DNA Sentezi(Replikasyon)

1. DNA Sentezi(Replikasyon) Prof.Dr.TülayAkçay

3. Translasyon sonrası işlem

4. Replikasyonda görevli enzimler, kalıba bağımlıpolimerazlardır. Yüksek organizmalarda, daha karmaşık olan DNA sentezi, E.Koli ile aynı tip mekanizma ile gerçekleşmektedir.

6. DNA Sentezi (Replikasyonu)  DNA molekülünün bir zincirinde bulunan (A), karşılığında tamamlayıcı zincirdemutlaka (T) benzer şekilde (G) ile (C) çift oluşturmalı. Bir zincirin dizilimi hakkındaki bilgi, tamamlayıcı zincirde ters yönde yer almaktadır. İki zincir birbirinden ayrıldığında her biri, yeni tamamlayıcı zincir için kalıp olarak hizmet eder. Ana zincirin, iki zincire ayrılarak, her bir zincirin, yeni çiftin bir zincirini oluşturması ,semikonservatif replikasyon olarak isimlendirilir .

7. Kromozomal DNA molekülü, hücredöngüsüilebirliktebirdefareplikeolmaktadır. Herhangibirnedenle DNA replikasyonudurursa, hücrebölünmesi de durur. Hücrebölünmesininçokyavaşolduğudurumlardaise, DNA replikasyonuzamaniçindeaynımiktardatamamlanmaktadır.  DNA sentezi, hücredöngüsünün S fazındameydanagelir.

8. Replikasyonda, DNA polimerazdan başka, herbirinin özel bir görevi olan, 20’den fazla enzim ve proteinler gerekmektedir. Tümüne DNA replikaz sistemi veya replizomdenir.

9. DNA SentezininBaşlaması, ZincirAyrılması (kol ayrımı) Polimeraz, kalıpolaraksadecetekzincirli DNA molekülünükullanır DNA molekülününreplikasyonöncesi, zincirlerininbirbirindentamamenveya küçükbirbölümünün ayrılmasıgerekmektedir.

12. DNA replikasyonu; prokaryotlardareplikasyonmerkezinde, ökaryotlarda DNA üzerindekipekçokyerdebaşlar Böylece, büyükbirökaryotik DNA molekülünün, kısazamandareplikasyonusağlanmaktadır.

13. Aktif sentezin başladığı bölgede, dönmeyen iki zincir, birbirinden ayrılarak,replikasyon çatalı’nı oluşturur. DNA molekülü üzerindeki replikasyon çatalı, sentez sırasında merkezden başlayarak ilerler. DNA çift sarmalın replikasyonu, çift yönlü olmaktadır.

14. Özelbirgrup protein, replikasyonçatalınınilerlemesini, çiftsarmal DNA molekülünündönmemesi ebeveyinzincirlerinayrıdurmasınısağlar. DNA Helikaz, HeliksBozucu (HD=HeliksDestabilize) Proteinler,

16. Heliks Bozucu (HD) Proteinler Tek zincirli DNA yapısına bağlı protein, (SSB) olarak da isimlendiriler. DNA molekülünün tek zincirine bağlanmaktadır. HD proteinleri ,enzim değildirler. Bu proteinlerin DNA’ya bağlanmaları kooperatiftir; bir molekül HD proteini bağlandıktan sonra, Diğer HD proteinlerinin bağlanmaları kolaylaşır.

17. HD Proteinler, Replikasyon merkezinde, iki zinciri birbirinden ayrı tutarlar dönmelerine de mani olarak tek standart kalıp bulunmasını sağlarlar, DNA molekülünü, tek zinciri parçalayan nükleaz enziminin etkisinden de korururlar.

19. DNA Helikaz DNA helikaz, çift sarmal DNA zincirlerini birbirinden ATP harcıyarakayırmaktadır. Replikasyon merkezindeki, ori C olarak tanımlanan kısmındaki 9 baz çiftinin dört kez tekrarlanan bölgesine 20 taneDNA-A proteini,histon benzeri protein(HU) varlığında veATP tüketilerek bağlanmaktadır. DNA-A proteini etrafında katlanan DNA, denatüre olur.

