Çok hücreli bir organizmanın herbir hücresi genellikle aynı genetik maddeyi içerir.DNA molekülleri,hücredeki en büyük moleküllerdir ve çoğunlukla kromozom olarak adlandırılan yapılarda paketlenir.Ökaryotik hücreler genellikle birden fazla,çoğu bakteri ve viruslar ise bir tek kromozoma sahiptir.Bir tek kromozom binlerce gen taşıyabilir.Bir hücrenin tüm genleri ve genler arasındaki DNA’ları,birlikte,hücresel genomu oluşturur.
Bir tek kromozomda kaç tane gen vardır ?Tüm dizilimi belirlenmiş prokaryotik genomlardan biri olan Escherichia coli’nin kromozomu 4 638 858 baz çifti uzunlukta dairesel bir DNA molekülüdür.Bu baz çiftleri,proteinler için 4 300 kadar,stabil RNA moleküller için 115 geni oluşturur.Ökaryotlar için bilgilerimiz henüz tamamlanmış değildir.İnsan genomu 3 milyar baz çiftinden oluşur ve 24 farklı kromozomda 32 000 geni kodladığı bilinmektedir.
Genellikle her bir bakteri hücresinde sadece bir kromozom vardır.Hemen hemen tümünde,her bir kromozom,her bir genden bir kopya içerir.Ancak rRNA’larda olduğu gibi birkaç gen birçok kez tekrarlanmıştır.Prokaryotlarda,düzenleyici diziler ve genler hemen hemen DNA’nın tümünü kapsar.Bundan başka her bir gen,kodladığı RNA dizisi ya da amino asit dizilimiyle paralellik gösterir .
Ökaryotik DNA’daki genlerin organizasyonu yapısal ve işlevsel olarak daha karmaşıktır,ve ökaryotik kromozom yapısının çalışılması sırasında pekçok sürpriz ortaya çıkabilmektedir.Çok kopyalı fare DNA ‘sında yapılan testler beklenmeyen bir sonuç ortaya çıkarmıştır.Fare DNA’sının %10 kadarı,her bir hücrede milyonlarca kez tekrarlanmış ve 10 baz çiftinden daha az uzunlukta kısa dizilerden oluşur.Bunlara çok tekrarlanmış dizilimler ya da basit-dizilimli DNA denilir.Tekrarlanmış DNA’ların bir kısmı,evrimsel geçişlerin izi,basit ” çöplük DNA” olabilmektedir.Bununla beraber,bunların bir bölümünün işlevsel önemi vardır.Fare DNA’sının kalan %70’i tek kopya ve sadece birkaç kez tekrarlanmış bölümlerden oluşur.Ökaryotik krozomlardaki genlerin çoğu tek kopyalı genlerdir.Basit dizilimli DNA’lara satellit (uydu) DNA da denilir.Çalışmalar, basit-dizilimli DNA’nın,protein ya da RNA şifrelemediğini göstermiştir.Bunların çoğu ökaryotik kromozomlardaki iki önemli yapı ile ilgilidir: sentromer ve telomerler.
Ökaryotik kromozomun belirgin bir özelliği onun sentromeridir.Sentromer,hücre bölünmesi sırasında,kromozomu mitotik iğciğe bağlayan proteinler için bir bağlantı alanı olarak iş gören DNA dizisidir.Bu bağlantı,,kromozomların kardeş hücrelere eşit ve düzenli dağıtımı için gereklidir.Biramayası kromozomlarının sentromerleri izole edilmiş ve çalışılmıştır.Sentromer işlevinde gerekli diziler,yaklaşık 130 baz çifti uzunluğa sahiptir ve A=T çiftlerince zengindir.Daha yüksek ökaryotların sentromerik dizileri daha uzundur ve (bira- mayasınınkine benzemeksizin) genellikle basit-dizilimli DNA içerirler.Aynı yönde, 5-10 baz çiftlik bir ya da birkaç dizinin binlerce peşpeşe dizilmiş kopyasından oluşur.Sentromer işlevinde basit-dizilimli DNA’nın kesin rolü,henüz anlaşılamamıştır.
