GENİN TEMEL FONKSİYONLARI: REPLİKASYON

GENİN TEMEL FONKSİYONLARI:

REPLİKASYON

REPLİKASYON

• DNA nın en önemli özelliği kendi kendini eşleyebilmesi yani self duplikasyonudur.

• DNA’nın replikasyonu, DNA molekülünün, sakladığı genetik bilgilerin sonraki nesillere

aktarılması için kendi kopyasını oluşturmasıdır.

DNA REPLİKASYONU

• Replikasyon genetik materyalin tamamen kendi benzeri yeni bir molekül oluşturma işlemidir.

• DNA kendini eşleyebilen tek biyomoleküldür.

• Replikasyon sonrası ana DNA molekülü ile tüm

nükleotid dizisi tamamen aynı olan DNA molekülü ortaya çıkar.

• Böylece DNA da taşınan genetik bilgi her replikasyon olayı ile dölden döle aktarılır.

4

•Kromozomal DNA molekülü,

hücre döngüsü ile birlikte bir defa replike olmaktadır.

• Herhangi bir nedenle DNA replikasyonu durursa, hücre bölünmesi de durur.

• Hücre bölünmesinin çok yavaş olduğu durumlarda ise, DNA replikasyonu zaman içinde aynı miktarda

tamamlanmaktadır.

• DNA sentezi,

hücre döngüsünün S fazında meydana gelir.

• Replikasyon

• hücredeki kalıtsal molekül miktarının iki katına yükselmesi, genetik bilginin dölden döle

devamlılığı

• Hücre bölünmesi

• kalıtsal molekülün eşit biçimde paylaşımı, yavru hücrelerin birbirleriyle ve ana hücreyle aynı miktarda kalıtsal moleküle sahip olmaları

DNA Replikasyon şekilleri:

• 1. Konservatif (Saklı )

• 2.Dispersif ( Parçalı )

• 3. Semikonservatif ( Yarı- saklı )

Konservatif DNA Replikasyonu

• DNA çift sarmal haldeyken kendi etrafında dönerek bir ucundan diğer ucuna kopyasını oluşturur.

Dispersif DNA Replikasyonu

• DNA kopyalanma sırasında kırılır ve kırılan

DNA parçaları iki yeni çift sarmal içine dağılır,

• Böylece her bir zincirde hem eski hem de yeni DNA bulunur.

• Gerçekleşme ihtimali en zayıf olan hipotezdir.

Semikonservatif DNA Replikasyonu

• Günümüzde kabul gören hipotezdir.

• DNA çift sarmal yapıdan ayrılarak tek zincirli hale gelir ve her zincir kendisinin kopyasını yaparak 2 DNA molekülü oluşturur.

• DNA replikasyonu yarı koruyucu bir model ile açıklanır.

• Bu model iki zincirli sarmal DNA nın her bir ipliğinin

kalıp görevi yaparak kendine yeni bir eş DNA ipliği

oluşturması işlemidir.

• Böylece bir ana molekülden yeni oluşan her bir yavru

molekül, ana DNA nın bir zincirini taşıyacaktır

• DNA replikasyonu rastgele DNA zincirinin her hangi bir noktasından başlamaz.

REPLİKASYON ORJİNİ

• Bu nokta prokaryotik hücrelerde 1 adet iken ökaryotik hücrelerde yaklaşık 1000 adettir.

• Genellikle iki yöndeki replikasyon çatallarında replikasyon 5  3 yönünde ilerler;

• Kalıp olarak görev gören kol 3  5 yönünde okunur

Replikasyon için gerekli yapı taşları:

1. Dört çesit dNTP (dATP, dGTP, dTTP, dCTP) (substratlar) ve Mg⁺² iyonu.

2. Serbest 3'-OH grubuna sahip bir iplik ( primer )

(enzim yeni bir sentezi başlatamaz !!! ) (zincir uzatma reaksiyonu)

3.Bir DNA kalıbı (DNA ipliği )

(DNA polimeraz bir kalıp tarafından yönetilen enzim !!! ) İki nukleotid arasında fosfodiester bağı olusumu için ipliğe eklenecek nükleotidin kalıp iplikteki nükleotidin

tamamlayıcısı olması gerekli. (tamamlayıcılık/baz eslesmesi) 4. Enzim (DNA polimeraz)

REPLİKASYONDAKİ ENZİM SİSTEMİ DNA polimerazların kataliz aktiviteleri

5’^3' polimeraz aktivitesi : replikasyondaki her reaksiyon asamasında bir nukleotidin 3’OH grubu ile eklendiği ipliğin ucundaki (son) nukleotidin 5’PO4 grubu arasında fosfodiester bağı olusturulması sentezlenen DNA ipliğinin 5’⇒ ^3'

yönünde uzaması.

