dosyayı indir

DNA REPLİKASYONU
Watson ve Crick, oğul DNA molekülündeki zincirlerden birinin yeni sentezlendiğini
ve diğerinin ana DNA molekülünden geldiğini ileri sürdüler. Yani DNA molekülünden bir
başka DNA molekülünün sentezlenmesinde zincirlerin yarısı korunmakta ve diğer yarısı
yeniden sentezlenmektedir. Bu yüzden DNA eşleşmesi olayı semikonservatiftir. Matthew
Meselson ve Franklin Stahl tarafından bu hipotezi desteklemek amacıyla yapılan bir
denemede azot kaynağı, olarak yalnız
15
NH4C1 ihtiva eden bir ortamda E.coli birçok nesil
üretilmiş, ardından bakteriler hemen normal azotlu (I4N) bir ortama transfer edilmiştir.
Birbirini takip eden replikasyonlarda elde edilen DNA'lardaki
I4
N ve l5N dağılımı dansite
gradientli denge sedimentasyonu metodu ile belirlenmiştir. l5NH4Cl’lü ortamda üretilen ve
bütün DNA'lardaki azotların
15
N ile işaretlendiği farzedilen E.colilerin, l4N'lü ortamdaki ilk
nesillerine A1, ikinci nesillerine A2 denilirse, bunlardan elde edilen DNA'ların dansite
gradientli denge sedimentasyonu sonuçları Şekil 1'de özetlenmiştir.
Şekil 1. Semikonservatif replikasyonun. şematik gösterilişi: (a) Saf15 N ve
DNA'lar ile A1 ve A2 DNA'larının dansite gradientli sedimentasyonu, (b) DNA'sı
14
15
N'li
N'lu
E.colilerin l4N'lu ortamda iki nesil üremeleri.
Kornberg ve arkadaşları, E.coli'de DNA sentezini katalizleyen enzim olarak 103 kdal
molekül ağırlığındaki DNA polimeraz I'i keşfettiler. Burada I numarasının verilmesinin
sebebi sonradan başka DNA polimerazların da bulunmasıydı. Daha sonraki yıllarda yine
E.coli ile yapılan araştırmalar, çok sayıda enzim ve proteinlerin DNA replikasyonunda
1
doğrudan görev aldığını göstermiştir (Tablo 1). Genetik analizler bunların sayısının en az
yirmi olduğunu ortaya koymaktadır.
Tablo 1. E.coli'nin replikasyonunda rol alan önemli protein ve enzimler.
Protein
Rolü
Mol.ağ.(kdal)
Dna A proteini
Başlangıç noktasını (orijini) bulur ve açar
50
Dna C proteini
Dna B'nin başlangıç noktasına bağlanmasına
29
yardım eder.
-Dna B
helikaz)
proteini
(DNA
Primazın çalışmasını başlatır, DNA'yı açar
300
Dna G proteini (Primaz)
RNA primerlerini sentezler RNA polimeraz
60
aktivitesine sahiptir
SS-Bağlama proteini
Açılmış bölgeyi tek zincir halinde tutar
DNA giraz
Negatif süper bükülmelari oluşturarak
helikazın
meydana
getirdiği
süper
400
bükülmeleri ortadan kaldırır (bir çeşit
topoizomeraz)
DNA polimeraz III
DNA sentezler
900
DNA polimeraz I
Primeri siler ve boşlukları doldurur
103
75,6
Son derece özel DNA tamir fonksiyonuna 88
sahiptir
DNA uçlarını birleştirir
74
DNA polimeraz II
DNA ligaz
E.coli bugün moleküler biyoloji seviyesinde üzerinde en çok araştırma yapılmış olan
bir organizmadır. Prokaryotik yapıdaki E.coli basit bir canlı olduğundan, bundan elde edilen
sonuçlar, çok daha -yüksek organizmalardaki benzer olayların mekanizmalarını açıklamada
ipucu oluşturmuştur.
