PowerPoint Sunusu
advertisement
DNASentezi (Replikasyon) Prof.Dr.Tülay Akçay 1 DNA Sentezi (Replikasyonu) DNA molekülünün bir zincirinde bulunan (A), karşılığında tamamlayıcı zincirde mutlaka (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 hizmet eder. Ana zincirin iki zincire ayrılarak her bir zincirin, yeni çiftin bir zincirini oluşturması semikonservatif replikasyon olarak isimlendirilir . 2 Kromozomal DNA molekülü, hücre döngüsü ile birlikte bir defa replike olmaktadır. Herhangi bir nedenle DNA replikasyonu durursa, hücre bölünmesi de durur. 3 Hücre bölünmesinin çok yavaş olduğu durumlarda ise DNA replikasyonu zaman içinde aynı miktarda tamamlanmaktadır. DNA sentezi hücre döngüsünün S fazında meydana gelir. Replikasyonda görevli enzimler kalıba bağımlı polimerazlardır 4 E.coli replikasyonunda, DNA polimerazdan başka her birinin özel bir görevi olan 20’den fazla enzim ve proteinler gerekmektedir. Bunların tümüne DNA replikaz sistemi veya replizom denir. 5 DNA Sentezinin Başlaması Zincir Ayrılması(kol ayrımı) Polimeraz, kalıp olarak sadece tek zincirli DNA molekülünü kullanır. 6 DNA replikasyonu; prokaryotlarda replikasyon merkezinde, ökaryotlardaki DNA üzerindeki pek çok yerde başlar. Böylece büyük bir ökaryotik DNA molekülünün kısa zamanda replikasyonu sağlanmaktadır. 7 Aktif sentezin başladığı bölgede dönmeyen iki zincir, birbirinden ayrılarak replikasyon çatalı olarak bilinen bir çatal oluşturur. DNA molekülü üzerindeki replikasyon çatalı sentez sırasında merkezden başlayarak ilerler. DNA çift sarmalın replikasyonu çift yönlü olmaktadır. 8 Özel bir grup protein, replikasyon çatalının ilerlemesini, çift sarmal DNA molekülünün dönmemesini ve ebeveyn zincirlerinin ayrı durması sağlar. 9 Heliks Bozucu (HD) Proteinler zincirli DNA yapısına bağlı protein (SSB) olarak da isimlendirilirler. Tek molekülünün bağlanmaktadır. DNA tek zincirine HD proteinleri enzim değildirler. 10 Heliks Bozucu (HD) Proteinler Replikasyon merkezinde iki zinciri birbirinden ayrı tutarak tek standart kalıp bulunmasını sağlarlar, DNA molekülünü, tek zinciri parçalayan nükleaz enziminin etkisinden de korururlar. 11 DNA Helikaz helikaz, çift sarmal DNA zincirlerini birbirinden ATP harcayarak ayırmaktadır. DNA Replikasyon merkezindeki ori C olarak tanımlanan kısmındaki 9 baz çiftinin dört kez tekrarlanan bölgesine DNA-A proteini ATP tüketilerek bağlanmaktadır. DNA-A proteini etrafında katlanan DNA denatüre olmaktadır. 12 Bir helikaz olan DNA-B proteini, DNA-C proteini gerektiren bir tepkime ile 13 baz çiftinin üç kez tekrarlandığı ve A=T çiftince zengin bölgeye bağlanır. DNA-B proteini DNA çift zincirini iki tane replikasyon çatalı olacak şekilde açar. 13 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. 14 Her İki DNA Zinciri, DNA Sentezi İçin Kalıp Olarak Kullanılır. Replikasyon çatalında iki ana zincir, ters yönde ilerleyen DNA sentezi için kalıp görevi yapmaktadır. Ana zincir nükleotid dizisini sadece 3’ 5’ yönünde okuyabilen DNA polimeraz, bu kalıbı kopyalayarak yeni DNA zincirini 5’ 3’ yönünde sentezler. 