REPLİKASYON DNA nın en önemli özelliği kendi kendini eşleyebilmesidir. self duplikasyon Amaç; DNA molekülünün, içerdiği genetik bilgilerin sonraki nesillere aktarılması için birebir kopyasının oluşturulmasıdır.

SANTRAL DOGMA Hücredeki bilgi aktarım reaksiyonlarının tamamına santral dogma denir.

Replikasyon genetik materyalin birebir aynısının oluşturulma işlemidir. DNA kendini eşleyebilen tek moleküldür. Böylece ilk baştaki DNA molekülü ile tüm nükleotid dizisi tamamen aynı olan yeni bir DNA molekülü ortaya çıkar. Bu sayede DNA da taşınan bilgi her replikasyon olayı ile sonraki nesillere geçer. İnsanlarda ve hayvanlarda, milyonda bir (10-6) hata oranı bile her bir replikasyon döngüsünde yaklaşık 3000 hata

DNA molekülü, her hücre döngüsünde bir kere ve tam olarak replike olmaktadır. DNA replikasyonunda problem olursa, hücre bölünmesi de durur.  DNA sentezi, hücre döngüsünün S fazında meydana gelir.  

Replikasyon hücredeki kalıtsal molekül miktarının iki katına yükselmesi, genetik bilginin dölden döle devamlılığı Hücre bölünmesi kalıtsal molekülün eşit biçimde paylaşımı, yavru hücrelerin birbirleriyle ve ana hücreyle aynı miktarda kalıtsal moleküle sahip olmaları

DNA Replikasyon şekilleri: Konservatif (Saklı ) 2.Dispersif ( Parçalı ) 3. Semikonservatif ( Yarı- saklı )

Konservatif DNA Replikasyonu çift zincirli haldeki DNA’nın kendi etrafında dönerek bir ucundan diğer ucuna kopyasını oluşturması… Yeni oluşan DNA eski DNA’dan parça içermez.

Dispersif DNA Replikasyonu DNA kopyalanma sırasında kırılır ve kırılan DNA parçaları iki yeni çift sarmal içine dağılır, Böylece her bir zincirde hem eski hem de yeni DNA bulunur. Gerçekleşme ihtimali en zayıf olan hipotezdir.

Semikonservatif DNA Replikasyonu Günümüzde kabul gören hipotezdir. DNA çift sarmal yapıdan ayrılarak tek zincirli hale gelir ve her zincir kendisinin kopyasını yaparak 2 DNA molekülü oluşturur.

DNA replikasyonu yarı koruyucu bir model ile açıklanır. Bu model iki zincirli sarmal DNA nın her bir ipliğinin kalıp görevi yaparak kendine yeni bir eş DNA ipliği oluşturması işlemidir. Böylece bir ana molekülden oluşturulan yeni DNA molekülü, ana DNA nın bir zincirini taşımaktadır.

DNA replikasyonu rastgele DNA zincirinin her hangi bir noktasından başlamaz. REPLİKASYON ORJİNİ Bu nokta prokaryotik hücrelerde 1 adet iken ökaryotik hücrelerde çok daha fazladır (›1000).

Genellikle iki yöndeki replikasyon çatallarında replikasyon 5  3 yönünde ilerler; Kalıp olarak görev gören kol 3  5 yönünde okunur

HATIRLAYALIM….. Bir nükleotidin  5' ucunda bulunan fosfat grubuna başka bir nükleotidin 3' hidroksil grubu bağlanırsa  fosfodiester bağı oluşur. DNA’nın sentez yönü bu yüzden 5’ 3'

Okuma yönü Sentez yönü

Replikasyon için gerekli yapı taşları: 1. Dört çesit dNTP (dATP, dGTP, dTTP, dCTP) (substratlar) ve Mg+2 iyonu. 2. Serbest 3'-OH grubuna sahip bir iplik ( primer ) (enzim yeni bir sentezi başlatamaz !!! ) (zincir uzatma reaksiyonu) Bir DNA kalıbı (DNA ipliği ) (DNA polimeraz bir kalıp tarafından yönetilen enzim !!! ) İki nukleotid arasında fosfodiester bağı olusumu için ipliğe eklenecek nükleotidin kalıp iplikteki nükleotidin tamamlayıcısı olması gerekli. (tamamlayıcılık/baz eslesmesi) 4. Enzim (DNA polimeraz)