DNA
enzimleri
polimeraz
bir DNA
enzimlerinin
zincirin
fonksiyon
3'-OH
ve
özellikleri:
DNA polimeraz
ucuna deoksiribonükleotid birimlerinin ilave
edilmesini katalizler:
DNA polimeraz enzimleri tarafından DNA zincirinin sentezlenmesi için aşağıdakilere
ihtiyaç duyulur:
l. Dört deoksiribonükleosit-5'-trifosfat çeşidi, yani dATP, dGTP, dTTP ve dCTP
ortamda mevcut olmalıdır. Mg+2 de gereklidir.
2.
DNA
polimerazlar
deoksiribonükleotidleri,
önceden
mevcut
olan
DNA (veya bir RNA)'mn 3'-OH ucuna ilave eder. Diğer- deyişle, serbest 3'OH grubuna sahip olan bir primer zincire ihtiyaç vardır.
2
Bir
3.
DNA
kalıbı
gereklidir.
Kalıp,
tek
veya
çift
zincirli
olabilir.
Bu enzimler şu yönlerden DNA polimeraz I'e
DNA Polimeraz II ve III:
benzemektedirler:
1.Kalıba bağlı olarak dNTP'Ierden DNA sentezleyebilmektedirler
2.Serbest
3'-OH
grubu
ihtiva
eden
bir
primere ihtiyaç duymaktadırlar.
3.Sentez 5'  3' yönündedir.
4.Her ikisi de 3'  5' ekzonükleaz etkisine sahiptirler.
eden
Bu
polimerazlarm
çift
zincirli
sarmallı
bölgelerin
DNA
kalıp
tercihleri
kalıpları
yakınındaki
üzerinde
uzun
tek
farklıdır.
optimum
zincirli
Kısa
boşluklar
etki
ihtiva
gösterirler.
bölgeler,
polimeraz
Çift
I
tarafından daha çok tercih edilmektedir. Bu enzimlerin in vitro maksimum katalitik hızları da
farklıdır. Polimeraz I tarafından saniyede 10 nükleotid
ilave
edilirken,
polimeraz
II
tarafından 0,5 ve polimeraz III tarafından da 1000 adet nükleotid zincire eklenir.
DNA
ligaz: DNA
ekleyebilir, fakat iki
polimerazlar, bir primer zincire deoksiribonükleotidleri
DNA zincirinin
uçlarını birleştiremez ve prokaryotik DNA'nın
bir çember şeklinde kapanmasını sağlayamaz. 1967 yılında, bu olayı gerçekleştiren DNA
ligaz enzimi keşfedilmiştir. Bu enzim iki DNA zinciri arasında fosfodiester bağı oluşmasını
katalizler:
DNA sentezindeki primer zincir: Hatırlanacağı gibi, DNA sentezinin başlaması için
serbest bir 3'-OH grubu ihtiva eden bir primere ihtiyaç vardır. Bununla ilgili en önemli ipucu
DNA sentezinin başlaması için RNA sentezinin gerekli olduğunun gözlenmesi ile elde edildi.
Bu buluş RNA'nın DNA sentezinde primer olabileceği fikrini kuvvetlendirdi
Replikasyonda ana DNA çift sarmalının açılması ve giraz aktivitesi: E.colideki
replıkasyon mekanizması üzerinde son yıllarda yapılan araştırmalar, ana çift sarmalının bir
çatal şeklini andıran replikasyon bölgesinde DNa A proteini tarafından gayet etkili bir tarzda
açıldığını göstermiştir. Bu açılma için gerekli enerji ATP hidroliziyle sağlanmaktadır.
3
Çember yapıdaki DNA çift sarmallarının (E.coli kromozomu gibi) açılması sırasında
süper bükülmeler (supertwists) adı verilen topolojik bir problem
ortaya
çıkar.
Bu
problemin ATP kullanan DNA giraz enzimi tarafından halledildiği son yıllarda Martin
Gellert tarafından keşfedilmiştir. Ayrıca,
süper bükülmeler, topoizomerazlar
DNA'nın açılmasıyla ortaya çıkan bu pozitif
adı verilen ve DNA zincirinin bazen
birisini
(topoizomeraz I), bazen de ikisini (topoizomeraz II) kırıp önden birleştirerek oluşturulan
negatif süperbükülmelerle ortadan kaldırılmaktadır.
