DNA Replikasyon Mekanizmaları
DNA replikasyonu, bir hücrenin bölünmeden önce tüm genomunu kopyaladığı, böylece her yavru hücrenin eksiksiz ve doğru bir kopyayı almasını sağlayan yarı korunumlu (semiconservative) bir süreçtir. Bu mekanizma, çift sarmalı tanımlanmış başlangıç noktalarında (origin) açmakta ve hareketli replikasyon çatallarında (replication fork) her bir ebeveyn kalıp üzerinde yeni tamamlayıcı iplikçikler sentezlemektedir.
Tanım
DNA replikasyonu, genomun enzimatik, yarı korunumlu bir kopyalanmasıdır; bu süreçte çift sarmal başlangıç noktalarında (origins) çözülmekte ve her bir ebeveyn iplikçik, yeni bir tamamlayıcı iplikçiğin sentezi için kalıp görevi görmekte, böylece iki özdeş yavru çift sarmal (duplex) üretilmektedir.
Kapsam
Bu madde, yarı korunumlu ilkeyi, replikasyon başlangıç noktalarındaki (origins of replication) başlatmayı, replikasyon çatalının mimarisini ve hareketini, öncü (leading) ve gecikmeli (lagging) iplikçik sentezi arasındaki ayrımı ve bir replizom (replisome) olarak birlikte hareket eden çok sayıda proteinin koordinasyonunu ele almaktadır. Konu, metodolojik ve mekanistik bir nitelik taşımakta olup, klinik bir rehberlik sağlamamaktadır.
Anahtar kavramlar
- Yarı korunumlu replikasyon
- Replikasyon başlangıç noktası (Origin of replication)
- Replikasyon çatalı (Replication fork)
- Helikaz (Helicase) ve çözülme
- Öncü ve gecikmeli iplikçikler
- Okazaki parçacıkları (Okazaki fragments)
- Primaz (Primase) ve RNA primerleri (RNA primers)
- Replizom (Replisome) koordinasyonu
Mekanizmalar
Replikasyon, belirli başlangıç noktalarında (origins) başlamaktadır; burada başlatıcı proteinler, çift sarmalı çözen helikazları (helicase) yükleyerek karşıt yönlerde hareket eden iki replikasyon çatalı oluşturmaktadır. DNA polimerazlar yalnızca 5'-3' yönünde sentez yaptığından, iki antiparalel kalıp iplikçik farklı şekilde kopyalanmaktadır: öncü iplikçik (leading strand) çatala doğru kesintisiz olarak sentezlenirken, gecikmeli iplikçik (lagging strand) ise daha sonra birleştirilen kısa Okazaki parçacıkları (Okazaki fragments) halinde kesintili olarak sentezlenmektedir. Primaz (primase), sentezi başlatmak için kısa RNA primerleri (primer) yerleştirmekte, tek iplikçikli bağlayıcı proteinler (single-strand binding proteins) çözülmüş kalıbı stabilize etmekte, topoizomerazlar (topoisomerase) çatalın önündeki torsiyonel gerilimi azaltmakta ve kayar bir kıskaç (sliding clamp) ile kıskaç yükleyici (clamp loader), polimerazın prosesifliğini (processivity) sürdürmesini sağlamaktadır. Bu aktiviteler, çekirdek mantığı bakteri, arke ve ökaryotlarda korunmuş olan koordineli bir çoklu protein replizom (replisome) içinde organize edilmektedir. Watson ve Crick tarafından öngörülen yarı korunumlu doğa, Meselson ve Stahl tarafından deneysel olarak doğrulanmıştır.
Klinik önem
Replikasyon mekanizmaları, genomların hücre bölünmeleri boyunca nasıl korunduğunun temelini oluşturmakta ve replikasyon stresi ile hataların hastalıklardaki genom instabilitesiyle (genome instability) nasıl ilişkili olduğunu açıklamaktadır. Bu madde, mekanizmaları referans amacıyla tanımlamakta olup, tanı veya tedavi için bir temel oluşturmamaktadır.
Tarihçe
Yarı korunumlu model, 1953'teki çift sarmal yapısından doğrudan türemiş ve 1958 Meselson-Stahl yoğunluk etiketleme deneyiyle doğrulanmıştır. Sonraki çalışmalar, başlangıç noktası tanınmasını (origin recognition), çatal enzimolojisini ve kesintili gecikmeli iplikçik sentezini ayrıntılı olarak incelemiş; modern derlemeler ise bunları yaşamın üç alanını kapsayan korunmuş bir replizom çerçevesine (framework) entegre etmektedir.
Öne çıkan isimler
- Matthew Meselson
- Franklin Stahl
- Arthur Kornberg
- Reiji Okazaki
- Bruce Stillman
İlgili konular
Temel eserler
- watson-crick-1953
- meselson-stahl-1958
- odonnell-2013
Sıkça sorulan sorular
- Neden yeni iplikçiklerden biri kesintisiz, diğeri ise parçalar halinde sentezlenmektedir?
- DNA polimerazlar, bir iplikçiği yalnızca 5'-3' yönünde uzatmaktadır. Antiparalel kalıp üzerinde bu durum, öncü iplikçikte kesintisiz senteze olanak tanımakta, ancak gecikmeli iplikçiğin daha sonra birleştirilen kısa Okazaki parçacıkları (Okazaki fragments) halinde sentezlenmesini zorunlu kılmaktadır.
- Replikasyon başlangıç noktası (origin) nedir?
- Bir başlangıç noktası (origin), genom üzerinde sarmalın ilk açıldığı ve replikasyonun başladığı tanımlı bir bölgedir; her bir başlangıç noktasından, çatallar çevredeki DNA'yı kopyalamak üzere dışa doğru hareket etmektedir.