TIBBTIBBİİ BBİİYOLOJYOLOJİİ YE YE GGİİRRİŞİŞ
Prof. Dr. Turgut Prof. Dr. Turgut UlutinUlutin
HHÜÜCRE BCRE BİİLLİİMMİİHücre, yaşam için gerekli tüm biyolojik olayların yapıldığı canlının en küçük birimidir. Buna en iyi örnek, tek bir hücre olarak yaşamını sürdüren tek hücreli organizmalardır. En ilkel yapılı hücre, prokaryotik hücredir örneğin, bakteri ve mavi-yeşil alglerde olduğu gibi. Prokaryot hücrelerde nukleus zarıbulunmaz, o nedenle kalıtsal materyal DNA, hücre sitoplazmasında serbest olarak bulunur. Gelişmiş hücrelerde görülen bazıorganeller bunlarda yoktur.
İleri yapı gösteren hücreler ise ökaryotik hücreler olup bunlarda DNA materyali nukleus zarı ile çevrelenmiştir. Çok değişik organelleri mevcuttur. Prokaryotlar dışında kalan tüm canlılara ait hücreler ökaryot hücre tipindedir.
Hücrenin varlığı ilk kez 1665 yılında Robert Hooke tarafından anlaşılmıştır. R. Hooke, kendi yaptığı mikroskopta şişe mantarıhücrelerini çevre ve boşluk halinde görmüş, bu boşluklara hücre (cellula) adını vermiştir. Daha sonra canlı bitki dokularından da kesitler alıp incelemiş, çeperin iç kısmının sıvı ile dolu olduğunu görmüş, ancak bu sıvının canlıolduğunu ve önemini anlayamamıştır. Robert Hooke’un ortaya attığı hücre teorisi basit de olsa çok önemlidir. Bundan sonra gelen bilim adamlarının katkısıyla bu konuda daha ayrıntılı bilgiler ortaya çıkmıştır.
1831’de Robert Brown (İngiliz botanikçi) nukleus’u keşfetmiş, 1839’da Purkinje (Alman fizyolog) çeperin iç kısmını dolduran maddeye protoplazma adını vermiştir. 1838’de Schleiden(botanikçi) ve 1839’da Schwann (zoolog) zamanlarına kadar olan bilgileri değerlendirerek hücre teorisini kurmuşlardır. 1852’de Remak, 1880’de Fleming hücre bölünmesini (amitoz ve mitoz) incelemişlerdir. Çalışmalar ilerledikçe, protoplazmanın homojen olmadığı anlaşılarak 1862’de Kölliker (Alman biyolog) sitoplazma ve nukleus terimleriyle protoplazmayı daha da ayırmış ve nukleusun etrafını çeviren protoplazma kısmına sitoplazma adını vermiştir.
Mikroskobun daha da geliştirilmesiyle bazıhücre organelleri keşfedilmiş, 1887’de Boveri, sentrozomu; 1897’de Benda, mitondriyi; 1898’de Golgi, Golgi kompleksini; 1899’da Garnier, Endoplazmik Retikulumu (E.R.); 1905’de Farmer ve Moore, mayozbölünmeyi açıkladılar. Bu arada 1944’de Avery ve Mc Carty, bunları takiben Griffts, Streptococcus pneumonia ile çalışarak genetik etkileşimin DNA tarafından yapıldığınıaçıkladılar. 1953’de Watson ve CrickDNA’nın çift sarmal yapısını açıklayarak Moleküler Biyolojinin temelini kurdular.
Kromozom, DNA ve GenKromozom, DNA ve Gen
HHüücrecreNukleusNukleus
KromozomlarKromozomlar
Gen
ProteinProtein
DNA DNA ççift sarmalift sarmalıı
AdeninAdenin (A)(A)Timin (T)Timin (T)
SitozinSitozin (C)(C)GuaninGuanin (G)(G)
BazlarBazlar
ŞŞeker eker Fosfat Fosfat
omurgaomurgaBaz Baz ççiftiifti
17. yüzyılda Leeuwenhoek tarafından yapılan ilk basit mikroskoptan, değişik ve gittikçe gelişen ışık mikroskopları yapılmış ve nihayet 1942’lerden itibaren elektron mikroskobu keşfedilmiş ve geliştirilmiştir.
