DNA Replikasyonunda Görev Alan Enzimler

DNA Polimeraz: 
DNA replikasyonunda görev alan temel enzim DNA polimerazdır. DNA polimeraz nükleotitlerin arasındaki fosfodiester bağının oluşmasını yani nükleotitlerin polimerleşmesini sağlar. DNA polimeraz enerjisini nükleotit trifosfattaki fosfat atomları arasında bulunan bağdan elde eder.

• Yapılan son araştırmalarla birlikte, ökaryot hücrelerde en az 15 tip DNA polimeraz olduğu kanıtlanmıştır. Aşağıdaki resim bu polimerazların görevlerini özetlemektedir.

• Bakteriler ise ökaryotlara kıyasla az sayıda, 3 tip DNA polimeraza sahiptir. Bu polimerazların görevleri aşağıdaki resimde özetlenmiştir.

Helikaz:

DNA çift sarmallı bir yapıya sahiptir. DNA replikasyonu sırasında her bir zincirin başka bir zincire şablon oluşturması gerektiğin dolayı, 2 zincirin bazları arasındaki hidrojen bağlarının kırılması gerekmektedir. Helikaz enzimi ATP enerjisini kullanarak bu hidrojen bağlarını kırar ve DNA'nın 2 zincirinin ayrılıp DNA replikasyonunun başlamasını sağlar.

Tek Zincire Bağlanan Protein:

Tek zincire bağlanan protein, DNA'nın 2 zincirine ayrı ayrı bağlanır. Bu proteinin görevi, helikaz DNA sarmalındaki hidrojen bağlarını yıkıp DNA zincirlerini ayırdıktan sonra, 2 adet zincirin bir araya gelmesini engellemektir.

Primaz:

DNA polimeraz sentez yapabilmek için 3'OH ucuna ihtiyaç duyduğundan, DNA replikasyonunu başlatamaz. DNA replikasyonunun başlaması için primaz enzimi ribonükleotitlerin polimerleşmesini sağlar ve özel bir RNA olan primerin sentezlenmesini sağlar. Primer DNA polimeraz için gerekli OH ucunu sağladığından, DNA polimeraz sentezini gerçekleştirebilir.

DNA Ligaz:

DNA replikasyonu sırasında, DNA polimeraz sadece 5'ucundan 3'ucuna sentez yapabildiği için( bu konuyla ilgili detayları 

https://aboutmolecularbiology.blogspot.com.tr/2017/06/dna-replikasyonu-bolum-2.html 'dan öğrenebilirsiniz) 2 zincirden bir tanesi kesikli olarak sentezlenir ve ortaya Okazaki fragmentleri ortaya çıkar. DNA replikasyonu sona erdikten sonra, DNA ligaz ATP enzimi kullanarak bu fragmentleri bir araya getirir.

DNA Topoizomeraz:

DNA sarmalı helikaz enzimi tarafından açılırken ( Bu olayı bir fermuarın açılmasına benzetebilirsiniz) DNA'nın açılmamış kısımlarında yani alt kısımlarında bir miktar gerilim oluşur. DNA topoizomeraz enzimi DNA'nın tek zinciri üzerinde düzenli kırıklar oluşturarak bu gerilimi azaltır ve DNA'nın bu gerilimden dolayı yapısının bozulmasını önler.

DNA Replikasyonu: Bölüm 2

DNA antiparalel bir yapıya sahiptir. Yani bir zincir 5 ucundan 3 ucuna giderken, diğer zincir 3 ucundan 5 ucuna gitmektedir.

5' uç diye adlandırılan kısım polinükleotidin fosfatla biten ucudur. 3' uç diye adlandırılan kısım da polinükleotidin OH grubu yani hidroksil grubu ile biten ucudur.

DNA replikasyonunda, nükleotitler arasındaki bağı yani fosfodiester bağını oluşturan enzimin adı DNA polimerazdır. DNA polimerazın en önemli özelliği, polimerleşme işlemini, yani fosfodiester bağını oluşturma işlemini, yapabilmesi için 3'OH ucuna ihtiyaç duymasıdır. Bu sebepten dolayı DNA polimeraz  sadece tek bir yönde 5' ucundan 3' ucuna yönünde polimerleşme  yapabilmektedir. DNA polimeraz sadece bu yönde polimerleşme yapabildiği için şablon DNA ipliği (template strand) mutlaka 3' ucundan 5'ucuna olmalıdır. Fakat DNA antiparalel yapıda olduğu için 2 ipliğin de 3' ucundan 5'ucuna mümkün değildir. Bu yüzden, DNA replikasyonunda aşağıdaki resimde görülen adımlar uygulanmaktadır.

Eğer şablon DNA ipliği 3'ucundan 5'ucuna ise DNA replikasyonu tek bir adımda sorunsuz bir şekilde ilerler. Yeni oluşan ipliğe kesintisiz bir şekilde oluştuğu için kesintisiz zincir (leading strand) denir. Eğer şablon DNA ipliği 5' ucundan 3' ucuna ise, DNA polimeraz 3' ucundan 5' ucuna sentez yapamayacağı için DNA üzerinde looplar oluşturulur ve parçalı bir şekilde polimerleşme gerçekleştirilir. Oluşturulan parçalar Okazaki fragmentleri olarak adlandırılır. DNA replikasyonu sona erdikten sonra, bu fragmentler DNA ligaz adlı enzim tarafından ATP enerjisi kullanılarak birleştirilir.

Son olarak, yukarıda da belirtildiği gibi DNA polimerazın en önemli özelliği, 2 nükleotit arasındaki bağı oluşturabilmesi için OH ucuna ihtiyaç duymasıdır. Bu özelliğinden dolayı, DNA polimeraz replikasyon sırasında ilk nükleotidi koyamaz başka bir deyişle replikasyonu başlatamaz. Replikasyonun başlayabilmesi için primaz adlı enzim ribonükleotitleri bir araya getirerek primer adlı özel bir RNAyı oluşturur. Primer DNA polimeraza gerekli OH ucunu sağlar. Böylece DNA polimeraz işini yapabilir. Burda dikkat edilmesi gereken önemli bir nokta da şudur ki, Okazaki fragmentleri sentezlenirken, her defasında replikasyon yeniden başlar. Yani, her bir fragment sentezlenmeden önce, primazın yeni bir primer sentezlemesi zorunludur.