150-300 baz çiftlik, orta sıklıkta tekrarlanan DNA’lar yüksek yapılı ökaryotik genomun her tarafına serpilmiştir.Bu tekrarların bazıları karakterize edilmiştir.Bunların birkaçı,çok düşük sıklıkta genomda hareket eden diziler olan transpozonlara aittir ( ya da bağlantılı olabilir.İnsanlarda,bu tekrarların bir sınıfı (yaklaşık 300 baz çifti uzunluktaki),Alu ailesidir. AluI restriksiyon endonükleaz için bir kopya, tanıma dizisi içermesi nedeniyle bu şekilde adlandırılmıştır.Toplam genomun %1-3’ünü kapsayan yüzbinlerce Alu tekrar dizisi, genomun her tarafına serpilmiştir.Alu ve benzer saçılmış tekrarlar birlikte,insan DNA’sının %5-10 kadarını oluşturur.Bu DNA’ların işlevi henüz bilinmemektedir.
Tümünün olmasa da ökaryotik genlerin çoğunun,diğerlerinden farklı ve şaşırtıcı bir yapısal özelliği vardır:nükleotit dizilimleri,polipeptidin amino asit dizilimini kodlamayan bir ya da daha fazla, dizilim arasına giren bölümler içermektedir.Translasyona uğramayan bu dizilimler,genin nükleotit dizilimi ile kodladığı polipeptitin amino asit dizilimi arasındaki bağlantıyı bozmaktadır.Genlerdeki bu tip translasyona uğramayan DNA kesimleri,aradaki dizilimler, ya da intron, ve kodlayan kesimler ise ekson olarak tanımlanırlar.Çok az prokaryotik gen,intron içerir.Bakteriler,DNA viruslarından daha fazla DNA içerirler.Bir tek E.coli hücresi, l bakteriyofaj partikülünün içerdiğinden hemen hemen 100 kat fazla DNA içermektedir.E.coli’nin kromozomu,bir çift- sarmal dairesel DNA molekülüdür. 4,639,221 baz çifti ve
Ökaryotik Hücreler Prokaryotlardan Daha Fazla DNA İçerir
En basit ökaryotlardan biri olan biramayası hücresi,E.coli hücresinden dört kat daha fazla DNA’ya sahiptir.Klasik genetik çalışmalarda kullanılan meyve sineği, Drosophila hücreleri E.coli ‘den 25 kat fazla DNA içerir.İnsan ve diğer memeli hücreleri,E.coli’den 600 kez daha fazla DNA’ya sahiptir.Pek çok bitki ve amfibi hücreleri daha fazla DNA içermektedir.Ökaryotik hücreler bakteri hücrelerinden daha fazla DNA içermesine karşın,bir ökaryotik genomda daha büyük oranda kodlamayan DNA bulunur.Her bir milimetresinde 2,500’ün üzerinde gen bulunan E.coli DNA’sı ile karşılaştırıldığında, insan DNA’sının her bir milimetresinde yaklaşık 50 gen vardır. Bu kodlamayan DNA’nın çoğu,ökaryotik kromozom yapısının düzenlenmesinde önemli rol oynayabilmektedir. İnsanın bir tek hücresindeki tüm DNA’nın uzunluğu
Süper kıvrımlaşmaya neden olmasını ve sarmal ayrılmasını biraz daha kolaylaştırmasının yanında,DNA’nın azalmış kıvrımlaşması moleküldeki yapısal değişiklik miktarını kolaylaştırmaktadır.Bunların fizyolojik önemi daha azdır fakat az kıvrılmanın etkilerinin gösterilmesine yardımcıdır.Genellikle birkaç eşleşmemiş baz içeren bir haç oluşumunu anımsarsanız, DNA az kıvrımı,gerekli sarmal ayrılmasının sürdürülmesine yardım eder. Ayrıca,soldan-sağa (sağ el dönüşlü) bir DNA heliksinin kıvrımlaşma azalması, baz diziliminin Z-DNA formuna uyumlu bölgelerinde, kısa gerginlikte sağdan-sola (sol el dönüşlü) Z-DNA’nın oluşmasını kolaylaştırmaktadır.
