DNA'nın kendini eşlemesi

DNA REPLİKASYONU
Watson ve Crick, oğul DNA molekülündeki zincirlerden birinin yeni sentezlendiğini ve diğerinin ana DNA molekülünden geldiğini ileri sürdüler. Yani DNA molekülünden bir başka DNA molekülünün sentezlenmesinde zincirlerin yarısı korunmakta ve diğer yarısı yeniden sentezlenmektedir. Bu yüzden DNA eşleşmesi olayı semikonservatiftir. Matthew Meselson ve Franklin Stahl tarafından bu hipotezi desteklemek amacıyla yapılan bir denemede azot kaynağı, olarak yalnız 15NH4C1 ihtiva eden bir ortamda E.coli birçok nesil üretilmiş, ardından bakteriler hemen normal azotlu (I4N) bir ortama transfer edilmiştir. Birbirini takip eden replikasyonlarda elde edilen DNA'lardaki I4N ve l5N dağılımı dansite gradientli denge sedimentasyonu metodu ile belirlenmiştir. l5NH4Cl’lü ortamda üretilen ve bütün DNA'lardaki azotların 15N ile işaretlendiği farzedilen E.colilerin, l4N'lü ortamdaki ilk nesillerine A1, ikinci nesillerine A2 denilirse, bunlardan elde edilen DNA'ların dansite gradientli denge sedimentasyonu sonuçları Şekil 1'de özetlenmiştir.



Şekil 1. Semikonservatif replikasyonun. şematik gösterilişi: (a) Saf15 N ve 14N'li DNA'lar ile A1 ve A2 DNA'larının dansite gradientli sedimentasyonu, (b) DNA'sı 15N'lu E.colilerin l4N'lu ortamda iki nesil üremeleri.
Kornberg ve arkadaşları, E.coli'de DNA sentezini katalizleyen enzim olarak 103 kdal molekül ağırlığındaki DNA polimeraz I'i keşfettiler. Burada I numarasının verilmesinin sebebi sonradan başka DNA polimerazların da bulunmasıydı. Daha sonraki yıllarda yine E.coli ile yapılan araştırmalar, çok sayıda enzim ve proteinlerin DNA replikasyonunda doğrudan görev aldığını göstermiştir (Tablo 1). Genetik analizler bunların sayısının en az yirmi olduğunu ortaya koymaktadır.
Tablo 1. E.coli'nin replikasyonunda rol alan önemli protein ve enzimler.


Protein
Rolü
Mol.ağ.(kdal)
Dna A proteini
Başlangıç noktasını (orijini) bulur ve açar
50
Dna C proteini
Dna B'nin başlangıç noktasına bağlanmasına yardım eder.
29
-Dna B proteini (DNA  helikaz)
Primazın çalışmasını başlatır, DNA'yı açar
300
Dna G proteini (Primaz)
RNA primerlerini sentezler RNA polimeraz aktivitesine sahiptir
60
SS-Bağlama proteini
Açılmış bölgeyi tek zincir halinde tutar
75,6
DNA giraz
Negatif süper bükülmelari oluşturarak helikazın meydana getirdiği süper bükülmeleri ortadan kaldırır (bir çeşit topoizomeraz)
400
DNA polimeraz III
DNA sentezler
900
DNA polimeraz I
Primeri siler ve boşlukları doldurur
103
DNA polimeraz II
Son derece özel DNA tamir fonksiyonuna sahiptir
88
DNA ligaz
DNA uçlarını birleştirir
74


E.coli bugün moleküler biyoloji seviyesinde üzerinde en çok araştırma yapılmış olan bir organizmadır. Prokaryotik yapıdaki E.coli basit bir canlı olduğundan, bundan elde edilen sonuçlar, çok daha -yüksek organizmalardaki benzer olayların mekanizmalarını açıklamada ipucu oluşturmuştur.