Replikasyon, prokaryotlarda tek bir orijinde
başlarken,
ökaryotik replikasyon
çok orijinlidir. Bu orijinlerden DNA sentezi iki yönlü (bidirectional) olarak gerçekleştirilir.
Dolayısıyla, çift sarmalın açılması sonucu ortaya çıkan her iki
DNA
zinciri
de
kalıp
fonksiyonu görecektir. Ancak, DNA sentezi 5’3’ yönünde gerçekleşir, kalıp olarak da 3'
5' yönündeki DNA zincirini kullanır. Bunun sonucu olarak, DNA'nın açılma yönündeki
replikasyon çatalı üzerinde, yine açılma yönünde 3'-OH ucuna
nükleotidlerin eklenmesiyle
oluşan bir sürekli (leading) zincir ile diğer zinciri kalıp alan ve sarmal açıldıkça yeni
başlangıçlarla
zincir parçalarının meydana geldiği kesikli (lagging) zincirler sentezlenir. Bu
DNA zincir parçalarına Okazaki parçaları adı verilir ve bunlar daha sonra DNA ligaz
enzimlerince birleştirilirler.
Şekil 2. Açılan DNA çift sarmalı üzerine iki yönlü replikasyon
Prokaryotik replikasyonun özeti:
1. Primaz adı verilen özel bir RNA polimeraz, DNA
kalıbı zincirlerinden birisine
komplementer olacak sırada yaklaşık 10 nükleotid biriminden ibaret kısa bir RNA zinciri
sentezler. Primaz, polimerizasyon için bir primere ihtiyaç göstermez. Sürekli zincir için
yalnız
bir primer gerekirken, kesikli zincir için her Okazaki parçası başına bir
primer sentezlenir.
4
2.Bu RNA zincirinin uç 3'-OH grubu yeni DNA'nın sentezinde primer olarak
görev yapar
3.RNA-DNA hibridinin RNA kısmı, DNA polimeraz I tarafından hidrolizlenir.
4.RNA'nın uzaklaştırılmasıyla DNA parçaları arasında meydana gelen boşluklar yine
DNA polimeraz I tarafından doldurulur.
5.Kesikli zincirde oluşan Okazaki parçalarının uçları DNA ligaz tarafından birleştirilir
Ökaryotik DNA Replikasyonu
Ökaryotik DNA sentezinde de prokaryotlardakine benzer yol takip edilmektedir. En
önemli farklılık, ökaryotlarda replikasyonun çok noktadan başlaması ve en az 5 sınıf DNA
polimerazın görev almasıdır. Ayrıca, Ökaryotik DNA sentezi prokaryotlara göre 10 kat
daha yavaştır (prokaryotlarda 1000 nükleotid/s, ökaryotlarda 100 nükleotid/s).
DNA Üzerindeki Hasarların Onarımı
DNA, birçok kimyasal ve fiziksel
faktörler tarafından tahrip edilebilir. Bütün
hücrelerde bu tahribatı onaracak mekanizmalar mevcuttur. Bu tahribat esnasında bazlar
değişebilir ve kaybolabilir, omurga üzerindeki fosfodiester bağları kopabilir ve zincirler
arasında çarpraz bağlanmalar oluşabilir.
Bütün bu hasarları
iyonlaşmaya sebep olan
radyasyonlar, ultraviyole ışık ve çeşitli kimyasal bileşikler meydana getirebilir.
Onarım mekanizması en iyi anlaşılmış bulunan hasar, DNA'nın UV ışığa maruz
kalmasıyla oluşan piridin dimerleridir. Bir DNA zinciri üzerinde komşu iki pirimidin rezidüsü
bu durumda birbirlerine kovalent olarak bağlanabilir. Böyle bir pirimidin dimeri (mesela
aşağıdaki timin dimeri gibi) bir çift sarmal yapısına uymadığından, replikasyon ve gen ifadesi
hasar uzaklaştırılıncaya kadar bloke edilir, yani durdurulur.
Bu onarım işi için dört çeşit enzim aktivitesine ihtiyaç vardır. Önce, bir UV-spesifik
endonükleaz bozuk bölgeyi tespit eder ve genellikle 5' tarafından dimer yakınında bir ester
bağını hidrolizler. Dimeri taşıyan kısım açılır ve DNA polimeraz I tarafından 5' 3' yönünde
onarım sentezi için zemin hazırlar.
