[Biyoloji] DNA Ä°kileÅŸmesi | Ökaryotlarda DNA Ä°kileÅŸmesi – DNA Replikasyonu

DNA Ä°kileÅŸmesi

DNA ikileÅŸmesi, Replikasyon, DNA çoÄŸalması ya da DNA sentezi, hücre bölünmesi öncesinde çift sarmallı DNA’nın kendini kopyalanması iÅŸlemidir.

Günümüzde yapılan araÅŸtırmalar sonucu, aynı tip hücrelerde DNA’nın kimyasal özelliÄŸinin ve toplam mktarının nesilden nesile deÄŸiÅŸmeden aktarıldığı bilinmektedir. Buna göre DNA’nın tüm özellikleri aynı ata hücreden gelen benzer hücrelerde aynı kalmak zorundadır. Bu yüzden ister prokaryotik ister ökaryotik olsun her bir hücre mitoz bölünmeye hazırlanırken, DNA’lar kural olarak tüm uzunlukları boyunca bir ucundan diÄŸer ucuna doÄŸru kendilerini ikiler.

Watson ve Crick’in 1953’de yayımladıkları makaleleri, ikili sarmalın nasıl kendini eÅŸleyeceÄŸi konusunda fikir vermektedir. “Yarı-saklı (semikonservatif) çoÄŸaltma” olarak bilinen bu modelin geçerliliÄŸi o zamandan buyana deÄŸiÅŸmemiÅŸtir.

ÇoÄŸalmanın genel tarzı açıklık kazandıktan sonra araÅŸtırmalar, DNA sentezinin tüm ayrıntıları üzerine yoÄŸunluk kazanmıştır. Günümüzde bilinen, DNA’nın kendini eÅŸlemesi için sayısız enzim ve birçok proteine gerek duyduÄŸudur. Sentez sırasındaki olayların karmaşıklığı bu araÅŸtırma alanının son derece aktif kalmasını saÄŸlamıştır.

DNA kendini yarı-saklı eşlemeyle çoğaltır

Watson ve Crick, sarmal açlıldığı takdirde, iki atasal zincir boyunca sıralanan bazların eÅŸlenebilecekleri proteinleri kendilerine çekebileceklerini önermiÅŸlerdir. Buna göre, bazlar hidrojen baÄŸlarıyla kendine uygun olan (örn. Adenin-Timinle, Guanin-Sitozinle) bazı çeker ve eÅŸleÅŸir. Her iki kalıp boyunca bu nükleotitler kovalent baÄŸlarla polinükleotit oluÅŸturdukça, birbiriyle özdeÅŸ iki DNA zinciri oluÅŸacaktır. Kopyalanan her bir DNA molekülünde bir “eski” bir “yeni” zincir bulunacağından, bu tip bir çoÄŸalma “yarı-saklı (semikonservatif) replikasyon” olarak tanımlanır.

DNA kopyalanması için, yine atasal zincirlerin kalıp olarak görev görmesine dayanan iki ayrı yol daha düşünülmüştür.

Bunlar;

Saklı (konservatif) replikasyon; tamamlayıcı polinükleotit zincirleri yine aynı ÅŸekilde sentezlenir, ancak burada iki yeni zincir biraraya gelirken, atasal eski zincirler tekrar birleÅŸir. Orjinal sarmal bu ÅŸeklide “korunur”.

Parçalı (dispersif) replikasyonda; atasal zincirler kopyalama sırasında kırılır ve kırılan DNA parçaları iki yeni çift sarmal içinde dağılır. Böylece her bir zincirde hem yeni hem eski DNA bulunur. Üç olasılık içinde en karmaşık olan yol bu olduğu için, gerçekleşme ihtimali en zayıf olandır. Ancak, deneysel olarak teoride olması mümkündür. Her üç modelde baz eşlenikliğine dayandığı halde, yarı-saklı çoğalma en doğru olanıdır.

