DNA'nın Replikasyonu (Eşlenmesi)
► Canlıların bütün kalıtsal özelliklerinin DNA molekülünde bulunduğunu daha önce öğrenmiştik.
► DNA; hücrede hayatsal olayları yöneterek genetik bilgiyi nesilden nesile aktarır.
► Sağlıklı hücreler bölündüğü zaman kalıtsal özelliklerin hiçbir değişikliğe uğramadan yavru hücrelere eşit şekilde aktarılması gerekir.
► İşte DNA'nın genetik bilgiyi hücrelere ve nesillere aktarımı DNA'nın eşlenerek bir kopyasını çıkarmasıyla gerçekleşir. Bu eşlenmeye Replikasyon denir.
Hücrede DNA Replikasyonu; hücre bölünmeye başlamadan önce İnterfazda gerçekleşir.
► Replikasyonda; DNA Polimeraz enzimi görev yapar ve yeni ipliklerin oluşumunda rol oynar.
DNA'nın Replikasyonu
► Replikasyon; tüm DNA'larda Replikasyon Orijini denilen başlangıç noktasından başlar.
► Prokaryot hücrelerde DNA halkasal olduğu için tek replikasyon orijini bulunur. Replikasyon Orijini tek noktadan başlar, iki yönde ilerler ve DNA tamamen kopyalayıncaya kadar devam eder.
► Ökaryot hücrelerde ise DNA'lar doğrusaldır. Bu nedenle DNA'da çok sayıda replikasyon orijini bulunur. Bunun nedeni;
♦ Ökaryotlardaki DNA'nın çok uzun olması
♦ DNA polimerazlarının nükleotit ekleme hızının prokaryotlardan daha yavaş olmasıdır.
Bu durumlar doğrusal DNA'da çok sayıda replikasyon orijinin oluşmasına neden olur.
► Prokaryotlardaki DNA Polimeraz enzimi ökaryotlardaki DNA Polimeraz enziminden daha hızlı nükleotit dizmektedir.
► Ancak ökaryotlardaki DNA'da çok sayıda replikasyon orijininin bulunması nedeniyle; DNA Replikasyonu daha kısa zamanda gerçekleşir. Prokaryotlardaki DNA Polimeraz enziminin daha hızlı nükleotit dizmesi replikasyonun daha kısa sürede gerçekleşeceği anlamına gelmez. Çünkü ökaryotlarda aynı anda çok sayıda replikasyon orijininden eşlenme olur.
DNA Replikasyonunda Görev Alan Enzimler
► DNA replikasyonunda görev alan enzimler, DNA’nın çift sarmalını birbirinden ayırmak ve aynı anda kopyalamak için gereklidir.
► DNA replikasyonu sırasında DNA’nın her bir zinciri, yeni oluşturulacak zincirler için kalıp görevi yapar.
Replikasyonda Görev Alan Enzimler;
1. Helikaz Enzimi
2. DNA Polimeraz Enzimi
3. DNA Ligaz Enzimi
4. Helikaz Enziminin RNA Primerleri
1. Helikaz Enzimi
► DNA’nın kendini eşlemesi için çift sarmal zincirlerin açılması gerekir.
► Helikaz enzimi; azotlu organik bazlar arasındaki zayıf hidrojen bağlarını kopararak sarmal zincirleri birbirinden ayırır.
► Ayrılan zincirleri replikasyon sırasında kalıp zincir hâline getirir.
► Helikaz enziminin DNA zincirlerini açması sırasında ATP enerjisi harcanır.
► Replikasyon olayı, helikaz aktivitesiyle oluşan replikasyon çatalının ana DNA molekülü boyunca replikasyon orjininden başlayarak ilerlemesiyle gerçekleşir.
2. DNA Polimeraz Enzimi
► DNA sentezi sırasında yeni sentezlenecek zincirin ucuna nükleotit eklemesi yapar.
► DNA polimeraz, açıkta kalan baz uçlarına ortamda bulunan ve daha önce sentezlenmiş olan serbest nükleotitlerden uygun olanları eşleştirir.
► Eşleşme sırasında DNA polimeraz; adeninin karşısına timin, guaninin karşısına sitozin nükleotitini ekler.
