................................48 Nükleotid Dizisinin Sarmalın Yapısı Üzerindeki Dolaylı Etkileri............................................48
5 5.1.
Replikasyon
49
Replikasyondaki Enzim Sistemleri .............52
Prokaryotlardaki DNA Polimerazlar ....................................52 Ökaryotlardaki DNA Polimerazlar .......................................53
6
Onarım
89
6.1.
Doğrudan Onarım ....................................... 90
6.2.
Kesip Çıkarma Onarımı ..............................91
6.2.1. Bazları Kesip Çıkarma Onarımı .............................92 6.2.2. Nükleotidleri Kesip Çıkarma Onarımı ....................93 Transkripsiyonla Bağlantılı Onarım ................................94
6.3.
Yanlış Eşleşmeleri Düzeltme Onarımı ........94
6.4.
Rekombinasyon Onarımı ............................97
DNA Polimerazın Moleküler Yapısı......................................54 DNA Polimerazların İlerleticilik Özelliği ..............................55 Kayan DNA Kelepçeleri .......................................................56
5.2.
Replikasyonun Mekanizması ......................56
5.2.1. Prokaryotlarda DNA Replikasyonu ........................57 5.2.1.1. Replikasyonun Başlaması ............................57 5.2.1.2. Replikasyon Çatalında DNA Sentezi...............59 5.2.1.3. Replikasyonun Yarı-Kesintili Yapılma Özelliği ...........................................60 Trombon Modeli ...................................................61
DSB Onarım Yolu ................................................................98 Homolog Uç Birleşmesi ...............................................98 Homolog Olmayan Uç Birleşmesi ................................99
6.5.
Translezyon Sentezi ..........................................................100 SOS Yanıtta RecA Proteinin Rolü ......................................102 SOS Yanıtta Hücre Çevriminin İlerlemesinin Geciktirilmesi ...................................................................103
6.6. x
SOS Yanıt .................................................100
İnsanlarda Onarım Kusurları İle Hastalıklar Arasındaki İlişkiler .................103
İçindekiler
7
Gen Anlatımı
107
7.3.2.4. İntronların Kesilip Atılması (Kırpılma)............ 154
7.2.1.2. Anlamlarına Göre Dizi Çeşitleri ..................112
Nukleusdaki mRNA’larda İntronların Kırpılması .............................................................155 Kırpılma Kompleksleri ve İntronların Atılmasında snRNP’lerin Rolü.....................156 AU−AC İntronları ........................................158 Kırpılma Kompleksinin Doğru Kırpılma Yerlerini Bulması ........................................158 I. ve II. Grup İntronların Kırpılması ....................159 I. Grup İntronlar ..........................................160 II. Grup İntronlar .........................................161 İntronun Kırpılmada İşlevi Olan Düzenleyici Bir Proteini Şifrelemesi ...........161 tRNA’lardaki İntronların Kırpılması ....................163 Alternatif Kırpılma .............................................164 Trans Kırpılma ...................................................165
Genler ve Genlerle İlişkili Diziler .......................112
Ekson Karışması ................................................166
Gen Arası Diziler ................................................114
7.3.2.5. RNA Düzeltimi ............................................166 7.3.2.6. RNA’ların Sitoplazmaya Taşınması .............168 7.3.2.7. RNA’larınYıkımı ..........................................169
7.1.
Gen: Tanımı, Yapısı ve İşlevi ....................107
Genin Yapısı ......................................................................108 Parçalı Genler ............................................................108
7.2.
Gen ve Genom..........................................110
7.2.1. Genomdaki Dizi Çeşitleri .....................................111 7.2.1.1. Yapılarına Göre Dizi çeşitleri ......................111 Tek (Tekrarlanmayan) Diziler .............................111 Tekrarlanan Diziler.............................................111
7.2.2. Genom Boyutları ve Gen Sayıları ........................117 7.2.3. Gen Yoğunluğu ....................................................119
7.3.