1950-1956 yıllarında itibaren elektron mikroskobunun yardımıyla hücre organellerininultrastrüktürleri üzerindeki yoğun araştırmalar sonucu hücre bilimi çok daha ileri bir seviyeye ulaşmıştır ve bu konuda çalışmalar devam etmektedir. Görüldüğü gibi hücre hakkındaki yeni bilgilerin elde edilmesi mikroskobun gelişimine paralel bir yol izlemiştir.
Bütün yaşayan canlılarda genetik direktifler DNA moleküllerinde depolanmıştır. Aynıkimyasal kodla yazılmış olan bu direktifler kimyasal yapı taşlarından oluşur ve organizmanın mevcut bilgilerini sonraki nesillere aktarmada ve üremede işlev görürler. Böylece her hücre uzun DNA polimer zincirlerindeki 4 set monomerden(nukleotidlerden) yapılmıştır.
Her hücrede DNA tarafından verilen direktifler transkribe edilerek RNA’ya dönüştürürler. Daha sonra RNA moleküllerince taşınan mesajlar bir diğer kimyasal form olan proteinlere translate edilir.
Biyolojik organisazyonun seviyeleri :– Atomlar– Moleküller– Subcellular organeller– Hücreler– Dokular*– Organlar*– Organ sistemleri*– Organizma: Tek bir hücre yada kompleks
multiselüler organizma.* Organisazyon seviyesi tüm organizmalarda
bulunmaz.
Hücre: yaşamın temel ünitesiYaşamın tüm etkinliklerini
gerçekleştirebilen en temel yapıseviyesi
– Tüm organizmalar hücrelerden oluşmuştur.
Virüsler: canlı organizma olarak nitelendirilmezler.
– Tek hücreli yada çok hücreli
HHüücrenin bcrenin büüyyüüklklüüğğüü
İnsan ovum 200 mikronBalık yumurtası 5 mm Tavuk yumurtası 30 mm
Beyin hücrelerinin en küçüğü 4-5 mikron
HHüücre saycre sayııssıı, rengi, k, rengi, kııvamvamıı
İnsanda Kan hücreleri hariç 1013-1014
MSS, retina, lens kristali hücre sayısı sabittir ve sonradan çoğalmazHücreler çoğunlukla renksizdir, pigmentli hücreler hariçHücrelerin kıvamları hücre çeşidine göre değişir
Beyin hücreleri- derinin stratum corneumhücreleri
PROKARYOTPROKARYOTİİK ve K ve ÖÖKARYOTKARYOTİİK K HHÜÜCRELERCRELER
KARAKTERİSTİK PROKARYOTİK ÖKARYOTİK
Nukleus Yok Var
Tipik bir hücrenin çapı 1 µm 10 – 100 µm
Hücre iskeleti Yok Var
Sitoplazmikorganeller Yok Var
DNA içeriği (baz çiftleri)
1x106 – 5x106 1,5x107 – 5x109
Kromozomlar Tek sirküler DNA molekülü
Çoklu lineer DNA molekülleri
18591859
Charles Darwin
“Türlerin Kökeni”
18651865
Gregor Mendel
“Bezelyelerin kalıtımı”
18691869
Friedrich MiescherDNA’yı ilk defa izole etti
18791879
Walter Filemming
Mitozu gözlemledi ve tanımladı
19021902
Sutton
“Kalıtımın Kromozom
teorisi”
19091909
İlk defa “Gen”kelimesi kullanıldı
19111911
Meyve sineği çalışmaları
19411941
“Bir gen Bir enzim”
19431943
DNA’nın X-ray difraksiyonu
19441944
Avery & Mc Leod
Genetik bilginin temeli olarak DNA
Barbara Mc Clintoctranspozonlar
19521952
Hershey-ChaseDeneyi
“Genler DNA’lardan
oluşur”
19531953
Watson Crick
““KlinisyenlerKlinisyenler İİççin Molekin Moleküüler ler Genetik KursuGenetik Kursu””