DNA polimeraz enzimlerinin fonksiyon ve özellikleri: DNA polimeraz enzimleri bir DNA zincirin 3'-OH ucuna deoksiribonükleotid birimlerinin ilave edilmesini katalizler:
DNA polimeraz enzimleri tarafından DNA zincirinin sentezlenmesi için aşağıdakilere ihtiyaç duyulur:
l. Dört deoksiribonükleosit-5'-trifosfat çeşidi, yani dATP, dGTP, dTTP ve dCTP ortamda mevcut olmalıdır. Mg+2 de gereklidir.
2. DNA polimerazlar deoksiribonükleotidleri, önceden mevcut olan
DNA (veya bir RNA)'mn 3'-OH ucuna ilave eder. Diğer- deyişle, serbest 3'-
OH grubuna sahip olan bir primer zincire ihtiyaç vardır.
3. Bir DNA kalıbı gereklidir. Kalıp, tek veya çift zincirli olabilir.

DNA Polimeraz II ve III: Bu enzimler şu yönlerden DNA polimeraz I'e benzemektedirler:
1.Kalıba bağlı olarak dNTP'Ierden DNA sentezleyebilmektedirler
2.Serbest 3'-OH grubu ihtiva eden bir primere ihtiyaç duymaktadırlar.
3.Sentez 5'  3' yönündedir.
4.Her ikisi de 3'  5' ekzonükleaz etkisine sahiptirler.
Bu polimerazlarm kalıp tercihleri farklıdır. Kısa boşluklar ihtiva
eden çift zincirli DNA kalıpları üzerinde optimum etki gösterirler. Çift
sarmallı bölgelerin yakınındaki uzun tek zincirli bölgeler, polimeraz I
tarafından daha çok tercih edilmektedir. Bu enzimlerin in vitro maksimum katalitik hızları da farklıdır. Polimeraz I tarafından saniyede 10 nükleotid ilave edilirken, polimeraz II tarafından 0,5 ve polimeraz III tarafından da 1000 adet nükleotid zincire eklenir.

DNA ligaz: DNA polimerazlar, bir primer zincire deoksiribonükleotidleri ekleyebilir, fakat iki DNA zincirinin uçlarını birleştiremez ve prokaryotik DNA'nın bir çember şeklinde kapanmasını sağlayamaz. 1967 yılında, bu olayı gerçekleştiren DNA ligaz enzimi keşfedilmiştir. Bu enzim iki DNA zinciri arasında fosfodiester bağı oluşmasını katalizler:

DNA sentezindeki primer zincir: Hatırlanacağı gibi, DNA sentezinin başlaması için serbest bir 3'-OH grubu ihtiva eden bir primere ihtiyaç vardır. Bununla ilgili en önemli ipucu DNA sentezinin başlaması için RNA sentezinin gerekli olduğunun gözlenmesi ile elde edildi. Bu buluş RNA'nın DNA sentezinde primer olabileceği fikrini kuvvetlendirdi
Replikasyonda ana DNA çift sarmalının açılması ve giraz aktivitesi: E.colideki replıkasyon mekanizması üzerinde son yıllarda yapılan araştırmalar, ana çift sarmalının bir çatal şeklini andıran replikasyon bölgesinde DNa A proteini tarafından gayet etkili bir tarzda açıldığını göstermiştir. Bu açılma için gerekli enerji ATP hidroliziyle sağlanmaktadır.
Çember yapıdaki DNA çift sarmallarının (E.coli kromozomu gibi) açılması sırasında süper bükülmeler (supertwists) adı verilen topolojik bir problem ortaya çıkar. Bu problemin ATP kullanan DNA giraz enzimi tarafından halledildiği son yıllarda Martin Gellert tarafından keşfedilmiştir. Ayrıca, DNA'nın açılmasıyla ortaya çıkan bu pozitif süper bükülmeler, topoizomerazlar adı verilen ve DNA zincirinin bazen birisini (topoizomeraz I), bazen de ikisini (topoizomeraz II) kırıp önden birleştirerek oluşturulan negatif süperbükülmelerle ortadan kaldırılmaktadır.