Tarihte

1958’de Meselson ve Stahl E.Coli ‘de yeni sentezlenen bir DNA’nın bir yeni bir de eski zincir içerdiÄŸini göstererek yarı-saklı çoÄŸalma konusundaki sorunu çözmüşlerdir. Taylor, Woods ve Hughes, baklanın kök uçlarıyla yaptıkları deneyde ökaryotlarda da yarı-saklı çoÄŸalma olduÄŸunu göstermiÅŸlerdir. Aynı dönemde Kornberg, E.Coli ‘den DNA Polimeraz I’i saflaÅŸtırmıştır. Kalıp ve öncü nükleozit trifosfatların bulunduÄŸu ortamda, bu enzimin in vitro DNA sentezi yapabileceÄŸini göstermiÅŸtir. Daha sonra DNA Polimeraz II ve III izole edilmiÅŸ ve polimeraz III, in vivo DNA kopyalanmasından sorumlu enzim olarak tanınmıştır.

DNA’nın Yapısı

DNA, tüm hücrelerde bulunan, nesilden nesile aktarılabilen çift bir moleküldür. Bu çift molekül, bir sarmaşığın dalları gibi birbiri çevresinde dönerek bir sarmal oluÅŸturur. Sarmaşık dalına benzer her molekül, bir DNA “ipliÄŸi”dir. Bu iplikler birbirlerine kimyasal olarak baÄŸlanmış nükleotitlerden oluÅŸur. Nükleotitler ise bir ÅŸeker, bir fosfat ve bir de dört çeÅŸit azotlu bazlardan birisinden oluÅŸur. Bu dört çeÅŸit baz, Adenin, Timin, Sitozin ve Guanindir. Sırası ile A, T, C ve G harfleri ile kısaltılırlar. Her baz diÄŸer bazların yalnızca bir çeÅŸidi ile hidrojen baÄŸları kurabilir, kural olarak; A ile T, C ile ise G baÄŸ kurabilir.

DNA Replikasyonu

DNA molekülünün ikileÅŸmesinde, sarmalın kollarnı birbirine baÄŸlayan zayıf hidrojen baÄŸları fermuar gibi açılır; her iki kolda, eÅŸlerinden ayrılan pürin ve pirimidin uçlarını açıkta bırakır. Hücrenin sitoplazmasında bulunan çeÅŸitli nükleotitlerin iki kol açıldıkça, kollarda bulunan uygun bazların karşılarına gelmeleriyle kendini eÅŸleme baÅŸlamış olur. DNA’nın ikili sarmalı birbirinden ayrıldığı zaman, kural olarak Adenin grubu Timin grubuyla, Guanin grubuysa Sitozin grbuyla birleÅŸerek yerlerini alırlar. DiÄŸerleri uymadıkları için geri çevrilirler. Yine aynı ÅŸekilde, eski zincirdeki Adeninler Timinlerle, Sitozinler Guanin gruplarıyla ikili sırayı tamamlamak için birleÅŸirler. Bütün nükleotitler eÅŸlendiÄŸinde ise, yeni zincir oluÅŸturulmuÅŸ, DNA kendini eÅŸlemiÅŸtir. Kopyalanan yeni DNA iplikleri tamamen aynıdır, ancak nadiren çoÄŸalmadaki hatalar nedeniyle kopyalama mükemmel olmaz (bkz. mutasyon).

İkileşme Orijini ve Çatalı

Kromozom üzerinde replikasyonun baÅŸladığı bölge “replikasyon orjini” olarak adlandırılır. Kromozom üzerinde replikasyonun olduÄŸu noktada sarmala ait zincirlerin açılmasıyla meydana gelen çatala “replikasyon çatalı” denir. Bu çatal, önce sentezin orjin noktasında meydana gelir ve replikasyon devam ettikçe ilerler. Replikasyon çift yönlü ise, orjinden itibaren zıt yöne doÄŸru ilerleyen iki replikasyon çatalı oluÅŸur. Replikasyonun orjini ve yönü ile ilgili kanıtlar açıktır.

