If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Bağlandığınız bilgisayar bir web filtresi kullanıyorsa, *.kastatic.org ve *.kasandbox.org adreslerinin engellerini kaldırmayı unutmayın.

Ana içerik

Konu: AP®︎/Üniversite Biyoloji > Ünite 6

Ders 5: Gen İfadesinin Regülasyonu ve Hücre Özelleşmesi
Fen
AP®︎/Üniversite Biyoloji
Gen İfadesi ve Regülasyonu
Gen İfadesinin Regülasyonu ve Hücre Özelleşmesi
© 2024 Khan AcademyKullanım ŞartlarıGizlilik PolitikasıÇerez Politikası

Özet: Bakterilerde Gen Regülasyonu

Google Classroom
Operonlar, regülatör (düzenleyici) DNA dizileri & regülastör genlere genel bir bakış. Baskılayıcı & aktivatör proteinler.

Önemli noktalar:

  • Bakteriyel genler çoğu zaman operonlarda bulunurlar. Bir operonda bulunan genlerin transkripsiyonu grup halinde gerçekleşir ve tek bir promotörleri bulunur.
  • Her bir operon, transkripsiyonu destekleyen ya da inhibe eden regülatör (düzenleyici) proteinlerin bağlanmaları için bölge görevi gören regülatör (düzenleyici) DNA dizileri içerir.
  • Regülatör proteinler çoğu zaman küçük moleküllere bağlanırlar. Bu, proteinin DNA bağlama yeteneğini değiştirerek, aktif ya da inaktif olmasını sağlar.
  • Bazı operonlar, belirli küçük moleküllerin varlığından dolayı harekete geçebilir, yani indüklenebilirlerdir. Diğerleri ise normal koşullar altında aktif halde bulunurlar ancak küçük bir molekül tarafından deaktivite edilebilir, yani baskılanabilirlerdir.

Giriş

Bakterilerin basit canlılar olduklarını düşünürüz. Ancak en basit bakterilerin bile, regülasyon söz konusu olduğunda karmaşık görevleri vardır. Örneğin bağırsaklarınızdaki ya da dişlerinizin arasındaki bakterilerin, binlerce farklı gene sahip genomları bulunmaktadır. Bu genlerin çoğu, metabolizmanın hızlandırılması, hücre yapısının korunması ya da virüslere karşı savunma gibi süreçlerde rol oynayan proteinleri kodlarlar.
Bu proteinlerin bazılarına rutin olarak, diğerlerine ancak bazı koşullar altında ihtiyaç duyulur. Kısacası, hücreler, genomlarında bulunan genlerin tamamını her zaman ifade etmezler. Genomları, farklı tarifler içeren yemek kitapları olarak düşünebiliriz. Hücre, yalnızca o anki ihtiyacını karşılayan tarifi kullanacak yani o genleri ifade edecektir.

Gen ifadesi nasıl regüle edilir?

Gen regülasyonunun farklı formları yani hangi genlerin hangi seviyede ifade edileceğini kontrol eden farklı mekanizmaları vardır. Ancak gen regülasyonu büyük oranda transkripsiyon seviyesinde gerçekleştirilmektedir.
Bakterilerin belirli bir genin mRNA'ya transkripsiyonunun yapılıp yapılmayacağını kontrol eden özel regülatör molekülleri vardır. Bu moleküller, çoğu zaman, gene yakın bir yerden DNA'ya bağlanıp, transkripsiyon enzimi olan RNA polimeraza yardımcı olur ya da onu engellerler. Gelin, genlerin bakterilerde nasıl regüle edildiklerini daha yakından inceleyelim.

