DNA Replikasyonu: DNA Replikasyonu Mekanizmaları
DNA replikasyonunun en önemli modlarından bazıları aşağıdaki gibidir!
Ökaryotlarda DNA replikasyonu prokaryotlarda, yarı-koruyucu, iki yönlü ve sürekli ile karşılaştırıldığında yarı-sürekli, yarı-süreksiz ve çift yönlüdür.
Resim İzniyle: dbriers.com/tutorials/wp-content/uploads/2012/12/DNA_replication_split.png
DNA replikasyonu, hücre döngüsünün S aşamasında gerçekleşir. Bir düzineden fazla enzim ve protein faktörü gerektiren çok adımlı, karmaşık bir işlemdir. Çoğaltma veya oryantal adı verilen belirli bir noktada başlar. Bakteriyel ve viral DNA, tek bir replikasyon kaynağına sahiptir. Tek bir çoğaltma birimi veya replikon olarak işlev görür.
Ökaryotik DNA'da çoğalmanın kökenleri vardır. Birkaç kopya bölüme veya replikona, yani multireplikonik bir yapıya sahiptir. Ori yokluğunda, çoğaltma gerçekleşmez. Rekombinant DNA teknolojisi için bir vektörün gerekliliği, replikasyon kaynağını elde etmektir.
DNA replikasyonu enerji açısından oldukça pahalıdır. DNA replikasyonunun ana enzimi, DNA'ya bağlı DNA polimerazıdır. DNA replikasyonu oldukça hızlıdır. E. coli DNA'sının 4.6 x 106 bp ile replikasyonu 19 dakika gerektirir.
Bazların ortalama bir polimerizasyon oranı, her bir yönde saniyede 2000 bp'dir. Replikasyon, deoksiribonükleotitlerin trifosfatlarının parçalanmasından gelen bol miktarda enerji gerektirir.
Çoğaltma aşağıdaki gibi gerçekleşir:
1. Deoksiribonükleotitlerin aktivasyonu:
Deoksiribonükleotitler veya deoksiribonükleozid monofosfatlar, nükleoplazmanın içinde serbestçe meydana gelir. Dört tiptedirler: deAMP (deoksiadenozin monofosfat), deGMP (deoksiguanozin monofosfat), deCMP (deoksisitidin monofosfat) ve deTMP (deoksimidin monofosfat). İlk önce fosforile edilirler ve bir yerine üç fosfat kalıntısına sahip aktif formlara dönüştürülürler. Enzimler fosforilaz enerji ile birlikte gereklidir.
Fosforile edilmiş nükleotitler, deATP (deoksiadenozin trifosfat), deGTP (deoksiguanosin trifosfat), deCTP (deoksisitidin trifosfat) ve deTTP'dir (deoksimidin trifosfat). Bazların bu trifosfatları ikili amaca hizmet eder. Substrat olarak hareket ederler ve nükleotidlerin polimerizasyonu için enerji sağlarlar.
2. DNA Tellerinin Maruz Kalması:
Enzim sarmalları (unwindase) Ori bölgesi üzerinde etki eder ve iki DNA şeridini hidrojen bağlarını tahrip ederek açar (çözer). Ayrılan iplikler, tek iplikli bağlanma proteinleri (SS BP'ler) veya sarmal stabilize edici proteinler vasıtasıyla stabilize edilir. Çözme, daha fazla süper bobin oluşturarak sarılmamış kısımda gerginlik yaratır. Gerilim, topoizomeraz enzimleri tarafından serbest bırakılır.
DNA zincirinin çentiklenmesine ve tekrar mühürlenmesine neden olurlar. Topoizomeraz ile birlikte, bakteriler, negatif süper bobinleri ortaya çıkarabilen DNA gyrase adı verilen başka bir enzime sahiptir (eski işçiler, jilatın hem helisaz hem de topoizomeraz için işlev gördüğüne inanmaktadır).
Çeşitli enzimlerin yardımıyla, her iki DNA'nın ipliği de replikasyona açık hale gelir. Bununla birlikte, çok yüksek enerji ihtiyacı nedeniyle DNA'nın tamamı bir açılmada açılmaz. Ayırma noktası her iki yöne doğru yavaşça ilerler. Her yöne, çoğaltma çatalı adı verilen Y şeklindeki yapının görünümünü verir (Şekil 6.13 ve 6.14).
