Genetik Haberleri
DNA Replikasyonunun 7 Büyük Adımına Ayrıntılı Bir Bakış
DNA kopyalama işlemi, bir hücrenin tüm genetik içeriğini çoğaltmak için dikkatle düzenlenmiş bir dizi olaydan oluşur. Mevcut makale, karmaşık DNA çoğaltma adımlarına kısa bir bakış açısı getiriyor.
Bunları Biliyor musunuz?
Bir milyar nükleotid kopyalarken birden fazla hata yapılmıyor. Tek bir hatayla, 100 sözlük (her biri 1000 sayfa olan) sembole ve simgeye kopyalamanıza eşdeğerdir!
Deoksiribonükleik asit veya DNA, bir kuşaktan diğerine gereken tüm bilgileri saklayarak aktaran büyüleyici moleküldür. Frederick Griffith, Avery, MacLeod, McCarty, Alfred Hershey, Martha Chase vb. bilim adamları DNA'nın kalıtsal bir materyal olduğunu keşfetmek için birçok ilginç deney yaptı. Rosalind Franklin gibi birkaç bilim adamının yaptığı araştırlarla bu molekülün yapısı sonunda James Watson ve Francis Crick tarafından açığa çıkarıldı.
DNA molekülünün basit kimyasal kodu, tüm canlı organizmaların muazzam derecede karmaşık ir yapıya sahip olmalarına neden olur. Ancak daha da büyüleyici olanı, kendi kendine çoğalma ve kendine benzer başka bir molekül üretme kabiliyetidir. Aşağıda verilen, DNA yapısının kısa bir açıklaması ve bir DNA molekülünün olağanüstü bir doğrulukla kendi kopyalarını yapmasına ilişkin adımları verilmektedir.
DNA'nın yapısı
Bir DNA'nın yapı taşları, bir deoksiriboz şekeri (bir 5 karbonlu şeker), şekere bağlı azotlu bir baz ve bir fosfat grubundan oluşan nükleotitler olarak adlandırılan moleküllerdir. Bağlanmış azotlu bazın türüne bağlı olarak dört çeşit nükleotid molekülü bulunmaktadır. Bu dört nükleotid (ve bunların azotlu bazları) şunlardır:
Adenosin (Adenin)
Tymidine (Thymine)
Guanozin (Guanin)
Citidin (Sitozin)
Sitozin ve timin altı üyeli heterosiklik moleküllerin bir türü olan pirimidinlerdir. Öte yandan, adenin ve guanin, bir pirimidin halkası ve bir imidazol halkası içeren iki halkalı moleküller olan pürlerdir. Bu nükleotidler, fosfat grupları ve şeker kısımları vasıtasıyla birbirine bağlanarak DNA molekülünün tek bir iplikçik oluşturmaktadır. Bir nükleotidin fosfat grubu ve bitişik nükleotidin hidroksil grubu, bir fosfodiester bağ ile bağlanır. Şeker kısımları ve fosfat grupları her bir DNA ipliğinin omurgasını oluşturur. Her bir iplikçik, 5 'fosfat ucuna ve 3' hidroksil ucuna sahiptir.
DNA çift sarmalı birbirlerine paralel olmayan iki tamamlayıcı ip içerir. Bir iplikçik 5 '→ 3' yönünde, diğeri 3 '→ 5' anti-paralel doğrultuda çalışır. Bu iplikçikler birbirlerine, zıt şeritlerin pürinleri ve pirimidinleri arasında oluşan hidrojen bağıyla tutturulurlar. Adenin, timine çift bağ ile eşleşirken (A = T) guanin sitoplazmayla üçlü bir bağ (G ≡ C) ile eşleşir. DNA omurga moleküllerinin bağlanma açılarından dolayı belirli uzunluklarda bükülür. Bu düz bir merdiven yerine sarmal bir yapı oluşturur. A = T ve G ≡ C baz çiftleri bu sarmal merdivenin basamaklarından oluşur.
DNA Replikasyon Adımları
DNA replikasyonu süreci karmaşık bir süreçtir ve önceden belirlenmiş dizide nükleotidleri topluca toplayan bir dizi protein ve enzimi içerir. Hücre bölünmesi sırasında alınan moleküler ipuçlarına tepki olarak, bu moleküller DNA replikasyonunu başlatır ve mevcut şeritleri şablon olarak kullanarak iki yeni iplikçik sentezler. Elde edilen iki özdeş DNA molekülünün her biri bir eski ve bir yeni DNA dizisinden oluşur. Dolayısıyla DNA replikasyonunun yarı-muhafazakar bir süreç olduğu söylenir.
Prokaryot DNA replikasyonu sırasında ortaya çıkan olayların serisi aşağıda açıklanmıştır.