Genler, bakterilerde çoğu zaman operonlarda bulunur

Bakterilerde, ilgili genler çoğu zaman kromozom üzerinde bir grup olarak yer alırlar ve transkripsiyonları burada tek bir promotörden (RNA polimerazın bağlanma bölgesi), tek bir birim olarak gerçekleşir. Tek bir operonun kontrolü altında bulunan bu gibi gen grupları operon olarak adlandırılırlar. Operonlara bakterilerde sıklıkla rastlanırken, insan gibi ökaryotlarda nadir olarak bulunurlar.
Operonun ne olduğunu açıklayan bir şema. Şemanın üst kısmında, içinde dairesel bir bakteriyel kromozom bulunan bir bakteri hücresi görüyoruz. Bu kromozomun küçük bir kısmını yakından incelediğimizde, bunun bir operon olduğunu görüyoruz. Operon, Gen 1, Gen 2 ve Gen 3 olarak adlandırılan ve DNA üzerinde sıralı bir şekilde yer alan üç gen içeriyor. Bu genler, RNA polimerazın bağlanma bölgesi olan tek bir promotör tarafından kontrol ediliyor ve transkipsiyonları, üç geni kodlayan dizileri içeren tek bir mRNA oluşturacak şekilde birlikte gerçekleşiyor. mRNA'nın translasyonu gerçekleştiğinde, mRNA'nın üç farklı kodlayan dizisi ayrı ayrı okunuyor ve sonuç olarak üç farklı protein elde ediliyor: Protein 1, Protein 2 ve Protein 3.
Not: Operon yalnızca üç genden oluşmuyor. Bunun yerine, promotörü ve gen ifadesini kontrol eden diğer regülatör dizileri de içeriyor.
Bir operon, genel olarak aynı süreçte işlev gösteren genleri içerir. Örnek vermek gerekirse, üzerinde çalışılmış operonlardan biri olan lac operonu, laktoz şekerinin emilimi ve metabolizmalaştırılmasında görev alan proteinleri kodlayan genler içerir. Operonlar, hücrenin, ürünlerine aynı anda ihtiyaç duyulan genleri verimli bir şekilde ifade etmesine yardımcı olurlar.

Bir operonun anatomisi

Operonlar yalnızca genleri kodlayan dizilerden ibaret değillerdir. Bunun aksine, operonun transkripsiyonunu kontrol eden regülatör DNA dizilerini de içerirler. Bu diziler, tipik olarak, operonun transkripsiyon seviyesini kontrol eden regülatör proteinlerin bağlanma bölgeleridir. Promotör ya da RNA polimerazın bağlanma bölgesi, regülatör DNA dizilerine verilebilecek örnekler arasındadır.
Promotörün, RNA polimerazın bağlanma bölgesi olduğunu tasvir eden şema. Promotör, operonun DNA'sında, genden önce yer alır. RNA polimeraz promotöre bağlandığında, operonun transkripsiyonu başlar ve mRNA'lar elde edilir.
Operonların çoğu, promotöre ek olarak farklı regülatör DNA dizileri de içerirler. Bu diziler, operonun ifadesini aktive ya da deaktive eden regülatör proteinlerin bağlanma bölgeleridir.
  • Bazı regülatör proteinler, operatör adı verilen DNA dizilerine bağlanan baskılayıcı (repressör) proteinlerdir. Baskılayıcı, operatörüne bağlandığında, transkripsiyonu azaltır, örneğin, RNA polimerazın DNA üzerinde ilerlemesini engeller.
Repressörün (baskılayıcı) nasıl çalıştığını tasvir eden şema. Basklılayıcı bir protein operatörde bir bölgeye bağlanıyor. Bu ve bunun gibi daha birçok örnekte, operatör, DNA'nın, RNA polimerazın bağlanma bölgesi ya da promotöründen sonra gelen kısmı ile üst üste gelmektedir. Repressör, operatöre bağlandığında, RNA polimerazın, promotöre bağlanmasını ve operonun transkripsiyonunu engeller. Repressör operatöre bağlandığında transkripsiyon gerçekleşmez ve mRNA elde edilmez.
  • Bazı regülatör proteinler ise aktivatör olarak adlandırılırlar. Aktivatörler, DNA bağlanma bölgelerine bağlandıklarında, örneğin RNA polimerazın promotöre bağlanmasına yardımcı olarak operonun transkripsiyonunu arttırırlar.
Bir aktivatörün nasıl çalıştığını tasvir eden şema. Aktivatör protein DNA üzerinde belirli bir bölgeye bağlanır. Bu örnekte, bahsi geçen bağlanma bölgesi RNA polimerazın bağlanma bölgesi olan promotörden hemen önce gelmektedir. Aktivatör bağlandığında, promotör bağlanmasını enerji açısından daha tercih edilir kılarak polimerazın promotöre bağlanmasına yardımcı olur. Bu RNA polimerazın sıkı bir şekilde promotöre bağlanmasını ve operonun genlerinin çok daha sık bir şekilde transkripsiyonunu gerçekleştirerek, birçok mRNA molekülünün üretilmesini sağlar.
Regülatör proteinler nereden gelir? Bir organizmanın ürettiği diğer tüm proteinler gibi, regülatör proteinler de, bakterinin genomundaki genler tarafından kodlanır. Regülatör proteinleri kodlayan bu genler zaman zaman regülatör genler olarak da adlandırılır.
Birçok regülatör protein de, küçük moleküller tarafından aktive ya da deaktive edilebilir. Küçük molekül, proteine bağlanır, şeklini değiştierek DNA'ya bağlanma yeteneğini modifiye eder. Örnek vermek gerekirse, bir aktivatörün aktive olması yani DNA'ya bağlanabilmesi için, belirli bir küçük moleküle bağlı olması gerekir.
Teorik bir aktivatörün aktivitesinin, küçük bir molekül tarafından nasıl değiştirilebileceğini tasvir eden şema. Küçük molekülün bulunmadığı durumlarda, aktivatör "deaktive" durumdadır, başka bir deyişle, DNA'ya bağlanmasına izin vermeyen bir şekildedir. Aktivatörü aktive eden küçük molekül ortama eklendiğinde, aktivatöre bağlanır ve aktivatörün şeklini değişitirir. Aktivatörün şeklindeki bu değişim, aktivatörün hedef DNA dizisine bağlanmasını sağlayarak transkripsiyonu aktive eder.