REPLİKASYONDAKİ ENZİM SİSTEMİ DNA polimerazların kataliz aktiviteleri 5’3' polimeraz aktivitesi : replikasyondaki her reaksiyon asamasında bir nukleotidin 3’OH grubu ile eklendiği ipliğin ucundaki (son) nukleotidin 5’PO4 grubu arasında fosfodiester bağı olusturulması ⇒ sentezlenen DNA ipliğinin 5’3' yönünde uzaması. 3’5' eksonukleaz aktivitesi : replikasyon sırasında sentez edilen zincirin yapısına yanlıs giren nükleotidin yok edilmesi . 5’3' eksonukleaz aktivitesi : replikasyonda görevi tamamlanmıs olan primer zincirin yok edilmesi; ayrıca DNA’da kusurlu bölgelerin kesilmesi.

Prokaryotik polimerazlar

Yeni Sentezlenen DNA’daki Hatalar 3’5’ Eksonukleaz Aktivitesiyle Düzeltilir.

Replikasyon 1. Replikasyon orjininden replikasyon başlayınca DNA helikaz enzimi ile bazlar arasındaki H bağı kopar.

DNA replikasyon yönü (yeni sentezlenen zincirin yönü) 5’ 3’ ucuna doğrudur DNA molekülü birbirine zıt yönde paralel iki zincir içerdiğinden (biri 5’ 3’ diğeri 3’ 5’) sentezin aynı anda ve devamlı olarak ilerlemesi mümkün değildir. Bu nedenle replikasyon çatalında iki farklı sentez tipi ortaya çıkar. 1- Devamlı iplik (DNA) sentezi ( 3’ 5´ kalıbına uygun sentez ) 2- Kesikli iplik (DNA) sentezi ( 5´ 3´ kalıbına göre yapılan sentez)

Kesikli DNA zincirlerinin oluşumunu deneysel olarak gösteren Okazaki ve Ark.(1968) dan dolayı bunlara Okazaki Parçaları adı verilmiştir. (ökaryotlarda 100-200 nukleotidlik parçalar) Her bir Okazaki parçasının başlangıcında RNA primerleri bulunmaktadır.

Genellikle iki yöndeki replikasyon çatallarında zincir uzaması 5  3 yönünde ilerler; Kalıp olarak görev gören kol 3  5 yönünde okunur

2. Tek zincir hale gelen DNA sarmalının yeniden birleşmemesi için proteinler devreye girer. replikasyon çatalının sürekliliğini saglayan ,tek DNA ipliğine bağlanarak katlanmayı önleyen proteinler

3. RNA polimeraz enzimi replikasyon orjini noktalarından 8-10 nükleotitlik RNA primerini sentezler, ve bu RNA nın 3’ ucuna DNA polimeraz III tarafından yeni nükleotidler eklenir.

4. DNA sentezi ilerledikçe asıl DNA molekülünde kesintili zincirlerin (Okazaki fragmenti) sentez sonucu birleştirilmesi LİGAZ enzimi tarafından devam eder.

Replikasyon çatalında replikasyonda iş gören 4 temel yapı vardır; DNA helikaz, DNA sarmalını çözen enzim Primaz, DNA sentezinin başlıyabilmesi için gerekli olan RNA primerlerini (RNA öncül molekül) sentezleyen enzim DNA Polimerazlar, kalıp zincire komplamenter yeni DNA zincirini sentezleyen enzim Tek zincire bağlanan (SSB) proteinler, replikasyon çatalının sürekliliğini saglayan ,tek DNA ipliğine bağlanarak katlanmayı önleyen proteinler

DNA polimeraz III , her bir nükleotidin kalıp üzerindeki tamamlayıcı bazına uygun olarak, yeni zincire eklenmesini kontrol eder. Eğer kalıp bazdaki adenine uyan, timin yerine sitozin taşıyan nükleotid yeni zincire eklenirse, DNA polimeraz III, yapıya yanlışlıkla katılan nükleotidi hidrolitik olarak uzaklaştırarak, timin taşıyan doğru nükleotidi yerine yerleştirir.

