Mutasyonların Tamiri Nasıl Olur ?
Spontan olarak veya mutajenik maddelerin etkisiyle oluşan mutasyonlar, bakterilerde özel mekanizmalar tarafından tamir edilebilir ve düzeltilebilir. Ancak, bu işlem, oluşan bozukluğun büyüklüğüne ve önemine göre değişebilir. Nokta mutasyonları genellikle ve kolayca giderilebilirse de, bir genin kaybolması ve kromozomda oluşan kopmalar kolayca tamir edilemez ve ölümle son bulurlar.
Mutasyonların tamir mekanizması, DNA'da oluşan bozuklukların karakterine göre değişir. Bu da birkaç tarzda görülebilir:
01. Kontrol Okuma ile Düzeltme
DNA'nın sentezi (replikasyon) sırasında yanlış nukleotidlerin sıraya girmesi hücre tarafından hemen fark edilerek, ileri sentez çok kısa bir süre için durdurulur. DNA polimerase I ve III'ün geriye doğru kontrol okuma mekanizması ile hatanın yeri bulunarak yanlış nukleotid 3-OH ucundan hidrolize edilerek çıkarılır ve yerine doğru nukleotidler konarak bozukluk giderilir.
02. Represör Mutasyonlar
Eğer DNA'da baz çiftleri arasına bir bazın girmesi (veya çıkması) ile oluşan mutasyon, aynı genin içinde (intragenik) veya gen dışında (ekstragenik) meydana gelen ve diğer bir baz çiftinin çıkması (veya girmesi) şeklinde oluşan ikinci bir mutasyonla, giderilebilir (supresör mutasyon). İkinci mutasyon, birinciye ne kadar yakınsa, düzeltme işlemi hem kolay ve hem de imkân dahilinde olur. Ayrı genlerde oluşan ikinci mutasyon, birinci ile arasında çok mesafe olacağından ve bu arayı yanlış sıralı aminoasitler dolduracağından, tamiri olanaksızdır ve bakterinin ölümüne sebep olur.
Supresör mutasyon, birinci mutasyonun etkisiyle bozulan aminoasit sıralarını düzeltir, polipeptid zincirine normal sıralı aminoasitlerin girmesine ve proteinin aktivite kazanmasına yol açar. Supresör mutasyon da başlıca üç tarzda çalışabilir. 1- Birinci mutasyon sonu değişen baz sıraları, aynı yerde oluşan ikinci bir mutasyonla düzeltilebilir. Örn, ilk mutasyonda GC baz çiftinin yerine AT baz çifti girmişse aynı yerde oluşan ikinci mutasyon, son giren baz çiftinin çıkmasına yol açar ve ilk mutasyonu ve etkisini ortadan kaldırır. 2- İlk mutasyonla DNA'ya giren baz çifti, ikinci bir mutasyonla, bağlanma sırası değiştirilir ve hata düzeltilir. Örn, ilk mutasyon GC yerine AT 'yi koymuşsa, ikinci mutasyon AT bağlantısını TA şekline çevirerek oluşan bozukluğu, tam olmamakla beraber kısmen giderebilir. Bu şekildeki tamir sonu oluşan mutant orijinalinden farklıdır. Ancak, enzim aktivitesinde pek önemli değişiklik görülmeyebilir. 3- İkinci mutasyonun aynı gen içinde veya gen dışında meydana gelmesi ile ilk bozukluk düzeltilebilir.
İntragenik ve ekstragenik mutasyonlar genellikle, farklı veya yanlış sıralı amino asitleri (sırada olmaması gereken) kodlayan, yeni kodonları devreye soktuğu gibi (missense mutasyon), bazı hallerde bir amino asitin karşılığı olmayan kodonlar (UGA, UAA, UGA) oluşturmakta, bunlar da mRNA üzerinde sıraya girmektedirler (anlamsız mutasyon, nonsense mutasyon). Birincide, normal sıraya girmesi gereken aminoasit yerine, oluşan mutasyon sonu değişen baz sırası nedeniyle, başka bir aminoasit kodonu gelir ve bunlar değişik aminoasitlerin polipeptid zincirinde sıraya girmesine neden olur ve proteinin aktivitesini bozar. Buna karşılık, anlamsız mutasyonda ise, değişen baz sırası nedeniyle meydana gelen yeni kodon, herhangi bir amino asiti kodlamaz veya bunun aminoasit alfabesinde karşılığı olan aminoasit bulunmaz. Böyle 3 tane bulunan kodonlardan biri UGA, UAG, UAA protein sentezi sırasında mRNA üzerinde sıraya girerse, polipeptid sentezi ve uzanması durur.
