Prokaryotlarda DNA replikasyonu

Prokaryotik hücrelerin DNA ikileşmesinde, ikili sarmal açılır ve sentezin başladığı yer olan ikileşme çatalı oluşur. Proteinler açılan sarmalı kararlı kılar ve ikileşme çatalının önünde oluşan sarılma gerilimini hafifletirler. Sentez, kalıp boyunca belirli bölgelerden RNA Primazın, DNA Polimeraz III'ün polimerizasyonu başlatabileceği serbest 3'-OH ucunu sağlayan kısa bir RNA parçasını sentezlemesiyle başlar. İkili sarmalın antiparalel yapısından dolayı polimeraz III, kesintili zincirde 5'-3' yönünde sürekli DNA sentezi yapar. Çatalın solunda DNA sentezi 5'-3' yönünde kesintisiz olarak devam eder. Kesintili zincir denen karşı zincirde kısa Okazaki parçaları sentezlenir ve bu parçalar daha sonra DNA ligaz ile birleştirilir. DNA Polimeraz I, RNA primerini uzaklaştırır ve yerine DNA sentezler, ortaya çıkan polinükleotidler (DNA parçaları) DNA ligaz ile birleştirilir. Böylece sentezi tamamlanan iki yeni çift dallı DNA molekülü birbirinden ayrılr ve biri atasal hücrede kalırken, diğeri oğul hücreye gider.

Prokaryotlarda replikasyon belirli bir nükleotid dizisinde ve dairesel DNA’da başlamaktadır. DNA replikasyonun başladığı bir orijin noktası vardır. Bu orijin noktası yani replikasyonun başladığı yer oriC olarak adlandırılmaktadır. 245 baz çifti içeren bu orijin bölgesi 9(9mer) ve 13(13mer) bazdan oluşan tekrar dizileri bulundurur. Bu bölgeler A-T bazları olarak oldukça fazla olan bölgelerdir. Bu bölgeler DNA dizilerine daha az kararlı olup DNA sarmalının daha kolay açılmasını sağlarlar. dnaA geni tarafından şifrelenen dnaA denilen özgül bir protein sarmalın açılmasından sorumludur. bu sarmalın açılması için bazlar arasındaki hidrojen bağlarının kırılması gerekir bu olay gerçekleştiren helikaz enzimdir. Helikaz enzimi iki sarmalı denatüre ederek bazlar arası etkileşimi kırar. Kırılmadan sonra bu sarmal açılmaya başlar ve replikasyon çatalı oluşturur. Açılan bu sarmal yapı tek zincirihale gelmiştirbu tek zincirli hale yapıların tekrar birleşmemesi için tek ipliğe bağlanan proteinler yani SSB’ler yer almaktadır. Sarmal açılmaya devam ettikçe replikasyon çatalının ön kısımda DNA’daki dönüşümlerden dolayı kıvrımlar meydana gelir ve bu kıvrımlar supercoil haldedir.DNA giraz enzimi bu meydana gelen kıvrımları ve düğümlerin açılmasını sağlar .

DNA replikasyonun başlaması için primaz enzimi primer olarak adlandırılan küçük RNA parçalarını sentezler. Bu primerler 10-12 nükleotit uzunluğundadır. Bu sentezlemeden sonra DNA Polimeraz III enzim gelerek primere bağlanır. Primazın görevi iyi bir şekilde yapabilmesi için başka replikasyon protenleri ile kompleks oluşturması gerekir ve bu oluşturulan komplekse primozom adı verilir. Primozom SSB proteinlerinin yerini alarak primer için başlangıç noktasını tanır. DNA’daki çift sarmal yapı birbirlerine antiparaleldir. Replikasyon 5’-3’ yönünde sentezlenir. Bu sentezde iki zincir oluşmaktadır. Bu zincirlerin biri sürekli kalıp DNA olarak kullanılmaktadır. Bu zincire kesiksiz iplik ya da lider zincirde denilmektedir. Diğer zincir ise kesikli iplik ya da izci zincir denilmektedir.

Kesikli zincirde DNA polimeraz III sentez yönünde devamlı baz ekleyerek devam etmektedir. Kesiksiz zincir ters yönde olduğu için bu baz ekleme sürekli gerçekleşmemektedir. Sadece DNA Polimeraz III belirli baz büyüklüğünde aralıklı fragmentler gerçekleşmektedir. Bu fragmentlere de okazaki fragmenti denir. Her okazaki parçalarının başında RNA primeri bulunur.Replikasyon ilerledikçe zincirlerde bulunan RNA primerleri RnazH enzimi ile çıkartılarak kalıp DNA’ya uygun olarak sentezlenir. Bu boşluklar DNA polimeraz I enzimi ile doldurulur. Kesikli iplikte okozaki parçaları DNA ligaz enzimi ile birleştirilir. Replikasyon çatalının sonunda terminus adı verilen sonlanma bölgesi bulunmaktadır. Terminus yani ter dizileri kromozomda tuzak oluşturacak şekilde yerleştirilmiştir. Ter dizileri ayrıca Tus proteinlerinin bağlanacağı bölgeleri oluşturmaktadır. Tus bağlandığı zaman çatalın hareket yönünde gitmesine izin verir ya da gitmesini durdurur. Bunun sebebi ise, replikasyon esnasında herhangi bir hatanın olup olmadığını teyit etmektir. Herhangi bir hata oluşmuşsa DNA polimerazın 3’-5’eksonükleaz aktivitesi ile hata giderilir.

Cairns, izotoplar kullanarak, otoradyografi yöntemiyle replikasyonu izlemiş ve E.Coli'de replikasyonun tek bir noktadan (orjinden) başladığını göstermiştir. Bu özgül bölgeye "oriC" denilmiştir. Bu bölgenin konumu E.Coli üzerinde haritalanmış ve 245 baz içerdiği saptanmştır. Bu konuda yapılan başka araştırmalarda da, replikasyonun iki yönlü olduğu ve oriC'nin her iki yönünde hareket ettiği gösterilmiştir. Bu durumda replikasyon ilerledikçe ayrı yönlere doğru birbirinden uzaklaşan iki replikasyon çatalı oluşturur. Bu çatallar tüm kromozom yarı-saklı eşleştikten sonra, "ter" olarak adlandırılan sonlanma bölgesinde birbiriyle birleşir. Bir orjinden replikasyon başladıktan sonra eşleşen DNA'nın uzunluğunun bir birim olduğunu belirten terim "replikon"dur. Buna göre, bakteriyofaj ve bakterilerde DNA sentezi bir noktadan (oriC), başlayıp bir noktada (ter) biter. Bakteriler, tek ve büyük bir kromozoma sahip oldukları için, kromozomun tümü bir "replikon"dur.

Replikasyonun yarı-saklı ve iki yönlü olduğu anlaşıldıktan sonra, birçok moleküler çalışma DNA kalıbı üzerinden tamamlayıcı uzun polinükleotit zincirlerinin gerçek sentezinin nasıl olduğunu anlamaya yönelmiştir. Bu çalışmalarda kullanılan mikroorganizmalarda, sentezde gerekli olan, DNA Polimeraz I, II ve III olarak bilinen enzimlerin varlığı görülmüştür.

DNA ikileşmesinde yer alan birçok molekülü etkileyen pek çok mutant bakteri ve faj genlerinin izole edilmesi, tüm ikileşme işleminin karmaşık genetik kontrolünün aydınlanmasına yardımcı olmuştur.