20. Bir helikaz olan DNA-B proteini, DNA-C proteini ve ATP gerektiren bir tepkime ile 13 baz çiftinin üç kez tekrarlandığı A=T çiftince zengin bölgeye bağlanır. DNA-B proteini, DNA çift zincirini iki tane replikasyon çatalıolacak şekilde açar.

21. Ayrılmış zincirlere, HD proteinlerinin bağlanması, yeniden çift heliks oluşmasını önler. Zincirlerin birbirlerinden ayrılması sonucu, çift sarmal heliks DNA yapısında oluşan topolojik gerilim, topoizomerazlar tarafından giderilir.

22. Her İki DNA Zinciri, DNA Sentezi İçin Kalıp Olarak Kullanılır Replikasyon çatalında,iki ana zincir ters yönde ilerleyen DNA sentezi için kalıp görevi yapmaktadır. DNA polimerazana zincir nükleotid dizisini, sadece 3’5’ yönünde okuyabilir yeni DNA zincirini,5’3’ yönünde sentezler.

23. Birçiftanahelikszincirinden, biri 5’3’ yönündereplikasyonçatalınadoğru, diğeri ise 5’3’ yönündereplikasyonçatalından uzağadoğruilerleyen ikiyeni,düznükleotidzincir oluşur. Replikasyonçatalınadoğru, kesintisizolaraksentezlenenyenizincire,öncülziniciradıverilir.

24. RNA primeri RNA primeri

25. Replikasyon çatalından uzaklaşarak, aralıklı olarak yapılan sentez sırasında, küçük DNA parçaları replikasyon çatalınınyanında sentezlenir. Okazaki parçacıkları deinlen bu küçük parçaların, daha sonra birleşmesi ile tek ve sürekli,artçıl zincirler oluşturulur.

26. Öncü RNA DNA polimerazların, artçılzincirsentezedebilmeleriiçin, tekzincirlikalıpüzerinde, DNA zincirinintamalayıcısıolarak sentezinbaşlamasınısağlayacak 3’ ucuserbest, kısabirzincirolanprimergerekir

27. DNA Sentezini yapan asıl enzim DNA polimerazdır Ancak bu enzim iki serbest deoksiribonükleotid arasında bir fosfodiester bağı kuramaz Sentez için,serbest bir 3’ hidroksil ucunu sağlayan molekül primerdir Primer, ribo nükleotidlerden oluşan kısa RNA molekülüdür Artçıl DNA kolunun sentezinde serbest 3’ hidroksil grubu, DNA dan değil, kısa RNA zincirinden sağlanır

28. Primaz (DNA G proteini): Spesifik RNA polimeraz, DNA kalıbına tamamlayıcı ve ters yönde paralelöncül RNA molekülünün, yaklaşık 10 nükleotid uzunluğundaki zincirini,sentezler. Kısa RNA dizisi, artçıl zincir üzerinde, replikasyon çatalında devamlı sentez edilir.

29. Artçılzincirde, öncü RNA molekülününsentezindenönce birarayagelençeşitliprotienler DNA tekzincirinebağlanarakprimazlabirliktreprimozomolarakisimlendirilen, protein kompleksinioluştururlar. DNA-B ve DNA-Gprimozomunbileşenleridir. 5’3’ yönündehareketedenprimozom, periyodikolarak okazakiparçacıklarınınsentezinibaşlatır.

30. Zincir Uzatılması DNA polimeraz III, ilk deoksiribonükleotidin alıcısı olarak, öncü RNA molekülünün , 3’-hidroksil grubunukullanır. DNA polimeraz III, ana zincire ters yönde paralel, 5’3’ yönünde sentezlenen zincirin , nükleotidlerini ekler.

31. Nükleotid zincirinin yapı birimi, 5’deoksiribonükleozid trifosfattır. DNA zincir uzamasında dATP, dTTP, dCTP ve dGTPolmak üzere 4 tür deoksiribonükleozidtrifosfat kullanılmaktadır. Deoksiribonükleozid trifosfatlardan bir tanesinin eksikliğinde DNA sentezi durur.

