Bakteriyel Replikasyon ve Hücre Bölünmesi
Bir bakteri bölünmeden önce, tüm genomunu kopyalaması ve her bir yavru hücreye bir tam kopyasını dağıtması gerekmektedir. Bakteriyel DNA replikasyonu tek bir orijinden başlamakta ve her iki yönde ilerlemektedir; bu süreçte hücre büyümekte ve ardından ikili fisyon (binary fission) ile bölünmektedir. Kromozom kopyalanması, ayrılması (segregasyon) ve bir bölünme septumu (division septum) oluşumu, her yeni hücrenin tam bir genomu miras almasını sağlayacak şekilde koordineli olarak yürütülmektedir.
Tanım
Bakteriyel replikasyon ve hücre bölünmesi, bir bakterinin kromozomunu belirli bir orijinden kopyaladığı ve kopyaları ikili fisyon yoluyla iki yavru hücreye ayırdığı koordineli bir süreç olarak tanımlanmaktadır.
Kapsam
Bu konu, bakteriyel hücre döngüsünü; DNA replikasyonunun başlaması ve ilerlemesi, replizom, kopyalanmış kromozomun ayrılması (segregasyon) ve ikili fisyon yoluyla sitokinez dahil olmak üzere, bölünme mekanizmasının bir araya getirilmesiyle birlikte ele almaktadır. Bu, mekanistik bir referans genel bakışıdır ve klinik talimatlar sağlamamaktadır.
Temel sorular
- Bakteriyel DNA replikasyonu nasıl ve nerede başlar, kromozom etrafında nasıl ilerler?
- Replikasyonu hangi moleküler makine gerçekleştirir ve doğruluğu nasıl sağlanır?
- Kopyalanmış kromozomlar hücrenin zıt uçlarına nasıl ayrılır (segregasyon)?
- Bölünmenin zamanlaması, replikasyonun tamamlanmasıyla nasıl koordine edilir?
Anahtar kavramlar
- Replikasyon orijini (oriC)
- Çift yönlü, yarı korunumlu replikasyon
- Replizom ve DNA polimeraz III
- Öncü ve gecikmeli iplik sentezi
- Replikasyon çatalı ve terminus
- Kromozom ayrılması (segregasyon)
- İkili fisyon ve septum oluşumu
- Z-halkası ve divizom
Mekanizmalar
Bakteriyel replikasyon yarı korunumlu (semiconservative) ve çift yönlüdür (bidirectional): kromozomun çözüldüğü tek bir belirli orijinden başlamakta ve iki replikasyon çatalı (replication fork) zıt yönlerde ilerleyerek terminusta (terminus) buluşana kadar devam etmektedir. Replikatif DNA polimeraz etrafında organize olan replizom, öncü ipliği (leading strand) sürekli, gecikmeli ipliği (lagging strand) ise kesintili olarak kopyalamaktadır; O'Donnell ve arkadaşları tarafından incelendiği üzere, düzeltme okuma (proofreading) ve yanlış eşleşme onarımı (mismatch repair) yüksek doğruluk sağlamaktadır. Replikasyon ilerledikçe, iki yavru kromozom aktif olarak organize edilmekte ve zıt hücre kutuplarına doğru ayrılmaktadır (segregasyon); Wang ve arkadaşları bu süreci kromozom organizasyonu ve bölme mekanizması açısından tanımlamaktadır. Bölünme daha sonra ikili fisyon yoluyla gerçekleşmektedir; bu süreçte hücre, orta hücrede kasılabilir bir halka (contractile ring) oluşturmakta, bu halka bir septum sentezini yönlendirmekte ve her biri tam bir genom almış olan iki yavru hücreyi fiziksel olarak ayırmaktadır.
Klinik önem
Çeşitli antibakteriyel ilaç hedefleri replikasyon ve bölünme mekanizmalarında yer almaktadır; replikasyon ve bölünme hızı, bakteri popülasyonlarının ne kadar hızlı büyüdüğüne ve strese nasıl yanıt verdiğine katkıda bulunmaktadır. Bu madde, temel biyolojiyi açıklamaktadır ve ilaç seçimi veya hasta yönetimi için bir rehber değildir.
Tarihçe
DNA replikasyonunun yarı korunumlu (semiconservative) doğası ve DNA polimerazların enzimatik özellikleri, genom kopyalanmasının moleküler temelini oluşturmuştur; Escherichia coli gibi bakteriler merkezi deneysel model olarak hizmet etmiştir. Replizom, kromozom ayrılması (segregasyon) ve bölünme aparatı üzerine yapılan sonraki çalışmalar, O'Donnell ile Wang ve arkadaşları tarafından yapılan derlemelerde sentezlenerek, replikasyonu bakteriyel hücre döngüsü ile bütünleştirmiştir.
Öne çıkan isimler
- Arthur Kornberg
- Mike O'Donnell
- David Rudner
İlgili konular
Temel eserler
- odonnell-2013
- wang-2013
Sıkça sorulan sorular
- Bakteriyel replikasyonun çift yönlü olması ne anlama gelmektedir?
- Replikasyon tek bir orijinden başlamakta ve iki replikasyon çatalı dairesel kromozom etrafında zıt yönlerde ondan uzaklaşarak hareket etmekte, terminusta buluşana kadar devam etmektedir; böylece tüm genom, tek bir çatalın alacağı sürenin yaklaşık yarısında kopyalanmaktadır.
- Bakteriler nasıl bölünür?
- Çoğu bakteri ikili fisyon yoluyla bölünmektedir: kromozom kopyalandıktan ve ayrıldıktan (segregasyon) sonra, orta hücrede halka şeklinde bir bölünme makinesi bir araya gelmekte ve hücreyi iki yavru hücreye ayıran bir septum oluşturmaktadır.