Normal hücre fonksiyonu için DNA’nın tamamen kendini yenilemesi esastır. Mutasyonlar, yani genlerdeki kalıtsal değişiklikler, enzimin yapısında değişikliklere neden olarak metabolik yolu iyileştirmez, aksine etkisiz hale getirir. Binlerce yapısal proteinin, enzimin ve düzenleyici proteinin sentezi için gerekli olan genetik komutlar yüzlerce baz uzunluğunda olduğundan, bir kuralın binde biri gibi bir hata oranı önemsiz gibi görünse de aslında çok daha büyük bir orandır. Bu durumda, hem prokaryotlarda hem de ökaryotlarda bulunan mutasyonları tespit eden ve düzelten özel enzimlerin olması şaşırtıcı değildir.
İçindekiler
çoğaltma sırasında düzelt
Hem prokaryotların hem de ökaryotların replikasyon enzimleri için DNA sentezindeki hata oranı, 105 baz çiftinde yaklaşık 3’tür (bu değer, bir veya daha fazla alt birimden oluşan karmaşık DNA polimeraz çalışmalarından elde edilmiştir). DNA sentezi, karmaşık DNA polimeraz enzimlerinin yapılarından hata onarımından sorumlu enzim alt birimlerinin çıkarılması veya mutasyonlar nedeniyle bu alt birimlerle çalışmayan DNA polimeraz enzimlerinin kullanılmasıyla gerçekleştirilen DNA replikasyonunda gerçekleşir; Ancak ata DNA’sından farklı olarak birçok kusurlu baz çiftinin oluştuğu tespit edilmiştir. Bu belirgin hatalar düzeltilmeden bırakılırsa, sonuç her hücrenin proteinlerinde yaklaşık %3 hatadır (her yinelemeden sonra her insan hücresinde oluşan belki 1.000 farklı, farklı yapı). Neyse ki, DNA polimeraz kompleksi, yapılan her bazı tekrar tekrar gözden geçiren ve kusurlu olanı ortadan kaldıran bir veya daha fazla enzim birimi içerir. DNA polimeraz kompleksindeki bu alt birimler, uyumsuz baz çiftlerini doğru bir şekilde tanır ve bunları özdeş bir bazla değiştirir.
Karmaşık hatayı düzelttikten hemen sonra, aynı alanı ikinci kez tarar ve onarımı onaylar. Bu ikinci kontrol, hata oranını yaklaşık 109’da bire düşürür. Bu durumda, her on hücre bölünmesinden sonra DNA’nın iki sarmalının her birinde 1.500 baz içeren 50.000 fonksiyonel genden biri kusurlu hale gelir. Görüldüğü gibi bu oran genellikle diğer mutasyon kaynaklarına göre daha küçüktür.
Diğer mutasyon türlerini düzeltin
Genetik mesajın bütünlüğü sıcaklık, radyasyon ve çeşitli kimyasal ajanların neden olduğu baz dizisindeki değişiklikler tarafından da tehdit edilir. Bu mutasyonların insidansı şaşırtıcı derecede yüksektir. Örneğin, ısı enerjisi tek başına deoksiriboz yapısı ile her insan hücresindeki yaklaşık 5.000 pürin (adenin-guanin) arasındaki bağı her gün kırar. Sitozin, hücrede günde 100 kez kimyasal olarak urasile (normalde yalnızca RNA’da bulunan ve DNA transkripsiyonu ve transkripsiyon enzimleri tarafından yanlış okunan bir nükleotit) dönüştürülür.
Güneş ışığının ultraviyole ışınları, etkilere maruz kalan epidermisin hücrelerinde komşu timinleri aynı zincir üzerinde yüksek oranda birleştirir. Telafi edici enzimlerin sürekli fonksiyonu nedeniyle, mutantların hücre başına ortalama toplanma sıklığı, replikasyondaki düzeltilmemiş hata oranından daha düşüktür.