Prokaryotlarda DNA ikileÅŸmesi

DNA replikasyonunda, ikili sarmal açılır ve sentezin baÅŸladığı yer olan replikasyon çatalı oluÅŸur. Proteinler açılan sarmalı kararlı kılar ve replikasyon çatalının önünde oluÅŸan sarılma gerilimini hafifletirler. Sentez, kalıp boyunca belirli bölgelerden RNA Primazın, DNA Polimeraz III’ün polimerizasyonu baÅŸlatabileceÄŸi serbest 3′-OH ucunu saÄŸlayan kısa bir RNA parçasını sentezlemesiyle baÅŸlar. Ä°kili sarmalın antiparalel yapısından dolayı polimeraz III, kesintili zincirde 5′-3′ yönünde sürekli DNA sentezi yapar. Kesintili zincir denen karşı zincirde kısa Okazaki fragmanları sentezlenir ve bu fragmanlar daha sonra DNA Ligaz ile birleÅŸtirilir. DNA Polimeraz I, RNA primerini uzaklaÅŸtırır ve yerine DNA sentezler, ortaya çıkan polinükleotidler (DNA parçaları) DNA Ligaz ile birleÅŸtirilir. DNA replikasyonunda yer alan birçok molekülü etkileyen pekçok mutant bakteri ve faj genlerinin izole edilmesi, tüm replikasyon iÅŸleminin karmaşık genetik kontrolünün aydınlanmasına yardımcı olmuÅŸtur.

– Replikon, oriC ve ter

Cairns, izotoplar kullanarak, otoradyografi yöntemiyle replikasyonu izlemiÅŸ ve E.Coli’de replikasyonun tek bir noktadan (orjinden) baÅŸladığını göstermiÅŸtir. Bu özgül bölgeye oriC denilmiÅŸtir. Bu bölgenin konumu E.Coli üzerinde haritalanmış ve 245 baz içerdiÄŸi saptanmÅŸtır. Bu konuda yapılan baÅŸka araÅŸtırmalarda da, replikasyonun iki yönlü olduÄŸu ve oriC’nin her iki yönünde hareket ettiÄŸi gösterilmiÅŸtir. Bu durumda replikasyon ilerledikçe ayrı yönlere doÄŸru birbirinden uzaklaÅŸan iki replikasyon çatalı oluÅŸturur. Bu çatallar tüm kromozom yarı-saklı eÅŸleÅŸtikten sonra, “ter” olarak adlandırılan sonlanma bölgesinde birbiriyle birleÅŸir. Bir orjinden replikasyon baÅŸladıktan sonra eÅŸleÅŸen DNA’nın uzunluÄŸunun bir birim olduÄŸunu belirten terim “replikon”dur. Buna göre, bakteriyofaj ve bakterilerde DNA sentezi bir noktadan (oriC), baÅŸlayıp bir noktada (ter) biter. Bakteriler, tek ve büyük bir kromozoma sahip oldukları için, kromozomun tümü bir “replikon”dur.

– DNA Polimeraz I, II ve III

Replikasyonun yarı-saklı ve iki yönlü olduğu anlaşıldıktan sonra, birçok moleküler çalışma DNA kalıbı üzerinden tamamlayıcı uzun polinükleotit zincirlerinin gerçek sentezinin nasıl olduğunu anlamaya yönelmiştir. Bu çalışmalarda kullanılan mikroorganizmalarda, sentezde gerekli olan, DNA Polimeraz I, II ve III olarak bilinen enzimlerin varlığı görülmüştür.

DNA ikileÅŸmesi

Ökaryotlarda DNA İkileşmesi

Ökaryotlarda DNA ikileşmesi, oldukça karmaşık bir işlem olup, DNA sentezindeki bazı faktörlerin nasıl işlediği hala tam olarak çözümlenememiştir.