Prokaryotik RNA’ların Yıkımı..............................169 Ökaryotik RNA’ların Yıkımı .................................169
Gen Anlatımının Mekanizması ..................119
7.3.1. Transkripsiyon.....................................................120 7.3.1.1. Transkripsiyon Birimi .................................120 7.3.1.2. Transkripsiyondaki Enzim Sistemleri ........... 121 RNA Polimeraz...................................................123 Prokaryotik RNA Polimeraz.........................123 Ökaryotik RNA Polimerazlar .......................124 RNA Polimerazın Üç Boyutlu Yapısı ............124
7.3.1.3. Transkripsiyonun Mekanizması ..................125 Transkripsiyonun Başlaması ..............................125 Prokaryotik Promotörler .............................125 Ökaryotik promotörler ................................127 Transkripsiyon Başlama Kompleksleri........129 RNA polimeraz II ile ilişkili GTF’ler .............129 RNA polimeraz I ve III ile ilişkili GTF’ler .....131 Ökaryotlarda Transkripsiyonun Başlamasıyla Kromatin Yapısı Arasındaki İlişki ..........................................131
7.3.3. Genetik Şifre .......................................................170 Genetik Şifrenin Özellikleri ..........................................171 Kodonlar ......................................................................174 Genetik Şifrenin Evrenselliği........................................176
7.3.4. Translasyon (Protein Sentezi) .............................178 7.3.4.1. tRNA’ların Protein Sentezine Katılmaları ....179 tRNA’nın Amino Asitle Yüklenmesi ....................179
7.3.4.2. rRNA’ların Protein Sentezine Katılmaları ....182 Ribozomlar ........................................................182
7.3.4.3. mRNA’ların Protein Sentezine Katılmaları .................................................184 7.3.4.4. Translasyonun Mekanizması ......................185 Başlama ............................................................186 Uzama ...............................................................190 Ribozomun Translasyondaki Hataları Düzeltme Yolları ..........................................193 Protein Sentezinin Hızı................................193 Uzama Sırasındaki Kaymalar ......................194 Bitirme...............................................................195
Transkripsiyonda Uzama ...................................132 Uzama Aşamasında İş Gören Faktörler .......133 Transkripsiyondaki Hata Düzeltimi .............134 Transkripsiyonun Tamamlanması ......................134
7.3.2. Transkripsiyon Ürünlerinin (RNA’ların) İşlenmesi ............................................................137 7.3.2.1. mRNA’ların İşlenmesi .................................139
7.4.
Genotip-Fenotip İlişkisinin Biyokimyasal Temeli ................................197
Prokaryotik mRNA’ların işlenmesi .....................139 Ökaryotik mRNA’ların İşlenmesi ........................140
7.3.2.2. tRNA’ların İşlenmesi ...................................144
8
Prokaryotik tRNA’ların İşlenmesi .......................144
Gen Anlatımının Düzenlenmesi
205
Ökaryotik tRNA’ların İşlenmesi ..........................147
7.3.2.3. rRNA’ların İşlenmesi...................................149
Prokaryotlarda Gen Anlatımının Düzenlenmesi........................207
Prokaryotik rRNA’ların İşlenmesi .......................149
8.1.1. Transkripsiyonun Başlamasındaki Düzenleme ....207
tRNA’ların İkincil ve Üçüncül Yapıları ................147
Ökaryotik rRNA’ların İşlenmesi ..........................150 rRNA’ların İkincil Yapıları...................................153
8.1.
Transkripsiyonun Başlamasını Düzenleme Mekanizmaları .............................................................209
xi
İçindekiler
8.1.1.1. Tetikleme Biçimindeki Negatif Düzenleme .................................................209 8.1.1.2. Baskılama Biçimindeki Negatif Düzenleme .................................................213 8.1.1.3. Tetikleme Biçiminde Pozitif Düzenleme ......215 Düzenleyici Proteinlerin Uzaktan Etkili Olmaları.............................................................217
Ökaryotlarda Transkripsiyon Aşamasında Düzenlenmeye İlişkin Model Olarak Saccharomyces cerevisiae’de GAL Gen Kümesinin Kontrolu .....................................251
8.2.2. Transkripsiyonun Başlamasından Sonraki Düzenlemeler ......................................................254 Uzama-Tamamlanma Aşamalarındaki Düzenleme ...................................................................254 RNA’ların Kırpılması Aşamasındaki Düzenleme ...................................................................254 mRNA’nın Sitoplazmada Kararlılığının Kontrolu .......................................................................257
Düzenleyici Proteinlerin DNA’ya Bağlanmalarının Temel Özellikleri .....................217 Düzenleyici Proteinlerin DNA’yı Tanımalarının Moleküler Mekanizması ..............218 Transkripsiyonun Başlamasının Promotörün Yapısına Bağlı Kontrolu ..................219
8.1.2. Transkripsiyonun Uzama Aşamasındaki Düzenleme ..........................................................219 8.1.3. Translasyon Aşamasındaki Düzenleme ...............223
8.2.3. Translasyon Aşamasındaki Düzenleme ...............257 8.2.4. Gen Anlatımının Düzenlenmesinde RNA’lar (RNAi Mekanizması) ...........................................258 siRNA’lar ......................................................................259 Mikro RNA’lar (miRNA’lar) ...........................................259 RNAi Mekanizması.......................................................260 iRNA’ların İşlevleri .......................................................262
Translasyonda Kendini Düzenleme Mekanizması ........223
8.2.
