REPLİKASYON
• DNA nın en önemli özelliği kendi kendini eşleyebilmesidir.
self duplikasyon
• Amaç; DNA molekülünün, içerdiği genetik Amaç bilgilerin sonraki nesillere aktarılması için birebir kopyasının oluşturulmasıdır.
• Hücredeki bilgi aktarım reaksiyonlarının tamamına santral dogma denir.
SANTRAL DOGMA
• Replikasyon genetik materyalin birebir aynısının oluşturulma işlemidir.
• DNA kendini eşleyebilen tek moleküldür.
• Böylece ilk baştaki DNA molekülü ile tüm nükleotid dizisi tamamen aynı olan yeni bir DNA molekülü ortaya çıkar.
• Bu sayede DNA da taşınan bilgi her replikasyon olayı ile sonraki nesillere geçer.
• İnsanlarda ve hayvanlarda, milyonda bir (10-6) hata oranı bile her bir replikasyon döngüsünde yaklaşık 3000 hata
4
•DNA molekülü, her hücre döngüsünde bir kere ve tam olarak replike olmaktadır.
•DNA replikasyonunda problem olursa, hücre bölünmesi de durur.
• DNA sentezi, hücre döngüsünün S fazındaS 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:
1.1. Konservatif (Saklı )Konservatif (Saklı ) 2.Dispersif ( Parçalı ) 2.Dispersif ( Parçalı )
3. Semikonservatif ( Yarı- saklı ) 3. Semikonservatif ( Yarı- saklı )
Konservatif DNA Replikasyonu
• çift zincirli haldeki DNA’nın kendi etrafında dönerek bir ucundan
diğer ucuna kopyasını oluşturması…
• Yeni oluşan DNA eski DNA’dan parça içermez.
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 oluşturulan yeni DNA
molekülü, ana DNA nın bir zincirini taşımaktadır.
• DNA replikasyonu rastgele DNA zincirinin her hangi bir noktasından başlamaz.
REPLİKASYON ORJİNİ
• Bu nokta prokaryotik hücrelerde 1 adet iken ökaryotik hücrelerde çok daha fazladır (›1000).
• Genellikle iki yöndeki replikasyon çatallarında replikasyon 5 3 yönünde ilerler;
• Kalıp olarak görev gören kol 3 5 yönünde okunur
Bir nükleotidin 5' ucunda bulunan fosfat grubuna başka bir nükleotidin 3' hidroksil grubu bağlanırsa fosfodiester bağı oluşur.
DNA’nın sentez yönü bu yüzden 5’ 3'
HATIRLAYALIM…..
Okuma yönü
Sentez yönü
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.
Prokaryotik polimerazlar
• 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 parçasının 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.
replikasyon çatalının sürekliliğini saglayan ,tek DNA ipliğine bağlanarak katlanmayı önleyen proteinler
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
33
• DNA polimeraz III
, her bir nükleotidin kalıp üzerindeki tamamlayıcı bazına uygunolarak, 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.
34
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
ile RNA (primer) çıkarılarak DNA polimeraz I ile boşluk doldurulur .DNA replikasyon yönü (yeni sentezlenen zincirin yönü) 5’ 3’ ucuna doğrudur
Kesikli zincir Devamlı zincir
• 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.
Replikasyonun yarı korunumlu olmasının kanıtları
• DNA sarmalında iki ipliğin zıt yönde paralel olması
• Replikasyonun aynı anda iki yönlü gerçekleşmesi
• DNA polimeraz aktivitesinin 5-3 yönünde olması
• Okazaki fragmentleri
TELOMER-TELOMERAZ
TELOMER- TELOMERAZ
TELOMER- TELOMERAZ
• 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 kalmaz!!!
TELOMERAZ TELOMERAZ
54
TELOMERİN İŞLEVLERİ
DNA daki tek zincirli uçları korumak ve ölümsüzlük
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.
• http://www.wiley.com/college/pratt/04713938 78/student/animations/dna_replication/