DNA Replikasyonu

Dosyayı isterseniz görüntüleyebilir isterseniz indirebilirsiniz.


GoogleDocs üzerinden indirmek için : İndir–Açılan sayfadan indirebilirsiniz–

Önizleme ;

DNA replikasyonu
Replikasyon insan ve hayvan hücrelerinin S (sentez) evresinde meydana gelir.
Hücre siklusları;
Gap 1 (G1) evresi: Kromozomların çoğalmak için hazırlandıkları safha
S evresi: DNA sentezi (replikasyonu) safhası
Gap 2 (G2) evresi: Hücreler bölünmeye hazırlanır
M (mitoz) evresi: Hücre bölünmesi
G0 evresi: Hücreler siklusun devamına geçer.
DNA REPLİKASYONU
Kalıtım kararlığının sürdürülmesi
E.Coli DNA polimeraz I varlığı
  1. Coli kromozomunun replikasyonuna 30 civarı protein katılır.
DNA polimeraz I in ana görevi izleyici ipliğin replikasyonunu tamamlamak
DNA sentezinin aşamaları
Replikasyonun başlama noktasının belirlenmesi
Çift sarmalın açılması
Replikasyon karmasının oluşturulması
DNA’nın sentez ve uzamasının başlaması
RNA primerlerinin çıkarılarak yerine DNA’nın yerleştirilmesi
Prokaryotlarda DNA sentezi
DNA sentezinin temel ilkelerinin açıklandığı en iyi model E.Coli
  1. Coli kromozomunun replikasyonuna 30 civarı protein katılır.
  2. Replikasyon semikonservatiftir.
Her yavru kromozom ata DNA zincirlerinden bir tanesi ile bunun komplementeri olan, yeni sentezlenmiş bir zincir taşır: semikonservatif replikasyon
Ata zincirler korunmakta fakat artık bir arada tutulmamaktadır.
Meselson-Stahl deneyi
  1. Replikasyon çift yönlüdür.
DNA’ nın kendini eşlemesi bir başlama noktasından genellikle çift yönlü olarak ilerler.
Replikasyon tek bir bölgede ve belirli bir nükleotid dizisinde başlar. Bu bölge replikasyon orijini olarak tanımlanır.
Replikasyonun orijini (ori C),
  spesifik DNA dizileri içeren 250 baz çiftinden oluşan bir bölgedir.
Bakteriler tek bir orijine
Ökaryotlar multiple orijine sahiptir.
  A model for DNA   replication initiation at oriC
III. Ana zincirlerde sarmalın açılması
Replikasyon, ata DNA zincirlerin birbirinden ayrılmasını ve replikasyon çatalı önünde kalan sarmalın açılmasını gerektirir.
DnaA proteini OriC ye bağlanır. Bu bağlanma HU ve ATP varlığında gerçekleşir.
DnaA proteini etrafında katlanan DNA denatürasyona uğrar.
DnaB (helikaz), 13 bç nin 3 kez tekrarlandığı A=T den zengin bir bölgeye bağlanarak, DNA çift sarmalının açılmasını sağlar.
Bağlanma DnaC proteini ve ATP varlığında gerçekleşir.
Tek zincir bağlayan proteinler (ssBP), çift heliks yapısındaki DNA’ nın  tek zincirine bağlanır ve tekrar biraraya gelmelerini engeller.
Topoizomeraz II(DNA giraz), DNA’nın açılmasıyla replikasyon çatalının önünde oluşan süpersarmalları gevşetir.
  1. DNA polimerazlar
DNA sentezini katalizleyen enzimlerdir.
DNA sentezinde rol oynayan en önemli enzim DNA polimeraz III tür.
DNA polimerazlar, 5’           3’ yönünde sentez gerçekleştirirler.
DNA polimeraz karmasının üç önemli özelliği vardır.
Zincir uzaması
İşlemleyicilik (processivity)
Taslak okuması (proof-reading)
Zincir uzaması polimerizasyonun görülme hızından (saniyede nükleotid olarak) sorumludur.
