DNASentezi (Replikasyon) Prof.Dr.T.Tülay Akçay 1
DNA Sentezi (Replikasyonu) DNA molekülünün bir zincirinde bulunan (A), karşı şılığında tamamlayıcı zincirde mutlaka (T), benzer şekilde (G) ile (C) çift oluşturmal turmalı. Bir zincirin dizilimi hakkındaki bilgi, tamamlayıcı zincirde ters yönde yer almaktadır. İki zincir birbirinden ayrıld ldığında her biri yeni tamamlayıcı zincir içinin kalıp hizmet eder. Ana zincirin iki zincire ayrılarak her bir zincirin, yeni çiftin bir zincirini oluşturmas turması semikonservatif replikasyon olarak isimlendirilir. 2
Kromozomal DNA molekülü, hücre döngüsü ile birlikte bir defa replike olmaktadır. Herhangi bir nedenle DNA replikasyonu hücre bölünmesi de durur. durursa, 3
Hücre bölünmesinin çok yavaş olduğu durumlarda ise DNA replikasyonu zaman içindeinde aynı miktarda tamamlanmaktadır. DNA sentezi hücre döngüsünün S fazında meydana gelir. Replikasyonda görevli bağı ğımlı polimerazlardır enzimler kalıba 4
E.coli replikasyonunda,, DNA polimerazdan başka her birinin özel bir görevi olan 20 den fazla enzim ve proteinler gerekmektedir. Bunların n tümüne t DNA replikaz sistemi veya replizom denir. 5
DNA Sentezinin Başlamas laması Zincir Ayrılmas lması(kol ayrımı) Polimeraz, kalıp olarak sadece tek zincirli DNA molekülünü kullanır. 6
DNA replikasyonu; prokaryotlarda replikasyon merkezinde, ökaryotlardaki DNA üzerindeki pek çok yerde başlar. Böylece büyük b k bir ökaryotik DNA molekülünün n kısa k zamanda replikasyonu sağlanmaktad lanmaktadır. 7
Aktif sentezin başlad ladığı bölgede dönmeyen iki zincir, birbirinden ayrılarak replikasyon çatalı olarak bilinen bir çatal oluşturur turur. DNA molekülü üzerindeki replikasyon çatalı sentez sırasında merkezden başlayarak ilerler. DNA çift sarmalın olmaktadır. replikasyonu çift yönlü 8
Özel bir grup protein, replikasyon çatalının ilerlemesini, çift sarmal DNA molekülünün dönmemesinini ve ebeveyn zincirlerinin ayrı durması sağlar lar. 9
Heliks Bozucu (HD) Proteinler Tek zincirli DNA yapısına bağlı protein (SSB) olarak da isimlendirilirler. DNA molekülünün bağlanmaktad lanmaktadır. tek zincirine HD proteinleri enzim değildirler ildirler. 10
Heliks Bozucu (HD) Proteinler Replikasyon merkezinde iki zinciri birbirinden ayrı tutarak tek standart kalıp bulunmasını sağla larlar, DNA molekülünü, tek zinciri parçalayan alayan nükleaz enziminin etkisinden de korururlar rurlar. 11
DNA Helikaz DNA helikaz, çift sarmal DNA zincirlerini birbirinden ATP harcayarak ayırmaktad rmaktadır. Replikasyon merkezindeki ori C olarak tanımlanan mlanan kısmındaki 9 baz çiftinin dört kez tekrarlanan bölgesine DNA-A proteini ATP tüketilerek bağlanmaktad lanmaktadır. DNA-A proteini etrafında katlanan DNA denatüre olmaktadır. 12
Bir helikaz olan DNA-B proteini,, DNA-C proteini gerektiren bir tepkime ile 13 baz çiftinin üç kez tekrarlandığı ve A=T çiftince zengin bölgeye bağlan lanır. DNA-B proteini DNA çift zincirini replikasyon çatalı olacak şekilde açar. iki tane 13
Ayrılm lmış zincirlere HD proteinlerinin bağlanmas lanması yeniden çift heliks oluşmas masını önler. Zincirlerin birbirlerinden ayrılmas lması sonucu çift sarmal heliks DNA yapısında oluşan topolojik gerilim, topoizomerazlar tarafından giderilir. 14