Topoizomerazlar DNA Bağlantı Sayısındaki Değişiklikleri Katalizler
DNA’da süper kıvrımlaşma,DNA metabolizmasının pek çok yönünü etkileyen ve tam düzenlenmiş bir işlemdir.Her bir hücre,özgün işlevi DNA’yı kısmen açmak ya da gevşetmek olan enzimlere sahiptir.DNA kısmi açılım uzantısını arttıran ya da azaltan enzimlere topoizomerazlar denilir.Değiştirdikleri DNA özelliği,bağlantı sayısıdır.Bu enzimler, özellikle replikasyon ve DNA paketlenmesi gibi işlemlerde önemli rol oynarlar.İki izomeraz sınıfı vardır.Tip I izomerazlar,iki sarmaldan birini kısa süreli olarak kırıp,kırık olmayan uçlardan birini döndürmek ve kırılan uçları yeniden birleştirmek şeklinde etki gösterirler.Tip II topoizomerazlar,her iki DNA sarmalını kırarlar .
Ökaryotik hücreler de tip I ve tip II izomerazlara sahiptir.Topoizomeraz I ve III tip I grubunda yer alır.İki tip II topoizomeraz; topoizomeraz IIa ve IIb,hem pozitif hem de negatif süper kıvrımları gevşetebilmesine karşın, (negatif süper kıvrım nedeni) DNA’da kıvrım azalması yapamaz. Süper kıvrım olmuş DNA molekülleri,bazı yönleriyle benzerlik gösterir.Negatif süper kıvrımlı DNA moleküllerindeki süper kıvrımlar,sağ el konumludur (soldan-sağa) .Bunlar,uzama ve genellikle birden fazla dallanmayla,sıkılaşmadan çok daralma eğilimindedir
Kromatin ve Nükleoit Yapı
“Kromozom” adı,bir virus,bakteri,ökaryotik hücre ya da bir organel içindeki genetik bilgiyi depolayan nükleik asit molekülünü tanımlamaktadır.Bu,ışık mikroskobunda görüldüğü gibi,boyanmış ökaryotik hücrelerin çekirdeklerinde yoğunlaşmış renkli cisimcikleri de tanımlar.Ökaryotik kromozomlar,somatik hücrelerde çekirdeğin bölündüğü mitozun hemen öncesi ve mitoz sırasında çekirdekte keskin sınırlı cisimler olarak görünmektedir.Bölünmeyen ökaryotik hücrelerde kromatin denilen kromozom materyali,şekilsiz ve çekirdeğin her tarafına rastgele dağılmış olarak gözlenir.Hücreler bölünmeye hazırlanırken,kromatin yoğunlaşır ve türe özgü sayıda iyice belirginleşmiş kromozomlara dönüşür .
Kromatin,çok az miktarda RNA ile birlikte,yaklaşık eşit ağırlıkta protein ve DNA içeren ipliklerden oluşur.Kromatindeki DNA, histon denilen proteinlerle çok sıkı bağlanarak, nükleozom denilen yapısal birimlere paketlenmiş ve dizilmiştir.Kromatinde,bazıları özgün genlerin ifadelenmesini düzenleyen,pekçok histon olmayan proteinler de bulunur.Nükleozomal oluşumla,ökaryotik kromozomal DNA,en sonunda ışık mikroskobunda görülen yoğunlaşmış kromozomu oluşturmak için daha ileri düzeyde dizilmiş yapılara paketlenir.
Histonlar Küçük ,Bazik Proteinlerdir
Histonlar bazik arjinin ve lizin amino asitlerince çok zengindirler (Her ikisi birden tüm amino asitlerin dörtte bir kadarını oluşturur).Ökaryotik hücrelerde molekül ağırlıkları farklı beş temel histon sınıfı bulunur .H3 ve H4 histonları tüm ökaryotlarda yakın benzerlikte amino asit dizilerinden oluşur.Bu,onların işlevlerinin tam anlamıyla korunduğunu gösterir.Örneğin,bezelye ve sığırın H4 histon molekülleri arasında sadece 102 amino asitten ikisi,insan ve bira mayasında sadece 8 amino asit farklıdır.H1,H2A ve H2B histonların dizilimleri ökaryotik türler arasında daha az benzerlik gösterir.
Histonların her biri,bazı amino asitlerin yan zincirleri enzimatik yolla metillenerek,ADP-ribozilasyonu,fosforillenme ya da asetillenmeyle değişikliğe uğratıldığından,çeşitli yapıda olabilmektedir.Bu tip değişiklikler,kromatinin yapısal ve işlevsel özellikleri kadar,histonların diğer özelliklerini,şeklini ve net elektrik yükünü etkilemektedir.
