NÜKLEİK ASİTLER 2-DNA REPLİKASYONU

 

A.     DNA’NIN GÖREVİ:

1.       Kalıtsal bilgi taşımak. Kalıtsal karakterlerin oğul döllere aktarılmasını sağlar (replikasyon)

2.       Mutasyonlar ile kalıtsal değişikliklerin meydana gelmesine imkan verir.

3.       Hücrelerde RNA, protein sentezi ve enzim sentezini gerçekleştirir. Protein sentezi ile hücredeki metabolik olayları yönetmek

B.      DNA’NIN KALITIMI SAĞLADIĞINI DESTEKLEYEN KANITLAR (DENEYLER)

*        Tüm vücut hücrelerinde aynı miktarda bulunması

*        Hücrede diğer organik moleküller gibi yıkılıp tekrar sentezlenememesi

*        Kromozomların yapısının büyük bir kısmını oluşturması

*        Virüsler, konak hücre içine girerken protein kılıf dışarıda kalır ve sadece DNA içeri girer. Protein kılıfın dışarıda kalmasına rağmen konak hücre içinde virüse ait protein kılıfların sentezlenmesi genetik bilginin DNA’ya bağımlı olarak aktarıldığını gösterir.

*        Canlılarda hücresel olayların ve kalıtsal karakterlerin kontrolünün kromozomlar üzerinde genler tarafından gerçekleştirilmesi

*        Hücrelerin çekirdeğinde bulunması

*        Gametlerde (Eşey hücreleri) vücut hücrelerinin yarısı kadar bulunması

 

Oswald T. Avery ve arkadaşları Pneumococcus ile yaptıkları deney:

DNA’nın kalıtsal bilgiyi aktardığını ilk 1944 yılında Oswald T. Avery ve arkadaşları Pneumococcus(Pnömokok) bakterileri fareler üzerinde yaptıkları deneyler ile DNA’nın yönetici molekül olduğunu ispatlamışlardır.

Memeli hayvanlarda zatürre etkeni bir bakteri olan Streptococcus pneumoniae bakterilerinin kapsüllü ve kapsülsüz olmak üzere iki çeşidi vardır. Kapsülsüz olanı hastalığa neden olmazken kapsüllü olanlar zatürreye neden olmaktadır.

Farelerle yapılan deney:

avery-oswald replikasyon deneyleri

 

1.       Canlı kapsülsüz bakteriler farelere enjekte edildiğinde fareler hastalanmamışlardır. Kanlarındaki akyuvarlar, kapsülsüz bakterileri fagositozla etkisiz hale getirmişlerdir.

2.       Canlı kapsüllü bakteriler farelere enjekte edildiğinde fareler zatürreye yakalanarak hastalanıp ölmüşlerdir.

3.       Isıtılarak öldürülmüş kapsüllü bakteriler farelere enjekte edildiğinde fareler zatürreye yakalanmamış ve yaşamaya devam etmiştir.

4.       Isıtılmış kapsüllü bakterilerden elde edilen DNA özütü canlı kapsülsüz bakterilerin bulunduğu ortama bırakıldığında bir süre sonra kapsülsüz bakterilerden kapsüllü bakteriler oluşmuştur. Bu karışım fareye enjekte edildiğinde fare zatürreden ölmüştür.

SONUÇ:

Kapsüllü bakterinin DNA’sı ile kapsülsüz bakteriler karıştırıldığında kapsüllü bakteriler oluştuğuna göre girerek kapsül oluşumuna neden olmaktadır.

Isıtılmış kapsüllü bakterilerden elde edilen ve DNA bulunduran özüt, kapsülsüz bakterilere daha önce sahip olmadıkları genetik özellikler kazandırmış ve bunları hastalık yapan canlı bakterilere dönüştürmüştür. Bu dönüşümün DNA’daki bilgiye göre olduğu anlaşılmıştır.

Bu Deneylerin Önemi:

*        Avery ve arkadaşlarının yapmış olduğu bu deney, DNA’nın hücre yönetimini ve kalıtsal bilgileri taşıyan molekül olduğunun anlaşılmasını ve bakterilerin moleküler çalışmalarda kolayca kullanılabileceğini göstermiştir.

*        Bu çalışmalardan elde edilen sonuçlar, DNA ile ilgili yeni bilgilerin keşfine zemin hazırlamıştır.

*        Günümüzde bir hücreni dışarıdan DNA alıp kendi genetik maddesine katması ve buna bağlı olarak DNA’yı alan hücrenin fenotipinde ve genotipinde bir değişiklik meydana gelmesi olayına transformasyon denir.

