DNA Replikasyonu: DNA'nın Kendini Eşlemesi Olayı

Hücreler neden DNA'sını replike eder? Çünkü mayoz ve mitoz bölünmenin meydana gelebilmesi için hücreler DNA'sını iki katına çıkartarak hücre bölünmesini meydana getirirler.

Replikasyon hücre içerisindeki genetik materyalin tamamen aynısı olacak şekilde 2 katına çıkarılma işlemidir. Replikasyon işlemi hücre siklusunun S evresinde gerçekleşir. Hücre siklusu G1, S, G2, M ve G0 evrelerinden ibarettir.

• G1 Evresi: Replikasyonun gerçekleşebilmesi için gerekli olan materyalin artışı sağlanır. RNA ve protein sentezi gibi. (2n)
• S Evresi: DNA replikasyonu gerçekleşir. DNA 2 katına çıkarılır. (2n--->4n)
• G2 Evresi: Mitoz ve/veya mayoz bölünmeye hazırlık oluşturan metabolik olaylar gerçekleşir.
• M Evresi: Mitoz bölünme gerçekleşir. (4n--->2n)
• G0 Evresi: Bölünmesini tamamlamış hücreler bu evrede dinlenme halinde yaşamlarını sürdürür. Böylece DNA içerisinde taşınan genetik materyal her replikasyon sonunda nesilden nesile aktarılır.

Replikasyon Modelleri

- Conservative (Korunumlu)
- Semiconservative (Yarı Korunumlu)

- Despersive (Parçalı) olacak şekilde 3 model bulunmaktadır.

 

Semiconservative: Bir çift zincirden oluşan DNA ipliği 2 kalıp zincir olacak şekilde 2'ye ayrılır ve bu kalıp zincirler kendilerine komplementer olacak şekilde ayrı ayrı 2 yeni zincir sentezler ve ortaya çıkan DNA iplikçikleri hem yeni hemde eski zincir moleküllerinden oluşmaktadır.

Replikasyonun gerçekleşebilmesi için:

1) Kalıp DNA

2) Deoksinükleosit trifosfat (dNTF)
3) Replikasyon enzimlerine ihtiyaç vardır.

DNA Replikasyon mekanizması hem prokaryotlarda hem de ökaryotlarda temelde aynı olsa da aralarında ufak farklılıklar mevcuttur. DNA replikasyonunda temel reaksiyon çift iplikli sarmal yapıdaki DNA molekülünü 2'ye ayırıp her iplikçiği kalıp olarak kullanıp karşısına hücre içerisinde bulunan deoksinükleosit 5' trifosfat (dNTF) moleküllerinin fosfodiester bağlarının bağlamasıyla tamamlayıcı özellikteki yeni DNA iplikçiklerinin sentezlenmesi olayıdır.

Replikasyon işleminin gerçekleşebilmesi için öncelikle bir başlangıç bölgesine (Promotor Bölgesi) ihtiyaç vardır. Replikasyonun gerçekleştiği bu genom birimine replikon adı verilmektedir. Replikon bölgesinde başlangıç ve bitiş noktaları mevcuttur. Prokaryotlarda DNA replikasyonu için bir replikon bulunurken, ökaryotik canlılarda ise çok sayıda replikon bölgesi bulunmaktadır. Başlangıç noktaları özel nükleotit dizilerinden oluşur. Bu özel bölgeler çok sayıda A ve T bazlarının bir araya gelerek TATA kutusunu oluşturmasıyla meydana gelmektedir. Bu özel nükleotit dizisine bağlanarak replikasyon sentezini başlatan proteinlere başlatıcı proteinler denir. Başlangıç bölgesine yani promotor bölgesine bu başlatıcı proteinin bağlanmasıyla DNA replikasyonunun ilk adımı atılır.

