DNA Replikasyonu Sunumu PDF

DNA REPLİKASYONU Prof. Dr. Ogün SERCAN Kasım 2022  İçerik: Tanım DNA polimeraz(lar) Nükleotidlerin polimerizasyonu Yanlış baz eşleşmesi ve düzeltilmesi DNA replikasyon başlama noktası DNA replikasyonunda rol alan diğer proteinler DNA replikasyonu ...

DNA REPLİKASYONU Prof. Dr. Ogün SERCAN Kasım 2022  İçerik: Tanım DNA polimeraz(lar) Nükleotidlerin polimerizasyonu Yanlış baz eşleşmesi ve düzeltilmesi DNA replikasyon başlama noktası DNA replikasyonunda rol alan diğer proteinler DNA replikasyonu  DNA REPLİKASYONU DNA replikasyonu her bir atasal ipliğin yeni komplementer kardeş iplik için kalıp oluşturduğu yarı korunumlu bir süreçtir.  DNA REPLİKASYONU YARI KORUNUMLU BİR SÜREÇTİR. Her atasal iplik yeni sentezlenen iplik ile eşleşir.  DNA POLİMERAZLAR Prokaryotlar 3 DNA polimeraz barındırırlar : I, II ve III (Özelleşmiş polimerazlar bulunmaktadır Örn. Pol. V) Polimeraz I DNA tamir süreçlerinde, 3à5 eksonükleaz + ve 5à3 eksonükleaz + Polimeraz II net olarak bilinmemekle beraber tamir süreçlerinde olabilir. 3à5 eksonükleaz + Polimeraz III asıl replikasyonel enzim, 3à5 eksonükleaz +  DNA POLİMERAZLAR Ökaryotik hücreler 5 klasik DNA polimeraz barındırırlar: a,b,g,d ve e Polimeraz g mitokondriyel DNA’nın replikasyonu, Polimeraz a, d , ve e replikasyonu, Polimeraz ß’nın DNA hasarının tamirinde görevli olduğu düşünülmektedir.  DNA POLİMERAZLAR Bütün bilinen DNA polimerazlar, DNA replikasyonu için kritik olan iki temel özelliği paylaşırlar : 1- Bütün polimerazlar DNA’yı uzayan zincirin 3’ hidroksil grubuna bir dNTP ekleyerek 5’à3’ yönünde sentezlerler. 2- DNA polimerazlar de novo yoldan DNA sentezini başlatamazlar. RNA yapıda primerlere ihtiyaçları vardır.  DNA POLİMERAZ DNA polimeraz enzimi, farklı fonksiyonlardan sorumlu domainler barındırır.  DNA POLİMERAZ DNA polimeraz, DNA yapısına rNTP monomerlerinin katılmasına izin vermez. Nükleotid bağlama kısmı 2’-OH (rNTP) bağlanması için oldukça küçüktür. Enzimin polimerizasyon domaini rNTP ile dNTP monomerlerini birbirinden ayırır.  DNA POLİMERAZ Doğru baz eşleşmesi reaksiyonun ilerlemesini sağlar. Birbirine komplementer DNA bazlarının karşılıklı gelmesi, hidrojen bağı için gereken yakınlık ve açı bu eşleşmeyi sağlar.  DNA POLİMERAZ Yanlış baz eşleşmesi reaksiyonun ilerlemesini baskılar. Ancak bu durum her zaman için geçerli değildir. Yanlış baz eşleşmesine rağmen reaksiyon devam edebilir. Bu durumda da farklı bir mekanizma ile hata giderilir.  POLİMERİZASYON DNA Sentezi için; 1-dNTP’ler ve 2-Primer-kalıp birleşik bölge gereklidir. DNA SENTEZİ (REPLİKASYON) de novo* başlamaz! Primer: -Kısa oligonükleotid RNA parçalardır. Bir çeşit RNA polimeraz olan “primaz” enzimi tarafından sentezlenir. -RNA polimerazların primer/kalıp bölgesine gereksinimleri yoktur. RNA polimerazlar “de novo” sentez başlatabilirler. DNA polimerazlar için tanıma bölgesidir. Tek iplik DNA “DNA polimerazlarca” tanınmaz. *de novo-kendiliğinden oluşan  POLİMERİZASYON - Kalıp iplik kopyalanacak tek iplik DNA sağlar. - Primer, serbest 3-OH grubu sağlar. Bu grup bir sonraki nükleotidin fosfat grubunun bağlanması için uzama ucu olarak işlev görür. 5 3 5 3 5 3 5 3 5 3 5 3 5 3 5 3 4 2 4 4 2 4 2 4 2 4 2 4 2 4 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 4 2 4 2 4 2 2 4 5 3 5 3 5 3 5 3 3’ 5’ POLİMERİZASYON  POLİMERİZASYON 5’ 3’  POLİMERİZASYON 5’ 3’ Fosfodiester bağı  DNA POLİMERAZ Proofreading mekanizması DNA polimeraz doğru baz eşleşmesi ile ortaya çıkan minor oluğu tanıyarak reaksiyonun devamını sağlar. Yanlış baz eşleşmesi ikili sarmal yapının bozulmasına ve minor oluğun oluşmamasına yol açar. DNA polimeraz reaksiyonu durdurarak proofreading mekanizması ile yanlış eklenmiş bazı uzaklaştırır ve senteze devam eder. Hasarlı baza ulaşana kadar bazlar 3’à5’ eksonükleaz aktivitesi ile yıkılır. Bu mekanizma ile DNA replikasyonunun bütününde hata oranı 1010 bazda 1 olacak şekilde düşmektedir. (minör oluk)  DNA POLİMERAZ Proofreading mekanizması Polimerizasyon bölgesi Hatalı baz eşleşmesi 3’à5’ eksonükleaz bölgesi  REPLİKASYONUN BAŞLAMASI VE ORİJİNLER Prokaryot ve ökaryot DNA’ların her ikisinde de replikasyon “replikasyon orijini” olarak adlandırılan özel bir diziden başlar.  