Name: dna copying: leading and lagging strands
Uploaded: 2020-09-24T15:06:53.000Z
Duration: 2 min 40 s
Channel: JoVE

DNA replikasyonu, mevcut zincirleri bir şablon olarak kullanarak yeni DNA ipliklerini sentezleyerek gerçekleşir. İki yeni çift sarmalın her biri orijinal bir şablon dizisi ve yeni sentezlenmiş bir yavru sarmal içerir, bu nedenle bu işlem yarı korumalı çoğaltma olarak bilinir. Çoğalmaya başlamak için, bir enzim, helikaz, DNA sarmalını çözer ve iki iplik arasındaki hidrojen bağlarını koparır.Daha sonra, çoğaltma çatalı olarak bilinen Y şeklinde bir yapı oluşturan tek tek şeritleri ayırır ve burada şablon şeritlerine ek enzimlerle erişilebilir. Diğer bir enzim olan primase, her bir şablon ipliğine primer adı verilen kısa RNA fragmanları ekler. Bu primerler, DNA polimerazın yalnızca mevcut bir ipliğe nükleotidler ekleyebilmesi nedeniyle DNA sentezi için gereklidir.DNA polimeraz, her iki şablon DNA zincirinde büyüyen yavru zincirlere eklenir. Nükleotidlerin eklenmesi, DNA eşleştirme kurallarına göre orijinal DNA zincirinin dizisi tarafından yönlendirilir. Ana iplikçiklerden birinin sentezi, çoğaltma çatalı hareketi yönünde gerçekleşir.Diğer iplikçik, gecikmeli iplik, ters yönde sentezlenir. Bu, önde gelen ipliğin sürekli bir polimer olarak sentezlenmesine yol açarken, geride kalan iplik kısa fragmanlar olarak sentezlenir. Bunun nedeni, DNA'nın yalnızca 5'ila 3'yönünde sentezlenebilmesidir.Büyüyen polimere eklenmelerinden önce nükleotidler, şeker üzerindeki beşinci karbona bağlı üç fosfat ile deoksiribonükleosit trifosfatlar olarak bulunur. Bu serbest nükleotid trifosfat, 3'hidroksil grupları ile reaksiyona girer. Bu, büyüyen ipliğin sonunda şekerin üçüncü karbonuna bağlanan OH'dir.Reaksiyon, pirofosfat salınımına ve iki nükleotid arasında bir fosfodiester bağının oluşmasına neden olur. Yeni iplikçiklerin, RNaz H'nin veya ilave DNA polimeraz varyantlarının sentezinden sonra, primerleri çıkarın ve yerlerinde DNA'yı sentezleyin. Parçalar arasındaki boşluklar daha sonra sürekli bir iplik oluşturmak için DNA ligaz ile kapatılır.Nükleotidlerin eklenmesi, iki replikasyon çatalı birbiriyle karşılaşıncaya kadar devam eder ve bu da tamamlanmış replikasyonla sonuçlanır.

<ol>
	<li>Dua et, L. (2008) DNA replikasyonunun önemli moleküler olayları. Doğa Eğitimi 1(1):99 </li>
</ol>

dna replikasyonu

DNA Replication

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: <a href="https://openstax.org/books/microbiology/pages/11-2-dna-replication">Openstax, Microbiology, Chapter 11.2: DNA Replication</a>.

DNA Replikasyonu

DNA replikasyonu, çift sarmalın iki ipliğinin ayrılmasını içerir ve her bir iplikçik, yeni tamamlayıcının ...

Education

JoVE Core

Chemistry

Kimya

Biochemistry

Biyokimya

KEY TERMS AND CONCEPTS

TEMEL TERİMLER VE KAVRAMLAR

dna copying: leading and lagging strands

DNA replication copies genetic material before a cell divides. Each original DNA strand serves as a template for a new complementary strand. The result is semiconservative replication, which means each new DNA molecule contains one old strand and one new strand. The two daughter cells then receive DNA with the same sequence.

Replication starts when helicase separates the two strands of the double helix. This creates a Y-shaped replication fork. Primase then adds short RNA primers that give DNA polymerase a place to begin DNA synthesis. In bacteria, the main DNA polymerases are DNA pol I, DNA pol II, and DNA pol III. DNA pol III carries out DNA synthesis, while DNA pol I and DNA pol II mainly help with repair.