İşlemleyicilik, polimeraz kalıptan ayrılmadan önce ham zincire eklenen nükleotid sayısının ifadesidir.
Taslak okuma işlevi, kopyalama hatalarının belirlenip düzeltilmesi olayıdır.
E.Coli’ de polimeraz III replikasyon çatalında işlev görür.
Bütün polimerazlar içinde bu, zincir uzamasını en yüksek hızda katalizler ve en büyük işlemleyicilik hızına sahiptir.
β alt birimi
Memeli hücrelerinde polimeraz, saniyede yaklaşık 100 kadar nükleotidin polimerize olmasını sağlayabilir.
Bu hız deoksinükleotidlerin, bakteri DNA polimeraz karması tarafından polimerize edilme hızından en az on kat daha düşüktür.
Polimeraz II en fazla, taslak okuma ve DNA onarımı ile ilgilidir.
Tüm polimerazların her bir yeni nükleotidin eklenmesinden sonra 3’       5’ eksonükleaz aktiviteleriyle doğruluğu kontrol etme yetenekleri bulunmaktadır.
  1. DNA replikasyonunun yönü
DNA polimeraz, kalıp DNA’ daki nükleotid dizilerini sadece 3’         5’ yönünde okuyabilmektedir.
Kalıp DNA’ dan biri replikasyon çatalına, diğeri replikasyon çatalından uzağa doğru ilerleyen iki DNA zinciri elde edilir.
Lider zincir replikasyon çatalı ile aynı yönde kesiksiz olarak sentezlenir
Kesikli zincir replikasyon çatalının ters yönünde aralıklı olarak küçük DNA parçacıkları (Okazaki parçaları)  halinde sentezlenir.
  1. RNA primer sentezi
DNA polimeraz, kalıp DNA’ ya komplementer yeni DNA sentezini hemen başlatamaz.
Sentezin başlaması için öncelikle bir RNA primerinin sentezlenmesi gerekmektedir.
Neden primere ihtiyaç var?
Primaz (DnaG) olarak isimlendirilen bir spesifik RNA polimeraz, kalıp DNA’ ya komplementer antiparalel olan yaklaşık 10 nükeotid uzunluğundaki RNA parçalarını sentezler.
Lider zincirde tek bir primer
Kesikli zincirde birçok primer sentezlenir.
Helikaz, primazın kalıba doğru biçimde ulaşmasını sağlamak için bu enzimle bir araya gelir.
Bu ise, RNA tohumunun oluşmasını ve daha sonra, polimerazın DNA replikasyonunu başlatmasını sağlar.
Helikaz ve primaz arasındaki hareketli karmaya primozom adı verilir.
Primozomun fonksiyonu?
Bir okazaki parçasının sentezinin tamamlanıp polimerazın salınmasıyla yeni bir tohum sentezlenmiş olur.
  1. DNA zincir uzaması
DNA polimeraz III, RNA primerinin serbest olan 3’ OH grubuna kalıp zincirdeki nükleotide komplementer olan ilk deoksiribonükleotidi ekler.
Daha sonra kalıp zincire komplementer olan deoksiribonükletidleri bağlayarak 5’      3’    yönünde yeni zincirin uzamasını sağlar.
Bu reaksiyonlarda substrat olarak dört dNTP kullanılır: dATP, TTP, dCTP, dGTP
DNA polimeraz III’ ün 3’       5’ ekzonükleaz aktivitesi yapıya yanlışlıkla katılan nükleotidleri uzaklaştırır.
Sentez bir sonraki RNA primerine kadar devam eder.
RNaz H ve DNA polimeraz I (5’        3’ ekzonükleaz aktivitesini kulanarak) bileşik etkisiyle, RNA primeri uzaklaştırılır ve boşluklar polimeraz I tarafından doldurulur. doldurur.