3’^5' eksonukleaz aktivitesi : replikasyon sırasında sentez edilen zincirin yapısına yanlıs giren nükleotidin yok edilmesi .

5’^3' eksonukleaz aktivitesi : replikasyonda görevi

tamamlanmıs olan primer zincirin yok edilmesi; ayrıca DNA’da kusurlu bölgelerin kesilmesi.

Polimerazlar

• Polimeraz I: 5’-3’ ve 3’-5’ ekzonükleaz aktv.

Polimerizasyon. Hataları onarır.

• Polimeraz II: 3’-5’ ekzonükleaz aktv. Hataları onarır.

• Polimeraz III: 3’-5’ ekzonükleaz aktv. Hataları onarır.

• Her üçüde 3’-5’ ekzonükleaz aktivitesi gösterir.

• Yeni Sentezlenen DNA’daki Hatalar 3’^5’

Eksonukleaz Aktivitesiyle Düzeltilir.

Replikasyon

1. Replikasyon orjininden replikasyon başlayınca DNA helikaz enzimi ile bazlar arasındaki H bağı kopar.

DNA replikasyon yönü (yeni sentezlenen zincirin yönü) 5’ 3’ ucuna doğrudur

DNA molekülü birbirine zıt yönde paralel iki zincir

içerdiğinden (biri 5’ 3’ diğeri 3’ 5’) sentezin aynı anda ve devamlı olarak ilerlemesi mümkün değildir.

• Bu nedenle replikasyon çatalında iki farklı sentez tipi ortaya çıkar.

1- Devamlı iplik (DNA) sentezi

( 3’ 5´ kalıbına uygun sentez ) 2- Kesikli iplik (DNA) sentezi

( 5´ 3´ kalıbına göre yapılan sentez)

• Kesikli DNA zincirlerinin oluşumunu deneysel olarak gösteren Okazaki ve Ark.

(1968) dan dolayı bunlara Okazaki Parçaları

adı verilmiştir.

(ökaryotlarda 100-200 nukleotidlik parçalar)

• Her bir Okazaki parçasınında başlangıcında RNA

primerleri bulunmaktadır.

• Genellikle iki yöndeki replikasyon çatallarında zincir uzaması 5  3 yönünde ilerler;

• Kalıp olarak görev gören kol 3  5 yönünde okunur

2. Tek zincir hale gelen DNA sarmalının yeniden birleşmemesi için proteinler devreye girer.

3. RNA polimeraz enzimi replikasyon orjini

noktalarından 8-10 nükleotitlik RNA primerini sentezler, ve bu RNA nın 3’ ucuna DNA

polimeraz III tarafından yeni nükleotidler eklenir.

4. DNA sentezi ilerledikçe asıl DNA molekülünde kesintili zincirlerin (Okazaki fragmenti) sentez sonucu birleştirilmesi LİGAZ enzimi tarafından devam eder.

Replikasyon çatalında replikasyonda iş gören 4 temel yapı vardır;

• DNA helikaz, DNA sarmalını çözen enzim

• Primaz, DNA sentezinin başlıyabilmesi için gerekli olan RNA primerlerini (RNA öncül molekül) sentezleyen

enzim

• DNA Polimerazlar, kalıp zincire komplamenter yeni DNA zincirini sentezleyen enzim

• Tek zincire bağlanan (SSB) proteinler, replikasyon çatalının sürekliliğini saglayan ,tek DNA ipliğine

bağlanarak katlanmayı önleyen proteinler

25

• DNA polimeraz III

olarak, yeni zincire eklenmesini kontrol eder.

