DNA Replikasyonu

Konu Anlatımı

Bu Konuda Neler Öğreneceğiz?

DNA replikasyonu, DNA'nın kendisinin tam bir kopyasını oluşturduğu süreçtir. Bu konuda replikasyonun yarı korunumlu eşlenme biçimini, eşlemeyi gerçekleştiren enzimleri ve sayısal ilişkileri inceleyeceğiz. Ökaryotik hücrelerde bu olay hücre döngüsünün interfazında, yani S evresinde gerçekleşir.

Ön Bilgi: DNA ve Nükleotit

DNA, nükleotit adı verilen birimlerden oluşur. Her nükleotit; fosfat grubu, deoksiriboz şekeri ve azotlu organik baz içerir. Azotlu organik bazlar iki grupta toplanır: adenin ve guanin purin, timin ve sitozin ise pirimidin hükmündedir. İki DNA ipliği birbirine antiparalel, yani karşıt yönlü bağlanır ve bazlar arasında hidrojen bağları kurulur.

Basit Örnek: Yarı Korunumlu Eşlenme

Eşlenme tamamlandığında oluşan her DNA molekülünde biri eski, biri yeni olmak üzere iki zincir bulunur. Buna yarı korunumlu (semikonservatif) eşlenme denir. Bu modeli Meselson ve Stahl deneyi kanıtlamıştır: birinci kuşakta tüm DNA 15N–14N hibrit olarak tek bant, ikinci kuşakta 15N–15N ve 15N–14N olmak üzere iki bant, üçüncü kuşakta ise üç farklı yoğunlukta bant görülür.

İleri Örnek: Nükleotit ve Baz Çifti Hesabı

Çift zincirli bir DNA bölgesinde toplam 400 nükleotit varsa bu bölgede 200 baz çifti bulunur. A–T çiftleri arasında 2, G–C çiftleri arasında 3 hidrojen bağı vardır. A–T çiftleri arasındaki bağ sayısı 120 ise 60 A–T çifti vardır; kalan 140 çift G–C tipindedir ve toplam bağ sayısı 140 × 3 = 420 olur.

Adım Adım Replikasyon

Birinci adım: Helikaz enzimi ATP harcayarak DNA'nın çift sarmalını açar ve iki iplikçiği ayırır. Topoisomeraz ise açılma sırasında oluşan aşırı sarmalanmayı gidererek açılmayı kolaylaştırır.

İkinci adım: Primaz enzimi kalıp zincir üzerindeki başlangıç noktasını tanıyıp RNA primeri sentezler. Primerin serbest 3′-OH grubu, DNA polimerazın çalışması için gereklidir.

Üçüncü adım: DNA polimeraz, nükleotitleri kalıp zincirin 3′ ucundan iterek yeni zinciri 5′→3′ yönünde uzatır. Kalıp zincir sürekli açılan yönde okunduğu için bu iplikçe öncül (kalıtım) iplikçiği kesintisiz olarak sentezlenir.

Dördüncü adım: Karşı iplikçik ise Okazaki parçaları hâlinde, her parça ayrı bir primerle sentezlenir. RNA primeri DNA polimeraz I ile uzaklaştırılır, açılan boşluk doldurulur ve sonunda DNA ligaz bu parçaları fosfodiester bağı kurarak birleştirir.

Kavram Karşılaştırma Tablosu

Tabloyu karşılaştırmalı ezberlemek, hangi enzimin hangi işi yaptığını hızla hatırlamayı sağlar. Dikkat edilmesi gereken nokta şudur: primaz RNA sentezler, DNA polimeraz ise DNA sentezler.

Sık Yapılan Hatalar

Replikasyonun tam korunumlu olduğu düşünülür; oysa her molekülde bir eski zincir korunur. Başka bir yaygın hata, DNA polimerazın sıfırdan sentez yapabildiğini sanmaktır; polimeraz serbest 3′-OH grubuna ihtiyaç duyar, bu yüzden primer şarttır. Bir de eşlenmeden sonra kromozom sayısının iki katına çıktığı söylenir; oysa sentromer bölünmeden kromozom sayısı değişmez, yalnızca kardeş kromatit sayısı artar.

Sınav Odaklı Ek Not

Bu konuda sorulan soruların anahtarı şu dört adımı bilmektir: sarmal açılır, primer sentezlenir, zincir uzatılır, parçalar birleştirilir. Enzim sorusu geldiğinde sıra helikaz, primaz, DNA polimeraz, DNA polimeraz I ve DNA ligaz şeklindedir. Sayısal sorularda önce toplam nükleotit sayısını baz çifti sayısına çevir, sonra A = T ve G = C eşitliklerini kullan. Prokaryotlarda tek bir başlangıç noktası vardır ve ana sentez enzimi DNA polimeraz III'tür; ökaryotlarda başlangıç noktaları çok sayıdadır ve lineer kromozomların uçları telomeraz enzimiyle korunur.

Özet ve Kendini Dene

Özetle DNA replikasyonu; sarmalın açılması, primazla RNA primeri sentezi, DNA polimerazla 5°→3° uzatma, primerin uzaklaştırılması ve ligazla birleştirme adımlarından oluşur. Kendini dene: 2n = 20 olan bir hücrede S evresi sonunda kromozom sayısı kaçtır, kromatit sayısı kaçtır? (Cevap: kromozom 20, kromatit 40.) Bir DNA'da G + C toplamı A + T toplamının üç katıysa A oranı yüzde kaçtır? (A + T = k alınırsa toplam 4k olur, A = k/2 olduğundan yanıt %12,5'tir.)

Ne Öğreneceğiz

Yarı korunumlu eşlenme, primaz ve polimeraz, temel kavramlar ve sınav soru tipleri. Bu konuda ögrenme çıktıları:

• DNA replikasyonunun yarı korunumlu olduğunu açıklar.
• Replikasyonu gerçekleştiren enzimleri ve görevlerini eşleştirir.
• Nükleotit, baz çifti ve hidrojen bağı sayılarını hesaplar.
• Öncül ve geciken iplikçikteki sentez farklarını karşılaştırır.
• Prokaryotik ve ökaryotik replikasyon arasındaki farkları yorumlar.