Ökaryotlarda Gen Anlatımının Düzenlenmesi ..........................................226
8.2.1. Transkripsiyon Başlamasının Düzenlenmesi .......227 8.2.1.1. Kromatinle Gen Anlatım Düzenlenmesinin İlişkisi ........................................................227 Kromatin Değişimleri.........................................229 Histonlardaki Kimyasal Değişimler .............229 Histon Değişimlerinin Kromatin Üzerindeki Etkilerinin Mekanizması..............................230 Kromatinin (Nukleozomların) Yeniden Biçimlenmesi ..............................................232 Nukleozom konumlanmasındaki değişimler ...................................................233 DNA Değişimleri ................................................234 Gen Sessizleştirmesi .........................................235 Histonların Değişimiyle Sessizleştirme ......235 DNA Metillenmesiyle Sessizleştirme ..........236 Genom Damgalanması ......................................236 Tüm Kromozomun Aktifleşmesi veya Aktivitesinin Yok Olması ....................................238
9.1.
Kromozom Dışı Genetik Sistemler
265
Prokaryotlarda Kromozom Dışı Genetik Sistemler (Plazmidler) ................265
Plazmidlerin Kopya Sayıları ..............................................266 Plazmidlerin Replikasyonu ...............................................267 Plazmid Uyuşmazlığı.........................................................268 Bakteri Plazmidlerinin Sınıflandırılması............................268
9.1.1. Eşey (F) Plazmidleri ............................................268 9.1.2. Direnç (R) Plazmidleri.........................................269 9.1.3. Bakteriyosinojenik Plazmidler .............................269
9.2.
Ökaryotlarda Kromozom Dışı Genetik Sistemler .................................................270
Epigenetik Düzenleme .......................................239
9.2.1. Mitokondrilerin Genetik Sistemi ..........................270 9.2.2. Kloroplastların Genetik Sistemi...........................272
DNA’da metillenmeler .................................239
Organellerin Kökeni .....................................................274
Histon değişimleri.......................................239
9.2.3. Hücresel Simbiyontlar ........................................275
8.2.1.2. Transkripsiyon Düzeyindeki Düzenleme Mekanizmaları ...........................................240 Gen Anlatımında Hücre Dışı ve İçi Sinyaller ......241 Isı Şokuna Yanıt ..........................................241 Hormonal Düzenleme..................................242 Ökaryotik Düzenleyici Proteinler........................243 Ökaryotik Düzenleyicilerin DNA’da Tanıma ve Bağlanma Yerleri .......................243 Uzaktan Etkili Düzenleyici Diziler ...............244 Aktifleştiriciler ve Eş Aktifleştiriciler ..........246 Ökaryotik Baskılayıcılar ..............................250
xii
9
10 Mutasyon
277
Kromozom Yapı veya Sayısını Değiştiren Mutasyonlar......................................................................277 Gen Mutasyonları .............................................................278 Mutasyonların Genin İşlevi Üzerindeki Etkileri..................278 Mutasyonların Haploid ve Diploid Organizmalardaki Özellikleri .............................................278
İçindekiler
10.1.
Mutasyon Çeşitleri .................................279
Beslenmeyle İlişkili (Biyokimyasal) Mutasyonlar .....................................................................279
11.1.2. Prokaryotlarda Homolog Rekombinasyon .........308 11.1.2.1. Transformasyon........................................308 Transformasyonun Mekanizması .....................310 Transformasyonla Haritalama Yapılması ........311
Direnç veya Bağımlılığa Neden Olan Mutasyonlar......................................................................279
11.1.2.2. Konjugasyon .............................................312
Öldürücü Mutasyonlar ......................................................280
F+ Verici Hücrelerle Konjugasyon ...................313
Düzenleyici Dizilerdeki Mutasyonlar .................................280
Hfr Verici Hücrelerle Konjugasyon ..................314
İşlev Kaybı ve Kazanımı Mutasyonları ..............................280
F’ Verici Hücrelerle Konjugasyon ....................316
10.2.