❶ Başlatma
DNA replikasyonu, DnaA adı verilen başlatıcı proteinler tarafından tanınabilen spesifik bir diziye sahip çoğaltma menşeli olarak adlandırılan spesifik bölgede başlar. Köken bölgelerindeki DNA molekülüne bağlanırlar, böylece DNA replikasyonu için gerekli olan diğer proteinlerin ve enzimlerin yerleştirilmesi için işaretlenirler. Helicase adı verilen bir enzim, sarmalları tek iplikçikler halinde çözmek için çağırılır.
Helicase, baz çiftleri arasındaki hidrojen bağlarını enerjiye bağlı bir şekilde parçalamaktadır. DNA'nın bu noktası veya bölgesi şu an çoğaltma çatalı olarak biliniyor. Sarmallar açıldıktan sonra, tek sarmalli bağlama proteinleri (SSB) adı verilen proteinler çözülmemiş bölgelere bağlanır ve tavlama için onları önler. Böylece çoğaltma işlemi başlatılır ve çoğaltma çatalları, DNA molekülü boyunca iki karşıt yönde ilerler.
❷ Primer Sentez
Mevcut şeridi şablon olarak kullanarak yeni, tamamlayıcı bir DNA zincirinin sentezi, DNA polimeraz olarak bilinen enzimler tarafından sağlanır. Çoğalmaya ek olarak, DNA onarımı ve rekombinasyonunda da önemli bir rol oynarlar.
Bununla birlikte, DNA polimerazlar DNA sentezini bağımsız olarak başlatamaz ve tamamlayıcı nükleotidlerin ilavesini başlatmak için 3 'hidroksil grubuna ihtiyaç duyar. Bu, bir DNA bağımlı RNA polimeraz türü olan DNA primaz adı verilen bir enzim tarafından sağlanır. Mevcut DNA iplikçiklerine kısa bir RNA stoğu sentezler. Bu kısa kesime primer denir ve 9-12 nükleotidi içerir. Bu, DNA polimerazına DNA zincirinin kopyalanmasına başlanabilmesi için gereken platformu verir. Primerler her iki ip üzerinde oluşturulduğunda, DNA polimerazlar bu primerleri yeni DNA zincirlerine kadar uzatabilir.
DNA'nın çözülmesi, çatalın ardından bölgelerde süper sarmal yapıya neden olabilir. Süper bandın rahatlatılması için DNA ipliğinde bir leke (iz) oluşturur.
❸ Leading Strand Sentezi
DNA polimerazlar, yalnızca mevcut bir iplikçikte 3 'ucuna yeni nükleotidler ekleyebilir ve bu nedenle yalnızca 5' → 3 'yönünde DNA sentezleyebilir. Fakat DNA iplikçikleri zıt yönlerde çalışır ve bu nedenle DNA'nın bir iplikçikte sentezi sürekli olarak gerçekleşebilir. Bu, öncü iplikçik olarak bilinir.
Burada, DNA polimeraz III (DNA pol III), RNA primerinin 3 'OH ucunu tanır ve yeni tamamlayıcı nükleotidler ekler. Çoğaltma çatalı ilerledikçe, yeni nükleotitler sürekli bir şekilde eklenir, böylece yeni iplik oluşturur.
❹ Gerdirme Telleri Sentezi
Karşıt iplikçikte DNA, 5 '→ 3' yönünde yeni DNA serileri üreterek kesintili bir şekilde sentezlenir. Bu fragmanlara Okazaki parçaları adı verilir ve bunlar daha sonra nükleotidlerin kesintisiz bir zincirini oluşturmak üzere birleştirilir. Bu iplikçik, geride kalan iplikçik olarak bilinir çünkü bu iplikçikteki DNA sentezi süreci daha düşük bir hızda ilerlemektedir.
Burada, primaz çözülmemiş iplikçik boyunca birçok yerde primerler ekler. DNA pol III, yeni nükleotid ekleyerek primeri genişletir ve önceden oluşturulmuş fragmanla karşılaştığında düşer. Dolayısıyla, DNA zincirini serbest bırakmalı ve başka bir RNA primerinin uzantısını başlatmak için daha yukarı akış yapmalıdır. Kaydırmalı bir kıskaç, DNA'yı çoğaltma işlemi boyunca ilerledikçe yerinde tutar.
❺ Astarın Sökülmesi
Yeni DNA iplikçikleri sentezlenmiş olsa da, yeni oluşturulan iplikler üzerinde bulunan RNA primerlerinin DNA ile değiştirilmesi gerekiyor. Bu aktivite enzim DNA polimeraz I (DNA pol I) tarafından gerçekleştirilir. Özellikle RNA primerlerini 5 '→ 3' ekzonükleaz aktivitesi vasıtasıyla çıkarır ve bunları 5 '→ 3' DNA polimeraz aktivitesi ile yeni deoksiribonükleotidlerle değiştirir.