DNA polimeraz I’ in
DNA sentezini sağlayan 5’      3’ polimeraz aktivitesi
Taslak okumayı sağlayan 3’     5’ ekzonükleaz aktivitesi
RNA primerinin hidrolizini sağlayan 5’      3’ ekzonükleaz aktivitesi bulunmaktadır.
DNA ligaz, okazaki zincirlerini fosfodiester bağı ile birleştirerek kesikli kolu tamamlayan enzimdir.
Ökaryotik DNA ligaz adenilasyon için ATP
Bakteriyel DNA ligaz ise NAD+ kullanır.
DNA ligase
Enzymes in DNA replication
Replication
Replication
Replication
Replication
Replication
Replication
Replication
Replication
Replication
Replication
Replikasyon sonrasında oluşan DNA da hata oranı 10-6 dır.
Taslak okuma aktivitesi enzimden kaldırılacak olursa hata oranı 10-3 kadar yükselir.
Taslak okumadan başka düzeltici mekanizmalar da bulunduğundan hata oranı 10-10 kadar iner.
106 baz çifti başına bir tane gibi yüksek oranda mutasyon bulunabilir.
Çoğu proteinlerin kodlanmadığı yerlerde veya fonksiyonu etkilemeyecek düzeydedir.
Replikasyonun büyük oranda doğru gerçekleşmesinin nedeni SENTEZDE BİRÇOK PROTEİNİN ROL OYNAMASIDIR.
Ökaryotik DNA Replikasyonu
Prokaryorlardakine benzer. Farklılıkları :
Replikasyonun birçok orijinde başlaması
Çok daha büyük miktarda DNA bulunması
Nükleozomların olaya eşlik etmesi
DNA polimeraz, primaz, ligaz, helikaz ve topoizomeraz enzimler mevcutsa da bazı yönlerden farklılık gösterir.
Ökaryotik DNA polimerazlar
En az 9 tane polimeraz vardır.
  İnsanlarda bulunan DNA polimerazlar
α :izleyen ipliğin sentezi ve boşluğu doldurma, RNA primerinin sentezi
β: DNA onarımı
ε: DNA taslak okuma ve onarımı
γ: mitokondriyal DNA setezi
δ: işlemleyici, önder ipliğin sentezi
Nükleusta DNA polimeraz δ’ ya bağlı bulunan prolifere edici hücre nükleer antijeni (PCNA) olarak adlandırılan protein, prokaryotik DNA polimeraz III’ ün ß alt birimine benzer fomksiyon göstererek enzimin verimliliğini arttırır.
Ökaryotlarda DNA’ nın replikasyonuna katılan aşamalar
Replikasyonun başlama noktasının belirlenmesi
Bir ssDNA kalıbı oluşturmak üzere dsDNA’ nın denatürrasyonu
Replikasyon çatalının oluşması
DNA’ nın sentezi ve uzamasının başlaması
5- Yeni sentezlenmiş DNA parçalarının birbirine bağlanması ile replikasyon kabarcıklarının oluşturulması
6- kromatin çatısının yeniden kurulması
Kromatin çatının yeniden kurulması
Replikasyondan sonra kromatin çatısının yeniden oluşmasının zorunlu olduğudur.
Yeni replike edilmiş DNA hızla, nükleozomla bir araya getiriliri ve daha önceden bulunan ve yeni bir araya getirilen histon oktamerleri replikasyon çatalının her koluna rastgele dağıtılır.
The Cell Cycle
DNA sentezi hücre döngüsünün S evresinde görülür.
Hücre kendisine ait DNA’ nın sentezini, büyük ölçüde, sadece belirlenmiş zamanlarda ve çoğunlukla mitozla bölünmeye hazırlanan hücrelerde görülmesine izin vererek düzenlenir.
Sanki ökaryotik hücrelerin tümü, hücre döngüsünün bir evreden diğerine geçişini yöneten gen ürünlerine sahiptir.
Siklinler, derişimleri hücre döngsü boyunca artış ve azalış gösteren protein ailesidir.