Temel MolekTemel Moleküüler Genetik ler Genetik KavramlarKavramlar
İnsan Genetiği– Tıbbi Genetik
SitogenetikMoleküler GenetikPopülasyon GenetiğiKlinik Genetik
19551955
“Kromozom sayısı46”
19561956
Arthur Cornbergve arkadaşları““DNA DNA PolimerazPolimeraz““enzimini izole ettiler
19581958
““semikonservatifsemikonservatifDNADNA””
19591959
Kromozom anomalileri tanımlandı
(DownDown SS)
19611961
mm--RNARNA bilgi taşıyor
İlk kalıtsal metabolik hastalık
(PKU)(PKU)
19661966
Genetik kod
19681968
İlk restriksiyonenzimi
((HindHind III)III)
19721972
İlk RekombinantDNA
19731973
İlk hayvan geni klonlandı
SouthernSouthern BlotBlot
1- Total DNA2- RE ile kesim3- Farklı büyüklükte DNA
fragmanları4- Jel elektroforezinde
büyüklüğüne göre ayrım5- Membrana transfer,
denaturasyon6- İşaretli DNA probu ile
inkübasyon, tanımlama
19751975--19771977
DNA dizilemesi
Bu yöntemde öncelikle dizisi belirlenecek DNA parçasıplazmid DNA’ya klonlanır.DNA sentezi bir primer ile
başlatılır. Sentez şeker alt biriminde C3 pozisyonunda her zaman bulunan OH grubu yerine H atomu içeren bir nukleotidin(dideoksi nukleotid) eklenmesi ile durdurulur.Böylece hepsi dideoksinukleotid ile sonlanan yeni oluşmuş bir seri DNA fragmanı ortaya çıkar. Dört ayrı baz için yapılan işlemlerde bazlardan biri radyoaktif olarak işaretlenmiştir. Oluşan fragmanlar PAGE ile büyüklüklerine göre ayrılır ve otoradyografi ile görüntülenirler.
Sanger
MaxamMaxam--GilbertGilbert
Bu yöntem, DNA’nın baza spesifik kesimine dayanmaktadır. Dizi analizi yapılacak olan DNA parçası, reaksiyon karışımlarında dört bazın her biri için kimyasal işlemlerle parçalara bölünerek analiz edilir. Bu işlemde dizi analizi yapılacak olan DNA parçasıradyoaktif olarak işaretlenir.Sonra denaturasyon yoluyla başlama materyali olan tek iplikli DNA materyali oluşturulur. DNA’nın kesimi baza spesifik kimyasal değişim ile sağlanır. DNA’nın dizisi jel elektroforezini takiben okunur.
19761976
İlk gen mühendisliği şirketi olan GENENTECHGENENTECHkuruldu
19771977
İntronların keşfi
19811981--19821982
İlk ““transgeniktransgenik””hayvan
19821982
Gen bankasGen bankasııdatasıoluşturuldu
19831983
İlk genetik hastalık haritalandı
••HuntingtonHuntington HastalHastalığıığı
•(krz. 4p16.3)
19831983Amplifikasyon yoluyla bir DNA segmentinin birçok kopyasıoluşturulabilir. Önce amplifiye edilecek DNA segmenti denature edilir.Oluşan tek iplik yeni sentezlenecek DNA için kalıp işlevi görür. Sentezde primerolarak sentetik oligonukleotidlerkullanılır. Her duplikasyon döngüsü kesin zamanlamalı ve farklı sıcaklıklar gerektiren üç ardışık reaksiyondan oluşur. İlk olarak, amplifiye edilecek DNA parçası tek ipliklere ayrılır. Sonra soğutularak oligonukleotidler ile hibridizeedilir (primer bağlanması).Daha sonra yeni DNA’nın oluşabilmesi için DNA Polimerazve 4-deoksiribonukleotidtrifosfat ile inkübe edilir. Her devirde DNA iki katına çıkar.
