Escherichia coli bakterisinin genomu, tek bir çembersel DNA molekülü olarak hücre içerisinde bulunur. Bu DNA molekülü, yaklaşık 4.6 milyon baz çifti içerir ve yaklaşık 1200 pm uzunluğundadır. Ancak bakterinin kendisi, yaklaşık 2 pm uzunluğunda ve 0.5 pm çapındadır. Bu durumda, E. coli genomunun hücre içerisine nasıl sığabildiği sorusu akla gelir.
E. coli genomunun hücre içerisine sığabilmesi için, DNA molekülünün çok kuvvetli bir şekilde sarılarak ve katlanarak kompakt bir yapı oluşturması gerekir. Bu işlem, DNA molekülünün üzerinde bulunan supercoil adı verilen özel proteinler tarafından gerçekleştirilir. Supercoil proteinleri, DNA molekülünü bükerek ve kıvırarak daha küçük bir hacme indirger. Böylece, E. coli genomu, hücre içerisinde nükleoid adı verilen bir bölgeye yerleşir.
Nükleoid bölgesi, E. coli hücresinin yaklaşık %20’sini kaplar ve sitoplazmadan ayrılmış bir zarla çevrili değildir. Nükleoid bölgesi, DNA molekülünün yanı sıra RNA ve proteinleri de içerir. Nükleoid bölgesinin yapısı ve organizasyonu, E. coli’nin gen ekspresyonu ve replikasyonu için önemlidir.
E. coli genomunun hücre içerisine sığabilmesinin temel mekanizması budur.
3. Görsel üzerinde a, b, c, ç, d ve e harfleriyle temsil edilen yapıların adlarını yazınız. Görselde a harfiyle temsil edilen yapının hücre döngüsündeki rolünü açıklayınız.
Cevap: a: Sentromer, b: Kardeş kromatitler, c: Kromatin iplik, ç: Nük- leozom, d: Histonlar, e: Solenoid yapı. Kromatitleri bir arada tutan sentromerler, kinetokor yapıların düzenlenmesinde önemli rol oynar. İğ ipliklerinin kinetokorlara düzgün bağlanması neticesinde kromatitlerin ayrımı gerçekleşir.
4. Ökaryot kromozomlarında prokaryot kromozomlarına oranla daha ileri seviyede katlanma organizasyonları gözlenir. Bu durumun nedenini açıklayınız.
Görselden ve metinden faydalanarak ökaryotik bir hücrede genetik materyalin büyükten küçüğe doğru organizasyon aşamalarını sıralayınız.
Cevap:
Ökaryot kromozomlarında prokaryot kromozomlarına oranla daha ileri seviyede katlanma organizasyonları gözlenir. Bu durumun nedeni, ökaryotların genetik materyalinin çok daha büyük ve karmaşık olmasıdır. Ökaryotik DNA, hücrenin bölünme dönemlerinde kromozom olarak adlandırılan doğrusal tomarlar hâline dönüşür. Bunlar çekirdeğin bölünmesi sırasında kopyalanıp mikrotüpçükler tarafından çekilirler. Prokaryotlarda ise genetik materyal, zarla çevrili olmayan, nükleoid adı verilen, genellikle kovalent bağla bağlanarak dairesel halde bulunan tek bir DNA molekülünden meydana gelir. Prokaryotlarda kromozom katlanması daha basit ve düzensizdir.
Ökaryotik bir hücrede genetik materyalin büyükten küçüğe doğru organizasyon aşamalarını şöyle sıralayabiliriz:
-
Kromozom: DNA ve histon proteinlerinden oluşan, hücre bölünmesi sırasında görülen yapı.
-
Kromatin: Kromozomun gevşek haldeki formu, DNA ve histon proteinlerinden oluşur.
-
Nükleozom: Kromatinin temel yapı birimi, DNA’nın histon proteinleri etrafında sarılmasıyla oluşur.
-
DNA: Genetik bilgiyi taşıyan nükleik asit molekülü.
-
Baz çifti: DNA’nın iki zincirini bir arada tutan adenin-timin veya guanin-sitozin ikilisi.