Daha sonra pirimidin dimerini taşıyan kısım, DNA polimerazın 5'3’ ekzonükleaz
aktivitesiyle uzaklaştırılır. Son olarak da yeni sentezlenen DNA uzantısı ile DNA zincirinin
önceden bulunan kısmı DNA ligaz tarafından birleştirilir.
5
Şekil 3. Bir timin dimeri ihtiva eden bir DNA bölgesinin onarım basamakları.
HORMONLAR
Hormonlar, değişik iç salgı (endokrin) bezlerinde küçük miktarda sentezlenen ve kan
yoluyla hedef organlara taşınılan kimyasal habercilerdir; omurgalıların hedef organlarında bir
seri fizyolojik ve metabolik aktiviteleri düzenlerler.
MEMELİLERDE ENDOKRİN SİSTEMİN ORGANİZASYONU
Hormonların bazılarının sentezi ve salgılanması,i hiyerarşik tarzda hormon-hedef
hücre etkileşmesinin birbirini takip eden basamakları üzerinden kontrol edilir. Hipatalomus,
beyin üzerindeki spesifik bir sinirsel haberciyle karşılaşırsa, salgılama faktörleri denilen
küçük miktarda hormonlar salgılar; bu hormonlar proftader sistem üzerinden adenohipofize
varırlar. Daha sonra adenohipofizde salgılatma faktörlerinin her biri spesifik bir hormonun
salgılanmasını uyarabilirler.
Hipofiz tarafından kontrol edilmeden direkt olarak salgılanan hormonlar da vardır.
Bunlara örnek olarak, tiroid bezi ve paratiroid bezinin belirli hücrelerinde oluşturulan
polipeptid yapısında olan kalsitonin ve Ca++2le fosfat düzeylerini ayarlayan parathormon
verilebilir.
6
Şekil 4: Hipotalamusun kontrolü altında endokrin düzenlemenin hiyerarşik
organizasyonu.
Hormonların salgılanması kompleks bir kontrol şebekesiyle ayarlanır. Sinir sistemi
vasıtasıyla taşınan dış uyarılar, hipotalamusıın aktivitesini değiştirir ve aynı zamanda
böbreküstü bezinin medullasından adrenalinin salgılanmasını ayarlar. Adenohipofiz
vasıtasıyla tropik hormonların salgılanması da, bir feed-back mekanizmasıyla hedef bezlerinin
karakteristik salgılanması şekline göre ayarlanır.
HORMON RESEPTÖRLERİ VE İNTRASELÜLER (HÜCRE İÇİ) HABERCİ
MADDELER
Hormon etkisinin iki temel prensipi, son yıllarda yapılan araştırmalarla açıklığa
kavuşturulmuştur. Birincisi; hedef hücreler hormon molekülünü yüksek spesifite ve afinite ile
bağlayabilen özelleşmiş proteinler olan spesifik hormon reseptörlerine sahiptirler. Bu gibi
hormon reseptörleri hedef hücrelerde çok küçük miktarda mevcutturlar.
İkinci prensip ise, hormonun spesifik reseptörüne bağlanması hücre içi bir haberci
molekülünün oluşumuna sebep olur; daha sonra bu haberci molekülün hedef dokunun belirli
karakteristik biyokimyasal aktivitesini uyarır veya inhibe eder.
ADRENALİN VE cAMP
Adrenalin (Şekil 5)'in kana salgılanması bir seri reaksiyona sebep olur. Bu
reaksiyonlara, kan basıncının artması, kalp çarpıntısı ve kalp fonksiyonunun artması ve düz
7
kaslar üzerinde bazısında gevşemeye, bazısında kasılmaya götüren karakteristik etkiler
girerler. En önemli biyokimyasal sonuç, glikojenin kaslarda laktata ve karaciğerde kan
glukozuna çok daha büyük ölçüde yıkımıdır.
