GENİN TEMEL FONKSİYONLARI: REPLİKASYON

REPLİKASYON
• DNA nın en önemli özelliği kendi kendini
eşleyebilmesidir.
self duplikasyon
• Amaç; DNA molekülünün, içerdiği genetik
bilgilerin sonraki nesillere aktarılması için
birebir kopyasının oluşturulmasıdır.
SANTRAL DOGMA
• Hücredeki bilgi aktarım reaksiyonlarının
tamamına santral dogma denir.
• 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
• 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 fazında meydana
gelir.
4
• 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
• 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
HATIRLAYALIM…..
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'
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
• DNA polimeraz III , her bir nükleotidin
kalıp üzerindeki tamamlayıcı bazına uygun
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.
33
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 .
34
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
• 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
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/0471393
878/student/animations/dna_replication/