3. RNA Astarı:
Yeni DNA zincirlerinin başlatılması için esastır. RNA primer, primaz adı verilen DNA'ya özgü RNA polimeraz enziminin yardımı ile yeni DNA zincirinin 5. ucunda sentezlenen küçük bir RNA zinciridir. Bir primerin serbest ucu ve diğer telin çatal ucu üzerinde RNA primeri oluşturulur. RNA primerinin oluşumu, DNA sentezinin başlangıç fazını oluşturur, çünkü RNA primerinin varlığı olmadan, dna polimerazları nükleotit ekleyemez.
Fag ф17 174 ve diğer bazı prokaryotik sistemlerde primo bazıları olarak adlandırılan daha karmaşık bir enzim gerekir. Ökaryotlarda, primazın fonksiyonu, enzim DNA polimeraz a ile gerçekleştirilir. ~ 10 baz RNA ve 20-30 baz DNA oluşturur (Lewin, 2004). Nükleotit zincirinin başlamasından sonra, RNA primer uzaklaştırılır ve boşluk prokaryotlarda DNA polimeraz I ve ökaryotlarda DNA polimeraz by ile doldurulur.
4. DNA Polimerazlar:
Prokaryotlar, DNA polimeraz III, II ve I olarak adlandırılan üç ana DNA sentezleme enzimi tipine sahiptir. Bunların hepsi, ana iplikçinin 3 ′ -> 5 ′ gerisinde 5 '-> 3 ′ yönde nükleotitler ekler. Ayrıca 3 '-> 5 ′ ekzo-nükleaz aktivitesine sahiptir. DNA polimeraz III esas olarak DNA replikasyonuna dahil olurken (yeni bazların eklenmesi ve polimerizasyonu), polimeraz I ana onarım enzimidir. Polimeraz II, küçük onarım enzimidir.
DNA polimeraz I ayrıca 5-3 eksonükleaz aktivitesine sahiptir. Ökaryotlarda beş tip DNA polimeraz bulunur - α, β, γ, δ ve ε, ancak ana üçü α, δ ve e'dir. Polimeraz 8, öncü iplikçiklerin çoğaltılmasında rol oynar. Polimeraz, diğer roller boyunca gecikmeli iplikçiklerin sentezinde yardımcı olabilir. Polimeraz a, DNA'nın çoğalmasının en büyük ve ana enzimidir. Bütün DNA polimerazları, bir tarafı baş parmakları, diğer tarafları parmakları ve avuç içi gibi içbükey katalitik alan ve şablon ve taban çiftlerini birleştirmek için bir kavrama elinin bir konfigürasyonuna sahiptir.
5. Baz Eşleştirme:
Çoğaltma çatalındaki iki ayrılmış DNA zinciri, şablonlar olarak işlev görür. Deoksiribonükleosit trifosfatlar, açığa çıkan DNA şablonlarının nitrojen bazlarının karşısında yer alır - A'ya karşı deTTP, G'ye karşı deCTP, C'ye karşı deATTP ve C'ye karşı deTPt.
Nükleofilik saldırı, bir pirofosfatı (PPi) trifosfattan ayırır. Fosfodiester bağlantıları kurulur. Pirofosfatın enzim pirofosfataz ile hidrolizi enerji açığa çıkarır. Deoksiribankleosit trifosfat → Deoksirbouncleozit monofosfat + PPi
Enerji, kalıpların serbest nükleotitleri ve azot bazları arasında hidrojen bağları oluşturulmasında kullanılır.
6. Zincir Oluşumu:
Prokaryotlarda DNA polimeraz III (Kornberg, 1956) ve ökaryotlarda polimeraz δ / ε gerektirir. DNA polimeraz III, yedi alt üniteye (a, β, ƍ, ƴ, €, θ, τ) sahip kompleks bir enzimdir. Mg2 +, ATP (GTP), TPP ve DNA polimeraz III varlığında, her bir şablon DNA zincirinin azot bazlarına bağlanmış bulunan bitişik nükleotitler, fosfodiester bağları oluşturur ve çoğaltılmış DNA zincirini oluşturmak için bağlanır.
