Ünite 8: DNA Replikasyonu ve Protein Sentezi

DNA Replikasyonu

DNA replikasyonu ise DNA’nın çift ipliğinin birbirinden ayrılıp yeni tamamlayıcı ipliklerin sentezlenmesi, replikasyonun amacı da DNA’nın kendini çoğaltması yani genetik bilginin atadan döle doğru aktarılması, devamlılığın ve üremenin sağlanmasıdır. DNA’nın atasal ipliklerin kalıp olarak kullanılması, sentezlenen yeni DNA sarmalında bir ipliğin korunmuş olması nedeniyle yarı korunumlu (yarı saklı, semikonservatif) replikasyon olarak tanımlanmaktadır.

Replikasyon Başlangıç Noktası

DNA da replikasyonun başlaması için çift iplikli DNA sarmalında iki ipliliğin ayrılması, replikasyon çatalı oluşması ve açılan bu noktadan başlayarak her iki ipiliğin karşısına yeni iplik sentezlenmesi ile olur. DNA replikasyonu herhangi bir yerde değil belli noktalarda başlar ve her iki yöne doğru ilerler; bu noktalara replikasyon orjini denir.

DNA Replikasyonunda Görev Alan Enzim ve Proteinler

1. DNA polimeraz : DNA ipliğinin karşısına doğru bazları (deoksinükleotidtrifosfat = dNTP) getirerek tamamlayıcı ipliği sentezleme yeteneğine sahiptir..Bu enzimin çeşitleri vardır. Prokaryotlarda bulunan DNA polimeraz I ve DNA polimeraz II, DNA hasarının onarımında görev almaktadır. DNA polimeraz III ise asıl DNA replikasyonundan sorumlu enzimdir. Ökaryotlarda ise beş farklı tip DNA polimeraz bulunmaktadır. Bunlar; ? (alfa)- Çekirdek DNA’nın replikasyonu , ß (beta) - DNA tamiri, ? (gama) - Mitokondriyal DNA’nın replikasyonu, ? (delta) - Çekirdek DNA’nın replikasyonu, ? (epsilon)- Çekirdek DNA’nın replikasyonu’dur.
2. Helikazlar : Replikasyon çatalının ilerisinde DNA çift sarmalını bazlar arasındaki hidrojen bağlarını kopararak açarlar.
3. Tek zincire bağlanan proteinler (single stranded binding proteins, SSBP): Açılan DNA ipliklerinin tekrar birleşmesini engelleyen küçük proteinlerdir.
4. DNA giraz : DNA’nın ipliğinde kırılmalar yaparak sarmaldaki aşırı bükülmeleri ve dönüşleri gevşetir, denatürasyonuna yardımcı olur.
5. RNA primeri : DNA polimerazın ihtiyaç duyduğu serbest 3’OH grubunu sağlamak için, DNA kalıp alınarak 5-15 nükleotit uzunluğunda sentezlenen bir RNA zinciridir.
6. Primaz : RNA primerini sentezler.
7. DNA ligaz : 1000-2000 bazlık Okazaki parçaları’nı birleştirir (Okazaki parçaları: DNA’nın kesintili ipliğini bluşturmak üzere birbirine bağlanan kısa yeni sentenlezmiş DNA parçaları.) (Şekil 8.4).

DNA Replikasyon Mekanizması

Replikasyon orjini adı verilen özel baz dizilerinin bulunduğu noktalarda başlar. Helikaz enzimi, DNA ipliklerinde yer alan bazlar arasındaki hidrojen bağlarını kopararak, DNA çift sarmalı açılmasını sağlar. Tek zincire bağlanan proteinler ayrılan DNA ipliklerine bağlanır. Oluşan replikasyon çatalında 3’-5’ yönünde uzanan kesintisiz iplikte, primaz enzimi tarafından RNA primeri sentezlenir. RNA primerinin serbest 3’OH grubuna, DNA polimeraz tarafından,DNA’daki baza karşılık olan baz getirilerek eklenir. Bu işlem replikasyon çatalının bir sonraki replikasyon çatalı ile karşılaşıncaya kadar devam eder. Karşılaşma noktasında yeni sentezlenen ipliklerin uçları DNA ligaz ile birbirine eklenir (Şekil 8.5). Replikasyonda hata oranı çok düşüktür. Bunun nedeni; DNA polimerazın baz ekleme sırasında oldukça seçici davranması, eklediği her bazın doğruluğunu kontrol etmesi ve eğer hatalıysa çıkarıp tekrar doğru bazı eklemesidir.