Siklinler hücre döngüsünün ilerleyişi için vazgeçilmez olan maddeleri fosforlayan, farklı sikline bağımlı ptotein kinazları uygun zamanda devreye sokar.
Siklin D düzeyi, geç G1 evresinde artra ve start veya engelleme noktasının aşılmasına izin verir.
Onkovirüslerin birçoğu ve onkogenler, normalde memeli hücrelerinin G1’ den S evresine girişini denetleyen belirgin engellemeyi arttırma veya ortadan kaldırma yeteneğine sahiptir.
Siklinin anormal miktarda veya uygunsız bir zamanda üretilmesinin…
Memeli hücreleri, S evresi sırasında, hücre döngüsünün sentetik olmayan evrelerine göre daha fazla miktarda DNA polimeraz içerir.
DNA sentezi için kullanılan dNTP lerin oluşmasından sorumlu enzimlerin etkinlikleri de artmıştır.
S evresi sırasında, nükleer DNA bir kez ve sadece bir kez tümüyle replike olur.
Kromatin bir kez replike oldu mu, mitozdan geçmediği sürece daha fazla replikasyona uğramaması için işaretlenmektedir.
DNA Onarımı
Replikasyon sırasında taslak okuma ve yanlış  nükleotidin çıkarılmasına rağmen bazen yanlış eşleşmiş baz içeren nükleotidler kalabilir.
Ayrıca çeşitli fiziksel ve kimyasal faktörlerin etkisiyle de DNA da hasar oluşmaktadır.
İyonize radyasyyon olan X ışınları, DNA ile etkileşen moleküller aracılığıyla indirekt olarak bağların yapısını değiştirir.
Sigara dumanında bulunan aromatik polisiklik hidrokarbon benzo(a)piren h.de enzimatik olarak oksidasyona uğrayarak DNA yapısındaki guanine bağlanır.
Güneş ışığı (UV), moleküldeki komşu pirimidin bazlarının kovalent dimer oluşturmasına yol açar.
DNA hasar tipleri
Tek baz değişimi: depürinasyon, C/U, A/hipoksantin dönüşümü, bazın alkillenmesi, nükleotid ekleme/çıkarma, baz analoğunun bağlanması
İki baz değişimi: UV ile T-dimeri oluşumu, iki fonksiyonlu alkilleme
Zincir kırılması: iyonize edici radyasyon, omurganın radyoaktif parçalanması
Çapraz bağlanma: Aynı/zıt kollar arasındaki bazlar arasında, DNA/protein (histon) arasında
Kopyalamanın kusuru veya DNA harabiyeti sonucu oluşan anormal DNA bölgeleri 4 mekanizma ile normale çevrilir:
Hatalı eşleşmenin onarılması
Baz kesimiyle onarma
Nükleotid kesimi
Çift iplik kırılmasının onarılması
Hatalı eşleşmenin tamiri
DNA kopyalanırken yapılan hataları düzeltir.
Özgül proteinler, referans noktası olarak bir GATC dizsi içindeki adenin metillenmesini kullanarak, yeni sentez edilmiş DNA yı tarar.
Kalıp iplik metillenmişken yeni sentez edilmiş iplik metillenmemiştir.
  1. Colide mutasyonun tanınması ve ipliğin çentiklenmesi için 3 protein gerekir:Mut S, H ve C
HNPCC
hMSH2 %50-60 sorumlu
Baz kesimi tamiri
Her hücre, çok yaygın olan bazı DNA kurularını tanıyan DNA glikozilazlar olarak adlandırılan bir grup enzimi içermektedir.
Bu enzimler N-glikozit bağını koparmak suretiyle yanlış bazları uzaklaştırır.
Uygun  baz bir onarıcı DNA polimeraz β ile yerine konur ve bir ligaz DNA yı başlangıçtaki haline çevirir.
Tek bir bazın tamirine uygun ancak harab olmuş DNA bölgelerinin yerine konmasında etkin değildir.