► DNA zincirine uygun nükleotitleri ekleyerek yeni sentezlenen ipliğin; 5' ucundan 3' ucuna doğru kesintisiz olarak sentezini sağlar.
► Diğer yeni zinciri ise kesintili olarak sentezler.
► DNA polimeraz aktivitesi sonucunda iki tane çift zincirli DNA sentezlenmiş olur.
► DNA polimeraz, replikasyonda görevli olmasının dışında DNA ipliğinde meydana gelen hataların onarılmasında da rol oynar.
► DNA polimerazın varlığı, DNA ipliklerinde meydana gelen hataların yavru hücrelere aktarılma ihtimalini de azaltır.
3. DNA Ligaz Enzimi
► Kesintili sentezlenen yeni DNA parçalarının her birine Okazaki Parçaları denir.
► Bu okazaki parçaları fosfodiester bağları ile DNA Ligaz enzimi tarafından birleştirilir.
► Bu sırada ATP enerjisi harcanır.
4. Helikaz Enziminin RNA Primerleri
► Çift DNA zincirlerinin her biri; yeni sentezlenecek DNA zincirleri için Kalıp görevi yapar.
► Yeni DNA zincirinin sentezini kısa bir RNA Primeri başlatır.
► Kesintili zincirdeki her bir okazaki parçası için ayrı ayrı RNA primerleri görev alır.
NOT: DNA Polimeraz enziminin aktivitesi için ortamda magnezyum elementinin olması gereklidir.
DNA Replikasyonunda Sırasıyla Gerçekleşen Olaylar
► Bazı özel enzimler replikasyon orijinini tanır. DNA replikasyonu, bu orijinden başlayarak iki yöne doğru ilerler. Böylece bir replikasyon kabarcığı oluşur.
► Replikasyon kabarcığının her bir ucunda Replikasyon Çatalı bulunur.
► Replikasyon çatalında; ana DNA zincirleri DNA Helikaz enzimi ile çözülmüş durumdadır.
► Ana DNA ipliklerine bağlanan bazı proteinler; açılan ipliklerin tekrar birleşmesini önler.
► Bu DNA ipliklerinin her biri, yeni sentezlenecek DNA iplikleri için Kalıp İplik olarak görev yapar.
► Yeni DNA zincirinin sentezini kısa bir RNA Primeri başlatır.
► DNA Polimeraz enzimi; sadece RNA Primerinin 3' ucundaki nükleotitin karşısındaki kalıp DNA zincirine uygun nükleotiti ekler. Böylece yeni zincirlerden biri 5' ucundan 3' ucuna doğru kesintisiz olarak sentezlenir. DNA replikasyonunda; kalıp iplik 3' den 5' ne doğru iken yeni sentezlenen iplik 5' den 3' ne doğru kesintisiz sentezlenebilir. Kesintisiz sentez replikasyon çatalına doğru olur.
► Diğer kalıp ipliğin yönü ise 5' ucundan 3' ucuna doğrudur. Bu durumda yeni sentezlenecek iplik 3' den 5' ne doğru olamaz. Dolayısıyla sentezlenecek yeni ipliğin yönü replikasyon çatalından uzaklaşacak şekilde ters yönde olur. Yani replikasyon çatalına doğru değil de çataldan uzaklaşak şekilde sentez olur. Replikasyon çatalı yönüne doğru olmayan yeni iplik sentezinde kesintili ve parçalı iplikler sentezlenir. Bu parçaların her birine Okazaki Parçaları denir.
► Okazaki parçalarının her biri için ayrı bir RNA Primeri görev alır.
► Her yeni RNA primerin 3' ucuna, DNA Polimeraz III enzimi bir nükletotit ekler ve sentezi gerçekleştirir.
► Sentez tamamlandıktan sonra RNA primerleri DNA Polimeraz I enzimi ile çıkarılır.
► DNA Polimeraz I enzimi; eksik nükleotitlerin yerine yenisini koyarken, DNA Ligaz enzimi ise yeni sentezlenen DNA ipliğindeki Okazaki Parçalarını birbirine bağlar.
► Böylece her iki zincirde eksiksiz olarak sentezlenmiş olur.