DNA pol III adds deoxyribonucleotides one at a time to the 3'-OH end of the growing strand. It can extend DNA only in the 5' to 3' direction. The energy for this process comes from the three phosphate groups on each nucleotide. When a phosphate bond is broken and diphosphate is released, that energy helps form the phosphodiester bond in the DNA backbone.

Because the DNA double helix is antiparallel, the two template strands face opposite directions. The strand copied toward the replication fork is made continuously and is called the leading strand. The other strand is copied away from the fork. It must start over with new primers as the fork opens, so it is made in short stretches called Okazaki fragments. This strand is the lagging strand, and its synthesis is discontinuous.

After DNA pol III finishes, DNA pol I removes the RNA primers in bacteria, and the gaps are filled in. DNA ligase then seals the remaining nicks by forming covalent phosphodiester bonds between adjacent DNA fragments. This step strengthens the sugar-phosphate backbone of the new DNA molecule.

Eukaryotic DNA replication follows the same basic steps, but the genome is larger and more complex. Eukaryotic chromosomes are linear and have many origins of replication. In humans, the genome has 3 billion base pairs per haploid set, and about 6 billion base pairs are copied during replication. Human chromosomes also have about 30,000 to 50,000 origins of replication, and replication occurs at about 100 nucleotides per second, which is much slower than in prokaryotes.

Before replication begins, eukaryotic DNA must be made available as a template. It is tightly packed and supercoiled, and histones help organize this packaging. After initiation, eukaryotic DNA polymerases carry out elongation. Polymerase delta (pol δ) synthesizes the leading strand, and polymerase epsilon (pol ε) synthesizes the lagging strand. RNase H removes the RNA primers, DNA nucleotides replace them, and DNA ligase seals the final gaps. Because eukaryotic DNA polymerase also works only in the 5' to 3' direction, the lagging strand is still made in short pieces. Near the ends of linear chromosomes, there is no place to add a final primer, so these ends remain unpaired and can become shorter over time as cells keep dividing.

DNA Copying: Leading and Lagging Strands

functional groups

Functional Groups in Organic Chemistry

Functional groups in organic chemistry are groups of atoms that give molecules specific properties. When these groups attach to a carbon skeleton, they can change how the molecule behaves. Some functional groups make a molecule hydrophilic, or water-attracting. Others make it hydrophobic, or water-repelling. Functional groups are a key part of organic chemistry and are also found in major biological molecules. They appear in carbohydrates, proteins, lipids, and nucleic acids. Each functional...

structure of lipids

Lipids, Fats, and Cell Membranes

Lipids are nonpolar molecules that do not mix well with water. They are hydrophobic, which means “water fearing,” because they contain mostly nonpolar carbon-carbon and carbon-hydrogen bonds. In cells, lipids store long-term energy as fats, help insulate plants and animals, and form protective water-repellent layers on feathers and fur. They are also part of cell membranes and serve as building blocks for many hormones. Common lipids include fats, oils, waxes, phospholipids, and steroids. A...

chemistry of the cell

Cell Chemistry: Water and Macromolecules

Cell chemistry includes water, organic molecules, and inorganic ions. These materials shape how cells store energy, build structures, and carry out life processes. Most cellular chemistry and metabolism happen in the watery cytoplasm. Water is a key part of the cell because it has special properties tied to its polarity. In a water molecule, hydrogen and oxygen form polar covalent bonds, so the molecule has no net charge but does have a slightly positive end and a slightly negative end. Oxygen...

dna base pairing

Chargaff’s Rules and DNA Pairing

Chargaff’s rules and DNA base pairing explain how DNA strands match up. In double-stranded DNA, adenine (A) pairs with thymine (T), and guanine (G) pairs with cytosine (C). Chargaff also found that A equals T, G equals C, and the total amount of purines (A and G) equals the total amount of pyrimidines (C and T). Watson and Crick later showed why these matches matter. A forms two hydrogen bonds with T, while G forms three hydrogen bonds with C. These pairings keep the DNA double helix a...