Earl Sutherland ve arkadaşları adrenalinin plazma membranında Mg+2'ye bağımlı bir
enzimatik reaksiyonu çok kuvvetle uyardığını tespit ettiler. Bu reaksiyonda ATP, inorganik
pirofosfatın açığa çıkmasıyla siklik AMP (cAMP)'ye dönüşür:
Şekil 5: Böbrek üstü iliğinde sentezlenen hormonlar: Noradrenalm sinir sisteminde
nörotransmitter olarak etki yapar
GLUKAGON
Adrenalin yanında, belirli hedef hücrelerde diğer bazı hormonlar da cAMP
konsantrasyonunu yükseltebilirler. Bu hormonlardan birisi de hiperglisemik-glikojenolitik
hormon olarak adlandırılan glukagondur. Glukagon, pankreasın bir polipeptid homunu olup,
kan glukoz seviyesi 100 ml'de yaklaşık 80 mg olan normal değerin altına düşer düşmez
langerhans adacıklarının a-hücrelerinden kana salgılanır. Serbest hale geçen glukagon
karaciğerde glikojen yıkımını sağlar ve böylece kanın glukoz seviyesini normal sınırlara
yükseltir. Buna göre glukagon insuline zıt etki gösterir. Glukagon ve insulin, pankreasın
farklı hücre tiplerinde sentezlenirler. Glukagon 29 amino asitten oluşan bir polipeptiddir
8
cAMP’NİN ARACI OLDUĞU DİĞER ENDOKRİN VE DÜZENLEYİCİ SİSTEMLER
Hedef hücre yüzeylerinde spesifik bağlanma yerlerine bağlanarak, membrana bağlı
adenilat siklazı uyaran diğer bazı hormonlar da bilinmektedir. Adenohipofiz hormonları olan
ACTH, LH, FSH, TSH ile parathormon ve kalsitonin bu gruba girerler. Nörohipofiz hormonu
olan vazopressin, böbreklerde cAMP miktarını artırır. Birçok hormon cAMP oluşumunu
uyararak etki gösterdiği halde, her hormon özel spesifiteye sahiptir; çünkü her hormon sadece
kendi reseptörünü ihtiva eden hücrede cAMP sentezini uyarır. Bundan başka cAMP, uyarılan
hücrede kalır ve kan dolaşımına gitmez ve bu suretle her hücrenin genel bir uyarılmasına
sebep olabilir.
DİĞER SEKONDER ELÇİLER: cGMP, DİAÇİL-GLİSEROL, İNOSİTOL,1,4,5TRİFOSFAT VE KALSİYUM
Bir başka siklik nükleotid olan guanozin-3’, 5’-siklik monofosfat (cGMP), bağırsak,
kalp, kan damarı, beyin ve böbreklerin birleşen kanalının hücreleri dahil olmak üzere belirli
hücrelerde sekonder bir elçi olarak fonksiyon görür. cGMP tarafından taşınan mesaj dokuya
göre değişir. Böbrek ve bağırsakta iyon transferi ve su emiliminde değişmeye sebep olurken,
kalp (düz) kasında gevşemeye yol açar; gelişme sırasında ve yetişkinlerde beyin fonksiyonları
için gerekli olabilir.
Sinyal reseptörlerinin üçüncü bir sınıfı, bir G proteini tarafından bir plazma membran
fosfolipaz C'ye bağlanır. Fosfolipaz C. plazma membran lipidi olan fosfatidilinositol 4,5bisfosfat için spesifiktir. Bu hormona duyarlı enzim, iki güçlü sekonder elçinin oluşumunu
katalizler: diaçilglierol ve inositol-l,4,5-trisfosfat.
Diaçilgliserol sekonder bir elçi olarak, membrana bağlı Ca+2 bağımlı hır enzim olan
protein kinaz C(C kalsiyumu ifade eder)'yi aktive ederek fonksiyon görür. Protein kinaz C,
spesifik hedef proteinlerinin serin ve treonin rezidülerini, katalitik aktivitelerini değiştirerek
fosforiller. Protein kınaz C'nin birçok izoenzimleri bilinmektedir; bunların herbiri
karakteristik im dokuda bulunur ve Ca+2 ile
diaçilgliserol tarafından aktivasyona karsı
karakteristik duyarlılıkları vardır.