DNA kendini yarı korunumlu (Semikonservatif) olarak eşler
DNA'nın Yarı Korunumlu Eşlenmesi
► DNA'nın her bir ipliği kalıp görevi yaparak karşılarına yeni DNA iplikleri oluşturur. Böylece eşlenme boyunca ana iplikteki DNA'lar korunmuş olur. Bu olaya DNA'nın Yarı Korunumlu Eşlenmesi denir.
► DNA'nın yarı korunumlu eşlenme modelini Matthew Meselson (Methiv Meselsın) ve Franklin Stahl (Franklin Sıtal) yaptıkları çalışmalarla açıklamışlardır.
♦ Çalışmalarında E.coli bakterilerini kullanmışlardır.
♦ E.coli bakterilerini çoğalttıkları ortamlara azotun izotopunu ekleyerek deneyler yaptılar.
♦ İzotop; atom ve proton numaraları aynı kütle numaraları farklı olan elementlere denir. Örneğin; 14N ve 15N birbirinin izotopudur.
♦ Bilindiği üzere azot DNA'nın yapısında bulunan en önemli elementlerden biridir. Yarı korunumlu eşlenme deneylerinde bakterilerden aşağıdaki azotlu DNA'lar elde edilmiştir.
14N14N ise normal azotlu DNA,
15N15N ise ağır azotlu DNA,
14N15N ise melez DNA
♦ Bu DNA'lar aynı tüpe konularak santrifüj edildiğinde deney tüpünde farklı bantlaşmalar oluşturdukları görülür.
♦ Buna göre santrifüj sonunda; ağır azotlu DNA'lar dibe çökerken, melez DNA'lar ortada, normal (hafif) DNA'lar ise en üstte yer alacak şekilde bantlaşma gösterirler.
Yarı konumlu eşlenme deneylerinde sırasıyla şu çalışmalar yapılmıştır.
1.Aşama:
► Ağır azotlu DNA bakterileri ağır azotlu (15N) ortamda çoğaltılıyor.
► Oluşan tüm bakteri DNA'larının 15N (ağır azot) izotopunu taşıdıkları gözlemleniyor.
► DNA'lar santrifüj edildiğinde; tüpün alt kısmında bantlaştığı görülüyor.
2.Aşama:
► Normal azot taşıyan (14N14N) bakteriler 15N ağır azot bulunan bir kültür ortamında çoğaltılıyor.
► Yeni oluşan bakteri DNA'larının 15N (ağır azot) izotopunu taşıdıkları gözlemleniyor.
► İlk bölünme sonunda oluşan tüm bakteri DNA'larının (14N15N) Melez DNA'lar olduğu görülüyor.
► İlk bölünme sonucu oluşan bakteri DNA'ları santrifüj edildiğinde bunların deney tüpünün orta kısmında bantlaştığı (%100 melez DNA'lar olduğu için) görülmüştür.
3.Aşama:
► Oluşan bu melez DNA'lar normal azot bulunan bir ortamda tekrar çoğaltılıyor.
► Sonuçta oluşan bakteri DNA'larının %50'sinin melez (14N15N) DNA'dan, %50'sinin ise normal (14N14N) DNA'dan oluştuğu görülüyor.
► Oluşan bu DNA'lar santrifüj edildiğinde; Melez DNA'ların ortada, normal DNA'ların üstte bantlaştığı görülüyor.
