12 Sınıf Biyoloji DNA'nın kendini eşlemesi replikasyon ve genetik bilginin aktarımı şa

DNA’nın kendini eşlemesi replikasyon ve genetik bilginin aktarımı konusunu, doğanın en etkileyicilerinden biri olarak düşünün. Bir makine gibi çalışan bir fabrikayı hatırlatır: başlangıç noktasından ilerleyen bir “kopya makinesi”, her ayrıntıyı titizlikle kopyalar. Ancak bu süreç bir kopyalama işinden çok daha karmaşık ve güvenilir. Önce temel yapıyla başlayalım: DNA çift sarmal, iki zincirin zıt yönlü polinükleotid dizilerinden oluşur. Bir zincirin 5’→3’ yönü diğerinin 3’→5’ yönüne karşılık gelir. Bu antiparalel yapı, replikasyonun hikayesini belirler. Replikasyon nereden başlar? Prokaryotlarda bir tek orijin (oriC) bulunur; ama ökaryotlarda binlerce orijin vardır. Bunun nedeni hızla kopyalanmak gereken uzun kromozomlar. Her orijinde DNA sarmalını açan helicase proteinleri çalışır. Topoisomerase (girase) DNA’nın bükülme gerilimini azaltır; aksi takıma çift sarmal sürtünmeli çekme gibi gerilir. Tek sarmal bağlanan proteinler (SSB) tekrar kapanmayı engeller. Ancak polimeraz tek başına işleme koyulamaz: 3’-OH grubu olmadan yeni nükleotid ekleyemez. Bu yüzden primase önce kısa bir RNA primeri yapar. DNA polimeraz, bu primerin 3’-OH’una nükleotid ekleyerek ilerler. Burada iki yönlü hikaye başlar: Sürekli (leading) ve kesikli (lagging) zincir. Sürekli zincirde polimeraz sürekli ilerler. Kesikli zincirde ise sürekli yeni primerler gerekir; bu primerlerden üretilen küçük parçalara Okazaki fragmentleri denir. RNA primerlerinin yerine DNA getirilir ve DNA ligase bu parçaları birleştirir. Sonuç: iki tam çift sarmal. Mesela düz bir yolun bir yanında bütünsel ilerleme, diğer yanında merdiven basamakları gibi adım adım ilerlemek gibi düşünebilirsiniz. Replikasyonun semiconservative yani yarı-korunmalı olması neden önemlidir? Her molekül bir eski zincir ve bir yeni zincir taşır; öğrenciler 1958’de Meselson-Stahl deneyiyle öğrendiler. Konservatif (eskinin bütün kalması) ya da dispersive (parça parça karışım) modellerin yerine yarı-korunmalı model kanıtlandı. Bu, çift sarmalın tam iki eş kopyasına bölünmesine dayanır. Peki hatalar nasıl önlenir? DNA polimeraz, doğru baz çiftini seçmekte çok yetenekli; ek olarak 3’→5’ ekzonükleaz “proofreading” yapar. Eğer hata kaçarsa, Mismatch Repair sistemi (mutS–mutL veya MSH/MLH eşleri) hatayı kısa süre sonra keser. Kullanıcılar gibi bir editör, yazım hatalarını hemen kırmızı mürekkeple işaretler. Ayrıca çeşitli tamir (excision repair), fotoreaktivasyon ve çift sarmal kopmalarında homolog rekombinasyonlu tamir gibi süreçler güvenliği artırır. Genetik bilginin aktarımı çift yönlü. Replikasyonla DNA’dan DNA’ya kopyalanır. Ancak işlevsellik için bilgi çıkarılır: Transkripsiyonla DNA’dan RNA, translasyonla protein sentezi gerçekleşir. Prokaryotlarda aynı zamanda çoğu zaman bir arada olur; ökaryotlarda çekirdek–sitoplazma ayrımı ve mRNA işleme (5’ kapak, 3’ poliA, splicing, RNA editing) vardır. Epigenetik işaretler de replikasyon sırasında doğru şekilde kopyalanmak zorundadır; bu, hangi genin ne zaman açılacağına yön verir. Kısa bir çözümleme: Replikasyon en çok iki düzlemde anlaşılır. Süreklilik ve kesiklilik (leading/lagging), hatalar ve düzeltmeler. Bu iki ikili, DNA’nın hem hızlı hem güvenilir üretimini sağlar. Nihai tablo şöyle: Orijinde başlayan, işçileri (enzimleri) olan bir orkestra; yönleri antiparalel, enerjisi yüksek (PPi hidroliziyle), denetimi sıkı. Vücudunuzdaki her hücre, büyüme ve yenilenme için bu orkestranın titizliğine emanet edilir.