Nükleozomlar Kromatinin Asıl Düzenleyici Birimleridir
Bir “ipliğe dizilmiş boncuk”düzenindeki boncuklar,histon ve DNA bileşiminden oluşur.Boncuk ve bir sonraki boncuğa uzanan bağlaç DNA,nükleozomu oluşturur.Nükleozom,üzerinde kromatinin daha yüksek paketlenme düzeni oluşmasını sağlayan temel birimlerdir.Her bir nükleozom boncuğu sekiz histon molekülü içerir: H2A,H2B,H3 ve H4’ün her biri iki kopyalıdır.Nükleozom boncuklarının aralık düzeni,146 baz çifti sekiz parçalı histon çekirdeğinin çevresine sıkıca sarılmış ve geriye kalanı nükleozom boncukları arasında bağlaç DNA olarak işlevi olan,genellikle toplam 200 baz çiftlik tekrarlayan birimler şeklindedir.H1 histonu,bağlaç DNA’ya bağlanır.DNA’yı parçalayan enzimlerin kromatine kısa süreli uygulanması,bağlaç DNA’nın tercihli olarak parçalanmasına ve parçalanmaktan kurtulmuş olan 146 baz çiftlik DNA içeren histon parçacıklarının serbest kalmasına neden olmaktadır.
Bu yapının kapalı görünümü, ökaryotik hücrelerin DNA’da kıvrımı azaltan enzimlerden yoksun olduğu halde ökaryotik DNA’da kısmen açılma nedenini açıklamaktadır.Nükleozomlarda DNA’nın solenoidal sarılmasının,DNA’nın kısmen açılmasıyla (negatif süper kıvrımlaşma) başlatılan bir süper kıvrım biçimi olduğunu anımsayınız.Nükleozom yapısındaki bir histon çekirdeği çevresinde DNA’nın sıkıca sarılması için,DNA’daki yaklaşık bir heliks döngüsünün azalması gereklidir.İn vitro olarak,bir nükleozomun protein çekirdeği gevşemiş kapalı-dairesel DNA’ya bağlandığı zaman bağlanma, yeni bir negatif süper kıvrım oluşturmaktadır.Bununla beraber,bu bağlanma olayı DNA’yı koparmaz ya da bağlantı sayısı değişmez.Böylece negatif bir solenoidal süper kıvrım oluşumuna bağlı olmayan DNA bölgesinde dengeleyici bir pozitif süper kıvrım eşlik etmek zorunda olmaktadır.Daha önce değinildiği gibi ökaryotik topoizomerazlar,pozitif süper kıvrımları gevşetebilmektedir.Bağlı olmayan pozitif süper kıvrımın gevşemesi,sabit (nükleozom histon çekirdeğine bağlı olması nedeniyle) negatif süper kıvrımı bırakır ve bir uçtan diğerine bağlantı sayısının azalmasıyla sonuçlanır.Gerçekten,in vitro olarak saflaştırılmış histonlarda topoizomerazların gerekli olduğu kanıtlanmıştır.
Nükleozom çekirdeklerinde DNA’nın histonlara bağlanmasını etkileyen bir başka faktör,bağlı DNA’nın dizilimidir.Histon çekirdekleri DNA’ya rastgele bağlanmazlar,tam tersine kendilerini belirli bölgelerde tutma eğilimindedirler.Bu durum çok iyi anlaşılamamıştır,fakat DNA heliksinde histonların dokunduğu küçük oluktaki A=T baz çiftlerinin bölgesel çokluğuna bağlı olduğu ortaya çıkmıştır.Nükleozomun histon çekirdeği çevresinde DNA’nın sıkıca sarılması için bu noktalarda küçük oluğun sıkışması gerekmekte ve iki veya üç A=T baz çiftinden oluşan bir küme bu sıkışmayı daha uygun duruma getirmektedir.
DNA üzerindeki bazı nükleozomların yerleşmesinde başka proteinler de gereklidir.Bazı organizmalarda,özgün DNA dizilimine bağlanan ve böylece hemen bitişikteki nükleozom oluşumunu kolaylaştıran proteinler bulunmuştur.Nükleozom çekirdeklerinin belirgin yerleşimi,bazı ökaryotik genlerin ifadelenmesinde rol oynayabilmektedir .