Replikasyonda İş Gören Temel Yapılar:

- DNA Helikaz enzimi: ATP kullanılarak DNA üzerindeki hidrojen bağlarını kırıp DNA sarmalının açılmasını sağlayan enzimdir.
- Tek Zincir (SSB) Proteinleri: Helikaz enzimi tarafından açılan replikasyon çatalının sürekliliğini sağlamak amacıyla tek zincire bağlanan proteinlerdir. Bu proteinler sayesinde helikaz enzimi tarafından açılan DNA zincirleri tekrar bir araya gelip hidrojen bağlarıyla bağlanamazlar ve yeni yapılacak kalıp zincire komplementer zincir rahatlıkla yapılabilmektedir.
- Primaz: DNA sentezinin başlatılabilmesi için 5-10 nükleotidlik RNA primerine ihtiyaç duyulur. Bu RNA primerini (RNA öncül molekülü) sentezleyen enzimdir.
- DNA Polimerazlar: Kalıp zincire komplementer gelen yeni zinciri sentezleyen enzimdir.
- DNA ligaz: Mutasyonlar ve replikasyon dahil olmak üzere tüm ayrılmış DNA ipliklerini fosfodiester bağlarıyla bağlayan enzimdir.
- DNA Topoizomerazlar: DNA sarmalını veya süper sarmal yapısını kontrol eden enzimdir. Replikasyon çatalında ortaya çıkan süper sarmal yapıların çözümlenmesinde görevli enzimdir.

Topoizomerazlar II tiptir. Bunlardan topoizomeraz I DNA'nın tek ipliğini kırmakla görevli iken topoizomeraz II ise DNA'nın 2 ipliğini de aynı anda kırarak süper sarmal yapının kolayca çözünmesini sağlar.

Prokaryotik DNA Polimerazlar

DNA Polimeraz I) DNA polimeraz I enziminin 3 esas görevi vardır.
1) Ekzonükleaz aktivitesi 3'--->5' yönünde replikasyonda yanlış eklenen nükleotidleri koparıp uzaklaştırmak.
2) Ekzonükleaz aktivitesi 5'--->3' yönündeki işlevi RNA primerini koparıp uzaklaştırmak.
3) Uzaklaştırılan DNA primeri yerine DNA sentezlemek.
DNA Polimeraz II) DNA onarımında görev almaktadır. 5'--->3' yönünde Polimeraz aktivitesi 3'--->5' yönünde ekzonükleaz aktivitesine sahip polipeptidtir.
DNA Polimeraz III) DNA replikasyonunu yürüten esas enzimdir.
DNA Polimeraz IV ve V) Polimeraz II enzimi ile DNA'nın onarımından sorumludur.

Ökaryotik DNA Polimerazlar

Ökaryotik polimerazlar 6 tanedir. Bunlardan DNA polimeraz gama dışında hepsi nükleus içerinde bulunur. Polimeraz gama mitokondri içerisinde ki DNA'nın replikasyonundan sorumludur ve sadece burda bulunur.
DNA Polimeraz Alfa) Nukleusta replikasyonun başlamasından sorumludur. Replikasyon hızı yavaştır. Polimeraz alfa kesintili ve kesintisiz zincirin sentezinin başlatılmasında, Primaz ile birlikte görev yapmaktadır. Primaz enzimi kalıp zincire komplementer yeni zincirin başlatılabilmesi için 5-10 nükleotidlik nükleotit bağlar bu yapıya ilaveten Polimeraz alfa 20-30 nükleotidlik DNA sentezi yapar ve birlikte RNA primerini oluşturmuş olurlar. RNA primeri oluştuktan sonra polimeraz alfa sentez hızının yavaş olmasından dolayı görevini esas DNA sentezini yürütecek olan polimeraz deltaya bırakır.
DNA Polimeraz Delta) Polimeraz alfaya oranla çok hızlıdır. Esas DNA sentezinden sorumlu olan enzimdir. Kesintili ve kesintisiz DNA sentezinde görev alır.
DNA Polimeraz Epsilon) Polimeraz delta ile aynı özelliktedir. Sadece kesintili zincirin sentezinde görev aldığı bilinmektedir.
DNA Polimeraz Beta-Zeta) DNA'nın tamirinden sorumlu enzimlerdir.