*        Özütle verilen kapsüllü bakterinin DNA’sı, kapsülsüz bakterinin DNA’sı ile kaynaşmıştır. Böylece kapsülsüz bakteriler kapsüllü bakterilere dönüşmüştür. Yapılan bu deney kalıtım maddesinin DNA olduğunu ve moleküler biyoloji ile ilgili deneylerde bakterilerin kullanılabileceğini ortaya koymuştur

 

DNA’nın kalıtsal madde olduğuna ilişkin ek deliller, bakterileri enfekte eden virüslerle yapılan çalışmalardan elde edilmiştir. A. Hershey ve M. Chase, 1952 yılında bakteriyofajlar (bakteri yiyen virüs) ile yaptıkları deneyler sonucunda kalıtım maddesinin DNA olduğunu göstermişlerdir. Bakteriyofaj, protein kılıf ve bu kılıfın içindeki DNA molekülünden (bazı virüsler RNA içerir) oluşur. Hershey ve Chase, bakteriyofajın üreme amacıyla bakteri içerisine protein kılıfını mı yoksa DNA’sını mı gönderdiğini anlamak için radyoaktif işaretli kükürt (35S) ve fosfor (32P) izotoplarını kullandılar. Radyoaktif kükürt izotopları ile bakteriyofajların protein kılıflarını, radyoaktif fosfor izotopları ile bakteriyofajların DNA moleküllerini işaretlediler. Daha sonra bu işaretli bakteriyofajlar ile E. coli bakterilerini enfekte ettiler.

 

Hershey-chase deneyleri

Hershey ve Chase’in bakteriyofajlarla yaptıkları deney(Palme)

 

*        DNA’sı radyoaktif fosfor işaretli bakteriyofaj ile E.coli bakterisi enfekte edilmiştir. Bir süre sonra bakteri içinde radyoaktif işaretli fosfor atomlarına rastlanmıştır (A).

*        Protein kılıfı radyoaktif kükürt işaretli bakteriyofaj ile E. coli bakterisi enfekte edilmiştir. Bir süre sonra bakteri içinde radyoaktif işaretli kükürt atomlarına rastlanmamıştır (B).

Hershey ve Chase bu deneyin sonuçlarına göre, bakteriyofajın üremek amacıyla enfekte ettiği bakteri hücresinin içine DNA molekülünü gönderdiğini, protein kılıfın ise hücrenin dışında kaldığı sonucuna ulaşmışlardır. Bu durumda bakteriyofajın kalıtsal maddesi protein değil, DNA molekülüdür.

 

C.     DNA’NIN KENDİNİ EŞLEMESİ (REPLİKASYON) VE KALITIM GÖREVİ

*        Bir hücrenin bölünerek yeni hücreler meydana getirebilmesi için DNA’nın kendini eşlemesi gerekir. Hücrede DNA’nın eşlenmesi, hücrenin bölüneceği anlamına gelir.

*        Bu olaylar hücre bölünmesinin interfaz safhasında meydana gelir.

*        DNA kendini yarı korunumlu olarak eşler. DNA’nın kendini yarı korunumlu olarak eşlemesine “Seminkonservatif eşleme” denir.

*        Eğer DNA ortadan açılmaya başlamışsa bu replikasyonun değil, protein sentezinin gerçekleşeceğini gösterir. Replikasyonda DNA’nın ana iki zinciri daima korunur, karşısındaki zincir ise yenidir.

*        DNA’nın iki ucu vardır. Bunlar 3’ ucu ve 5’ ucu. Bunun için, eşlenecek DNA 3’ ucundan açılmaya başlar. Açılan zincirlerin karşısına ortamdaki uygun nükleotidler karşılıklı olarak bağlanırlar.

*        Replikasyon da görev alan enzim “DNA helikaz ve DNA polimeraz” enzimidir

*        Replikasyon sonucunda; oluşan DNA’lar aynı genetik bilgiyi taşır, hücre sayısı artar, canlılarda büyüme veya üreme olur, üremeyle karakterler yavrulara aktarılır.

 

D.     DNA’NIN KENDİNİ EŞLEMESİ (REPLİKASYON) BASAMAKLARI

1.       Ökaryotik hücrelerde replikasyon, uzun DNA‘nın birkaç noktasında aynı anda başlar. Bu noktalardan eşlenen DNA parçaları daha sonra birbirleriyle birleşerek replikasyonu tamamlar.

replikasyon başlama noktası

2.       Replikasyon çatalında yeni zincirlerden biri 5’à3’ yönünde kesintisiz bir biçimde replike edilir. Diğer oluşan yeni zincir ise replikasyon çatılından uzaklaşacak biçimde kesintili olarak replike edilir. Bu kesintili küçük parçalara okazaki parçaları adı verilir. Ökaryotlarda 100-200 arası olan bu parçalar DNA ligaz enzimi yardımıyla şeker fosfat bağlarıyla birleştirilir

3.       DNA molekülünün iki zincirini bir arada tutan bağlar DNA helikaz enzimi ile koparılır. Eşlenmenin olacağı bölgelerde DNA molekülü bir fermuar biçiminde açılır. Bu açılma sonucunda her iki zincirde bulunan pürin ve pirimidin bazlarının uçları açıkta kalır.