İntragenik mutasyonların, nokta mutasyonları tarzında ve sadece bir nukleotid çiftinde oluşması, tamiratını kolaylaştırmaktadır. Çünkü, birinci mutasyon ile ikinci mutasyon yeri arasında fazla bir mesafe yoktur. Bozukluğun tamiri ikinci mutasyonun oluşma süresine bağlıdır. Bu süre uzun olursa, yanlış (farklı) aminoasitler fazla miktarda polipeptid zincirine girebilir. Eğer bir generasyon sonra oluşursa, yeni nesilde herhangi bir bozukluk oluşmaz. Çünkü, tüm aminoasit sıraları düzelmiştir. Örn, bir gende alanin kodonu (GCC) bulunsun ve primer mutasyon sonu bu kodon değişerek valin (GUC) haline getirilsin. Bu ilk mutasyon sonu oluşan ve yeni mutantlarda sentezlenen protein, inaktif bir durumda olabilir. Bundan sonra oluşan ikinci bir mutasyon, alanini aktive eden enzimin yapısını tayin eden gende meydana gelirse, bu son mutasyon, enzimin, tekrar alanini tanıyarak onu aktive etmesini ve kendine özel alanin tRNA'ya bağlanmasını sağlar ve böylece ilk mutasyon düzeltilir veya aksine, eğer primer mutasyon alaninin yerine valini sıraya koymuşsa, ikinci supresör mutasyon valin tRNA'nın yapısını tayin eden gende oluşursa, bu sefer, alanini aktive eden enzim, tRNA'yı alaninle yükler hale getirebilir ve mutasyonu düzeltilebilir.
Sentetik mesenger polyuridylic asit polipeptid zincirine fenil alanini girmesine neden olur. Çünkü, bunda UUU kodonu vardır. Streptomycinin bulunduğu ortamda ise, mesenger polyuridylic acid, isoleusin (AUU), serin (UCU) ve diğer aminoasitlerin polipeptide girmesine yol açar. Steptomycinin (veya buna kimyaca yakın antibiyotiklerin) bu etkisi, bu antibiyotiğin ribosomlara bağlanması ve kodonun okunmasını değiştirmesi ile oluşur.
P. mirabilis normal olarak streptomycine duyarlıdır (Ss). Bundan oluşan bazı mutantlar, ancak, streptomycin bulunan ortamlarda üreyebilirler. Diğer bir deyimle, üremeleri streptymocine bağlıdır (Sd). Bu tarz oluşan varyasyon kısa bir süre sonra değişir ve mutantlar normal orijinal fonksiyonel durumlarına dönerler (Ss).
03. Dimerizasyonun Giderilmesi
Ultraviolet ışınlarının DNA'da bulunan primidinler tarafından absorbe olması ve enerji ile yüklenmesi sonu oluşan dimerizasyon (polinukleotid iplikçiğinde yan yana bulunan pirimidinlerin birbirleriyle birleşmesi) primidinlerin karşı iplikçikteki pürinlerle bağlanmasını önler ve DNA'yı çarpıtır. Bu durum replikasyona ve bunun sonucu olarak ta transkripsiyona ve translasyona etkileyerek mutasyonlara yol açar. Dimerizasyon başlıca 3 tarzda giderilir:
1- Fotoreaktivasyon: Eğer bakteriler, UV-ışınlamasından sonra, hemen görülebilen ışınlara tutulursa, UV-ışınlarının letal etkisi giderilir. Bu olayda UV-ışınlaması sırasında oluşan timin dimerleri (T-T), gün ışığında aktive olan ve iş görebilen özel enzimler (fotoreaktif enzimler) tarafından hidrolize edilerek aralarındaki bağlantı koparılır. Böylece timinlerin, normal ve karşı iplikçikteki pürinlerle bağ kurması temin edilir.