Nükleozomlar Daha Yüksek Düzeyde Birbirini İzleyen Yapılara Paketlenmektedir
Bir nükleozom çekirdeğine DNA’nın sarılması DNA uzunluğunu yaklaşık yedi kat kısaltır.Baştan sona kromozomdaki tüm yoğunlaşma,daha ileri düzeydeki düzenlemelerle 10,000 kattan daha fazladır.Çok hassas yöntemlerle saflaştırılmış kromozomlarda,nükleozom çekirdeğinin 30 nm’lik fibril denilen bir yapıda düzenlendikleri ortaya çıkmıştır .Bu paketleme,her bir nükleozomda bir histon molekülüne gereksinim duyar.30 nm’lik fibril organizasyonu,tüm kromozomu kapsamına almaz fakat,diziye özgü (histon olmayan) DNA-bağlı proteinlerin bağlandığı bölgelerle sınırlanmaktadır.30 nm’lik yapının, DNA’nın özel bir bölgesinin transkripsiyonal aktivitesiyle de bağlantılı olduğu ve genlerin transkripsiyon bölgelerinde daha az düzenlendiği belirlenmiştir.
30 nm’lik fibril,ikinci bir kromatin düzenlenmesiyle DNA’da yaklaşık 100 kat sıkılaşma sağlar.Daha ileri katlanma düzeyleri henüz bilinmemektedir.Fakat DNA’nın belirli bölgelerinin bir nüklear (çekirdeksel) iskele ile bağlantıda olduğu belirlenmiştir.İskele bağlantılı bölgeler,20,000 ile 100,000 baz çifti uzunlukta DNA ilmekleriyle ayrılır.İlmekteki DNA, birbiriyle bağlantılı bir gen seti içerebilir.Örneğin,Drosophila’da histon kodlayan tüm gen takımlarının iskele bağlantı bölgeleriyle bağlanmış ilmeklerde kümelenmiş görünmektedir .İskelenin kendisi , özellikle (fibrilin içinde yerleşmiş) çok miktarda H1 ve topoizomeraz II gibi birkaç proteini içerir.Topoizomeraz II’nin varlığı ayrıca,DNA’nın kısmen açılması ile kromatin oluşumu arasındaki bağlantıyı gösterir.Topoizomeraz II,kromatin birleşmesi için önemlidir.Bu enzimin inhibitörleri,hızla bölünen hücreleri öldürebilmektedir.Kanser kemoterapisinde kullanılan bazı ilaçlar,enzimin DNA sarmalını kırmasını teşvik eden fakat kırıkların yeniden birleşmesine izin vermeyen topoizomeraz II inhibitörleridir.
Ökaryotik kromozomlarda her birinin sıkılaşma düzeyini belirgin şekilde arttıran ek organizasyon katmanlarının varlığı kanıtlanmıştır.Daha yüksek yapısal düzeni,kromozomdan kromozoma, kromozomun bir bölgesinden diğer bölgesine,ve hücre yaşamının bir anından diğer bir anına göre değişebilir.Bu yapıları açıklamaya uygun bir tek model yoktur.Bununla birlikte,ilke açıktır: ökaryotik kromozomlarda DNA sıkılaşması,kıvrım üzerine kıvrımı gerektirir.
Bakteri DNA’sı da Oldukça Organizedir
Şimdi özetlenmiş şekilde bakteri kromozomlarının yapısına dönelim.Bakteri DNA’sı,hücre haciminin büyük bir kesimini dolduran ve, nükleoit olarak tanımlanan bir yapı içinde yoğunlaşmıştır .Bakteri hücrelerinin DNA’sı,plazma zarın iç yüzüne bir ya da daha çok noktadan bağlı durumdadır.Nükleoitin yapısı hakkında ökaryotik kromatininden daha az şey bilinmektedir.E.coli’ de,yukarıda kromatinde açıklandığı gibi, dairesel kromozomun bir dizi ilmek yapılar olarak düzenlenmiş,iskele benzeri bir yapı görülür.Ökaryotlarda nükleozomlarla sağlanan bölgesel düzenlenmeyle kıyaslanabilecek ,bakteri DNA’sında herhangi bir yapı görülmemektedir.E.coli’de çok miktarda histon-benzeri proteinler bulunur.En iyi karakterize edilmiş örnek,HU olarak bilinen iki-alt birimden oluşan bir proteindir.Ancak bu proteinler dakikalar içinde bağlanır ve ayrılırlar, düzenli ve kararlı yapıda değillerdir.Bakteri kromozomu,bir olasılıkla genetik bilgisine daha kolay ulaşılma gereksiniminn yansıtan, nispeten dinamik bir yapı gösterir.