İNSULİN: SENTEZİ, DEPOLANMASI VE SALGILANMASI
İnsulin, önce proinsulin halinde pankreasta sentezlenir. Proinsulin. Organizma
cinsine göre 81 i l e 86 arasında amino asitten meydana gelen tek bir polipeptid
zincirinden ibarettir.
İnsulin, proinsulin halinde ribozomlarda sentez edildikten sonra, endoplazmik
retikulum kanalları yoluyla golgi cisimciklerine taşınır. Golgi cisimciklerinde proinsulin,
insulin ve C-peptidine parçalanır. İnsulin ve C-peptid burada Zn+2 birlikte düzenli bir şekilde
9
kristallenerek depolanır. Son olarak bu vezikül muhtevası, kan şeker seviyesinin
yükselmesinin sebep olduğu belirli bir sinyal üzerine bir ekzositoz vasıtasıyla kana salınır.
Ca+2 insulinin serbest hale geçmesinde önemli bir rol oynar.
STEROİD HORMONLARI
Başlıca steoid hormonları şunlardır: Östrojenler veya dişi cinsiyet hormonları (en
önemlileri 17(β)- östradiol ve östrondur), androjenler veya erkek cinsiyet hormonları
(testosteron, dihidrotestosteron), progesteron, aldosteron ve böbrek üstü kabuğunun steroid
hormonları (özellikle kortizol, aldosteron ve kortikosteron). Bu hormonların bazılarını yapısı
Şekil 5’de
esasen cinsiyet organları üzerinde etki yaptıkları halde, böbreküstü kabuğu
vasıtasıyla
salgılanan steroid hormonları birçok dokularda karbohidrat ve protein
metobalizması üzerine esaslı etkiler gösterirler.
Şekil 5. En önemli steroid hormonları. Testosteron, progesteron, östron, kortizon ve
aldosteronun yapıları lipidler konusunda verildiğinden buraya alınmamıştır.
TİROİD BEZİ HORMONLARI
Tiroid bezinin karakteristik hormonları tiroksin ve 3,5,3' triiyodotironindir (Şekil 6).
Bu hormonların insan ve hayvanların bazal metabolizması üzerindeki fizyolojik etkileri uzun
zamandan beri bilinmesine rağmen, biyokimyasal etki tarzları tam anlamıyla henüz
bilinmemektedir. Basedovv hastalığının sebebi hipertireoz denilen tiroid bezi hormonlarının
fazla salgılanması olduğu gibi, hiportireoz denilen tiroid bezi hormonlarının
eksik
salgılanması da miksödeme götürür.
10
Şekil 6: Tiroid bezi hormonları
PARATHORMON, 1,25-DİHİDROKSİ-KOLEKALSİFEROL VE
KALSİTONİN
Bu
üç
hormon
memeli
hayvanlarda
Ca+2
ve
fosfat
metabolizmasının
düzenlenmesinde önemli roller oynarlar. Bunların tam etki tarzları anlaşamamasına rağmen,
önemli biyokimyasal aşamalara varılmıştır. Kanda Ca+2 konsantrasyonu normal değerin altına
düşer düşmez, paratiroid bezinden kana parathormon salgılanır. 84 amino asitli bir polipeptid
olan bu hormon, önce böbreklere etki eder ve adenilat siklazı uyarır. cAMP'nin artışı idrarda
fosfat atılımını sağlar, böylece kanda fosfat konsantrasyonu düşer. Parathormon, böbreklerde
25-hidroksikolekalsiferolden 1,25- dihidroksi-kolekalsiferolün
sentezini de uyarır. 1,25-
Dihidroksikolekalsiferol, böbreklerden salgılanır ve ince bağırsaklar ile kemikler üzerine etki
eder.
Tiroid bez, ve paratiroid bezinden salgılanan bir başka polipeptid hormon olan
kalsitonin, 32 amino asit ihtiva eder (M.A. 4500). Bu hormon esas itibariyle kemikleri etkiler,
bununla birlikte böbrekleri de etkiler Ca+2 muhtevası artınca, kalsitonin salgılanması artar.
Kalsitonin eder ve böylece kemiklerden kana Ca+2'nin salınmasını inhibe eder ve böylece
parathormonun zıt düzenleyicisi olarak etki gösterir.
11