5. Akdeniz sularında yaşayan tek hücreli bir organizma keşfedilmiştir. Yapılan moleküler araştırmalar sonucunda bu canlının çekirdeğinde doğrusal bir kromozom yapısı tespit edilmiştir ve genomu 8xl06 baz çiftinden (bç) oluşmaktadır. Kromatin yapısındaki bir nükleozomda 800 baz çifti uzunluğunda DNA ve histon benzeri 3 adet proteine rastlanmıştır.
Cevap:
Nükleozomlar, ökaryot hücre kromozomlarında tekrarlanan yapı birimi olarak tanımlanır. Her birimde DNA zinciri çiftler hâlinde bulunan H2A, H2B, H3 ve H4 histonlarının çevresinde iki defa dolanarak nükleozom göbeğini meydana getirir. Nükleozomlar, histon proteinlerinden oluşur ve birbirinden linker ya da spacer DNA ile ayrılırlar.
Soruda verilen bilgilere göre, bu canlının çekirdeğinde doğrusal bir kromozom yapısı vardır ve genomu 8xl06 baz çiftinden (bç) oluşmaktadır. Ayrıca, kromatin yapısındaki bir nükleozomda 800 baz çifti uzunluğunda DNA ve histon benzeri 3 adet proteine rastlanmıştır.
Eğer bu canlının tüm kromozomu nükleozomlardan oluşsaydı kromozomunda kaç tane nükleozom bulunurdu? Bu sorunun cevabını bulmak için, kromozomun toplam uzunluğunu (8xl06 bç) nükleozomdaki DNA uzunluğuna (800 bç) bölmek gerekir. Böylece, kromozomda 10.000 adet nükleozom olduğunu buluruz.
Bu nükleozomları oluşturmak için kaç tane proteine ihtiyaç duyulurdu? Bu sorunun cevabını bulmak için, her nükleozomda 3 adet histon benzeri protein olduğunu bilmek gerekir. Böylece, 10.000 adet nükleozom için 30.000 adet protein gerektiğini hesaplayabiliriz.
6. Eğer bu canlının tüm kromozomu nükleozomlardan oluşsaydı kromozomunda kaç tane nükleozom bulunurdu? Bu nükleozomları oluşturmak için kaç tane proteine ihtiyaç duyulurdu?
Cevap:
Nükleozom, ökaryot hücre kromozomlarında tekrarlanan yapı birimi olarak tanımlanır. Her birimde DNA zinciri, çiftler halinde bulunan H2A, H2B, H3 ve H4 histonlarının çevresinde iki defa dolanarak nükleozom göbeğini meydana getirir. Nükleozomlar, histon proteinlerinden oluşur ve birbirinden linker ya da spacer DNA ile ayrılırlar.
Eğer E. coli bakterisinin tüm kromozomu nükleozomlardan oluşsaydı, kromozomunda kaç tane nükleozom bulunurdu? Bu sorunun cevabını bulmak için, önce E. coli kromozomunun kaç baz çifti içerdiğini bilmemiz gerekir. Bu sayı yaklaşık 4.6 milyon olarak verilir. Daha sonra, her bir nükleozomun kaç baz çifti DNA’yı sarabileceğini bilmemiz gerekir. Bu sayı ise yaklaşık 200 olarak verilir. Böylece, basit bir bölme işlemi ile E. coli kromozomunda yaklaşık 23 bin nükleozom bulunabileceğini hesaplayabiliriz.
Bu nükleozomları oluşturmak için kaç tane proteine ihtiyaç duyulurdu? Bu sorunun cevabını bulmak için, önce her bir nükleozomun kaç tane histon proteini içerdiğini bilmemiz gerekir. Bu sayı ise sekiz olarak verilir. Daha sonra, bu sayıyı nükleozom sayısı ile çarpmamız gerekir. Böylece, basit bir çarpma işlemi ile E. coli kromozomunu oluşturmak için yaklaşık 184 bin histon proteini gerektiğini hesaplayabiliriz.