19861986
Pozisyonelklonlama
RFLPRFLP
Bir DNA segmentininyaklaşık her 100 baz çiftindeki nukleotid dizisi bireylerde değişiklik gösterir (DNA DNA polimorfizmipolimorfizmi). Sonuç olarak; her kromozom üzerinde bulunan bir restriksiyon enzimi tanıma dizisi diğerinde bulunmayabilir.Bu durumda, restriksiyonfragman büyüklükleri bu bölge için farklıdır ((RestriksiyonRestriksiyon FragmentFragmentUzunluk Uzunluk PolimorfizmiPolimorfizmiRFLPRFLP)).Analiz sonucunda aranan fragmanın görülmesi mutasyonun varlığınıgösterecektir.
19871987
YAC:(YAC:(maya yapay kromozomumaya yapay kromozomu):):Çoğalan maya hücrelerinde replikasyonu sağlamak amacıyla yabancı bir DNA katılmış maya kromozomudur. YAC’lar 1000kb’a kadar büyük DNA fargmanlarını inkorporeedebilirler.YAC’lar kompleks genomların analizinde klonlama ve haritalama amacıyla kullanılırlar.
19891989
Mikrosatellitler
Yeni genetik markerler
19891989
STS (STS (Sekans etiketli bSekans etiketli böölgelge):):Dizisi bilinen, kısa (~500bp) bir DNA bölgesidir. PCR ile çoğaltılabilir ve harita için başlangıç nesnesi olarak kullanılabilir. Çakışan fragmanlar üzerindeki konumları ve dizileri tanınır. Böylece, ilişkilendirilmiş DNA dizilerinden bir segmentoluşturulur.
19901990
İİnsan Genom nsan Genom ProjesiProjesi başladı
Bakteriyel Bakteriyel ArtifisiyelArtifisiyelKromozomKromozom(BACBAC)’larkullanılmaya başlandı
19911991
2. Nesil 2. Nesil İİnsan nsan Genom HaritasGenom Haritasııolarak adlandırılan düşük rezolusyonlumikrosatellit gen haritaları yapıldı
19911991
ESTEST’ler, fragmanlar ve genler
19941994
İlk genetik modifikasyona uğrayan gıda olan FLAVR SAVR domatesin satışına izin verildi
Mikrop Genom Projesi
19951995
Fiziksel harita, bir gen lokusunun konumunu ve aynı kromozom üzerindeki diğer genlerle olan uzaklığını, kromozom üzerindeki belirli konumlara göre baz çifti olarak gerçek değerlerle verir. Genetik harita, gen lokusunun göreli konumunu, rekombinasyon birimi yada santimorgan (cM) olarak ifade edilen rekombinasyonfrekansına göre belirtir. Bir cM, %1 rekombinasyonfrekansına denktir.
19951995
Fiziksel harita, bir gen lokusunun konumunu ve aynı kromozom üzerindeki diğer genlerle olan uzaklığını, kromozom üzerindeki belirli konumlara göre baz çifti olarak gerçek değerlerle verir. Genetik harita, gen lokusunun göreli konumunu, rekombinasyon birimi yada santimorgan (cM) olarak ifade edilen rekombinasyonfrekansına göre belirtir. Bir cM, %1 rekombinasyonfrekansına denktir.
19961996
Fare genetik haritasıtamamlandıMaya genomu dizilendiArkea genomudizilendi
19961996
16.000 geni ifade eden EST insan gen haritasıoluşturuldu
İnsan DNA’sının dizilenmesine başlandı
19971997
E. Coli genomu dizilendi
19981998
CELERA CELERA GENOMGENOMİİCS CS şirketi dizileme planını açıkladı
Genetik Testler ile ilgili olarak SACGT komitesi kuruldu
19981998
İnsan genomunda 30.000 gen bulunduğu açıklandı
HGP’nin 2003 yılında tamamlanacağıaçıklandıSNP insiyatifi başladı
Full-scaledizilemeye başlandı
22. Kromozomun dizilenmesi tamamlandı
Meyve sineği genomu dizilendi
20002000
21. Kromozomun dizilenmesi tamamlandı
20012001
20. kromozom Diabet, Obeziteve katarakt ile ilişkili bulundu.
20022002
3. kromozom dizilendi.