|
♦ DNA'nın yarı korunumlu eşlenmesi ile ilgili olarak soru çözümleri yapılırken bilinmesi gereken bir kaç temel kural vardır. Bunlar; 1. 15N'li bir DNA'yı 14N'li bir ortamda kaç kez çoğaltırsak çoğaltalım oluşacak DNA'lardan 2 tanesi melez, geriye kalanların hepsi normal azotlu olacaktır. 2. Aynı şekilde 14N'li bir DNA'yı 15N'li bir ortamda kaç kez çoğaltırsak çoğaltalım oluşacak DNA'lardan 2 tanesi melez gerisi ağır azotlu olacaktır. ♦ Burada saf bir DNA içine konulduğu ortam ne ise sonuçta oluşacak DNA'lardan 2'si melez geriye kalanların hepsi ortam azotunu taşıyan DNA'lar olacaktır. ♦ Eğer bizden melez bir DNA'yı (14N15N) çoğaltmamız istenirse bu kural geçerli olmaz. Çoğaltacağımız DNA'nın 14N14N ya da 15N15N şeklinde saf olması gerekiyor. ♦ Bölünmeler sonucu kaç DNA'nın oluşacağı sorulduğunda ise 2n formülünü kullanırız. (n = bölünme sayısıdır.) |
|
Konu ile İlgili Örnek Soru: Normal azot içeren bir bakteri DNA'sı ağır azot taşıyan bir kültür ortamında 8 kez çoğaltılıyor. Buna göre; a. Çoğaltma sonucu kaç tane DNA oluşur? b. Oluşan DNA'ların kaç tanesi melez, kaç tanesi normal azotlu, kaç tanesi ağır azotlu DNA taşır? Çözümü: a. Çoğaltma sonucu oluşacak DNA'lar 2n formülünden hesaplanır. 28 = 256'dır. b. Çoğaltılan DNA 14N14N şeklinde saf olduğu için kaç bölünme yapılırsa yapılsın sonuçta oluşan DNA'lardan 2 tanesi kesin melez olur. Geriye kalanlar ise ortam azotunu taşıyan DNA'lar olur. Yani ortam 15N olduğu için 254 tanesi 15N15N olur. Normal azot taşıyan DNA oluşmaz. |
Konuya Ait Videolar
Üniteye Bağlı Diğer Konular
DNA
3232
RNA
2384
DNA Replikasyonu
3136
Protein Sentezi
1736
Gen Terapisi
1472
Biyogüvenlik
1347
Biyoetik
1522
Konu İle İlgili Sorular
Soru. 1
DNA replikasyonu sırasında oluşacak bir hata bu hücrede sentezlenen aşağıdaki moleküllerden hangilerini doğrudan etkiler?
A. ProteinB. Nişasta
C. Gliserol
D. Vitamin
E. Glikoz
Doğru Cevap İçin Tıklayınız...
Doğru Cevap: A
Açıklaması: Proteinler DNA'daki genetik bilgilere göre sentezlenirler.
Soru. 2
DNA eşlenmesi sırasında öncelikle iki zincirin birbirinden ayrılması gerekir. Bu zincirleri ayıran enzim aşağıdakilerden hangisidir?
A. DNA polimerazB. RNA polimeraz
C. DNA helikaz
D. DNA ligaz
E. DNA az
Doğru Cevap İçin Tıklayınız...
Doğru Cevap: C
Açıklaması: DNA helikaz enzimi iki zincir i birbirinden ayıran enzimdir.
Soru. 3
I. Ortamdaki urasil
II. Ortamdaki deoksiriboz
III. ATPaz
IV. H2O
V. Zayıf hidrojen bağı
Yukarıda verilen yapılardan hangileri DNA'nın kendini eşlemesi sırasında artar?
A. I ve IIB. II ve III
C. II ve IV
D. IV ve V
E. II, IV ve V
Doğru Cevap İçin Tıklayınız...
Doğru Cevap: D
Açıklaması: Urasil ve ATPaz değişmez. Deoksiriboz azalır. Su ve zayıf hidrojen bağı ise artar.
Soru. 4
İbrahim aşağıda verilen DNA molekülünü izole edip laboratuvar ortamında bir kez eşlenmesini sağlıyor.
Buna göre İbrahim'in laboratuvarda hazırladığı ortamda kaç pürin bazının bulunması gerekiyor?
A. 6B. 9
C. 12
D. 18
E. 20
Doğru Cevap İçin Tıklayınız...
Doğru Cevap: B
Açıklaması: Pürin bazı adenin ve guanindir. DNA'nın yapısında dokuz pürin bazı bulunduğu içinde dokuz pürin bazı gereklidir.
Soru. 5
Melez DNA’lı (14N 15N) bir grup bakteriden biri normal (14N), diğeri ise ağır azotlu (15N) besin bulunan ortama aktarılarak bu ortamda birer kez bölünmeleri sağlanıyor. a. Bölünme sonucu oluşan tüm bakterilerin DNA’larının ağır, normal, melez olma yüzdelerini bulunuz. b. Bölünme sonucu oluşan tüm bakterilerin DNA’ları aynı tüpe konularak santrifüjlenirse tüpteki bantlaşma durumunu gösteriniz.
Doğru Cevap İçin Tıklayınız...
Açıklaması: Sorunun cevabı aşağıdadır.
