DNA Replikasyonu ve Onarımı

Giriş

Canlılarda deoksiribonükleik asit (DNA) ve ribonükleik asit (RNA) olmak üzere kimyasal yapıları bakımından farklı iki nükleik asit vardır. DNA, genetik bilginin depolanmasında, RNA ise DNA'da depolanmış genetik bilginin protein sentezine dönüşmesinde kullanılmaktadır. DNA, ökaryotik hücrelerin kromozomlarında, mitokondrilerinde ve bitkilerin kloroplastlarında, prokaryotik hücrelerin ise koromozomlarında bulunur. Ayrıca prokaryotta, sitozolde kromozom yapısında olmayan DNA'nın varlığı gösterilmiş ve plazmid olarak adlandırılmıştır. DNA, tamir sistemine sahip tek makromolekül olup genetik bilginin korunmasında bu tamir sisteminin işlerliği çok önemlidir.

DNA Yapısı

DNA yapısı, ilk olarak 1953 yılında James Watson ve Francis Crick tarafından aydınlatılmıştır. Ökaryotta proteine bağlı olarak bulunan DNA, bu proteinle birlikte mromatini oluşturur. Kromatin, çift heliks yapısındaki DNA ve histon denilen proteinlerin yanı sıra daha az miktarda RNA ve histon olmayan proteinlerden meydana gelir. Prokaryotta ise, histon benzeri protein-DNA kompleksi hücrenin geniş bir bölümünü kapsayan ve nükleotid denilen bölgede yer alır.

Monodezoksiribonükleotidlerin kovalent olarak, 3' → 5' fosfodiester bağı ile birbirlerine bağlanmaları sonucu bir DNA sarmalı meydana gelir. Bu bağ, bir nükleotidin, 5'-fosfat grubu ile diğer nükleotidin 3'-hidroksil grubu arasında oluşur. (bkz: Şekil 1) DNA yapısındaki fosfodiester bağları, nükleazların hidroloziyle açılmaktadır. DNA, zincirlerinin iç kısımlarındaki nükleotidleri hidroliz eden enzime endonükleaz, zincirin baş veya sonundaki nükleotidi ayıran enzime ise ekzonükleaz denir.

Şekil 1: Fosfodiester bağının oluşumu

DNA'nın üç boyutlu yapısı, çift heliksin ortak bir eksen etrafında birbirine antiparalel olarak sarılmasıyla meydana gelir. Bir zincirin 5' ucu diğer zincirin 3' ucu ile eşleşmiştir. Çift zincirli helikste adenin (A) daima timin (T) ile, sitozin (C) ise guanin (G) ile hidrojen bağları yapar. A ve T arasında iki, G ve C arasında ise üç hidrojen bağı bulunmaktadır. DNA molekülünün bu iki zinciri, bazlar arasındaki hidrojen bağları ile birarada tutulmaktadır(bkz: Şekil2).

Şekil 2: DNA çift heliksinin yapısı

DNA ısıtıldığında hidrojen bağları açılır. Heliks yapısının yarısının açıldığı sıcaklığa DNA'nın erime derecesi (T_m) denir. DNA çift heliksinin açılması denatürasyon olarak adlandırılmaktadır.

A, B ve Z olmak üzere üç değişik yapıda DNA bulunur. Kromozomal DNA çoğunlukla B yapısındadir. B-DNA, sağa doğru ilerleyen bir heliks yapısında olup 360° dönüş mesafesinde 10.4 nükleotid yer alır.

DNA Replikasyonu

DNA çift heliksini oluşturan iki zincir birbirinden ayrıldığında, bu zincirlerin her biri sentezlenecek yeni zincir için kalıp olarak kullanılır. Yeni zincirler, kalıp zincirin tamamlayıcısı (komplementer) olarak sentezlenir ve bu işlem semikonservatif replikasyon olarak tanımlanır (bkz: Şekil 3).

Şekil 3: DNA'nın semikonservatif replikasyonu. Yeni oluşan DNA çift sarmallarında bir zincir, ana DNA molekülüne aittir.

Ökaryotlarda, prokaryotlara oranla DNA sentezi daha karmaşık olmasına rağmen, DNA replikasyonu aynı mekanizmalarla gerçekleşmektedir. Bir prokaryot olan Escherichia Coli replikasyonunda DNA polimerazdan başka 20'den fazla enzim ve protein görev alır. Bunların tümü replizom olarak adlandırılır.