Operonlar indüklenebilir ya da baskılanabilir

Bazı operonlar normal olarak "deaktive" durumda olsalar da, bazı küçük moleküller tarafından "aktive" edilebilirler. Bu durumda, bu molekül, indükleyici; bu operon da indüklenebilir olarak adlandırılır.
  • Örneğin, lac operonu, laktoz şekerinin metabolizmalaştırılmasını sağlayan enzimleri kodlayan, indüklenebilir bir operondur. Yalnızca laktozun bulunduğu ve diğer, daha tercih edilir şekerlerin bulunmadığı durumlarda aktive olur. Söz konusu indükleyici, laktozun modifiye bir formu olan allolaktozdur.
Diğer operonlar normal olarak "aktive" durumda olsalar da, bazı küçük moleküller tarafından "deaktive" edilebilirler. Bu durumda, bu molekül, korepressör; bu operon da baskılanabilir olarak adlandırılır.
  • Örneğin, trp operonu, triptofan amino asidinin sentezinde görev alan enzimleri kodlayan, baskılanabilir bir operondur. Operon normal olarak ifade edilir ancak triptofan amino asidinin yüksek konsantrasyonlarında baskılanır. Burada bahsi geçen korepressör, triptofandır.
Bu örnekler, son derece önemli bir noktaya parmak basıyor: bakteriler, gen regülasyonu sayesinde, ortamlarındaki değişikliklere uyum sağlamak için gen ifadelerini, bir başka deyişle, hücre içindeki proteinlerin çeşitlerini değiştirebiliyorlar.

Bazı genler ve operonlar daima ifade edilir

Birçok gen, yukarıda da anlatılan gibi, özelleşmiştir ve yalnızca belirli koşullar altında ifade edilir. Ancak, temel fonksiyonların yerine getirilmesi için ürünlerine sürekli olarak ihtiyaç duyulan genler de vardır. Bu ifadesi değişmeyen temel genler, normal büyüme koşullarında sürekli olarak ifade edilir, bir başka deyişle sürekli olarak "aktive" durumda bulunurlar. İfadesi değişmeyen temel genler, sürekli olarak ifade edilmelerine olanak veren promotör ve farklı regülatör DNA dizileri içerirler.

Tartışmaya katılmak ister misiniz?

Giriş Yap
Henüz gönderi yok.
İngilizce biliyor musunuz? Khan Academy'nin İngilizce sitesinde neler olduğunu görmek için buraya tıklayın.