Soru. 6
Bir hücrede aşağıdaki olaylardan hangisi gerçekleşirken DNA eşlenmesi de gerçekleşir?
A. Protein senteziB. Glikojen sentezi
C. Hücre bölünmesi
D. Mutasyon
E. mRNA sentezi
Doğru Cevap İçin Tıklayınız...
Doğru Cevap: C
Açıklaması: Hücre bölünmesi sırasında yeni hücreler oluşturulduğu için, kalıtım materyali olan DNA'nın da eşlenmesi gerekir.
Soru. 7
Aşağıda verilen olaylarla ilgili özellikleri yazarak tabloyu tamamlayınız.
Doğru Cevap İçin Tıklayınız...
Açıklaması: Sorunun doğru cevabı aşağıdadır.
Soru. 8
Replikasyon sırasında gözlenen aşağıda verilen mutasyonlardan hangisi onarılabilir? Nedenini açıklayınız.
Doğru Cevap İçin Tıklayınız...
Açıklaması: a. Mutasyon onarılabilir, çünkü mutasyona uğrayan nükleotittin karşısında yer alan zincirde timin nükleotiti yerini korumaktadır. DNA timin nükleotidinin karşısına adenin bağlayarak mutasyonu onarabilir. b. b'de verilen ışın sonucu DNA'daki tek zincir korunduğu için DNA molekülü kendini onarabilir. c. c'deki ışın karşılıklı nükleotitlerin kopmasına neden olduğu için onarılamaz. d. d'deki ışın karşılıklı hidrojen bağı yapan nükleotitler kopmadığı için onarılabilir.
Soru. 9
Aşağıdaki şekilde DNA molekülünün kendini eşleme mekanizması verilmiştir. Buna göre aşağıdaki soruları cevaplayınız.
1. Hücre yaşam döngüsünün hangi evresinde replikasyon olayı gerçekleşir?
2. Prokaryot ve ökaryot hücrelerde hücrenin hangi kısımlarında replikasyon gerçekleşir?
3. X ile gözterilen enzim nedir ve replikasyon sırasındaki işlevi nedir?
4. Y ile gösterilen enzim ve replikasyon sırasındaki işlevi nedir?
Doğru Cevap İçin Tıklayınız...
Açıklaması: 1. İnterfaz sırasında hücre bölünmesi öncesi gerçekleşir. 2. Prokaryot hücrelerde hücre sitoplazmasında; ökaryot hücrelerde ise çekirdek, mitokondri ve kloroplast içinde gerçekleşir. 3. Helikaz enzimidir. Bu enzim zayıf hidrojen bağlarını koparır. 4. DNA polimeraz enzimidir. Bu enzim ayrılmış olan DNA'yı oluşturan ipliklerin karşısına uygun nükleotitlerin gelmesini sağlayarak kalıp DNA ipliğine karşılık yeni bir DNA ipliği oluşumunu sağlar.
Soru. 10
Ağır DNA'ya sahip bakteriler N14'lü ortama konularak bulundukları ortamda üç kez bölünmeleri sağlanıyor. Bölünmeler sonucu hücrelerin DNA'ları incelendiğinde,
I. Bölünme sayısının artışı ile; ağır azot taşıyan DNA'yı bulunduran bakterilerin oranı azalırken, normal azot taşıyan DNA'yı bulunduran bakterilerin oranı artar.
II. İlk bölünme sonucunda oluşan hücrelerin tamamı melez DNA'ya sahiptir.
III. Üçüncü bölünmesonucunda oluşan hücrelerde ağır azot taşıyan DNA'lar bulunmaz.
İfadelerinden hangileri söylenemez?
A. Yalnız I
B. Yalnız II
C. Yalnız III
D. I ve II
E. II ve III
Doğru Cevap İçin Tıklayınız...
Doğru Cevap: C
Açıklaması: Replikasyon sırasında ortamda bulunan N14'lü nükleotitler kullanılır. Bu nedenle ağır azot taşıyan RNA'yı içeren bakteri sayısı her bölünmede azalır. Fakat kaç bölünme gerçekleşirse gerçekleşsin en başta sahip olunan ağır azot taşıyan DNA'lar korunur ve oluşan hücrelerin ikisinde bu DNA'lara rastlanır.