21.10
DNA Replikasyonu
DNA replikasyonu, çift sarmalın iki zincirinin ayrılmasını içerir ve her bir iplik, yeni tamamlayıcı ipliğin kopyalandığı bir şablon görevi görür. Rep…
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.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: Why is DNA replication called semiconservative?
DNA replication is semiconservative because each newly formed double helix contains one original template strand and one newly synthesized daughter strand. After replication, the two resulting DNA molecules each preserve one parental strand from the original double helix, ensuring genetic continuity while incorporating new genetic material.
Q2: What role does helicase play in DNA replication?
Helicase unwinds the DNA double helix by breaking hydrogen bonds between the two strands. This separation creates a Y-shaped structure called the replication fork, which exposes the template strands so that other enzymes can access and copy them during DNA synthesis.
Q3: Why are RNA primers necessary for DNA synthesis?
RNA primers are essential because DNA polymerase can only add nucleotides to an existing strand; it cannot initiate synthesis de novo. Primase adds short RNA fragments to each template strand, providing the 3'-OH group that DNA polymerase requires to begin extending the new DNA strand.
Q4: How does the directionality of DNA synthesis affect leading and lagging strand formation?
DNA polymerase synthesizes only in the 5' to 3' direction. The leading strand is synthesized continuously toward the replication fork. The lagging strand grows away from the fork, requiring DNA polymerase to repeatedly restart synthesis, producing short DNA fragments called Okazaki fragments separated by RNA primers.
Q5: What happens to nucleotide triphosphates when they are added to the growing DNA strand?
Nucleotide triphosphates react with the 3'-OH group at the end of the growing strand. This reaction releases pyrophosphate, and the energy from breaking phosphate bonds drives the formation of a phosphodiester bond between nucleotides, linking them together in the DNA backbone.
Q6: How are gaps sealed after DNA polymerase removes RNA primers?
After RNase H or DNA polymerase variants remove RNA primers and fill the gaps with DNA nucleotides, the enzyme DNA ligase seals the remaining nicks. DNA ligase catalyzes the formation of phosphodiester bonds between the 3'-OH end of one DNA fragment and the 5' phosphate end of the adjacent fragment.
Q7: How does eukaryotic DNA replication differ from prokaryotic replication?
Eukaryotic genomes are larger and more complex, with multiple origins of replication per chromosome, whereas prokaryotes have single origins. Eukaryotic replication occurs at approximately 100 nucleotides per second—ten times slower than prokaryotic replication. Despite these differences, the essential enzymatic steps and base pairing and its significance in DNA replication remain fundamentally similar.