Replikasyonun başlaması

Replikasyonun başlatılması için DNA çift ipliğinin ayrılması gerekir. Promotor bölgesine bağlanan başlatıcı protein (helikaz enzimi) DNA'nın çift ipliğini ayırır. Helikaz enzim aktivitesi için açılan çatala replikasyon çatalı denir. Replikasyon çatalı ana DNA molekülünü ayrıldıkça ilerler, helikaz enzimi çift sarmal yapıdaki DNA zincirindeki hidrojen bağlarını kopararak birbirinden ayırır, ayrılan bağların tekrar birbirine bağlanmasını engellemek için SSB proteinleri bağlanır ve helikaz enzimi yoluna devam eder. Helikaz enzimi DNA zincirini ayırırken aynı zamanda da replikasyon işlemi gerçekleşir.

DNA polimerazlar sadece 5'--->3' yönünde sentez yapabilmektedirler ve bu nedenle ayrılan zincirin birinde kesintisiz zincir oluşturulurken diğer zincirde de kesintili bir şekilde sentez yapılmaktadır.

Ökaryotik canlılarda DNA polimerazlar sentezi başlatabilmesi için öncelikle 5-10 nükleotidlik bir RNA primerine ihtiyaç duyulur. DNA polimeraz alfa primaz enzimi ile birlikte bu RNA primerini sentezlerler. Öncelikle primaz enzimi 5-10 nükleotidlik ökazaki fragmentini sentezler daha sonra polimeraz alfa bu fragmente 20-30 nükleotidlik DNA sentezler ve birlikte RNA primerini sentezlemiş olurlar. Polimeraz alfa yavaş olması sebebiyle zincirden ayrılır ve yerini polimeraz delta'ya bırakır. Polimeraz delta sentezi replikasyon bitene kadar devam ettirir. Bu işlemler 5'--->3' yönünde kesintisiz bir şekilde devam eder bu zincire kesintisiz zincir denmektedir. Kesintili zincir ise DNA'nın diğer yeni zincirini uzatmak için polimerazın diğer kalıp zincir boyunca replikasyon çatalından uzaklaşacak şekilde kesintili zincir olarak devam eder. Bu işlemde 5'--->3' yönüde devam etmektedir. Fakat zincirin biri replikasyon çatalı yönünde ilerlerken diğeri zincirin tersi yönde kesintili şekilde devam eder.

Replikasyon ilerledikçe RNA primeri, DNA polimeraz I tarafından kesilip çıkarılır. Ortaya çıkan boş alanlar DNA polimeraz alfa tarafından DNA'ya uygun olarak sentezlenir. Çıkarılan RNA primerinin yerleri polimeraz alfa tarafından bir miktar daha uzatılır ve birkaç bazlık açıklık kalması sağlanır. Geriye kalan bu açıklık ligaz enzimi tarafından birleştirilerek DNA replikasyon işleminin tamamlanması sağlanır.

Ökaryotik ve Prokaryotik kromozomların sonlanma bölgeleri birbirinden farklılık gösterir. Ökaryotik kromozomlar dogrusal yapıdadır ve kromozom ucu telomer adı verilen yapılar ile sonlanır. Normalde sentez sırasında 3'OH grubuna nükleotit ilavesi yapılarak telomer kısalması önlenebilmektedir. Fakat ökaryotik canlılarda telomeraz enzimi bulunmamaktadır. (Eşey hücreleri Hariç) Bu nedenle replikasyon sonunda kromozomun her iki ucunda RNA primeri kadar kısalma meydana gelmektedir.


Gelecek yayınlarımızda görüşmek üzere. Esen kalın