MayMayııs 2002:s 2002:
Amerika Enerji Departmanı 5 yıl için Postgenomikaraştırmalara 103 milyar $ ayrıldığınıduyurdu.
20032003
DNA’nın keşfinin 50. yılı kutlandı.
Ocak 2003:Ocak 2003:
14. kromozom dizilendi. Bu kromozomdaki 14 gen immun yanıtla ilişkili olarak;60 gen ise Alzheimer, Lösemi ve ovaryumkanseriyle ilişkili olarak bulundu.
Nisan 2003:Nisan 2003:
EnvironmentalGenome Project’in ilk fazı tamamlandı
Mart 2004:
13. ve 19. kromozom dizilendi.
İnsan genomu 3,164,700,000 nukleotiddenoluşmaktadır.
Bir gen ortalama 3,000 nukleotidden oluşur. Ancak bu sayı çok değişkendir. En büyük gen olarak bilinen distrofindistrofin geni, 2,4 milyon baz içerir.
Toplam gen sayısı 29,000-36,000 arasındadır.
Nükleotid dizilerinin %99’u bütün insanlarda aynıdır.
İİlk verilerlk veriler
Bu güne kadar insanda 1,5 milyon kadar tek nukleotid değişikliği bölgesi saptanmıştır.
Tanımlanmış genlerin %50’den fazlasının işlevleri henüz bilinmemektedir.
Genomun yaklaşık %2’si proteinleri kodlamaktadır.
Proteinleri kodlamayan dizi tekrarları, genomun büyük bölümünü oluşturur.
İİlk verilerlk veriler
İİlk verilerlk veriler
En fazla geni 1. Kromozom (2,968) ve en az geni Y kromozomu (231) içermektedir.
Aynı gen alternatif mRNA kesilmeleri ve kimyasal değişikliklere bağlı olarak değişik proteinleri kodlayabilir.
İnsan, bitki, sinek ve kurtçuklarla ortak protein ailelerine sahiptir; ancak, gen aileleri (özellikle gelişme ve bağışıklıktan sorumlu olanları) insanda daha geniştir.
MolekMoleküüler Tler Tııpp-Tanı yöntemlerinin geliştirilmesi- Hastalıklara genetik yatkınlığın belirlenmesi- Genetik yapıya özgü ilaçlar geliştirilmesi- Gen tedavisi yöntemlerinin geliştirilmesi
Bakteri GenetiBakteri Genetiğğii- Hastalık yapıcı bakterilerin (patojenlerin)
kolay ve hızlı saptanması
İnsan Genomu Projesi’nin Beklenen Getirileri
İİnsan Genomu Projesinsan Genomu Projesi’’nin Beklenen nin Beklenen GetirileriGetirileri
ÇÇevre ve Enerjievre ve Enerji- Yeni enerji kaynaklarının geliştirilmesi- Çevre kirleticilerin saptanması ve kontrolü- Biyolojik ve kimyasal ajanlara karşı korunma
yöntemlerinin geliştirilmesi- Zehirli atıkların güvenli şekilde etkisiz hale
getirilmesiRisk DeRisk Değğerlendirmesierlendirmesi
- Radyasyon ve toksik ajanların kanserojen ve diğer zararlı etkilerinin, mekanizmalarıyla birlikte aydınlatılması
BiyoarkeolojiBiyoarkeoloji, Antropoloji, Evrim ve , Antropoloji, Evrim ve TarihTarih
- Evrimin moleküler düzeyde gösterilmesi- Değişik toplumların göç yollarının ve
akrabalıklarının araştırılması- Y kromozom mutasyonlarının incelenmesiyle
erkek dağılımının ve göçlerin araştırılması
İnsan Genomu Projesi’nin Beklenen Getirileri
İİnsan Genomu Projesinsan Genomu Projesi’’nin Beklenen nin Beklenen GetirileriGetirileri
DNA TanDNA Tanıımlamamlama- Adli tıpta suçluların belirlenmesi- Kan bağlarının saptanması- Çevre kirletici bakteri ve benzeri
organizmaların saptanması- Organ nakillerinde doku uyumunun kesin şekilde saptanması