Konjugasyonla Haritalama Yapılması..............316
Mutasyonların Sınıflandırılması .............281
11.1.2.3. Transdüksiyon ..........................................318
10.2.1. Mutasyonun Meydana Geliş Mekanizması ........281
Genel (Kısıtlı Olmayan) Transdüksiyon ...........318 Genel Transdüksiyonun Genetik Haritalamada Kullanılması .......................319
Baz Çifti Değişimleri..................................................281 Çerçeve (Kodon) Kayması Mutasyonları ...................283
10.2.2. Mutasyonun Kapladığı Alan ..............................284 Nokta Mutasyonları ...................................................284
11.1.3. Homolog Rekombinasyonun Moleküler Mekanizması.....................................................320 Prokaryotlarda Homolog Rekombinasyonun Mekanizması .............................................................321
Birden Fazla Baz Çiftini ilgilendiren Mutasyonlar ..............................................................284
Prokaryotlarda RecBCD (DSB onarımı) yolu ......321
10.2.3. Mutasyonların Meydana Geldiği Yerler .............284
Prokaryotlardaki Diğer Rekombinasyon Yolları .................................................................323
Ürün Şifreleyen Yerlerdeki Mutasyonlar....................284 Şifreleme Yapmayan Yerlerdeki Mutasyonlar............285
Ökaryotlarda Genel Homolog Rekombinasyonun Mekanizması ...............................324
10.2.4. Mutasyonlara Yol Açan Etkenler .......................285 Kendiliğinden Oluşan Mutasyonlar ............................285 Tetiklenmiş Mutasyonlar ...........................................287 Fiziksel Mutagenler ............................................288 Kimyasal Mutagenler..........................................289 Kimyasal Mutagenlerin Saptanması (Ames Testi)........................................................292
10.2.5. Mutasyon Yönü .................................................292 İleri Mutasyon ...........................................................292
11.1.4. Homolog Rekombinasyonun Hücredeki İşlevleri .............................................................325 11.1.5. Gen Dönüşümü..................................................327
11.2.
11.2.1. Özel (Kısıtlı) Transdüksiyon...............................328 11.2.2. Yere Özgü Rekombinasyonun Mekanizması ......329 Yere Özgü Rekombinasyonla Gen Anlatımı Düzenlemesi..............................................................333
Geri Mutasyon ...........................................................293 Gerçek Geri Mutasyon ........................................294
Yere Özgü Rekombinasyonla Halkasal DNA’ların Yapısal Bütünlüğünün Korunması ..............334
Yalancı Geri Mutasyon........................................294 Baskılayıcı Mutasyon .........................................294
10.3.
Mutantların Genetik Çalışmalarda Kullanımı ............................................... 299
Rastgele Mutasyonlar .......................................................299 Hedeflenmiş Mutasyonlar .................................................299
Yere Özgü Rekombinasyon.................... 328
11.3.
Homolog Olmayan Rekombinasyon (Transpozisyon)..................................... 335
11.3.1. İnsersiyon (IS) Elementleri ...............................336 11.3.2. Transpozonlar ...................................................336 11.3.2.1. DNA Transpozonları ..................................337 Mu Bakteriyofajı ..............................................339 Tc ve Mariner Elementleri ...............................340
11 Rekombinasyon 11.1.
301
Homolog Rekombinasyon ..................... 302
11.1.1. Ökaryotlarda Homolog Rekombinasyon ............303 Krosingoverin Mekanizması ......................................303 Kırılma ve Yeniden Birleşme Mekanizmasına İlişkin Modeller ....................................................................304
P elementleri...................................................340 Ac ve Ds elementleri .......................................341 MITE’ler ..........................................................342
11.3.2.2. Virüs Benzeri Retrotranspozonlar .............343 Ty Elementleri .................................................343 Drosophila’da Virüs Benzeri Retrotranspozonlar .........................................344 İnsanda Virüs Benzeri Retrotranspozonlar ......344
Holliday Modeli ..................................................304 Çift İplik Kırığı Modeli ........................................307
xiii
İçindekiler
11.3.2.3. Poli-A’lı Retrotranspozonlar......................345 Drosophila’da Poli-A’lı Retrotranspozonlar .........................................345 Memelilerde Poli-A’lı Retrotranspozonlar .........................................345
11.3.3. Transpozisyon Mekanizmaları ...........................346 Bağımsız ve Bağımlı Hareketli Elementler .................................................................347 Koruyucu ve Replikasyonla İlişkili Transpozisyon Mekanizmaları ...................................347 Transpozisyonda İkilenmiş Dizilerin Oluşumu ...........348
11.3.3.1. DNA Transpozonlarının Transpozisyon Mekanizması............................................348 Koruyucu Tipte DNA Transpozisyonu ...............348 Replikasyonla İlişkili DNA Transpozisyonu ......349
xiv
11.3.3.2. Virüs Benzeri Retrotranspozonların Transpozisyonu .........................................350 11.3.3.3. Poli-A’lı Retrotranspozonların Transpozisyonu .........................................351 11.3.4. Transpozisyonun Etkileri ...................................352 Kaynaklar ......................................................................355 Dizin... ...........................................................................357