chemistry of carbohydrates

Carbohydrates as Energy and Storage Molecules

Carbohydrates are important energy sources in human and animal diets. Grains, fruits, and vegetables are natural sources of carbohydrates. They help provide energy to the body, especially through glucose, a simple sugar found in starch and many staple foods. Carbohydrates are identified by the stoichiometric formula (CH2O)n, where n is the number of carbons in the molecule. This means the ratio of carbon to hydrogen to oxygen is usually 1:2:1. The name carbohydrate comes from this pattern,...

protein and protein structure

How Protein Shape Controls Function

Proteins are a major class of organic molecules in living systems, and their shape helps determine what they do. They can act as structural, regulatory, contractile, or protective molecules. They also take part in transport, storage, membranes, toxins, and enzymes. All proteins are polymers of amino acids arranged in a linear sequence. A protein’s function depends on its three-dimensional form. For example, an enzyme works when its active site can bind a specific substrate. If local changes or...

amino acids

Amino Acids and Protein Building

Amino acids are the building blocks of proteins. Each amino acid has the same basic structure. A central carbon atom, called the alpha carbon, is bonded to an amino group, a carboxyl group, and a hydrogen atom. Each amino acid also has an R group, or side chain, attached to the central carbon. The R group is different for every amino acid. It helps determine whether an amino acid is acidic, basic, polar, or nonpolar. Scientists call these molecules amino acids because they contain both amino...

peptide bonds

Peptide Bond Formation and Shape

Peptide bonds join amino acids into peptides and polypeptides. They form when the carboxyl group of one amino acid reacts with the amino group of another. This dehydration reaction releases a water molecule and creates a covalent link. As more amino acids are added, the chain becomes a polypeptide. Each polypeptide has a free amino group at one end. This end is the N-terminal, or amino-terminal. The other end has a free carboxyl group. This end is the C-terminal, or carboxyl-terminal. The...

nucleic acids

DNA and RNA: Genetic Instructions

DNA and RNA are the nucleic acids that store genetic information and help direct cell activity. These macromolecules carry the cell’s genetic blueprint and the instructions it uses to function. DNA is the genetic material in all living organisms, from single-celled bacteria to multicellular mammals. In eukaryotic cells, DNA is found in the nucleus and also in organelles such as chloroplasts and mitochondria. In prokaryotes, DNA is not enclosed in a membrane. The full genetic content of a cell...

dna replication

DNA replication copies genetic material before a cell divides. Each original DNA strand serves as a template for a new complementary strand. The result is semiconservative replication, which means each new DNA molecule contains one old strand and one new strand. The two daughter cells then receive DNA with the same sequence. Replication starts when helicase separates the two strands of the double helix. This creates a Y-shaped replication fork. Primase then adds short RNA primers that give DNA...

from dna to protein

The Genetic Code and Codons

The genetic code and codons explain how cells turn DNA information into proteins. Genes first direct the sequence of mRNA, and mRNA then directs the sequence of amino acids that make up proteins. Specific proteins and RNAs carry out this decoding. Cells copy DNA into mRNA so the original DNA stays protected while the cell uses the message for protein synthesis. Copying DNA to RNA is relatively simple. One nucleotide is added to the mRNA strand for every nucleotide read on the DNA strand.

polymers

Polymer Chains and How They Form

Polymers are long chains of molecules made from repeating units called monomers. The word polymer comes from the Greek words "poly," meaning many, and "mer," meaning parts. Polymers can be found in nature, such as DNA and proteins, or made synthetically, such as plastics. A polymer’s shape helps define its properties. Some polymers form linear chains, while others are branched or arranged in complex networks. Functional groups on a polymer also affect how it behaves. The repeating units in a...

key terms and concepts

Explore how DNA replication uses leading and lagging strands, RNA primers, DNA polymerase, ligase, and semiconservative copying in bacteria and eukaryotes.

DNA Copying: Leading and Lagging Strands | JoVE K12

chemistry

JoVE Core Kimya, özlü ve kolay anlaşılır animasyon video derslerini kullanarak genel kimya kavramlarına hayat veriyor. Ek olarak, bilim insanı uygulama videolarımız ile klasik ve orijinal araştırma deneylerini dünya çapında günümüz laboratuvarlarında görselleştiriyoruz.

DNA Copying: Leading and Lagging Strands

Description

Transcript

Tags