Her İki DNA Zinciri,, DNA Sentezi İçin Kalıp Olarak Kullanılır. Replikasyon çatalında iki ana zincir, ters yönde ilerleyen DNA sentezi içinin kalıp görevi yapmaktadır. Ana zincir nükleotid dizisini sadece 3 5 yönündende okuyabilen DNA polimeraz, bu kalıbı kopyalayarak yeni DNA zincirini 5 3 yönündende sentezler. 15
Bir çift ana heliks zincirinden, biri 5 3 yönündende replikasyon çatalına doğru ru, diğeri ise 5 3 yönündende replikasyon çatalından uzağa doğru ilerleyen iki yeni düz nükleotid zincir oluşur ur. Replikasyon çatalına doğru kesintisiz olarak sentezlenen yeni zincire öncül zincir adı verilir. 16
Replikasyon çatalından uzaklaşarak arak aralıkl klı olarak yapılan sentez sırasında, küçük DNA parçalar aları replikasyon çatalının yanında nda sentezlenir. Okazaki parçac acıkları deni nilen bu küçük parçalar aların daha sonra birleşmesi ile tek ve sürekli artçıl zincirler oluşturulur turulur. 17
Öncü RNA DNA polimerazların, artçıl zincir sentez edebilmeleri için, tek zincirli kalıp üzerinde DNA zincirinin tamamlay layıcısı olarak sentezin başlamas lamasını sağlayacak 3 ucu serbest, kısa bir zincir olan primer gerekir. Primerin 3 hidroksil grubu,, DNA polimeraz içinin bir nükleotidi ilk kabul edici yer olarak görev yapar. 18
DNA sentezinde serbest 3 hidroksil grubu, DNA dan değil kısa RNA zincirinden sağlan lanır 19
Primaz (DNA G proteini): Spesifik RNA polimeraz,, DNA kalıbına tamamlayıcı ve ters yönde paralel olarak öncül RNA molekülünün yaklaşı şık 10 nükleotid uzunluğundaki undaki zincirini sentezler. Kısa RNA dizisi, artçıl zincir üzerinde replikasyon çatalında devamlı sentez edilir. 20
Artçıl zincirde öncü RNA molekülünün sentezinden önce bir araya gelen çeşitli proteinler nler, DNA tek zincirine bağlanarak primazla birliktre primozom olarak isimlendirilen protein kompleksini oluştururlar tururlar. DNA-B ve DNA-C primozomun bileşenleridir enleridir. Artçıl zincirinde 5 3 yönündende hareket eden primozom, periyodik olarak RNA primerinin okazaki parçac acıklarının sentezini başlat latır. 21
Zincir Uzatılmas lması DNA polimeraz III, ilk deoksiribonükleotidin kleotidin alıcısı olarak öncü RNA molekülünün 3 -hidroksil grubunu kullanır. DNA polimeraz III, ana zincire ters yönde paralel 5 3 yönündende sentezlenen zincirin nükleotidlerini ekler. 22
Nükleotid zincirinin yapı birimi imi 5 deoksiribonükleozidkleozid trifosfattır. DNA zincir uzamasında datp, dttp, dctp ve dgtp gibi 4 tür deoksiribonükleozid kleozid trifosfat kullanılmaktad lmaktadır. Deoksiribonükleozid kleozid trifosfatlardan tanesinin eksikliğinde inde DNA sentezi durur. bir 23
DNA zincirinin büyümesi b bloke edilebilir. Nükleotidin şeker kısmının değiştirilmesi ile elde edilen bazı nükleotid analogları kullanılır. DNA replikasyonunun engellenmesi sonucu bu bileşenler enler virus ve hızlı büyüyenyen hücrelerin bölünmesini yavaşlat latırlar. 24
Sitozin arabinozid (ara C) kanser kemoterapisinde Adeninarabinosid antiviral tedavide kullanılmaktad lmaktadır. 25
DNA nükleotid dizisinin mümkün olduğunca unca az hata ile replikasyonu, organizmanın yaşam amı içinin çok önemlidir. Zararlı ve belkide öldürücü mutasyonla sonuçlanabilen kalıp dizisinin yanlış okunması DNA polimeraz III tarafından kontrol edilir. DNA polimeraz III enzimi,, 5 5 3 polimeraz aktivitesine ilaveten, sağlamal lamalı okuma (3 5 ekzonükleaz kleaz) aktivitesi de gösterir. 26