Çoğaltma ilerledikçe, ana DNA dupleksinin yeni alanları gevşer ve ayrılır, böylece çoğaltma, başlangıç noktasından diğer uca doğru hızla ilerler. RNA primer uzaklaştırılır ve boşluk, DNA polimeraz I vasıtasıyla tamamlayıcı nükleotitlerle doldurulur. DNA çift zincirinin sıralı açılması ve iki zincir oluşturacak şekilde çoğaltılması nedeniyle, DNA çoğalmasına fermuar çoğaltması da denir.
Bununla birlikte, DNA polimerazı, nükleotidleri 3 ′ -> 5 rand iplikçikte sadece 5 '→ 3 in yönünde polimerize edebilir çünkü 3 ′ ucuna ekler. İki DNA zinciri antiparalel doğrultuda çalıştığından, iki şablon replikasyon için farklı uçlar sağlar. İki şablon üzerinden çoğaltma, böylece ters yönlerde ilerler. Kutuplu bir iplikçik У -> 5 comp tamamlayıcı iplikçiliğini sürekli oluşturur, çünkü ikincinin 3'endisi daima uzama için açıktır.
Buna lider iplikçik denir. Diğer şablonda 5 ′ → 3 polaritesi olan replikasyon süreksizdir, çünkü bir kerede küçük bir şablon diziliminin maruz kalması nedeniyle 5 ′ → 3 yönünde yalnızca kısa bir DNA teli parçası oluşturulabilir. Çoğaltılmış DNA'nın kısa bölümlerine Okazaki fragmanları denir (= Okasaki bölümleri; Reiji Okazaki, 1968). Her birinin prokaryotlarda 1000-2000 bp, ökaryotlarda 100-200 bp vardır.
Her yeni Okazaki parçasının yapılması için bir RNA primer gereklidir. RNA primerini deoksiribonükleotitler ve bunların polimerizasyonu ile değiştirdikten sonra, Okazaki fragmanları, enzim, DNA ligaz ile birleştirilir (Khorana, 1967). Okazaki fragmanlarından oluşan DNA iplikçikine gecikmeli iplikçik denir.
Bir iplikçik sürekli büyürken, diğer iplikçik süreksiz olarak oluşturulurken, DNA replikasyonu yarı-süreksizdir. Replikasyon, replikasyon veya oryantasyondan iki yönlü olarak ilerlediğinden, bir ana iplik bir tarafta bir iplik teli ve diğer tarafta bir iplik teli oluşturacaktır. Tersi, diğer tarafın ana iplerinde meydana gelir. Bu, tüm eşlemede eşzamanlı olarak eşzamanlı tamamlamanın tamamlanmasına yardımcı olur.
7. Prova okuma ve DNA Onarımı:
Çoğaltma sırasında bazen yanlış bir temel ortaya çıkıyor. Frekans on binde birdir. DNA polimeraz III aynı şeyi hissedebilir. Geri gider, yanlış tabanı kaldırır, uygun tabanın eklenmesine izin verir ve sonra ilerler. Bununla birlikte, DNA polimeraz III bile urasil'i timinden ayırt edememektedir, böylece genellikle timin yerine dahil edilmektedir. Böyle bir uyumsuzluk, birkaç enzim vasıtasıyla düzeltilir.
Mutasyon, UV ışınlarına maruz kalma veya prova okuma mekanizmasından kaçan yanlış eşleşmeler nedeniyle DNA'nın neden olduğu hasarlar için ayrı bir onarım mekanizması vardır. Bir nick veya mola, tamir bölgesine yakın bir endonükleazdan kaynaklanır. DNA polimeraz I (Komberg, 1969) eğer mevcutsa yanlış ya da yanlış nükleotidleri uzaklaştırır ve sağlam iplikçiyi şablon olarak kullanarak doğru bir ikamesini sentezler. Yeni oluşturulan segment, DNA ligaz ile kapatılmıştır.