REPLİKASYONUN BAŞLAMASI VE ORİJİNLER Tek orjinden E.coli genomu (4X106 baz çifti) yaklaşık 30 dakikada replike oluyor. Tek orjinden insan genomu (3X109 baz çifti) yaklaşık 3 haftada replike olur. Memeli hücrelerinde ki replikasyon orjinlerinin birbirlerinden uzaklıkları yaklaşık 50 ile 300 kb’dır. Bu da insan genomunda 30000 replikasyon orjinini varlığını gösterir.  REPLİKASYONUN ORİJİNLERİ PROKARYOT E.coli için orjin noktası 245 bp uzunluktadır ve oriC olarak adlandırılır. Bu bölge tandem dizili 13 bp’lik tekrar bölgeleri içerir. Bu bölge replikasyonun başlamasını sağlayan Dna A proteini için bağlanma noktası oluşturur.  REPLİKASYONUN ORİJİNLERİ ÖKARYOT Birçok değişik ARS (Autonomously Replicating Sequences ) için genel olan 11 baz çiftlik kor dizi içeren fonksiyonel ARS elemanı yaklaşık 100 baz çiftlik bir bölgede yerleşiktir ARS, replikasyonunun başlaması için gerekli olan bir protein kompleksinin (Orjin Replikasyon Kompleks veya ORC) bağlanma bağlanma bölgesi olarak bulunmuştur. ORC kompleksi diğer proteinleri (DNA helikaz dahil) orjin noktasına toplanıp replikasyon başlamasına öncülük ediyor  REPLİKASYONUN ORİJİNLERİ Her hücre döngüsünde, DNA bir kez replike olur. Bu MCM proteini tarafından sağlanır. MCM her hücre döngüsünün G1/S geçişinde replikasyon orjinine bağlanır. Bir sonraki bağlanması oluşan yeni hücrenin G1/S geçişinde olacaktır. Bu nedenle hücre genomu sadece bir kez kopyalanmış olur. MCM-minichromosome maintenance protein complex  REPLİKASYONDA ROL ALAN PROTEİNLER HELİKAZ: DNA iplikleri arasındaki hidrojen bağını açar. Dna B proteini olarakta adlandırırlır.ATP kullanır. SSBP (Single Strand Binding Protein): Helikaz tarafından ayrılan ipliklerin yeniden bir araya gelmesini engeller. Ökaryotlarda RFA (Replication Factor A) olarakta adlandırırlır. PRİMAZ: Primerleri sentezler. Helikaz ile PRİMOZOM kompleksini oluşturur. DNA POLİMERAZLAR:  REPLİKASYONDA ROL ALAN PROTEİNLER TOPOİZOMERAZLAR: DNA replikasyonu sürecinde oluşan aşırı katlanmaları açan enzimleridr. İki tiptirler; Tip I ve II. Tip I sadece tek ipliği kırarken tipII her iki ipliğide kırarak sıkışıklığı açar. DNA LİGAZ: DNA polimeraz I tarafından doldurulan boşluklar arasındaki şeker fosfat bağını yeniden kurar. SLIDING-CLAMP PROTEİN: DNA polimeraz – kalıp ilişkisini sağlamlaştırır. Ökaryotlarda PCNA (Proliferating Cell Nuclear Antigen) olarak adlandırılır. BRACE PROTEİN: Primer ve kalıpın birleştiği noktaya yerleşerek bu bölgeye DNA polimerazların afinitesini artırır. Ökaryotlarda RFC (Replication Factor C) olarak adlandırılır. REPLİKASYON ÇATALI REPLİKASYONDA ROL ALAN PROTEİNLER  SORU??? Çift iplik atasal DNA’nın her iki ipliğide yeni sentezlenecek iplikler için kalıptırlar. Sentez her iki iplikte aynı anda iki DNA polimerazın bir araya gelmesi ile oluşan bir DNA polimeraz dimeri ile devam eder. Soru: DNA iplikleri birbirlerine antiparaleldir. DNA replikasyon yönü 5’—>3’’dür. Replikasyon aynı anda polimeraz dimeri ile gerçekleştiriliyor. Bir iplik reaksiyon için ters yönde olmasına rağmen replikasyon nasıl aynı doğrultuda devam ediyor? TROMBON!? https://www.youtube.com/watch?v=6mKNOlhw50w&t=413s  KAYNAKLAR -“Hücre: Moleküler Yaklaşım”Geoffey M. Cooper, Robert E. Hausman, Çeviri ed. Sakızlı M. vd., ISBN:978-605-66817-0-7, 2016. - “Hücrenin moleküler biyolojisi”, Alberts B vd., ISBN: 978944252225, 2008 Sorularınız için [email protected] e-posta adresinden ulaşabilirsiniz..