DNA Replikasyonu ve Onarımı
Bir hücre bölünmeden önce tüm genomunu olağanüstü bir doğrulukla kopyalamaktadır ve bir onarım sistemleri ağı, aksi takdirde kalıtsal diziyi bozacak olan hasarları ve hataları sürekli olarak düzeltmektedir.
Tanım
DNA replikasyonu, her bir ebeveyn iplikçiğin yeni bir tamamlayıcı iplikçik için kalıp görevi gördüğü genomun yarı korunumlu kopyalanmasıdır; DNA onarımı ise hasarı ve replikasyon hatalarını tespit eden ve düzelten enzimatik yolların bütünüdür.
Kapsam
Bu konu, yarı korunumlu replikasyonu ve Meselson-Stahl deneyini, öncü ve gecikmeli iplikçikleri ile replikasyon çatalını ve Okazaki fragmanlarını, DNA polimerazlar, helikaz, primaz ve ligazın rollerini, düzeltme okumasını (proofreading) ve sentez doğruluğunu, ayrıca yanlış eşleşme onarımı (mismatch repair), baz ve nükleotit eksizyon onarımı ile çift iplikçik kırık onarımı dahil olmak üzere başlıca onarım yollarını kapsamaktadır. Dizinin nasıl kopyalandığı ve korunduğu ele alınmakta; bu sistemlere rağmen dizinin nasıl değiştiği ise mutasyon başlığı altında incelenmektedir.
Temel sorular
- Meselson-Stahl deneyi, replikasyonun yarı korunumlu olduğunu nasıl göstermiştir?
- Replikasyon çatalındaki iki iplikçik neden farklı şekilde sentezlenmek zorundadır?
- Düzeltme okuması (proofreading) ve yanlış eşleşme onarımı (mismatch repair) genomun çok düşük hata oranını nasıl sağlamaktadır?
- Hangi onarım yolları ne tür DNA hasarlarını ele almaktadır?
Anahtar kavramlar
- Yarı korunumlu replikasyon ve Meselson-Stahl deneyi
- Replikasyon çatalı, öncü ve gecikmeli iplikçikler, Okazaki fragmanları
- DNA polimerazlar, helikaz, primaz ve ligaz
- Düzeltme okuması (proofreading) ve replikasyon doğruluğu
- Yanlış eşleşme, eksizyon ve çift iplikçik kırık onarımı
Mekanizmalar
Helikaz çift sarmalı açar, primaz RNA primerlerini yerleştirir ve DNA polimeraz yeni iplikçikleri 5' ucundan 3' ucuna doğru, öncü iplikçikte kesintisiz olarak ve gecikmeli iplikçikte daha sonra ligaz tarafından birleştirilen Okazaki fragmanları şeklinde uzatır; polimeraz düzeltme okuması (proofreading) ve replikasyon sonrası yanlış eşleşme onarımı (mismatch repair), kimyasal ve ultraviyole hasarları için eksizyon yolları ile birlikte mutasyon oranlarını son derece düşük tutmaktadır.
Klinik önem
DNA onarımındaki kusurlar, hatalı nükleotit eksizyon onarımından kaynaklanan kseroderma pigmentozum ve yanlış eşleşme onarımı (mismatch repair) eksikliğinden kaynaklanan Lynch sendromu gibi kalıtsal hastalıklara ve kanser yatkınlığına neden olmaktadır; replikasyon enzimleri ise laboratuvar DNA amplifikasyonunun temelini oluşturmaktadır.
Tarihçe
Meselson ve Stahl, 1958'de yoğunluk etiketli DNA kullanarak yarı korunumlu replikasyonu doğrulamıştır; Kornberg ilk DNA polimerazı izole etmiştir; 1960'ların sonlarında keşfedilen Okazaki fragmanları, gecikmeli iplikçiğin nasıl yapıldığını açıklamıştır; onarım yolları ise sonraki on yıllar boyunca bakteri ve insan genetiği aracılığıyla aşamalı olarak haritalandırılmıştır.
Öne çıkan isimler
- Matthew Meselson
- Franklin Stahl
- Arthur Kornberg
- Reiji Okazaki
İlgili konular
Temel eserler
- meselsonStahl1958
Sıkça sorulan sorular
- Okazaki fragmanları nelerdir?
- Bunlar, gecikmeli iplikçikte kesintili olarak sentezlenen kısa DNA parçalarıdır; çünkü bu iplikçik sadece çatal hareketinin tersi yönde yapılabilmektedir. DNA ligaz adı verilen bir enzim daha sonra bunları kesintisiz bir iplikçik halinde birleştirmektedir.
- Hücre replikasyonu nasıl bu kadar doğru tutmaktadır?
- DNA polimerazlar sentez yaparken düzeltme okuması (proofreading) yaparak yanlış eşleşmiş nükleotitleri çıkarır ve ayrı bir yanlış eşleşme onarım (mismatch repair) sistemi daha sonra yeni sentezlenmiş DNA'yı tarar; bu mekanizmalar birlikte hata oranını yaklaşık olarak milyar baz başına bir hataya düşürmektedir.