Ökaryotik hücrelerin de DNA sentezi prokaryotlardakine benzer ancak daha karmaşıktır. Her iki sistemde de DNA ikili sarmalı “replikasyon orjini”nden açılarak iki “ikileÅŸme çatalı” meydana gelir. DNA polimerazın yönlendirdiÄŸi sentez, kesintisiz zincirde ve kesintili zincirde çift yönlü olarak devam eder.

Prokaryotlardan en önemli fark olarak, ökaryotlada birçok “replikasyon orjini” ve sentezi yönlendiren daha farklı DNA Polimerazlar bulunmasıdır. Bunun nedenleri şöyle açıklanır:

1) Ökaryotlarda, prokaryotlara göre daha fazla gen vardır.

2) Ökaryotik polimerazın saniyede 50 nükleotit olan okuma hızı, prokaryotik polimeraza göre 20 kat yavaştır.

J.H. Taylor, P.Woods ve W.Hughes; 1957’de ökaryotlarda da replikasyonun yarı-saklı olduÄŸunu gösteren kanıtı sunmuÅŸlardır. Vicia faba (bakla) bitkisinin kök uçlarıyla yaptıkları deneyde DNA’yı 3H-timidin ile iÅŸaretleyip, otoradyografisini çekmiÅŸler ve replikasyonu izlemeyi baÅŸarmışlardır. Buradaki replikasyonun da yarı-saklı olduÄŸunu kanıtlamışlardır.

Çoklu replikasyon orjini ile ilk bulguların çoÄŸu bir maya olan Saccharomyces cerevisiae’den elde edilmiÅŸtir. Mayadan elde edilen bu repliksyon orjinlerine “özerk replike olan diziler” (ARS) denir. Hücre döngüsünün G1 fazı sırasında bütün ARS dizilerine bazı protein grupları baÄŸlanır ve “orjin tanıma kompleksi” (ORC) meydana gelir. Bu tanıma kompleksleri G1 fazında oluÅŸtuÄŸu ve S fazından önce sentez baÅŸlamadığı için, sentezin gerçek baÅŸlama sinyalinde yer alan daha baÅŸka pronteinler de bulunmaktadır. Bu proteinlerin en önemlileri özgül kinazlardır. Kinazlar, hücre döngüsünün ayrılmaz bir parçası olan fosforilasyonun kilit enzimleridir. Kinazlar, ORC’ye baÄŸlandıklarında, DNA polimerazın baÄŸlanmasına açık olan bir “ön tanıma kompleksi” (pre-RC) oluÅŸur. pre-RC’ye baÄŸlanacak DNA polimerazlar, ökaryotik replikasyonun en karmaşık yönüdür. Buna göre, 6 farklı tipte DNA polimeraz formu saflaÅŸtırılıp, çalışılmıştır:

* Polimeraz α (alfa), β (beta), γ (gamma), δ (delta), ε (epsilon) ve ζ (zeta)

Ökaryotlarda doğrusal kromozom uçlarının (telomerler) replikasyonda ortaya çıkan özel sorun, RNA içeren özgün bir enzim olan telomeraz enzimiyle çözülür.

Genetik moleküller arasındaki rekombinasyon, DNA zincirlerini kesen, tekrar sıraya koyan ve tekrar birleştiren bir dizi enzim varlığına dayanır. Gen dönüşümü olayı, bu değiş-tokuşlar sırasında yanlış eşleşme onarımı ile gerçekleştirilen sentez ile en iyi şekilde açıklanabilir.

Kaynak: Kadim Dostlar ™ Forum

Bu içerik 25.06.2008 tarihinde Hale tarafından, Fizik - Kimya - Biyoloji Konu Anlatımları bölümünde paylaşılmıştır ve 2739 kez okunmuştur. Bu içeriğin devamında incelemek isteyebileceğiniz 0 adet mesaj daha bulunmaktadır.

[Biyoloji] DNA İkileşmesi | Ökaryotlarda DNA İkileşmesi - DNA Replikasyonu orjinal içeriğine ulaşmak için tıklayın ...