• Eğer kalıp bazdaki adenine uyan, timin yerine sitozin taşıyan nükleotid yeni zincire eklenirse,

• DNA polimeraz III, yapıya yanlışlıkla katılan

nükleotidi hidrolitik olarak uzaklaştırarak, timin taşıyan doğru nükleotidi yerine yerleştirir.

26

Öncül RNA molekülünün Çıkartılıp Atılarak DNA ile Yer Değiştirmesi

•DNA polimeraz III sentezi, yeni bir öncü RNA ile karşılaşıncaya kadar devam eder.

• Öncü RNA molekülüne gelindiğinde,

DNA

polimeraz I

DNA replikasyon yönü (yeni sentezlenen zincirin yönü) 5’ 3’ ucuna doğrudur

DNA molekülü birbirize zıt yönde paralel iki zincir

içerdiginden (biri 5’ 3’ diğeri 3’ 5’) sentezin aynı anda ve devamlı olarak ilerlemesi mümkün değildir.

• Bu nedenle replikasyon çatalında iki farklı sentez tipi ortaya çıkar.

1- Devamlı iplik (DNA) sentezi

( 3’ 5´ kalıbına uygun sentez ) 2- Kesikli iplik (DNA) sentezi

( 5´ 3´ kalıbına göre yapılan sentez)

• Kesikli DNA zincirlerinin oluşumunu deneysel olarak gösteren Okazaki ve Ark.

(1968) dan dolayı bunlara Okazaki Parçaları

adı verilmiştir.

(ökaryotlarda 100-200 nukleotidlik parçalar)

• Her bir Okazaki parçasınında başlangıcında RNA

primerleri bulunmaktadır.

• Replikasyon ilerledikçe RNA primerleri kesilip çıkarılır

• Ortaya çıkan boş alanlar DNA polimerazlar tarafından kalıp DNA ya uygun olarak

sentezlenir

• ve iki DNA ucu ligaz enzimi ile birleştirilerek bir bütün DNA ipliği oluşur.

• Ökaryotlarda replikonlarda tamamlanan DNA parçalarıda yine ligaz enzimi ile birleştirilir.

• Kesintisiz zincirdeki sentez normal olarak kromozom ucuna kadar devam ederken,

KESİNTİLİ ZİNCİRDE RNA primeri uzaklaştığında sorun ortaya çıkar.

• Kromozomun ucunda 3’-OH grubunu sağlayacak kalıp zincir yoktur

TELOMERİN İŞLEVLERİ

 DNA daki tek zincirli uçları korumak ve ölümsüzlük

o Kromozomları yeni düzenlemelerden korumak

 Mayoz profazında eşleşme ve hareketi sağlamak

• Kırık kromozomların yapışmasını engellemek

SOMATİK HÜCRELERDE TELOMERLER

1. Hücre kültüründe, Her hücre döngüsü sonunda kısalırlar

2. In vivo da yaşlı kişilerin hücrelerinde daha kısadır

3.Telomerdeki boy kısalması yaşlılık sinyalidir ve belli noktaya kadar kısalma devam eder

• Somatik hücrelerde, telomer tekrarları tam olarak doğarlar

• Ancak bu hücrelerde telomeraz geni kapalıdır

• Bu nedenle her hücre bölünmesinde telomerin boyu 25-200 nukleotid kadar kısalır

• Belli bir noktaya gelindiğinde bölünme durur

• Bu olay aynı zamanda replikatif hücre yaşlanması olarak da tanımlanır

• Bu mekanizma somatik hücrelerde, bölünme kontrolü gibi çalışır ve anormal bölünmelere yani kansere karşı korunmayı sağlar

TELOMERAZ AKTİVİTESİ

• Embriyonik hücrelerde

• Germ hücrelerinde

• Sürekli çoğalan hücrelerde (Hematopetik kök hücreleri, aktif lenfositler, intestinal hücreler)

• Kanser hücrelerinde görülür

• Normal koşullarda, somatik hücreler telomeraz aktivitesi göstermez.

• Somatik hücrelerde:

• Telomer kaybı ve yaşlılık arasında yakın ilişki vardır PROGERIA (Hızlı Yaşlanma Hastalığı), ciddi telomer

kısalması ve kaybı gözlenir.