2- Karanlıkta reaktivasyon: Bu tarz tamirat, ışıkta tamirattan farklıdır. Bu mekanizma ışıkta çalışmaz ve başlıca 4 enzim (endonuklease, ekzonuklease, polimerase, ligase) sıra ile iş görerek düzeltme görevini yaparlar. Düzelme olayı şu basamakları izler.
a) Dimer bulunan bölge endonuklease enzimleri tarafından sınırlandırılır ve ayrılır (koparılır).
b) Ekzonuklease enzimleri tarafından kenarları biraz daha genişletilir ve dimerler sindirilir.
c) DNA polimerase-I, sağlam karşı iplikçiği örnek (kalıp) olarak kullanılarak, bozuk veya kopuk yerde 5'®3' yönünde hemen ikinci komplementer iplikçiği sentezler.
d) Oluşan yeni iplikçiğin uçlar, polinukleotid ligease enzimi yardımı ile eski iplikçiğin uçlarına birleştirilir ve böylece tamirat yapılmış ve dimerler giderilmiş olur.
Dimerlerin enzimatik yolla giderilmesine bazı kimyasal maddeler (caffein gibi) mani olabilir. UV-ışınları etkisine maruz kalan faj, böyle bir tamirat mekanizmasına sahip bakteriye girince, reaktive olur ve eski durumunu kazanır. Eğer, UV-ışınlarına maruz kalan faj, irradiye edilmiş diğer bir bakteriye girerse, çok sayıda fajın reaktive olmasına ve dışarı çıkmasına neden olur (UV-reaktivasyon).
3) Endonukleotik insizyonla tamir: Hücrelerde (prokaryotik ve ökaryotik) bulunan bazı endonukleaselar de DNA'daki lezyonları tanıyarak bunlardaki fosfodiester bağlarını kaparak çıkarılmasını katalize ederler. Bu fonksiyona sahip E. coli 'de insizyon endonukleazların (I, II, III;,IV, V, VI) varlığı açıklanmıştır.
4) Rekombinasyonla tamir: DNA'da meydana gelen bozuklukların giderilmesinde rekombinasyonla tamir mekanizması da görev yapmaktadır. E. coli 'de UV-ışınlarının oluşturduğu dimerlerin tamirinde bu sistemin de iş gördüğü açıklanmıştır. Replikasyonda atlanan dimer bölgesi, karşı parental DNA segmenti tarafından rekombinasyonal tamir mekanizması ile kapatılır sonra DNA'daki timin dimerleri de eksizyonla çıkarılır. Bunların yerleri de DNA polimerase ve DNA ligase tarafından düzeltilir.
5) Bypass ile tamir: Bu mekanizma, lezyonu tam olarak ortadan kaldıramaz ve lezyon atlanarak replikasyona devam edilir. Eğer, bozukluk fazla ise hücreler ölebilir. Eğer sıraya giren yeni baz tamiratı düzeltirse, bozukluk ta fazla ileri gitmeden ortadan kaldırılmış olur.
6) N-glikosidase ile tamir: Bu mekanizmada, DNA'da bulunan anormal bazlar (urasil, hipoksantin, 3-metiladenin, v.s.) N-glikosidase enziminin katalitik etkisiyle N-glikosilik bağları koparılarak çıkarılır. Bir çok türde N-glikosidase enzimi belirlenmiştir. Örn, N-3, N-7 metil ve etil purinleri kaldıran spesifik enzimler gibi. Bazı mikroorganizmalar (E. coli, B. subtilis, M. luteus, vs) ve memeli hücrelerinde de (dana timusu ve insan hücreleri) bu tarz aktivite bulunduğu açıklanmıştır. Sitozinin deamine olması sonu meydana gelen urasil, N-glikosidase enziminin aktivitesi sonu çıkarılarak hata düzeltilir. M. luteus 'da timin dimerlerinin tamirinde N-glikosidase enziminin aktivitesinin önemli fonksiyonu olduğu belirlenmiştir. Bu mekanizmada enzim, dimerlerin N-glikosilik bağlantısını koparır.
7) Dealkilasyonla tamir: Bazı mikroorganizmalarda, mitojenik veya karsinojenik etkiye sahip olan bazı maddelerin (alkilan maddeler vs) etkisiyle kimyasal olarak modifiye olan (alkillenen) bazları tanıyarak bunları dealkile etmek (veya çıkartmak) suretiyle hatayı düzelten enzim sistemlerinin varlığı saptanmıştır. Alkilan bir madde olan dimetilnitrozamin kuvvetli karsinojenler arasında bulunmaktadır. Farelere verildiğinde, DNA'nın çeşitli yerlerinde metilasyonlar meydana getiren bazı bileşikler oluşturur. Metile olan DNA ürünü (O6 - metilguanin), böbrek ve karaciğerde bulunan spesifik bazı enzimler tarafından kaldırılarak hata tamir edilir.
Kaynak: Temel Mikrobiyoloji www.mikrobiyoloji.org