4.       DNA’nı açılan iki zinciri üzerine RNA polimeraz enimi gelir. RNA primaz tarafından RNA primeri oluşturulur.

5.       Açılan her iki zincirin üzerine DNA polimeraz enzimi gelir. Bu enzim hücrede daha önceden sentezlenmiş olan serbest nükleotitleri açık olan uçlara uygun biçimde ekleyerek (adenin karşısına timin, sitozin karşısına guanin nükleotidini) yeni DNA zincirlerini oluşturur. Böylece açılan zincirin her biri yeni oluşacak DNA molekülü için kalıp görevi görür.

okasaki parçaları

6.       Eşlenmenin tamamlandığı DNA bölümleri zincirler arasında kurulan H bağları ile tekrar sarmal yapıya döner. Bütün nükleotitler eşlendiğinde nitelik ve nicelik bakımından birbirinin aynısı iki DNA molekülü oluşur. Yeni DNA moleküllerinde biri eski diğeri yeni olmak üzere iki zincir bulunur.

replikasyon 

 

replikasyon özet şema

 

DNA’nın yapısı Watson ve Crick tarafından açıklanmıştı. Daha sonra aynı bilim insanları tarafından DNA’nın yarı korunumlu eşlendiğine ilişkin görüş ileri sürdüler. Günümüzde bu görüş hâkimdir. Ancak bazı bilim insanları DNA’nın eşlenmesine ilişkin farklı görüşler ileri sürmüşlerdir. Bu görüşlere göre DNA eşleme biçimleri aşağıda gösterilmiştir.

 

replikasyon çeşitleri

Şekil: DNA replikasyon şekilleri (a-Yarı korunumlu, b-Tam korunumlu, c-Parçalı eşlenme)

 

 

DENEY: DNA’nın yarı korunumlu eşlendiğinin ispatı:

Meselson ve Stahl DNA’nın yarı korunumlu eşlendiğini ispatlamışlardır.

 Meselson ve Stahl deneyleri

 

 Meselson_ve_Stahl

Pratik Yol: Bölünme aynı N ortamında devam ettiği takdirde her bölünmede melez DNA sayısı 2 tane olarak sabit kalmaktadır. Melez DNA’nın oranı azalmaktadır.

Bu nedenle bu tür soru kalıplarında;

2n = Bölünme sayısı = k kadar DNA sayısı oluşur. Oluşan DNA’nın 2 tanesi melez geri kalanı bölünme ortamıdır.

Örnek : 22 = 4 DNA (2 melez, 2 ağır)

 

Örnek: Melez DNA’ya sahip bakteri hücresi ağır azotlu ortamda 3 kez eşleniyor. Bölünme sonundaki melez DNA sayısının melez DNA’ya oranı nedir.

Çözüm: Bölünme ortamı sabit kaldığı için bu tür sorularda melez DNA sayısı daima 1 tane olur, geri kalan bölünme ortamıdır.

Bu nedenle 2n=3 = 8 DNA (2 tane melez, 6 tane ağır)

 

NOT:

1.      Eğer DNA 3’ ucundan açılmaya başlamışsa DNA kendini eşleyecek demektir.                                  

2.      Eğer DNA 3’ ucundan değil de 5’ ucundan veya orta kısımlarından açılırsa protein sentezi için şifre verecek demektir. Protein sentezi için DNA’nın tamamının açılması gerekmez. Çünkü protein sentezi için şifre belli bir kısımdan verilir.

E.      MUTASYONLAR

DNA eşlenmesi genelde hatasız olarak gerçekleşir. Ancak DNA eşlenmesi sırasında çok az olsa da hatalar oluşabilir. Bu hatalar oluştuğu DNA bölümündeki nükleotit diziliminin değişmesine neden olur. Zincirin bir tarafında oluşacak herhangi bir nükleotid veya parça kaybı özel enzimlerle onarılır. Ama her iki zincirin karşılıklı iki tarafında oluşacak bir bozukluk onarılamaz ve DNA nükleotit diziliminde değişiklik meydana gelir. DNA nükleotit diziliminde meydana gelen bu değişimlere mutasyon denir. Böyle bir değişme organizma için genelde zararlıdır. Çok az mutasyon canlılar için yararlı özelliklerin oluşmasına neden olur.

mutasyonlar

 

*        Mutasyonlar radyasyon, sıcaklık, kimyasal maddeler vb. nedenlerle oluşabilir.

*        Eğer mutasyon vücut (soma) hücrelerinde gerçekleşirse canlının yaşamında kalıcı özellikler ortaya çıkar, ancak bir sonraki nesile aktarılmaz. Üreme ya da Üreme ana hücrelerindeki mutasyon yavru dö1ere aktarılabilir.

*        DNA’nın bir çift nükleotidinde meydana gelen mutasyonlar gen (nokta) mutasyonu olarak adlandırılır. Bu mutasyonlar mikroskop ile görülemez. Nokta mutasyonları yukarıda şekilde gösterildiği gibi olabilir. Yani nokta mutasyonları bir gende meydana gelen değişmeyi ifade eder. Mutasyona uğramış gene ise mutant gen adı verilir.

 nokta mutsyonları

 

Bu yazının kalıcı bağlantısı http://biyolojidersim.com/nukleik-asitler-2-dna-replikasyonu/

Bir Cevap Yazın

%d blogcu bunu beğendi: