DNA Replikasyonu

DNA REPLiKASYONU= DNA’nın kendini eşlemesi, sayısını katlaması Genetik Materyalin Özellikleri Replikasyon: Kendine benzerleri oluşturabilme Gen Ekspresyonu: Fenotipe yansır. Çeşitlilik (varyasyon): Rekombinasyon Mutasyon  Replikasyon Replikasyo...

DNA REPLiKASYONU= DNA’nın kendini eşlemesi, sayısını katlaması Genetik Materyalin Özellikleri Replikasyon: Kendine benzerleri oluşturabilme Gen Ekspresyonu: Fenotipe yansır. Çeşitlilik (varyasyon): Rekombinasyon Mutasyon  Replikasyon Replikasyon sonunda genetik madde miktarı iki katına çıkar. Replikasyonla genetik bilginin nesilden nesile devamlılığını sağlanır. İlk kez 1955’te Arthur Kornberg 1959 da Nobel aldı. DNA’nın kopyalanabilmesi için 4 komponentin gerekliliğini belirtti. Bunlar; dATP, dGTP, dCTP, dTTP d=deoksi Kopyalanacak kalıp DNA molekülü DNA polimeraz (Kornberg enzimi) Mg++  Replikasyon Prokaryotik ve Ökaryotik organizmaların tümünde DNA replikasyonu yarı koruyucu (semikonservatif) tiptedir. Yani yavru DNA moleküllerinin herbirinde bir ata moleküle ait zincir birde yeni sentezlenmiş zincir bulunur. DNA replikasyonu için 3 model Semi-konservatif (yarı koruyucu)tipte replikasyonu İlk kez Meselson ve Stahl (1957) E.coli.de 15N izotopu kullanarak kanıtladılar. Daha sonra Cairns, E.coli.de DNA replikasyonunun yarı-koruyucu tipte olduğunu H3 işaretli otoradyografi yöntemi ile gösterdi. Ayrıca ilk kez E.coli DNA sının halkasal yapıda olduğunu E.M. ile gösterdi.  DNA Replikasyonu Ökaryotlarda replikasyon nukleusta gerçekleşir. Replikasyon replikasyon orijininde başlar. İki iplik açılarak replikasyon çatalını (Y harfi şeklinde) oluşturur. Yeni iplikler çatalın içinde büyür.  E. Coli’de replikasyon orijini İki ipliğin açıldığı noktada Replikasyon Kabarcığı oluşur. Replikon: Bir orijinde replikasyon başladıktan sonra replike olan DNA’nın uzunluğunun bir birim olduğunu belirtmek için kullanılan terimdir. Replikon, prokaryotlarda tek , ökaryotlarda çok sayıdadır. Mayada 250-400, memelilerde 25.000 den fazla.  Ökaryotik DNA’nın replikasyonu Replikasyon her biri iki replikasyon çatalından oluşan çok sayıda replikasyon orijiininde aynı anda başlar. Bir replikonda iki adet replikasyon çatalı bulunur.  Replikon Prokaryotlarda bir Ökaryotlarda çok sayıda Replikon bulunur. Her replikon arası 30-300 kb dır. Replikasyon orijinleri A-T den zengin 300 nukleotidlik DNA bölümleridir. Alu dizilerindeki 14 bç. lik bölüm replikasyonun başlama orijinidir.(alu: restrisiyon enzimi)  DNA Replikasyonunun başlayabilmesi için; Replikasyon başlangıç noktasının (orijin) belirlenmesi DNA ikili sarmalın çözülmesi ve iki DNA ipliğinin birbirinden ayrılması Replikasyon çatalının oluşması gereklidir. Replikasyon çatalını; Helikaz, Primaz, DNA polimeraz enzimleri ve tek ipliği bağlayan proteinler (SSBP) oluşturur.  Replikasyon Prokaryotlarda tüm genom birimi tek bir replikondur. Ve 30’ dakikada replike olur. İnsan genomu çok sayıda replikon içerir ve birkaç saatte replike olur.  DNA Replikasyonunda A. Temel olaylar: 1. Birbirini tamamlayan baz çiftleri replikasyonu mümkün kılar. 2. DNA molekülünün bir ipliği diğeri için kalıp görevi görür. B. Replikasyon sırasında : 1. DNA zincirinin kıvrımları açılır. Helikaz enzimi zayıf Hidrojen bağlarını kırar. 2. DNA Polimeraz yeni sentezlenen iplikte kalıp DNA’ya tamamlayıcı nukleotidleri eşleştirir ve yeni zincire ekler.  Replikasyonun temel esası, her iki DNA zincirini kalıp olarak kullanarak serbest dNTP (deoksinukleotidtrifosfat) moleküllerinin fosfodiester bağı ile bağlanarak yeni zincirlerin sentezlenmesidir.  DNA Nukleotidi Fosfat Grup 5 O=P-O O=P-O CH2 O O O N Nitrojen bazlar C4 C1 (A, G, C, veya T) Şeker (deoxyribose) C3 C2  DNA polimerazlar DNA sentezini gerçekleştiren enzimlerdir. Prokaryot ve Ökaryotlarda birden fazla DNA polimeraz aktivitesinde olan enzim vardır. Ancak bunlardan biri Replikaz işlevi yapar. Diğerlerinin de replikasyonda ek görevleri vardır.  Bakteri DNA Polimerazlarının Özellikleri DNA polimeraz I DNA polimeraz II DNA polimeraz III Yapı Tek peptid ? polipeptid 5’ →3’ Polimerizasyon + + + 3’→ 5’ Eksonükleaz + + + 5’→3’ Eksonükleaz + + - Kataliz hızı 10 0.5 150 (nükleotid / saniye)  DNA Polimeraz I (Kornberg enzimi ) 1955 de Arthur Cornberg E. Coli de ilk DNA sentez enzimini keşfetti. 109.000 D. mol.ağ. 1000 amino asitten yapılı küresel bir moleküldür. Enzim, dNTP, Mg2+ iyonu, serbest 3’ ucuna sahip DNA parçası ve bir kalıp DNA zinciri varlığında çalışır.  DNA polimeraz I DNA sentezlemekten başka EKSONUKLEAZ aktivitesi vardır. DNA polimeraz I, hem 3’→5’ ve hemde 5’→3’ yönünde eksonukleaz aktivitesi mevcuttur. 3’→5’ aktivitesini 3’-OH ucu olan zincirde gösterir. Ve yanlış eklenen nukleotidleri çıkarır. 5’→3’ yönünde eksonukleaz aktivitesi ile ise zincirin baş tarafındaki fosfodiester bağını keser, Bu sayede primer ve pirimidin dimerleri çıkarılır.  DNA Polimerazlar Sadece bir yönde hareket edebilir. DNA polimeraz I, deoksiribozun 3’-OH grubu ile dNTP’nin 5’- fosfat grubu arasındaki fosfodiester bağının oluşumunu katalizler. Başlangıçta 10.000 de bir hata yapar. Ancak enzimin hatayı okuyup düzeltme özeliği vardır. Daha sonra milyonda bir hata yapar.  DNA Polimerazın hatayı okuma (proofreading) ve ekzonukleaz aktivitesi sayesinde sentez sırasında hatalı yerleşen nukleotidler çıkarılır.  DNA polimeraz II ve DNA polimeraz III Polimerizasyon aktiviteleri DNA polimeraz I ile aynıdır. 3’→5’ eksonukleaz aktiviteleri ile hatalı nukleotidleri ortadan kaldırır. Ancak 5’→3’ eksonukleaz aktivitesi yoktur.  DNA Polimerazlar DNA polimeraz III bakterilerde polimerizasyondan sorumlu enzimdir. E.coli.de Pol.I 400, Pol.II 10-20, Pol III 100 adettir. DNA Polimeraz III, Pol I’den 15, Pol. II’den 300 kat hızlı çalışır.  DNA polimerazlar Pol I  primeri uzaklaştırır ve oluşan boşlukları doldurur. Pol II  U.V hasarı nedeniyle oluşan mutasyonların tamirinde rol aldığı düşünülmektedir. Pol III  polimerizasyondan sorumlu olan enzimdir.  Ökaryotik DNA Polimerazlar DNA Polimeraz α ; DNA primerinden sentez gerçekleştirebilir. Proofreading özelliği, (3’ 5’) ekzonukleaz aktivitesi yoktur. DNA Polimeraz β ; Proofreading özelliği yoktur. Tamir mekanizmasında görev yapar. DNA Polimeraz γ ; Mitokondride bulunur. Mitokondri DNA replikasyonundan sorumludur. Proofreading özelliği vardır. DNA Polimeraz δ ; DNA primerinden sentez yapabilir. Proofreading özelliği vardır. DNA Polimeraz ε ; Proofreading özelliği var. Tamir mekanizmasında görevli. Tüm DNA Polimerazlar polimerizasyonu 5’ →3’ yönünde yapabilir.  Ökaryot DNA Polimerazların Bazı Özellikleri DNA DNA DNA DNA Polimeraz α Polimeraz β Polimeraz γ Polimeraz δ Yerleşim Yeri Nukleus Nukleus Mitokondri Nukleus Nukleus (?) İşlev Replikasyon Onarım Mitokondride Replikasyon Onarım Replikasyon 3’-5’ ekzonukleaz yok yok var var aktivitesi 5’-3’ ekzonukleaz var onarım onarım yok aktivitesi  Replikasyonda, Önce DNA Polimeraz sentezi başlatamadığı için RNA Polimeraz (primaz) kısa bir RNA dizisi sentezler. Sonra DNA polimeraz bu başlangıç dizisine nukleotidleri ekleyebilir. Yeni DNA ipliğinin uzaması  RNA Polimeraz (DNA primaz) Bir kalıba uyarak yeni bir zincir sentezini başlatabilir. Bu özellik transkripsiyonu yapılacak gen seçiminde önemlidir. DNA kalıbına uyarak 10-15 nukleotidlik primerler (RNA) sentezler. REPLİKASYON Replikasyon çatalı  Okazaki ve ark. 1968 de kesikli zincirin sentezini gösterdiler. Okazaki parçaları: Ökaryotlarda 100-200 nukleotidlik Prokaryotlarda 1000-2000 nukleotidlik dizilerdir. RNA primeri DNA pol. I tarafından çıkarılır. RNA primerin yeri DNA pol. I tarafından doldurulur. İki uç ligaz enzimi tarafından birleştirilir.  DNA Ligaz Replikasyon sonunda DNA parçalarının uçlarını (Okazaki fragmanları) ekleyen enzimdir. Ard arda sentezlenen iki Okazaki fragmanı aeasındaki 5’-PO4 ve 3’-OH grupları arasında fosfodiester bağı oluşumunu katalizler. Bu işlem ATP enerjisi gerektirir. Genetik mühendisliğinde önemlidir. DNA Ligaz Okazaki parçalarını birleştirir.  DNA Topoizomerazlar DNA’nın üçüncül yapısında değişiklik meydana getirirler. Halkasal DNA’nın süpersarmalınıda açarlar. İki tiptirler.  DNA Topoizomerazlar Topoizomeraz I, ATP’ye ihtiyaç duymaz. DNA çift sarmalın tek zincirinde kırıklar meydana getirir. Kırığın 5’-PO4 ucu enzimdeki tirozine kovalent bağlanır. Kırık olmayan zincir kırık arasından geçirilir. Topoizomeraz II, (DNA Giraz) ATP’ye ihtiyaç duyar. DNA sarmalının iki zincirini de kırar. Süperkıvrım çözüldükten sonra tekrar iki ipliği birleştirir. Topoizomeraz II, antikanser ilaçların hedefidir. Topoizomerazlar  ENZİMLER 1. Helikaz 2. Topoizomerazlar 3. DNA polimeraz III 4. Primaz (RNA pol.) 5. DNA polimeraz I 6. Ligaz  Doğrusal kromozomların uçlarının replikasyonu sorunludur. Çözüm: Telomer – Telomeraz dır. Tetrahymena’da Telemorlerin çoğu 5’-TTGGG-3’ dizisi ile sonlanmaktadır. Telomeraz her replikasyonda telomerin kısalmasını önlemek için TTGGGG tekrar dizilerini kromozomun ucuna eklemektedir. İlave edilen diziler “saç tokası” gibi kıvrılır ve karşı karşıya gelen G’ler arasında H bağı kurulur ve serbest 3’-OH grubu elde edilir. DNA pol I boşluğu doldurur.Daha sonra saç tokası kırılır ve DNA kaybı engellenir. Telomer replikasyonu Telomeraz tarafından telomerin uzaması  https://www.youtube.com/watch?v=TNKW gcFPHqw