DNA replikasyonu, bir hücre bölünmeden önce genetik materyalinin tam bir kopyasını oluşturduğu hayati bir süreçtir. Bu inanılmaz derecede hassas ve hızlı işlem, bir dizi özelleşmiş enzim ve protein tarafından gerçekleştirilir. Her biri adeta bir saat mekanizmasının dişlileri gibi uyum içinde çalışan bu enzimler, genetik bilginin hatasız bir şekilde yeni nesillere aktarılmasını sağlar. Bu yazıda, replikasyon orkestrasının başlıca müzisyenlerini tanıyacağız.
DNA replikasyonu, prokaryot (bakteri) ve ökaryot (hayvan, bitki, mantar) hücrelerde bazı farklılıklar gösterse de, temel enzimatik adımlar ve görevler benzerdir. İşte bu sürecin kilit enzimleri:
Replikasyonun ilk adımı, çift sarmal yapıdaki DNA'nın fermuar gibi açılmasıdır. Bu görevi üstlenen DNA helikaz enzimi, DNA zincirlerini birbirinden ayırarak replikasyon çatalını oluşturur. ATP hidrolizi ile sağlanan enerjiyi kullanır.
Helikaz tarafından ayrılan DNA zincirleri, tamamlayıcı eşleriyle tekrar birleşme (renatürasyon) eğilimindedir. SSB proteinleri, bu tek zincirleri kaplayarak onları korur ve replikasyon için uygun şekilde sabitler.
DNA polimeraz enzimi, yeni bir DNA zincirini sentezlemeye başlayabilmek için mevcut bir 3'-OH ucu gerektirir. DNA primaz, kalıp DNA üzerine kısa bir RNA primerini sentezleyerek bu başlangıç noktasını oluşturur. RNA, daha sonra çıkarılıp yerine DNA konulacak bir "moleküler ateşleyici" görevi görür.
Yeni DNA zincirinin nükleotidlerini bir araya getiren ana enzimdir. 5' → 3' yönünde polimerizasyon aktivitesine sahiptir. Ayrıca sentez sırasında hata yaparsa, 3' → 5' yönünde eksonükleaz aktivitesi ile bu hatayı düzeltir (proofreading). Ökaryotlarda farklı tipleri bulunur (Pol α, δ, ε).
DNA sentezi kesintili (Okazaki fragmentleri) ve kesintisiz zincirlerde ilerler. DNA ligaz, bu sentezlenmiş parçaları birbirine bağlayarak sürekli ve tek bir zincir haline getirir. Fosfodiester bağlarını katalizler.
DNA çift sarmalının açılması, sarmalın ilerisinde aşırı sarmallaşma (supercoiling) ve gerilim oluşturur. Topoizomeraz enzimleri (prokaryotlarda özellikle DNA giraz), DNA'nın bir kısmını kesip, fazla burulmayı çözerek tekrar birleştirir ve replikasyon çatalının ilerlemesine izin verir.
DNA replikasyonu, evrimsel süreçte mükemmelleşmiş bir moleküler mekanizmadır. Her bir enzim, kusursuz bir zamanlama ve koordinasyonla çalışarak, genetik kimliğimizin her hücre bölünmesinde neredeyse hatasız bir şekilde kopyalanmasını sağlar. Bu enzimlerden birindeki bir bozukluk dahi ciddi genetik hastalıklara ve kansere yol açabilir. Dolayısıyla bu mikroskobik dünyadaki uyum, yaşamın sürekliliğinin temel taşıdır.
