Kısa DNA nükleotid zincirlerine Okazaki parçaları denir ve DNA replikasyonu sürecinde, özellikle lagging ipliği üzerinde oluşurlar.
- DNA replikasyonu, çift sarmallı bir DNA molekülünün iki özdeş kopya ürettiği yarı muhafazakar bir süreçtir. Bu süreç çoğaltma çatalında gerçekleşir ve hem öncü iplikçiğin hem de sarkan iplikçiğin sentezini içerir.
- DNA polimeraz, öncü iplik üzerinde, 3′ ila 5′ yönünde yönlendirilmiş olan şablon iplik boyunca hareket ederken 5′ ila 3′ yönünde sürekli bir DNA ipliği sentezleyebilir.
- Bununla birlikte, lagging strand üzerinde, sentez yönü küçük segmentler halinde gerçekleşmelidir çünkü DNA polimeraz DNA’yı yalnızca 5′ ila 3′ yönünde sentezleyebilir. Şablon iplik ters 5′ ila 3′ yönünde yönlendirildiğinden bu bir zorluk yaratır.
- Bunu çözmek için, geciken iplik, Okazaki parçaları adı verilen ve tipik olarak ökaryotlarda 100-200 baz çifti ve prokaryotlarda 1000-2000 baz çifti civarında olan kısa segmentler halinde kesintili olarak sentezlenir.
- Bu parçalar, DNA polimerazın DNA’yı sentezlemesi için bir başlangıç noktası sağlayan primaz tarafından yerleştirilen kısa RNA primerleri tarafından başlatılır. Okazaki parçaları oluştuktan sonra, RNA primerleri çıkarılır ve DNA nükleotidleri ile değiştirilir.
- Son adım, bitişik parçalar arasında fosfodiester bağları oluşturarak Okazaki parçalarını birleştiren ve böylece gecikme ipliği üzerinde sürekli bir DNA ipliği oluşturan DNA ligaz enzimini içerir.
Okazaki parçalarının sentezinde yer alan adımlar:
- Primaz kısa bir RNA primeri sentezler.
- DNA polimeraz DNA nükleotidleri ekleyerek RNA primerini genişletir ve Okazaki parçalarını oluşturur.
- RNA primeri tipik olarak RNaz H veya DNA polimeraz I (prokaryotlarda) tarafından çıkarılır ve DNA nükleotidleri ile değiştirilir.
- DNA ligaz Okazaki parçaları arasındaki boşlukları kapatarak sürekli bir iplikçik oluşturur.
Bu süreç, DNA polimerazın tek yönlü aktivitesinin sınırlamalarına rağmen, tüm DNA molekülünün aslına sadık bir şekilde çoğaltılmasını sağlar.
İlgili Anahtar Enzimler:
- DNA polimeraz: RNA primerini uzatır ve DNA sentezler.
- Primaz: DNA polimerazın senteze başlaması için gereken kısa RNA primerini sentezler.
- DNA ligaz: Okazaki parçalarını birleştirerek geciken iplikçik üzerinde sürekli bir iplikçik oluşturur.
- RNaz H/DNA polimeraz I: RNA primerlerini çıkarır ve DNA nükleotidleri ile doldurur.
Keşif
Okazaki fragmanlarının** keşfi, moleküler biyoloji tarihinde önemli bir bölümdür ve bilimsel ilerlemenin doğasında var olan merak, titiz deneyler ve yaratıcı problem çözmenin bir kombinasyonunu sergilemektedir. Bu keşif DNA replikasyonu sürecine, özellikle de hücrenin geciken ipliği sentezleme zorluğunun üstesinden nasıl geldiğine dair fikir vermiştir.
1960’larda DNA replikasyonunun, hücre bölünmesinde genetik bilginin yavru hücrelere sadakatle aktarılmasını sağlayan merkezi bir süreç olduğu zaten biliniyordu. Bilim insanları, her yeni DNA molekülünün bir eski iplik ve bir yeni iplikten oluştuğu yarı muhafazakar replikasyon modelinin temellerini geliştirmişlerdi. Bununla birlikte, DNA replikasyonunun mekaniği üzerinde bir gizem belirdi – özellikle, çift sarmalın zıt yönlerde ilerleyen iki ipliğinin, yalnızca bir yönde (5′ den 3′ e) çalışan DNA polimeraz tarafından aynı anda nasıl sentezlenebileceği.
O zamanın geçerli modellerinde, 3′ ila 5′ yönünde yönlendirilen öncü iplikçiğin replikasyon çatalı hareket ettikçe sürekli olarak 5′ ila 3′ yönünde sentezlenebileceği açık görünüyordu. Peki ya ters yönde ilerleyen geciken iplikçik ne olacaktı? Bu paradoksal görünüyordu – DNA polimerazın sınırlamaları göz önüne alındığında, hücre aynı anda iki zıt yönde DNA’yı nasıl sentezleyebilirdi?