Replikasyon, prokaryotlarda tek bir orijinde başlarken, ökaryotik replikasyon çok orijinlidir. Bu orijinlerden DNA sentezi iki yönlü (bidirectional) olarak gerçekleştirilir. Dolayısıyla, çift sarmalın açılması sonucu ortaya çıkan her iki DNA zinciri de kalıp fonksiyonu görecektir. Ancak, DNA sentezi 5’3’ yönünde gerçekleşir, kalıp olarak da 3' 5' yönündeki DNA zincirini kullanır. Bunun sonucu olarak, DNA'nın açılma yönündeki replikasyon çatalı üzerinde, yine açılma yönünde 3'-OH ucuna nükleotidlerin eklenmesiyle oluşan bir sürekli (leading) zincir ile diğer zinciri kalıp alan ve sarmal açıldıkça yeni başlangıçlarla zincir parçalarının meydana geldiği kesikli (lagging) zincirler sentezlenir. Bu DNA zincir parçalarına Okazaki parçaları adı verilir ve bunlar daha sonra DNA ligaz enzimlerince birleştirilirler.
Şekil 2. Açılan DNA çift sarmalı üzerine iki yönlü replikasyon
Prokaryotik replikasyonun özeti:
1. Primaz adı verilen özel bir RNA polimeraz, DNA kalıbı zincirlerinden birisine komplementer olacak sırada yaklaşık 10 nükleotid biriminden ibaret kısa bir RNA zinciri sentezler. Primaz, polimerizasyon için bir primere ihtiyaç göstermez. Sürekli zincir için yalnız bir primer gerekirken, kesikli zincir için her Okazaki parçası başına bir primer sentezlenir.
2.Bu RNA zincirinin uç 3'-OH grubu yeni DNA'nın sentezinde primer olarak görev yapar
3.RNA-DNA hibridinin RNA kısmı, DNA polimeraz I tarafından hidrolizlenir.
4.RNA'nın uzaklaştırılmasıyla DNA parçaları arasında meydana gelen boşluklar yine DNA polimeraz I tarafından doldurulur.
5.Kesikli zincirde oluşan Okazaki parçalarının uçları DNA ligaz tarafından birleştirilir

Ökaryotik DNA Replikasyonu

Ökaryotik DNA sentezinde de prokaryotlardakine benzer yol takip edilmektedir. En önemli farklılık, ökaryotlarda replikasyonun çok noktadan başlaması ve en az 5 sınıf DNA polimerazın görev almasıdır. Ayrıca, Ökaryotik DNA sentezi prokaryotlara göre 10 kat daha yavaştır (prokaryotlarda 1000 nükleotid/s, ökaryotlarda 100 nükleotid/s).

DNA Üzerindeki Hasarların Onarımı

DNA, birçok kimyasal ve fiziksel faktörler tarafından tahrip edilebilir. Bütün hücrelerde bu tahribatı onaracak mekanizmalar mevcuttur. Bu tahribat esnasında bazlar değişebilir ve kaybolabilir, omurga üzerindeki fosfodiester bağları kopabilir ve zincirler arasında çarpraz bağlanmalar oluşabilir. Bütün bu hasarları iyonlaşmaya sebep olan radyasyonlar, ultraviyole ışık ve çeşitli kimyasal bileşikler meydana getirebilir.
Onarım mekanizması en iyi anlaşılmış bulunan hasar, DNA'nın UV ışığa maruz kalmasıyla oluşan piridin dimerleridir. Bir DNA zinciri üzerinde komşu iki pirimidin rezidüsü bu durumda birbirlerine kovalent olarak bağlanabilir. Böyle bir pirimidin dimeri (mesela aşağıdaki timin dimeri gibi) bir çift sarmal yapısına uymadığından, replikasyon ve gen ifadesi hasar uzaklaştırılıncaya kadar bloke edilir, yani durdurulur.

Bu onarım işi için dört çeşit enzim aktivitesine ihtiyaç vardır. Önce, bir UV-spesifik endonükleaz bozuk bölgeyi tespit eder ve genellikle 5' tarafından dimer yakınında bir ester bağını hidrolizler. Dimeri taşıyan kısım açılır ve DNA polimeraz I tarafından 5' 3' yönünde onarım sentezi için zemin hazırlar.
Daha sonra pirimidin dimerini taşıyan kısım, DNA polimerazın 5'3’ ekzonükleaz aktivitesiyle uzaklaştırılır. Son olarak da yeni sentezlenen DNA uzantısı ile DNA zincirinin önceden bulunan kısmı DNA ligaz tarafından birleştirilir.