35. Primer ,DNA polimeraz için bir nukleotidi ilk kabul edici yer olarak görev yapar. Primer, primaz olarak adlandırılan bir enzim tarafından sentez edilen ve birkaç nukleotidden oluşan bir RNA parçasıdır. DNA kalıbı G C C T G C C T C C G G G A A 3’ dG TP PPi OH OH Primer

37. DNA zincirinin büyümesi bloke edilebilinir. Nükleotidin şeker kısmının değiştirilmesi ile elde edilen bazı nükleotid analogları kullanılır DNA replikasyonunun engelleyen bu bileşenler, virus ve hızlı büyüyen hücrelerin bölünmesini yavaşlatırlar. Sitozinarabinozid (araC), kanser kemoterapisinde Adeninarabinosid, antiviral tedavide kullanılmaktadır. -

38. Folat girişlerini inhibisyonla (metotoraksat ,aminopiterin,trimetoprin) denova sentez ve timidilat sentaz inhibe edilir.

39. DNA nükleotid dizisinin, mümkün olduğunca az hata ile replikasyonu,organizmanın yaşamı için çok önemlidir Zararlı ve belkide öldürücü mutasyonlar kalıp dizisinin yanlış okunması DNA polimeraz III tarafından kontrol edilir. DNA polimeraz III enzimi, 5’3’ polimeraz aktivitesine ilaveten, sağlamalı okuma(3’ 5’ ekzonükleaz) aktivitesi de gösterir.

40. DNA polimeraz III, her bir nükleotidin kalıp üzerindeki tamalayıcı 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.

41. Öncül RNA molekülünün Çıkartılıp AtılarakDNA 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 çıkarılarak DNA polimeraz I ile boşluk doldurulur .

42. DNA Polimeraz I’ in aktiviteleri: DNA polimeraz I ‘in DNA sentezini sağlayan 5’3’ polimeraz aktivitesi ve polimeraz III de olduğu gibi DNA zincirinin yeni sentezinin doğru okunmasını sağlayan 3’5’ ekzonükleaz aktivitesine ilaveten, 5’3’ ekzonükleaz aktivitesine de sahiptir.

43. İlkolarak DNA polimeraz I, DNA polimeraz III tarafındanyenisentezlenen DNA molekülünün 3’ ucuile komşuöncü RNA molekülünün 5’ ucuarasındaki kırıkbölgedeyerleşir. 5’3’ yönündehareketeden DNA polimeraz I, RNA nükleotidlerinihidrolitikolarakuzaklaştırarak yerinedeoksiribonükleotidleriyerleştirir. DNA molekülünü, 5’3’ yönündepolimerazaktivitesiilesentezleyen DNA polimerazI, 3’5’ ekzonükleazaktivitesinikullanarakyenizincirindoğruokunmasınısağlar.

44. Uzaklaştırma, sentez ve doğru okuma işlemleri, RNA molekülünün tamamen uzaklaştırılarak boşluğun DNA ile doldurulmasına kadar devam eder.

46. DNA Ligaz DNA polimeraz III tarafından sentezlenen DNA zincirinde, 5’ fosfat grubu ile DNA polimeraz I tarafından sentezlenen DNA’ nın 3’ hidroksil grubu arasındaki son fosfodiester bağının oluşması, DNA ligaz tarafından katalizlenmektedir. DNA molekülünün iki zincirinin birbirine bağlanması için enerji gerekir. EnerjiATP molekülün AMP ve inorganik fosfata parçalanması ile sağlananır.

48. 3-Sonlanma safhası E.coli’de DNA’nın iki replikasyon çatalı terminal bölgede birleşir. Bu bölge 20 baz çiftinden oluşur ve Ter. adını alır. Bu bölge aynı zamanda TUS (terminus utilization substance) adlı protein için bağlanma bölgesi içerir ve sentez bu bölgede durur.

49. Ökaryotik DNA polimerazlar

50. Ökaryotik kromozomlar, prokaryotik kromozomlardan farklı olarak doğrusal yapıdadır Kromozomların ucu telomer olarak adlandırılan yapılar ile sonlanır. Normalde sentez sırasında 3‘-OH grubuna nükleotid ilavesi yapılır koromozom ucunda, 3’-OH grubunu sağlayacak pirimer yoktur Bu yüzden her DNA sentezi sonunda, kromozom RNA primeri kadar kısalacaktır Bu problem telomeraz enzimi tarafından giderilir.