15 Bir çift ana heliks zincirinden, biri 5’ 3’ yönünde replikasyon çatalına doğru, diğeri ise 5’ 3’ yönünde replikasyon çatalından uzağa doğru ilerleyen iki yeni düz nükleotid zincir oluşur. Replikasyon çatalına doğru kesintisiz olarak sentezlenen yeni zincire öncül zincir adı verilir. 16 Replikasyon çatalından uzaklaşarak aralıklı olarak yapılan sentez sırasında, küçük DNA parçaları replikasyon çatalının yanında sentezlenir. Okazaki parçacıkları denilen bu küçük parçaların daha sonra birleşmesi ile tek ve sürekli artçıl zincirler oluşturulur. 17 Öncü RNA DNA polimerazların, artçıl zincir sentez edebilmeleri için, tek zincirli kalıp üzerinde DNA zincirinin tamamlayıcısı olarak sentezin başlamasını sağlayacak 3’ ucu serbest, kısa bir zincir olan primer gerekir . Primerin 3’ hidroksil grubu, DNA polimeraz için bir nükleotidi ilk kabul edici yer olarak görev yapar. 18 DNA sentezinde serbest 3’ hidroksil grubu, DNA’dan değil kısa RNA zincirinden sağlanır 19 Primaz (DNA G proteini): Spesifik RNA polimeraz, DNA kalıbına tamamlayıcı ve ters yönde paralel olarak öncül RNA molekülünün yaklaşık 10 nükleotid uzunluğundaki zincirini sentezler. Kısa RNA dizisi, artçıl zincir üzerinde replikasyon çatalında devamlı sentez edilir. 20 Artçıl zincirde öncü RNA molekülünün sentezinden önce bir araya gelen çeşitli proteinler, DNA tek zincirine bağlanarak olarak primazla birliktre primozom isimlendirilen protein kompleksini oluştururlar. DNA-B ve DNA-C primozomun bileşenleridir. Artçıl zincirinde 5’ 3’ yönünde hareket eden primozom, periyodik olarak RNA primerinin okazaki parçacıklarının sentezini başlatır. 21 Zincir Uzatılması DNA polimeraz III, ilk deoksiribonükleotidin alıcısı olarak öncü RNA molekülünün 3’-hidroksil grubunu kullanır. DNA polimeraz III, ana zincire ters yönde paralel 5’ 3’ yönünde sentezlenen zincirin nükleotidlerini ekler. 22 Nükleotid zincirinin yapı birimi 5’deoksiribonükleozid trifosfattır. DNA zincir uzamasında dATP, dTTP, dCTP ve dGTP gibi 4 tür deoksiribonükleozid trifosfat kullanılmaktadır. Deoksiribonükleozid trifosfatlardan bir tanesinin eksikliğinde DNA sentezi durur. 23 DNA zincirinin büyümesi bloke edilebilir. Nükleotidin şeker kısmının değiştirilmesi ile elde edilen bazı nükleotid analogları kullanılır. DNA replikasyonunun engellenmesi sonucu bu bileşenler virus ve hızlı büyüyen hücrelerin bölünmesini yavaşlatırlar. 24 Sitozin arabinozid (ara C) kanser kemoterapisinde Adeninarabinosid antiviral tedavide kullanılmaktadır. 25 DNA nükleotid dizisinin mümkün olduğunca az hata ile replikasyonu, organizmanın yaşamı için çok önemlidir. Zararlı ve belkide öldürücü mutasyonla sonuçlanabilen 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. 