Şekil 3. Bir timin dimeri ihtiva eden bir DNA bölgesinin onarım basamakları.

HORMONLAR 

Hormonlar, değişik iç salgı (endokrin) bezlerinde küçük miktarda sentezlenen ve kan yoluyla hedef organlara taşınılan kimyasal habercilerdir; omurgalıların hedef organlarında bir seri fizyolojik ve metabolik aktiviteleri düzenlerler.

MEMELİLERDE ENDOKRİN SİSTEMİN ORGANİZASYONU


Hormonların bazılarının sentezi ve salgılanması,i hiyerarşik tarzda hormon-hedef hücre etkileşmesinin birbirini takip eden basamakları üzerinden kontrol edilir. Hipatalomus, beyin üzerindeki spesifik bir sinirsel haberciyle karşılaşırsa, salgılama faktörleri denilen küçük miktarda hormonlar salgılar; bu hormonlar proftader sistem üzerinden adenohipofize varırlar. Daha sonra adenohipofizde salgılatma faktörlerinin her biri spesifik bir hormonun salgılanmasını uyarabilirler.
Hipofiz tarafından kontrol edilmeden direkt olarak salgılanan hormonlar da vardır. Bunlara örnek olarak, tiroid bezi ve paratiroid bezinin belirli hücrelerinde oluşturulan polipeptid yapısında olan kalsitonin ve Ca++2le fosfat düzeylerini ayarlayan parathormon verilebilir.


Şekil 4: Hipotalamusun kontrolü altında endokrin düzenlemenin hiyerarşik organizasyonu.
Hormonların salgılanması kompleks bir kontrol şebekesiyle ayarlanır. Sinir sistemi vasıtasıyla taşınan dış uyarılar, hipotalamusıın aktivitesini değiştirir ve aynı zamanda böbreküstü bezinin medullasından adrenalinin salgılanmasını ayarlar. Adenohipofiz vasıtasıyla tropik hormonların salgılanması da, bir feed-back mekanizmasıyla hedef bezlerinin karakteristik salgılanması şekline göre ayarlanır.

HORMON RESEPTÖRLERİ VE İNTRASELÜLER (HÜCRE İÇİ) HABERCİ MADDELER

Hormon etkisinin iki temel prensipi, son yıllarda yapılan araştırmalarla açıklığa kavuşturulmuştur. Birincisi; hedef hücreler hormon molekülünü yüksek spesifite ve afinite ile bağlayabilen özelleşmiş proteinler olan spesifik hormon reseptörlerine sahiptirler. Bu gibi hormon reseptörleri hedef hücrelerde çok küçük miktarda mevcutturlar.
İkinci prensip ise, hormonun spesifik reseptörüne bağlanması hücre içi bir haberci molekülünün oluşumuna sebep olur; daha sonra bu haberci molekülün hedef dokunun belirli karakteristik biyokimyasal aktivitesini uyarır veya inhibe eder.

ADRENALİN VE CAMP

Adrenalin (Şekil 5)'in kana salgılanması bir seri reaksiyona sebep olur. Bu reaksiyonlara, kan basıncının artması, kalp çarpıntısı ve kalp fonksiyonunun artması ve düz kaslar üzerinde bazısında gevşemeye, bazısında kasılmaya götüren karakteristik etkiler girerler. En önemli biyokimyasal sonuç, glikojenin kaslarda laktata ve karaciğerde kan glukozuna çok daha büyük ölçüde yıkımıdır.
Earl Sutherland ve arkadaşları adrenalinin plazma membranında Mg+2'ye bağımlı bir enzimatik reaksiyonu çok kuvvetle uyardığını tespit ettiler. Bu reaksiyonda ATP, inorganik pirofosfatın açığa çıkmasıyla siklik AMP (CAMP)'ye dönüşür:

Şekil 5: Böbrek üstü iliğinde sentezlenen hormonlar: Noradrenalm sinir sisteminde nörotransmitter olarak etki yapar

GLUKAGON
 
Adrenalin yanında, belirli hedef hücrelerde diğer bazı hormonlar da cAMP konsantrasyonunu yükseltebilirler. Bu hormonlardan birisi de hiperglisemik-glikojenolitik hormon olarak adlandırılan glukagondur. Glukagon, pankreasın bir polipeptid homunu olup, kan glukoz seviyesi 100 ml'de yaklaşık 80 mg olan normal değerin altına düşer düşmez langerhans adacıklarının a-hücrelerinden kana salgılanır. Serbest hale geçen glukagon karaciğerde glikojen yıkımını sağlar ve böylece kanın glukoz seviyesini normal sınırlara yükseltir. Buna göre glukagon insuline zıt etki gösterir. Glukagon ve insulin, pankreasın farklı hücre tiplerinde sentezlenirler. Glukagon 29 amino asitten oluşan bir polipeptiddir


cAMP’NİN ARACI OLDUĞU DİĞER ENDOKRİN VE DÜZENLEYİCİ SİSTEMLER

Hedef hücre yüzeylerinde spesifik bağlanma yerlerine bağlanarak, membrana bağlı adenilat siklazı uyaran diğer bazı hormonlar da bilinmek¬tedir. Adenohipofiz hormonları olan ACTH, LH, FSH, TSH ile parathormon ve kalsitonin bu gruba girerler. Nörohipofiz hormonu olan vazopressin, böbreklerde cAMP miktarını artırır. Birçok hormon cAMP oluşumunu uyararak etki gösterdiği halde, her hormon özel spesifiteye sahiptir; çünkü her hormon sadece kendi reseptörünü ihtiva eden hücrede cAMP sentezini uyarır. Bundan başka cAMP, uyarılan hücrede kalır ve kan dolaşımına gitmez ve bu suretle her hücrenin genel bir uyarılmasına sebep olabilir.

DİĞER SEKONDER ELÇİLER: cGMP, DİAÇİL-GLİSEROL, İNOSİTOL,1,4,5-TRİFOSFAT VE KALSİYUM

Bir başka siklik nükleotid olan guanozin-3’, 5’-siklik monofosfat (cGMP), bağırsak, kalp, kan damarı, beyin ve böbreklerin birleşen kanalının hücreleri dahil olmak üzere belirli hücrelerde sekonder bir elçi olarak fonksiyon görür. cGMP tarafından taşınan mesaj dokuya göre değişir. Böbrek ve bağırsakta iyon transferi ve su emiliminde değişmeye sebep olurken, kalp (düz) kasında gevşemeye yol açar; gelişme sırasında ve yetişkinlerde beyin fonksiyonları için gerekli olabilir.
Sinyal reseptörlerinin üçüncü bir sınıfı, bir G proteini tarafından bir plazma membran fosfolipaz C'ye bağlanır. Fosfolipaz C. plazma membran lipidi olan fosfatidilinositol 4,5-bisfosfat için spesifiktir. Bu hormona duyarlı enzim, iki güçlü sekonder elçinin oluşumunu katalizler: diaçilglierol ve inositol-l,4,5-trisfosfat.
Diaçilgliserol sekonder bir elçi olarak, membrana bağlı Ca+2 bağımlı hır enzim olan protein kinaz C(C kalsiyumu ifade eder)'yi aktive ederek fonksiyon görür. Protein kinaz C, spesifik hedef proteinlerinin serin ve treonin rezidülerini, katalitik aktivitelerini değiştirerek fosforiller. Protein kınaz C'nin birçok izoenzimleri bilinmektedir; bunların herbiri karakteristik im dokuda bulunur ve Ca+2 ile diaçilgliserol tarafından aktivasyona karsı karakteristik duyarlılıkları vardır.