27 27 Ökaryotik karyotik DNA DNA polimerazlar polimerazlar DNA DNA polimer polimer az az α δ ε β γ Yerle Yerleşi m nükleer kleer nükleer kleer nükleer kleer nükleer kleer mitokondri mitokondri Sentez Sentez deki deki fonksi fonksi yon yon Sentezin Sentezin ba başlama lama sı Yeni Yeni kolun kolun uzamas uzamas ı onar onarım onar onarı m sentez sentez Di Diğer er fonksiy fonksiy onlar onlar _ 3-5 ekzon ekzonükle kle az az(do (doğrula rula ma) ma) 3-5 ekzon ekzonüklea klea z (do (doğrulama) rulama) _ 3-5 ekzon ekzonükleaz kleaz (do (doğrulama) rulama)
DNA sentezi inhibisyonu Mitomycin,DNA,DNA ya bağlanarak hücre h replikasyonunu inhibe eder.(tümörlere rlere karşı şı) 28
Hasarlı DNA Onarımı DNA sentezi sırasında sağlamal lamalı okuma ve yanlış yerleşimi onarma olmasına rağmen men, bazı yanlış yerleşmi miş bazlar kalır. İlave olarak, hücrelerde oluşan mutagenler veya inhalasyon veya çevreden absorbe olan mutagenlerle DNA hasara uğratılır. 29
Normal hücreleri kanser hücrelerine dönüştüren mutagenler karsinogenler olarak bilinir. 30
Hücrelerin DNA hasarlarını onarabilme yeteneği i vardır: r: Bu onarım mekanizmalarının çoğu, hasarın tanınmas nması, hasarlı kısmın DNA zincirinden uzaklaştırılmas lması ve kalan boşlu luğunun doldurulması gibi işlevleri kapsar. Onarım mekanizması olmaksızın yaşamam amamız mümkün olmaz. 31
DNA hasarı radyasyonla veya kimyasallarla oluşabilir. Bu etkenler direkt olarak veya indirekt olarak DNA yı etkiler. Örneğin, x-ray bir tip ionize radyasyondur, hücrede DNA ile etkileşen en molekülleri lleri harekete geçirerek indirekt etkiler, bazların yapısını değiştirir veya DNA kollarını kırar. 32
X-ray a maruz kalmak pek sık olmasada, sigara dumanına na maruz kalmaktan kaçınmak daha zordur ve güneş ışığından kaçmak mümkün değildir ildir. Güneşten gelen ultraviole ışık, komşu pirimidin bazlarının kovalent dimer oluşturmas turmasına neden olur. 33
Sigara dumanı; aromatik polisiklik hidrokardon, benzo(a)pyrene gibi karsinogenleri kapsar, hücrede enzimlerle okside olduğunda unda,, DNA da guanin ile büyük bir yapı oluşturabilir turabilir. 34
Bütün hücreler çok çeşitli DNA onarım sistemlerine sahiptirler. Onarım sistemlerinin in çeşit ve sayılar ları, hücre yaşam amı içinin DNA onarımının önemini ve DNA hasarının çeşitliliğiniini yansıtır. 35
Prokaryot ve ökaryatlarda benzer olan başlıca 4 tip onarım sistemi vardır: 1. Baz kesip çıkarma onarımı 2. Nükleotid kesip çıkarma onarımı 3.Yanl Yanlış eşleşme onarımı (mismatch onarım) 4. Direkt onarım 36
Tablo 1: E.koli de DNA Onarım Sistemleri Enzimler / Proteinler Baz Kesip Çıkarma Onarımı DNA glikozila zilazlarzlar AP endonükleazlar DNA polimeraz I DNA ligaz Hasarın Tipi Anormal bazlar (urasil, hipoksantin, ksantin): alkalilendirilmiş bazlar; pirimidin dimerleri Nükleotid Kesip Çıkarma Onarımı UvrABC endonükleaz (veya ABC excinuclease) DNA Helikaz DNA polimeraz I DNA ligaz Yapısal değişikliklere ikliklere neden olan hasarları (örnek: pirimidin dimerleri) DNA 37
Tablo 1: E.koli de DNA Onarım Sistemleri (devamı) Enzimler / Proteinler Hasarın Tipi Yanlış Eşleşme Onarımı Mut proteinler Helikazlar Ekzonükleazlar kleazlar DNA polimeraz III DNA ligaz Yeni sentezlenen eşleşmiş bazlar. kollarda yanlış Direkt Onarım DNA fotoliyazlar O 6 -Metilguanin-DNA metitransferaz Pirimidin dimerleri,, O 6 -Metilguanin 38
39
Az rastlanan bir genetik hastalık olan kseroderma pigmentozumda DNA yapısında meydana gelen dimerlerin hücreler tarafından onarılamamas lamaması, mutasyonların birikimine ve sıklıklakla deri kanserine yol açar. 40