26 Ökaryotik DNA polimerazlar DNA polimer az α Yerleşi m nükleer nükleer Sentez deki fonksi yon Sentezin başlama sı onarım Yeni kolun uzamas ı Diğer fonksiy onlar _ 3’-5’ ekzonükle az(doğrula ma) δ ε β nükleer nükleer mitokondri onarı m _ 3’-5’ ekzonüklea z (doğrulama) γ sentez 3’-5’ ekzonükleaz (doğrulama) 27 DNA sentezi inhibisyonu Mitomycin,DNA’ya bağlanarak hücre replikasyonunu inhibe eder.(tümörlere karşı) 28 Hasarlı DNA Onarımı DNA sentezi sırasında sağlamalı okuma ve yanlış yerleşimi onarma olmasına rağmen, bazı yanlış yerleşmiş bazlar kalır. İlave olarak, hücrelerde oluşan mutagenler veya inhalasyon veya çevreden absorbe olan mutagenlerle DNA hasara uğratılır. 29 Normal hücreleri kanser hücrelerine dönüştüren mutagenler karsinogenler olarak bilinir. 30 Hücrelerin DNA hasarlarını onarabilme yeteneği vardır: Bu onarım mekanizmalarının çoğu, hasarın tanınması, hasarlı kısmın DNA zincirinden uzaklaştırılması ve kalan boşluğun doldurulması gibi işlevleri kapsar. Onarım mekanizması olmaksızın yaşamamız mümkün olmaz. 31 DNA hasarı radyasyonla veya kimyasallarla oluşabilir. Bu etkenler direkt olarak veya indirekt olarak DNA’yı etkiler. Örneğin, x-ray bir tip ionize radyasyondur, hücrede DNA ile etkileşen molekülleri harekete geçirerek indirekt etkiler, bazların yapısını değiştirir veya DNA kollarını kırar. 32 X-ray’a maruz kalmak pek sık olmasada, sigara dumanına maruz kalmaktan kaçınmak daha zordur ve güneş ışığından kaçmak mümkün değildir. Güneşten gelen ultraviole ışık, komşu pirimidin bazlarının kovalent dimer oluşturmasına neden olur. 33 Sigara dumanı; aromatik polisiklik hidrokardon, benzo(a)pyrene gibi karsinogenleri kapsar , hücrede enzimlerle okside olduğunda, DNA da guanin ile büyük bir yapı oluşturabilir. 34 Bütün hücreler çok çeşitli DNA onarım sistemlerine sahiptirler. Onarım sistemlerinin çeşit ve sayıları, hücre yaşamı için DNA onarımının önemini ve DNA hasarının çeşitliliğini yansıtır. 35 Prokaryot ve ökaryatlarda benzer olan başlıca 4 tip onarım sistemi vardır: 1. Baz kesip çıkarma onarımı 2. Nükleotid kesip çıkarma onarımı 3.Yanlış eşleşme onarımı (mismatch onarım) 4. Direkt onarım 36 Tablo 1: E.koli’de DNA Onarım Sistemleri Enzimler / Proteinler Hasarın Tipi Baz Kesip Çıkarma Onarımı DNA glikozilazlar AP endonükleazlar DNA polimeraz I DNA ligaz Anormal bazlar (urasil, hipoksantin, ksantin): alkalilendirilmiş bazlar; pirimidin dimerleri Nükleotid Kesip Çıkarma Onarımı UvrABC endonükleaz (veya ABC excinuclease) DNA Helikaz DNA polimeraz I DNA ligaz Yapısal değişikliklere neden olan DNA hasarları (örnek: pirimidin dimerleri) 37 Tablo 1: E.koli’de DNA Onarım Sistemleri (devamı) Enzimler / Proteinler Hasarın Tipi Yanlış Eşleşme Onarımı Mut proteinler Helikazlar Ekzonükleazlar DNA polimeraz III DNA ligaz Yeni sentezlenen kollarda yanlış eşleşmiş bazlar. Direkt Onarım DNA fotoliyazlar O6-Metilguanin-DNA metitransferaz Pirimidin dimerleri, O6-Metilguanin 38 39 Az rastlanan bir genetik hastalık olan kseroderma pigmentozumda DNA yapısında meydana gelen dimerlerin hücreler tarafından onarılamaması, mutasyonların birikimine ve sıklıkla deri kanserine yol açar. 40