İNSULİN: SENTEZİ, DEPOLANMASI VE SALGILANMASI

İnsulin, önce proinsulin halinde pankreasta sentezlenir. Proinsulin. Organizma cinsine göre 81 ile 86 arasında amino asitten meydana gelen tek bir polipeptid zincirinden ibarettir.
İnsulin, proinsulin halinde ribozomlarda sentez edildikten sonra, endoplazmik retikulum kanalları yoluyla golgi cisimciklerine taşınır. Golgi cisimciklerinde proinsulin, insulin ve C-peptidine parçalanır. İnsulin ve C-peptid burada Zn+2 birlikte düzenli bir şekilde kristallenerek depolanır. Son olarak bu vezikül muhtevası, kan şeker seviyesinin yükselmesinin sebep olduğu belirli bir sinyal üzerine bir ekzositoz vasıtasıyla kana salınır. Ca+2 insulinin serbest hale geçmesinde önemli bir rol oynar.

STEROİD HORMONLARI

Başlıca steoid hormonları şunlardır: Östrojenler veya dişi cinsiyet hormonları (en önemlileri 17(β)- östradiol ve östrondur), androjenler veya erkek cinsiyet hormonları (testosteron, dihidrotestosteron), progesteron, aldosteron ve böbrek üstü kabuğunun steroid hormonları (özellikle kortizol, aldosteron ve kortikosteron). Bu hormonların bazılarını yapısı Şekil 5’de esasen cinsiyet organları üzerinde etki yaptıkları halde, böbreküstü kabuğu vasıtasıyla salgılanan steroid hormonları birçok dokularda karbohidrat ve protein metobalizması üzerine esaslı etkiler gösterirler.

Şekil 5. En önemli steroid hormonları. Testosteron, progesteron, östron, kortizon ve aldosteronun yapıları lipidler konusunda verildiğinden buraya alınmamıştır.

TİROİD BEZİ HORMONLARI

Tiroid bezinin karakteristik hormonları tiroksin ve 3,5,3' triiyodotironindir (Şekil 6). Bu hormonların insan ve hayvanların bazal metabolizması üzerindeki fizyolojik etkileri uzun zamandan beri bilinmesine rağmen, biyokimyasal etki tarzları tam anlamıyla henüz bilinmemektedir. Basedovv hastalığının sebebi hipertireoz denilen tiroid bezi hormonlarının fazla salgılanması olduğu gibi, hiportireoz denilen tiroid bezi hormonlarının eksik salgılanması da miksödeme götürür.

Şekil 6: Tiroid bezi hormonları

PARATHORMON, 1,25-DİHİDROKSİ-KOLEKALSİFEROL VE KALSİTONİN

Bu üç hormon memeli hayvanlarda Ca+2 ve fosfat metabolizmasının
düzenlenmesinde önemli roller oynarlar. Bunların tam etki tarzları anlaşamamasına rağmen, önemli biyokimyasal aşamalara varılmıştır. Kanda Ca+2 konsantrasyonu normal değerin altına düşer düşmez, paratiroid bezinden kana parathormon salgılanır. 84 amino asitli bir polipeptid olan bu hormon, önce böbreklere etki eder ve adenilat siklazı uyarır. cAMP'nin artışı idrarda fosfat atılımını sağlar, böylece kanda fosfat konsantrasyonu düşer. Parathormon, böbreklerde 25-hidroksikolekalsiferolden 1,25- dihidroksi-kolekalsiferolün sentezini de uyarır. 1,25- Dihidroksikolekalsiferol, böbreklerden salgılanır ve ince bağırsaklar ile kemikler üzerine etki eder.

Tiroid bez, ve paratiroid bezinden salgılanan bir başka polipeptid hormon olan kalsitonin, 32 amino asit ihtiva eder (M.A. 4500). Bu hormon esas itibariyle kemikleri etkiler, bununla birlikte böbrekleri de etkiler Ca+2 muhtevası artınca, kalsitonin salgılanması artar. Kalsitonin eder ve böylece kemiklerden kana Ca+2'nin salınmasını inhibe eder ve böylece parathormonun zıt düzenleyicisi olarak etki gösterir.

0 yorum:

Toplist