❻ Bağlama
Primer çıkarma tamamlandıktan sonra, gecikmeli iplikçik, bitişik Okazaki parçaları arasında boşluklar veya lekeler içeriyor. Enzim ligaz, bitişik fragmanların 5 'fosfat ve 3' hidroksil grupları arasında bir fosfodiester bağ oluşturarak bu lekeleri tanımlar ve sızdırmaz hale getirir.
❼ Çoğaltmanın Sonlandırılması
Bu çoğaltma mekanizması, benzersiz bir nükleotid dizisi içeren belirli sonlandırma bölgelerinde durur. Bu sekans, bu bölgelere bağlanan ve böylece helikazın yolunu fiziksel olarak engelleyen tus adı verilen özel proteinler tarafından tanımlanır. Helicase, tus proteiniyle karşılaştığında yakındaki tek sarmallı bağlayıcı proteinlerle birlikte düşer.
Gerçek Dosya: DNA polimerazlarının 3 '→ 5' ekzonükleaz aktivitesinin yardımı ile DNA kopyalama işlemi neredeyse hatasızdır. DNA pol III, ipliğe yeni eklenen nükleotidleri düzeltir. Bir nükleotid yanlış eklenmişse, DNA pol III hatayı hemen tanır, yanlış tabanı çıkarır, doğru nükleotidi ekler ve daha sonra da devam eder.
Prokaryotik ve Ökaryotik DNA Çoğaltımı Arasındaki Fark
Temel mekanizma aynı kalmasına rağmen, ökaryotik DNA replikasyonu çok daha karmaşıktır ve daha yüksek miktarda protein ve enzim içerir. DNA replikasyonu için düzenleyici mekanizmalar da daha gelişmiş ve karmaşıktır.
1 -Prokaryotlarda, DNA replikasyonu hücre bölünmesinin ilk adımıdır. Ökaryotik DNA replikasyonu, hücre döngüsü regülatörleri tarafından karmaşık olarak kontrol edilir ve süreç, hücre döngüsünün 'S' veya sentez evresi sırasında gerçekleşir.
2 -Prokaryotik DNA'nın aksine, ökaryotik DNA daima gen ifadesinin düzenlenmesinde rol oynayan histon proteinleri ile birlikte bulunur. Çoğaltma sırasında bu proteinlerin DNA'nın çözülmesinden hemen önce çıkarılması gerekir.
3 -Ökaryotların daha genomik boyutu ve karmaşıklığına bağlı olarak DNA'da replikasyon için birkaç köklenme ve sonlandırma sahası mevcuttur. Bir köklenme ve sona erdirme siteleri grubu arasındaki bölgeye bir çoğaltma birimi veya replikon denir ve içinde bir çoğaltma olayı gerçekleşir. Bu, tek bir replikona sahip olan prokaryotik sisteme kıyasla daha hızlı ve daha doğru DNA replikasyonunu mümkün kılar.
4- Prokaryotlarda oluşan Okazaki parçaları ökaryotlardaki ile karşılaştırıldığında daha uzun sürmektedir. Escherichia coli'de (E. coli) yaklaşık 1000 ila 2000 nükleotid uzunluğundadır; Ökaryotlarda uzunluğu 100 ila 200 nükleotid arasında değişir.
5- Prokaryotik ve ökaryotik DNA replikasyonunda bir başka ilginç fark, replikasyonun sonlandırma aşamasındadır. Prokaryotlarda, dairesel DNA molekülü boyunca zıt yönde hareket eden iki çoğaltma çatalı sonlandırma bölgesinde buluşur ve çoğaltma durur. Bununla birlikte ökaryotik DNA doğrusal bir molekültür, gecikmeli şerit şablon iplikçiklerinden daha kısadır. Bu kısalma yoluyla genetik bilginin kaybolmasını önlemek için, kromozomal uçlar, kodlayıcı olmayan DNA içeren telomerler olarak adlandırılan tekrarlayan dizilere sahiptir.
Bir organizmanın genleri, doğru molekülü doğru miktarda ve doğru zamanda sentezlemek için gereken tüm bilgileri içerir. Çoğaltma, bu kodlanmış bilginin vücudun her hücresini ve ayrıca birbirini izleyen kuşaklara iletilmesini sağlamak için bir yoldur.
Çeviren ve Derleyen: Yavuz AYDIN
Fotoğraflar : Buzzle.com
Çeviride hatalarım olabilir. düzenleme için email@example.com e-mail adresimden ulaşabilirsiniz.
Kategorideki Diğer Başlıklar
D&R ve tüm seçkin kitapçılardan temin edebilirsiniz.