DNA BAĞLANMA MOTİFLERİ
Hidrofobik grupları gizleyecek tabaka yapısı oluşturma yetenekleri sınırlı DNA-bağlanma motifleri, ya çok sıkı kararlı bir yapı ya da bir kesimiyle protein yüzeyinden bir çıkıntı oluştururlar.
Helix-Turn-Helix . Bu DNA- bağlanma motifi, pekçok prokaryotik düzenleyici proteinin DNA ile etkileşmesinde çok önemlidir.Benzer motifler bazı ökaryotik düzenleyici proteinlerde de oluşmaktadır. Helix-turn-helix motifi,herbiri yedi-sekiz amino asit uzunlukta ve bir b döngüsüyle ayrılmış iki kısa a-helikal segment içinde 20 kadar amino asiti kapsar.Bu yapının kendisi genellikle kararlı değildir; sadece daha büyük bir DNA-bağlanma bölgesinin etkin kısmıdır.İki a-helikal segmentin birisi,genellikle diziye-özgü şekilde DNA ile etkileşen pek çok amino asiti içermesi nedeniyle, tanıma heliksi olarak isimlendirilir.Bu a heliks protein yapısının diğer segmentleri üzerinde yığılarak, proteinin yüzeyinde çıkıntı oluşturur.DNA’ya bağlandığı zaman,tanıma heliksi,büyük oluğun içinde ya da hemen yanında pozisyon alır.Laktoz repressörü,bu DNA-bağlanma motifine sahiptir.
Çinko Parmak. Çinko parmaklar,bir tek Zn+2 iyonu ile dördü (dört Cys, ya da iki Cys ve iki His olarak) bağlanmış, 30 kadar amino asit biriminden oluşur. Çinkonun kendisi DNA ile etkileşmez,tersine,çinko ile bağlanması bu küçük yapısal motife kararlılık kazandırır.Yapının iç kısmındaki birkaç hidrofobik yan zincir de kararlılığa yardımcı olur.Çinko parmaklar,pek çok ökaryotik DNA-bağlanma proteininde oluşmaktadır.Bir tek çinko parmağın DNA ile etkileşimi zayıftır.DNA-bağlanma proteini,DNA ile eş zamanda etkileştiğinde,bağlanma sağlamlığını arttıran çok miktarda çinko parmak içerir.Xenopus kurbağasının DNA-bağlı bir proteininde 37 çinko parmak vardır.Prokaryotik proteinlerde, çinko-parmak motifinin çok az örneği bilinmektedir.
Proteinlerdeki çinko parmakların DNA’ya bağlanma biçimleri, proteinlere göre değişir.Bazı durumlarda çinko parmaklar,dizilimin ayırtedilmesinde önemli amino asit birimleri içerir.Ancak bazılarının DNA’ya özgün olmayan şekilde bağlandığı görülmüştür (özgünlüğün oluşumunda gerekli amino asitler proteinin herhangi bir bölgesindedir). Çinko parmakların,RNA’ya bağlanma motifleri olarak da işlevi vardır. Örneğin,ökaryotik mRNA’lara bağlanan ve translasyonal repressör olarak etki gösteren bazı proteinler vardır.
Homeodomain.Özellikle ökaryotik organizmaların gelişimi sırasında,transkripsiyonal düzenleyiciler olarak işleve sahip bazı proteinlerde, bir DNA-bağlanma bölgesi tanımlanmıştır. 60 amino asitten oluşan bu bölgeye -vücut örüntü (patern) gelişimini düzenleyen homeotik genlerde keşfedilmesi nedeniyle homeodomain denilir – türlerde oldukça korunmuş ve insanı kapsayan çok geniş organizma grubununun proteinlerinde belirlenmiştir..Bölgenin DNA’ya bağlanan kısmı,helix-turn-helix motifiyle bağlantılıdır.Bu bölgeyi kodlayan DNA dizilimi homeobox olarak tanımlanır.