İşte bu noktada Japon moleküler biyolog Reiji Okazaki ile eşi ve işbirlikçisi Tsuneko Okazaki devreye girdi. Japonya’daki Nagoya Üniversitesi’nde çalışan çift, geciken ipliğin öncü iplik gibi sürekli olarak değil, daha sonra birbirine dikilecek olan kısa parçalar halinde sentezlenebileceği hipotezini ortaya attı.
Keşif:
Bu hipotezi test etmek için 1968 yılında Okazakiler, genetik araştırmalarda sıklıkla kullanılan bir bakteri olan Escherichia coli (E. coli) üzerinde bir dizi dahiyane deney gerçekleştirdiler. Bu bakteri hücrelerini radyoaktif olarak işaretlenmiş nükleotidlerin kısa bir darbesine maruz bıraktılar. Çeşitli zaman aralıklarından sonra DNA parçalarını analiz ederek, yeni sentezlenen DNA’yı gözlemlemeyi ve kısa parçalar halinde mi yoksa sürekli bir iplikçik olarak mı göründüğünü görmeyi umuyorlardı.
Elde ettikleri sonuçlar çarpıcıydı. Başlangıçta, yeni sentezlenen DNA’nın çoğu uzun, sürekli iplikler yerine kısa parçalar halinde (yaklaşık 1.000-2.000 baz çifti) ortaya çıktı. Daha sonra Okazaki parçaları olarak bilinen bu parçalar bulmacanın eksik parçasını oluşturdu.
Okazakiler bu parçaların daha sonra sürekli bir iplikçik oluşturmak üzere bir araya geldiğini buldular. Bu, geciken iplikçikteki DNA replikasyonunun süreksiz bir süreç olduğunu, DNA’nın kısa patlamalar halinde sentezlendiğini ve daha sonra DNA ligaz enzimi ile bağlandığını gösteriyordu.
Etki:
Okazaki parçalarının keşfi devrim niteliğindeydi. Geciken ipliğin öncü ipliğin tersi yönde nasıl sentezlendiğine dair net bir açıklama sağladı. Geciken ipliğin sentezinin süreksiz doğası, RNA primerlerinin (DNA sentezini başlatan kısa RNA dizileri) ve DNA ligaz enziminin keşfiyle birleştiğinde, DNA replikasyon sürecinin daha kapsamlı bir şekilde anlaşılması için zemin hazırladı.
Okazakilerin keşfi sadece moleküler biyolojinin en karmaşık süreçlerinden birini aydınlatmakla kalmadı, aynı zamanda bilimsel merak ve ısrarın nasıl çığır açabileceğinin kalıcı bir sembolü haline geldi. Trajik bir şekilde, Reiji Okazaki bu keşiften sadece birkaç yıl sonra, 1975 yılında lösemiden vefat etti, ancak eşi Tsuneko Okazaki bilimsel kariyerine devam ederek moleküler biyolojiye önemli katkılarda bulundu.
Okazaki fragmanlarının hikayesi, moleküler biyoloji ders kitaplarının ve araştırmalarının önemli bir parçası olmaya devam etmektedir. Keşifleri, DNA replikasyonunun mekaniğindeki temel bir sorunu çözdü ve genetik replikasyon hatalarını, mutasyonları ve DNA onarım mekanizmalarını anlamanın yolunu açtı.
Tsuneko Okazaki, kariyeri boyunca kadınların bilimde yer almasını savunmuş ve kromozomal DNA replikasyonu ve telomerler gibi alanlarda katkı sağlamaya devam etmiştir. Tsuneko Okazaki’nin çalışmaları, merhum eşinin çalışmalarıyla birlikte, bilimsel keşiflerin işbirliğine dayalı ve aşamalı doğasının bir kanıtı niteliğindedir.
İleri Okuma
- Okazaki, R., Okazaki, T., Sakabe, K., Sugimoto, K., & Sugino, A. (1968). “Mechanism of DNA chain growth. I. Possible discontinuity and unusual secondary structure of newly synthesized chains.” Proceedings of the National Academy of Sciences, 59(2), 598-605.
- Kornberg, A., & Baker, T. A. (1992). DNA Replication (2nd ed.). W.H. Freeman.
- Meselson, M., & Stahl, F. W. (1958). “The replication of DNA in Escherichia coli.” Proceedings of the National Academy of Sciences, 44(7), 671-682.
- Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K., & Walter, P. (2014). Molecular Biology of the Cell (6th ed.). Garland Science.