Nitröz asit, sitozin, adenin ve guaninden amin grubunu uzaklaştıran kimyasal bir mutajendir.
Adeninden hipoksantin, guaninden ksantin, sitozinden urasil oluşur.
Nükleotid kesimiyle tamir
30 baz uzunluğun kadar olan DNA hasarlanma bölgelerinin düzeltilmedi için kullanılır.
En sık örnekleri, siklobütan pirimidin-pirimidin dimerlerinin oluşumunu kamçılayan UV ışını ve benzolpirenguanin bileşiklerinin oluşmasını uyaran sigara alışkanlığıdır.
Hatalı nükleotid onarımı
Diğer iki onarım tipine göre daha fazla sayıda gen ürünü kullanan bu karmaşık süreç esas olarak, kusurun yer aldığı iplik üzerinde iki fosfodiester bağının  hidrolizini kapsar.
E.Colide en az 3 alt birim ve insanda 17 polipeptidden oluşan özgül bir kesim nükleazı (ekzinükleaz) bu görevi başarır.
E.Coli ve diğer prokaryotlarda, enzim sistemi 3’ uçtan beşinci, 5’ uçtan ise sekizinci fosfodiester bağını hidrolizleyerek 12-13 nükleotidlik bir parça oluşturur.
İnsan ve diğer ökaryotlarda ise, enzim 3’ uçtan altıncı, 5’ uçtan ise 22. fosfodiestre bağını hidrolizleyerek yaklaşık 27-29 nükleotidlik bir parça oluşturur.
Bu onarım sistemi, DNA yapısında güneş ışınlarının etkisiyle oluşan timin dimerlerinin ve sigara dumanı etkisiyle oluşan benzo(a)piren-guanin’in tamir edilmesinde görev alır.
Nükleotid kesip çıkarma işlemi UvrA,UvrB ve UvrC alt birimlerinden oluşan ABC eksinükleaz enzimi tarafından gerçekleştirilir.
Bu çift yönlü kesim işlemini takiben, kesilmiş oligonükleotidler sarmaldan uzaklaştırılır ve oluşan boşluğu E.Colide DNA polimeraz I, insanda DNA polimeraz ε doldurur.
Açık olan uçları DNA ligaz birleştirir.
Kseroderma pigmentosum (XP) otozomal resesif kalıtsal bir hastalıktır
Gün ışığına belirgin şekilde artmış duyarlılık ve daha sonra çok sayıda deri kanseri oluşması ve erken ölüm görülmesini kapsar.
Nedeni DNA da oluşan timin dimerlerini uzaklaştıran eksizyon onarım sisteminin yetersizliğine bağlıdır.
Çift iplik kesiminin onarılması
Ig geninin yeniden karılması gibi fizyolojik bir olayın parçasıdır.
İyonizasyon yapan ışıma veya serbest radikal üretimi sonucu görülen türde DNA harabiyetinin onarılmasında kullanılan önemli bir mekanizmadır.
İki protein: Ku serbest DNA uçlarına bağlanır ve latent ATP ye bağlı helikaz etkinliğine sahiptir.
Direkt Onarım
Bu onarım yolu sadece timin dimerleri ve alkillenmiş bazlar için geçerlidir.
İki farklı onarım yolunda da zincir kırılmadan hasar onarılır.
Fotoreaktivasyon:
Bu direkt onarım sistemi, DNA üzerindeki UV ile hasara uğratılmış bazı çıkarmadan eski haline getirir.
Timin dimerleri Fotoliyaz ile monomerlerine çevrilir.
İnsanda fotoliyaz enzimi bulunmaz.
DNA alkilasyonun onarımı:
DNA hasarı sonucu oluşan O6-metil guanin, mutajenik etki gödterir. Sitozin yerine timinle eşleşen bu hatalı baz, G-C baz çiftinin A-T baz çiftine dönüşmesine yol açar.
Direkt onarım DNA metiltransferaz tarafından yapılmaktadır.
l

Bir Cevap Yazın