Protein Sentezi

Protein sentezi hücrede gerçekleşen biyokimyasal bir işlemdir. Her hücrede gerçekleşen bu olay hücrenin canlılığını sürdürebilmesi için gereklidir. Protein sentezi DNA’daki bilginin ürüne dönüştürülme işlemidir. DNA’daki bilginin protein moleküllerine çevrilmesi iki aşamada gerçekleşir:

• Transkripsyon
• Translasyon

Transkripsyon

DNA molekülleri çekirdek porlardan geçemeyecek büyük olduğundan DNA’daki genetik bilgi ulak (messenger, mRNA) RNA’ya aktarılmaktadır. RNA polimeraz enzimi DNA’dan RNA’nın sentezlenmesini sağlar. RNA polimeraz genin , promotör denen, özgül noktalarına bağlanır, DNA çift sarmalını açar ve uygun nükeotitleri ardışık olarak birbirine ekler. RNA sentezi, polimeraz sonlanma dizisine gelinceye kadar devam eder.

Ökaryotik mRNA ilk sentezlendiğinde translasyon için uygun değildir, bu nedenle olgun olmayan mRNA (öncü mRNA ya da pre-mRNA) adı verilir. Nükleusta sentezlendikten sonra sitoplazmaya geçmeden önce bazı işlemlere tabi tutulur. Prokaryotlarda ise mRNA hazırdır, yani transkripsiyon ve translasyon aynı anda olabilmektedir.

Translasyon (Protein Sentezi)

mRNA’ların taşıdığı bilgiye uygun olarak aminoasitlerin ardışık sıralanmasıdır. Yani genetik bilginin ürüne dönüştürülmesidir. Translasyonda görev alan organel ve makro moleküller şunlardır

1. Ulak RNA (mRNA): DNA’da yer alan bilgiyi taşır. mRNA prokaryotlarda birden fazla proteine ait bilgiyi taşırken ökaryotlarda tek bir proteine ait bilgiyi taşır. mRNA üzerinde yer alan ribonükleotitler üçlü kodonları oluştururlar.
2. Ribozom : Protein sentezini gerçekleştiren organeldir. Yapısında rRNA ve çeşitli ribozomal proteinler bulunur. Ribozom büyük ve küçük alt birimden oluşur. İki alt birimin birleşmesiyle oluşan yapıya monozom denir. Ribozomların protein sentezi sırasında mRNA üzerinde ardışık sıralanmasıyla oluşan yapıya polizom (poliribozom) denir.
3. Taşıyıcı RNA ( tRNA ): Aminoasitleri taşıma görevindedir. Yonca yaprağı şeklindedir. 3’ ucunda her zaman CCA, 5’ ucunda ise G nükleotidi bulunur. Amino asitler 3’ ucuna bağlanır.DNA da dört bazın üçlü gruplar halinde farklı kombinasyonları sonucu 64 farklı kodon bulunmaktadır. Kodonlardan üçü sonlanma kodonu olduğu için geri kalan 61 adet kodon 20 aminoasiti kodlamaktadır. Bir amino asit için birden fazla kodon ve tRNA vardır. Aminoasitlerin protein sentezi sırasında doğru olarak protein zincirine eklenmesi için kodon-antikodon baz eşleşmesinin özgünlüğüne bağlıdır.
4. Aminoaçil sentetaz enzimi : Amino asitlerin tRNA’lara bağlanmasını sağlar. Amino asiti ve ona bağlanabilecek tRNA’ları tanır, amino asiti tRNA’nın 3’ ucuna bağlar.
5. Aminoasitler

Translasyon ve Aşamaları

Protein sentezi genellikle üç bölümde incelenir. Bunlar; başlama, uzama ve sonlanmadır.

Öncelikle mRNA ve metionil-tRNA ribozomun küçük alt birimine bağlanır. Bu üçlü yapıya ribozomun büyük alt birimide katılır, başlama kodonu olan AUG’nin mRNA üzerindeki yeri bulunur ve başlama kompleksi oluşmuş olur. Daha sonra, aminoasitlerin birbirine eklendiği ve polipeptit zincirinin oluştuğu uzama aşaması başlar. Uzama sırasında kodonların karşılığı olan antikodon ve buna uygun amino asiti taşıyan tRNA’ların ribozoma hatasız bağlanmasının kontrolünde ribozomun yapısında yer alan rRNA’lar görev alır. Ribozomun mRNA üzerindeki ilerlemesi dur (stop) kodonuna rastlayıncaya kadar devam eder. oluşan polipeptit serbest kalır. Ribozom alt birimleri ve mRNA birbirlerinden ayrılır. Protein sentezi tamamlanmış olur.