Öncül RNA molekülünün Çıkartılıp Atılarak DNA ile Yer Değiştirmesi   DNA polimeraz III sentezi, yeni bir öncü RNA ile karşılaşıncaya kadar devam eder. Öncü RNA molekülüne gelindiğinde, DNA polimeraz I ile RNA (primer) çıkarılarak DNA polimeraz I ile boşluk doldurulur .

DNA replikasyon yönü (yeni sentezlenen zincirin yönü) 5’ 3’ ucuna doğrudur

Kesikli zincir Devamlı zincir

Replikasyon ilerledikçe RNA primerleri kesilip çıkarılır Ortaya çıkan boş alanlar DNA polimerazlar tarafından kalıp DNA ya uygun olarak sentezlenir ve iki DNA ucu ligaz enzimi ile birleştirilerek bir bütün DNA ipliği oluşur. Ökaryotlarda replikonlarda tamamlanan DNA parçalarıda yine ligaz enzimi ile birleştirilir.

Replikasyonun yarı korunumlu olmasının kanıtları DNA sarmalında iki ipliğin zıt yönde paralel olması Replikasyonun aynı anda iki yönlü gerçekleşmesi DNA polimeraz aktivitesinin 5-3 yönünde olması Okazaki fragmentleri

TELOMER-TELOMERAZ

TELOMER- TELOMERAZ

Kesintisiz zincirdeki sentez normal olarak kromozom ucuna kadar devam ederken, KESİNTİLİ ZİNCİRDE RNA primeri uzaklaştığında sorun ortaya çıkar. Kromozomun ucunda 3’-OH grubunu sağlayacak kalıp zincir kalmaz!!!

TELOMERAZ

TELOMERİN İŞLEVLERİ DNA daki tek zincirli uçları korumak ve ölümsüzlük Kromozomları yeni düzenlemelerden korumak Mayoz profazında eşleşme ve hareketi sağlamak Kırık kromozomların yapışmasını engellemek

SOMATİK HÜCRELERDE TELOMERLER 1. Hücre kültüründe, Her hücre döngüsü sonunda kısalırlar 2. In vivo da yaşlı kişilerin hücrelerinde daha kısadır 3.Telomerdeki boy kısalması yaşlılık sinyalidir ve belli noktaya kadar kısalma devam eder

Somatik hücrelerde, telomer tekrarları tam olarak doğarlar Ancak bu hücrelerde telomeraz geni kapalıdır Bu nedenle her hücre bölünmesinde telomerin boyu 25-200 nukleotid kadar kısalır Belli bir noktaya gelindiğinde bölünme durur Bu olay aynı zamanda replikatif hücre yaşlanması olarak da tanımlanır Bu mekanizma somatik hücrelerde, bölünme kontrolü gibi çalışır ve anormal bölünmelere yani kansere karşı korunmayı sağlar

TELOMERAZ AKTİVİTESİ Embriyonik hücrelerde Germ hücrelerinde Sürekli çoğalan hücrelerde (Hematopetik kök hücreleri, aktif lenfositler, intestinal hücreler) Kanser hücrelerinde görülür Normal koşullarda, somatik hücreler telomeraz aktivitesi göstermez. Somatik hücrelerde: Telomer kaybı ve yaşlılık arasında yakın ilişki vardır PROGERIA (Hızlı Yaşlanma Hastalığı), ciddi telomer kısalması ve kaybı gözlenir.

http://www.wiley.com/college/pratt/0471393878/student/animations/dna_replication/