Düzenleyici proteinler yalnız DNA’ya bağlanmak için değil,protein-protein etkileşimleri için – RNA polimeraz ile,diğer düzenleyici proteinlerle ya da aynı düzenleyici birimin diğer altbirimleriyle etkileşim için bölgeler de içerir.Örnekler çoğunlukla, çinko parmak motifiyle DNA-bağlanma bölgelerini kullanan ve dimerler şeklinde DNA’ya bağlanan, gen aktivatörleri olarak işleve sahip pekçok ökaryotik transkripsiyon faktörünü kapsamaktadır.Bazı yapısal bölgeler,genellikle DNA’ya bağlanma için bir zorunluluk olan,dimer oluşumunda gerekli etkileşimler için ayrılmıştır. Tıpkı DNA-bağlanma motifleri gibi,protein-protein etkileşimlerine aracılık eden yapısal motifler,birkaç ortak gruptan birine girme özelliğindedirler.İki önemli örnek, lösin fermuar ve bazik helix-loop-helix ‘tir.Bu tip yapısal motifler, bazı düzenleyici proteinlerin yapısal aileler şeklinde sınıflandırılmasının temelidir.
Lösin Fermuar Bu motif,bir tarafında bir dizi hidrofobik amino asit biriminin yoğunlaşmış olduğu amfipatik bir a helikstir.Hidrofobik yüzey,dimerin iki polipeptidi arasında dokunum alanı oluşturur.Bu a helikslerin çarpıcı özelliği,hidrofobik yüzey boyunca her yedinci pozisyonda, bir tane lösin amino asiti bulundurarak düz bir hat oluşturmasıdır.Araştırmacılar başlangıçta lösin birimlerinin iç içe geçmiş çıkıntılar oluşturduğu (bu nedenle “fermuar” adı verilmiştir) düşüncesinde olmasına karşın biz onların birbiri çevresinde kıvrılan a heliks etkileşimi olarak yan yana uzandıklarını biliyoruz .Lösin fermuarlı düzenleyici proteinler çoğunlukla,DNA omurgasının negatif yüklü fosfatlarıyla etkileşebilen bazik (lys ya da arg) amino asit birimlerinin çok yoğunlaştığı ayrı bir DNA-bağlanma domaini içermektedir.Lösin fermuar motifleri pekçok ökaryotik ve birkaç ökaryotik proteinde bulunmaktadır.
Bazik Helix-Loop-Helix Çok hücreli organizmaların gelişimi sırasında,gen ifadelenmesinin denetiminde işe karışan bazı ökaryotik düzenleyici proteinlerde,yaygın başka bir yapısal motif bulunur.Bu proteinler,hem DNA bağlanması hem de protein dimerizasyonunda önemli,yaklaşık 50 amino asitlik korunmuş bir bölge bulundurur.Bu bölge değişken uzunlukta bir ilmek ile bağlanmış iki kısa amfipatik a heliks oluşturabilmektedir.Bu motif (DNA bağlanmasıyla ilgili helix-turn-helix motifinden ayrı),helix-loop-helix’tir.İki polipeptitten oluşan helix-loop-helix motifleri,dimer yapısı oluşturmak için etkileşirler.Bu proteinlerde DNA bağlanması,lösin fermuar motifi içeren proteinlerdeki DNA-bağlanma bölgesine benzer,bazik birimlerce zengin kısa bir amino asit dizilimi aracılığıyla olur.
DNA bağlanmasına ve dimerizasyona (ya da oligomerizasyona) ayrılmış yapısal bölgelere ek olarak,pek çok düzenleyici protein,RNA polimeraz ve diğer bağlantısız düzenleyici proteinlerle ya da her ikisiyle de etkileşmek durumundadır.Ökaryotlarda,protein-protein etkileşimleri için en azından üç farklı tipte ek bölgeler karakterize edilmiştir:özellikle çok bulunan amino asitleri yansıtan; glutamince-zengin,prolince-zengin ve asidik bölgeler.Gen işlevinin karmaşık düzenleyici döngülerinin temeli,protein-DNA bağlanma etkileşimleridir.
Kaynak: Watson,JD,İkili Sarmal:DNA yapı çözümünün öyküsü,TÜBİTAK,Ankara,1995,Emery,AH,Principles and Practice of Medical Genetics,Churchill Livinstone,Edinburg,1983,Brown,TA,Genetics:a molecular approach,Chapman and Hall,London,1998,Baraitse,M,A colour atlas of c
belgesi-351
