DNA Replikasyonu

DNA replikasyonu, çift sarmalın iki zincirinin ayrılmasını içerir ve her bir iplik, yeni tamamlayıcı ipliğin kopyalandığı bir şablon görevi görür.  Replikasyondan sonra, her çift sarmallı DNA, bir ebeveyn veya “eski” zincir ve bir “yeni” zincir içerir. Bu yarı korunumlu çoğaltma olarak bilinir. Ortaya çıkan DNA molekülleri aynı diziye sahiptir ve iki yavru hücreye eşit olarak bölünür.

Prokaryotlarda Replikasyon

DNA replikasyonu çok sayıda protein ve enzim kullanır. Helikaz enzimi, DNA’nın iki zincirini birbirinden ayırır. Helikaz, DNA boyunca hareket ettikçe, iki ipliği ayırarak replikasyon çatalı olarak bilinen Y şeklinde bir yapı oluşturur. Bunu takiben, primaz enzimi, DNA sentezinden sorumlu enzim olan DNA polimeraz tarafından DNA sentezini başlatmak için primerler olarak bilinen kısa RNA uzantılarını eklerler. Bakterilerde üç ana DNA polimeraz türü bilinmektedir: DNA pol I, DNA pol II ve DNA pol III. DNA pol III, DNA sentezi için gerekli olan enzimdir; DNA pol I ve DNA pol II, öncelikle onarım için gereklidir. DNA pol III, büyüyen DNA zincirinin 3’-OH grubuna birer birer şablon iplik üzerindeki bir nükleotidin tamamlayıcısı olan deoksiribonükleotitleri ekler. DNA polimeraz III sadece 5’ ila 3’ yönünde uzayabilir. Bu nükleotitlerin eklenmesi enerji gerektirir. Bu enerji, enerjinin adenozin trifosfatın (ATP) fosfat bağlarında nasıl depolandığına benzer şekilde, her bir nükleotide bağlı üç fosfat grubunun bağlarında bulunur. Fosfatlar arasındaki bağ kırıldığında ve difosfat salındığında, açığa çıkan enerji dehidrasyon sentezi ile kovalent bir fosfodiester bağının oluşmasını sağlar.

DNA çift sarmalı antiparaleldir; yani bir iplik 5’ ila 3’ yönünde yönlendirilir ve diğeri 3’ ila 5’ yönünde yönlendirilir. Replikasyon sırasında, 3’ ila 5’ ebeveyn DNA zincirine tamamlayıcı olan bir zincir, replikasyon çatalına doğru sürekli olarak sentezlenir, çünkü polimeraz bu yönde nükleotitler ekleyebilir. Bu sürekli sentezlenen iplik, kesintisiz iplik olarak bilinir. 5’ ila 3’ ebeveyn DNA’sını tamamlayıcı olan diğer iplik, replikasyon çatalından uzaklaşır, bu nedenle polimeraz, tekrar replikasyon çatalından uzağa doğru yeni bir primere bazlar eklemeye başlamak için replikasyon çatalına doğru geri hareket etmelidir. Bunu daha önce sentezlenmiş zincire çarpana kadar yapar ve sonra tekrar geri hareket eder. Bu adımlar, her biri RNA primeri ile ayrılan Okazaki parçaları olarak bilinen küçük DNA dizisi parçaları üretir. Okazaki parçalarını içeren iplik, kesintili iplik olarak bilinir ve sentezinin süreksiz olduğu söylenir.

DNA polimeraz III ile sentezlendikten sonra, DNA polimeraz I’in ekzonükleaz aktivitesi ile primerler çıkarılır ve boşluklar doldurulur. Yeni sentezlenen DNA (RNA primerinin yerini alan) ile önceki DNA arasında kalan çentikler sentezlenen DNA, bir DNA fragmanının 3’-OH ucu ile diğer fragmanın 5’ fosfat ucu arasında kovalent bir fosfodiester bağlantısının oluşumunu katalize eden ve DNA molekülünün şeker-fosfat omurgasını stabilize eden DNA ligaz enzimi tarafından mühürlenir.

Ökaryotlarda Replikasyon

Ökaryotik genomlar, prokaryotik genomlardan çok daha karmaşık ve daha büyüktür ve tipik olarak çoklu doğrusal kromozomlardan oluşur. Örneğin insan genomu, haploid kromozom seti başına 3 milyar baz çiftine sahiptir ve replikasyon sırasında 6 milyar baz çifti eklenir. Her ökaryotik kromozom üzerinde birden çok replikasyon kaynağı vardır; insan genomunun 30.000 ila 50.000 replikasyon kaynağı vardır. Replikasyon hızı, prokaryotik replikasyondan saniyede 10 kat daha yavaş yaklaşık 100 nükleotiddir.

Ökaryotlarda temel replikasyon adımları prokaryotlardakiyle aynıdır. Replikasyon başlamadan önce, DNA’nın bir şablon olarak kullanıma sunulması gerekir. Ökaryotik DNA, histonlar da dahil olmak üzere birçok protein tarafından kolaylaştırılan, yüksek oranda aşırı sarılmış ve paketlenmiştir. Replikasyonun başlamasını takiben, prokaryotlarda bulunana benzer bir süreçte, uzama ökaryotik DNA polimerazlar tarafından kolaylaştırılır. Kesintisiz iplik ökaryotik polimeraz enzimi pol δ tarafından sürekli olarak sentezlenirken, geride kalan iplikçik pol ε tarafından sentezlenir. Bakterilerde olduğu gibi bir DNA polimeraz yerine enzim ribonükleaz H (RNaz H) RNA primerini çıkarır, daha sonra DNA nükleotitleri ile değiştirilir. Kalan boşluklar DNA ligaz ile kapatılır.

Prokaryotlarda olduğu gibi, ökaryotik DNA polimeraz, nükleotitleri yalnızca 5’ ila 3’ yönünde ekleyebilir. Kesintisiz zincirde sentez, kromozomun sonuna veya ters yönde ilerleyen başka bir replikasyon çatalına ulaşana kadar devam eder. Kesintili iplikte, DNA, her biri ayrı bir primer tarafından başlatılan kısa uzantılarda sentezlenir. Replikasyon çatalı lineer kromozomun sonuna ulaştığında, kromozomun sonunda kopyalanacak DNA fragmanı için primer yapacak yer yoktur. Bu uçlar bu nedenle eşleşmeden kalır ve zamanla hücreler bölünmeye devam ettikçe giderek kısalabilir.

Bu metin bu kaynaktan uyarlanmıştır: Openstax, Microbiology, Chapter 11.2: DNA Replication.