Transkripsiyon hatalarında olduğu gibi, birçok mutasyon tipinde kromozomal onarım stratejisi esasen aynıdır. Enzimler yanlış diziyi algılayıp bağlanır ve kusurlu bazları yapıdan uzaklaştırır. Bu sistemde, ata zincirlerinden gelen sağlam tamamlayıcı yapı, zincir onarımını yönlendirir. Bu süreçte çok sayıda dikkate değer spesifik enzim yer alır; örneğin, kromozomlar, her biri belirli bir problem sınıfına özgü 20 farklı enzim kullanılarak kimyasal baz değişiklikleri açısından kontrol edilir. Yaklaşık 5 ila 10 diğer özel enzim, bazlar ve diğer kimyasallar veya aynı zincirdeki komşu bazlar arasındaki yanlış oluşturulmuş kovalent bağları tanıma ve onarma konusunda uzmanlaşmıştır. Timin ve UV ışığının birleşimi bu hataların en yaygın olanıdır. Başka bir enzim grubu, baz kaybetme bölgelerine bağlanarak DNA onarımında yer alır (örneğin, pürinler, ısı enerjisi ile DNA yapısından kolayca ayrılabilirler).
Bu sıkı onarım sistemine rağmen, bazı mutasyonlar hayatta kalmayı başardı ve mavi gözlerden (kusurlu bir kromozomal genin varlığından kaynaklanan) genetik hastalıklara kadar sıra dışı değişikliklere neden oldu. Bu nasıl olur? Büyük olasılıkla, enzimatik sistemlerin hiçbiri mükemmel değildir. Bazı hatalar gözden kaçıyor ve bazıları yanlış bir şekilde düzeltildi. Ayrıca replikasyon sırasında veya sonrasında bir mutasyon oluştuğunda, bunun tamiri için yeterli zaman olmayabilir. Bununla birlikte, diğer mutasyonlar tam olarak çalışılmamıştır. Ancak onarım sistemi tarafından üretilmesi daha olasıdır.
Onarım enzimlerinin neden olduğu bilinen mutasyonlardan biri, yanlış hizalamanın silinmesidir. Son araştırmalar, küçük silmelerin (birkaç baz çiftinin kaybı) rastgele bölgelerde görünmediğini göstermiştir; Bazı temel segmentleri içeren bölgelerin silinme olasılığı diğerlerine göre daha fazladır. Bu farklı duyarlılığın nedeni, adenin ve timin baz çiftleri arasındaki göreli zayıflıktır. Sitozin ve guanin, üç hidrojen bağıyla bağlanırken, sadece iki hidrojen bağıyla bağlanırlar. Hidrojen bağları sürekli olarak kırılır ve yeniden oluşturulur ve bu, timin-adenin baz çiftleri açısından zengin bölgelerde sık sık meydana gelir; bu, tesadüfen tüm bağların aynı anda küçük bir DNA parçasında kırılmasına neden olabilir. Tahviller aynı anda iade edilir; Ancak bazen yeniden bağlantı hatalıdır. Örneğin, uzun bir timin adenin bazları zinciri içeren bir bölgede bu tür geçici bir bölünme meydana geldiğinde, zincirlerin geri döndüğünde bir fay hattı oluşması ihtimali çok düşüktür. DNA onarım enzimleri, yanlış hizalamaların silinmesine yol açan eşlenmemiş bazları da kaldırabilir. Bu durumda onarım, genin “anlamını” değiştirirken, genin mRNA çevirisinde hatalara neden olur.
DNA’daki bazların metilasyonu, gen ifadesini düzenlemek için kullanılan bir yöntemdir. Genomdaki belirli sitozinlerin metilasyonu pozitif bir uyum olabilir. Ancak bu olgu bazı durumlarda bazı sorunları da beraberinde getirmektedir. Bakterilerde kısıtlama nükleazları olarak bilinen sitoplazmadaki bazı enzimler, istilacı virüslerin DNA’sını parçalayarak bakteriler için bir savunma silahı görevi görür. Bu enzimler istilacı DNA’yı parçalıyorsa, neden bakteri kromozomunu da kesmiyorlar? Cevap, bakteri DNA’sındaki kısıtlama nükleazları tarafından tanınan ve kesilen baz dizisindeki sitozinlerin, spesifik olarak sadece bu bölgelerde metillenmesidir, böylece bakterileri kendi kısıtlama nükleazlarının aktivitelerinden korur. Ancak bu şekilde endonükleazların aktivitelerinden korunan bakteri DNA’sındaki sitozin, amino grubunu kaybederek timine dönüşürse mutasyon kaçınılmazdır. Ökaryotlarda bazlar da aktif olarak metillenir ve işlevleri genleri düzenlemeye yardımcı olmaktır.
kaynak:
Khan Akademisi
yazar: bronzlaştırıcı tonik
Diğer gönderilerimize göz at
[wpcin-random-posts]