- Soy ağaçlarının geliştirilmesi
İİnsan Genomu Projesinsan Genomu Projesi’’nin Beklenen nin Beklenen GetirileriGetirileri
TarTarıım, Hayvancm, Hayvancııllıık ve k ve BiyoiBiyoişşlemlem- Kuraklığa, zararlılara, hastalıklara dirençli
bitkilerin geliştirilmesi- Daha sağlıklı ve kaliteli çiftlik hayvanlarının
geliştirilmesi- Besin değeri yüksek ürünlerin geliştirilmesi- Biyopestisitlerin üretilmesi- Yenebilir aşılar üretilmesi (meyve ve sebze
içinde)- Çevre temizlemede kullanılacak ağır metal
toplayıcı bitkiler geliştirilmesi
KuKuşşkularkular
Genetik alanGenetik alanıındaki gelindaki gelişşmeler ve insan meler ve insan Genomu Projesi, yanGenomu Projesi, yanııtlanmastlanmasıı gereken gereken sorularsorularıı da beraberinde getirmekte. Sosyal, da beraberinde getirmekte. Sosyal, yasal ve etik ayasal ve etik aççııdan toplumun kaygdan toplumun kaygıılarlarıınnıı dile dile getiren sorular kgetiren sorular kıısaca saca şşööyle syle sııralanabilir:ralanabilir:
KuKuşşkularkular
Genetik Bilginin Genetik Bilginin ÖÖzellizelliğği ve Gizlilii ve Gizliliğğii- Genetik bilgiye kim sahip olacak ve kontrol edecek?- Genetik bilgilerin gizliliği tıbbi gizlilikten farklı mı?
Genetik bilginin kullanGenetik bilginin kullanıılmaslmasıı- Bireye ait genetik bilgilere kim ulaşabilecek ve bu
bilgileri nasıl kullanacak?ÜÜremeyle ilgili Konularremeyle ilgili Konular
- Sağlık personeli, aileleri risk ve sınırlamalar konusunda bilgilendiriyor mu?
- Yeni yardımcı üreme tekniklerinin getirdiği yeni sosyal sorunlar neler?
Klinik KonularKlinik Konular- Sağlık profesyonelleri, yeni genetik açılımlar
konusunda nasıl bir eğitime tabi olacak?- Toplum nasıl bilgilendirilecek?- Genetik testlerin kesinliği, güvenilirliği ve yararı
nasıl değerlendirilecek? (Bu konularda ilk ulaşabilecek?
- Toplumlar ve bireyler arasında yeni bir eşitsizlik kaynağı mı olacak?
Kuşkular
KuKuşşkularkular
KarmaKarmaşışık hastalk hastalııklarklarıın (kalp, diyabet, n (kalp, diyabet, Alzheimer vb) ilgili genetik testleriyle ilgili Alzheimer vb) ilgili genetik testleriyle ilgili belirsizliklerbelirsizlikler
- Tedavisi henüz olmayan hastalıkların erken tanı sıyapıldığında ne olacak?
- Çocuklar ileri yaşlarda ortaya çıkabilecek hastalıklar için kontrol edilebilecekler mi?
- Genler davranışları düzenliyorsa, kontrol olanağıvar mı?
Kavramsal ve Felsefi YaklaKavramsal ve Felsefi Yaklaşışımlarmlar- Tıbbi tedavi ve süperleştirme arasındaki çizgi nasıl
belirlenebilir?SaSağğllıık ve k ve ÇÇevre Aevre Aççııllıımlarmlarıı
- Genetik değişikliğe uğratılmış gıdalar ve diğer ürünler insanlar için tümüyle güvenli mi?
- Bu teknolojiler gelişmekte olan ülkelerin ekonomilerini ve dışa bağımlılığını nasıl etkilenecek?Patent HaklarPatent Haklarıı ve Ticarileve Ticarileşştirmetirme
- DNA dizilerinin patentlenmesi sağlık hizmetlerini, ürün geliştirmeyi ve bilgileri ulaşmayı engelleyecek mi?
KuKuşşkularkular
Top Related