DNA’nın Kendini Eşlemesi Sırasında Hangisi Değişmez?
Soru: DNA’nın kendini eşlemesi, hücre bölünmesi, büyümesi ve onarımı için kritik bir süreçtir. DNA’nın kendini eşlemesi sırasında öncelikle DNA’nın çift zinciri yapısı ortadan ikiye fermuar gibi ayrılır. Sitoplazmada bulunan serbest nükleotidler çekirdeğe girer. Ayrılan zincirlerin karşısına serbest nükleotidler uygun olacak şekilde yerleşir. Eşler tamamlandıktan sonra başlangıçtaki aynı olan iki DNA meydana gelir. DNA’nın kendini eşlemesi sırasında ortadan ikiye ayrılan zincirler yeni DNA oluşumunda kalıp olarak kullanılır. Oluşan DNA zincirinin her birinde biri eski diğeri yeni iki zincir bulunur. Buna göre DNA’nın kendini eşlemesi sırasında hangisi değişmez?
A) Sitoplazmada serbest halde bulunan deoksiriboz şekeri sayısı
B) Sitoplazmada serbest halde bulunan organik baz sayısı
C) Sitoplazmada serbest halde bulunan fosfat sayısı
D) Sitoplazmada serbest halde bulunan organik baz çeşidi
Cevap:
DNA’nın kendini eşlemesi (DNA replikasyonu) sırasında, organik bazların (Adenin, Timin, Guanin, Sitozin) çeşitleri değişmez; yani sitoplazmada bulunan organik bazların türünde bir değişiklik olmaz. Bu nedenle doğru seçenek D) Sitoplazmada serbest halde bulunan organik baz çeşidi şeklindedir.
Aşağıda, bu sonuca nasıl ulaştığımızı ayrıntılı olarak inceleyelim.
1. DNA Replikasyonunun Genel İlkeleri
DNA replikasyonu, hücrenin bölünmesi veya çoğalması esnasında DNA’nın kopyalanmasını sağlayan önemli bir mekanizmadır. Bu süreçte birkaç temel adım bulunur:
-
Zincirin Açılması (Denatürasyon)
- DNA çift zinciri, replikasyon çatalı adını verdiğimiz bölgede helikaz enzimi yardımıyla birbirinden ayrılır.
- Bu ayrılma fermuar benzeri bir mekanizmayla gerçekleşir ve her bir DNA zinciri kalıp (şablon) görevi üstlenir.
-
Serbest Nükleotitlerin Eklemlenmesi
- Sitoplazmada var olan serbest nükleotitler çekirdeğe girer (ökaryot hücrelerde) veya nükleoid bölgeye (prokaryot hücrelerde) ulaşır.
- Her bir nükleotidin yapısında 1 fosfat grubu (veya çoğu zaman üç fosfatlı halde gelirler, ancak zincire eklenme aşamasında bir pirofosfat grubu ayrılır), 1 deoksiriboz şekeri ve 1 organik baz (A, T, G veya C) bulunur.
- Kalıp görevi gören her bir eski zincirin karşısına, baz eşleşmesi kuralına göre uygun nükleotit yerleştirilir. Adenin karşısına Timin, Guanin karşısına Sitozin bulunur.
-
Zincirin Uzaması ve Birleşmesi
- Polimeraz enzimi, kalıp zincire uygun yeni nükleotitleri birbirine bağlar.
- Böylece iki yeni DNA çift sarmalı ortaya çıkar. Her yeni sarmalın bir zinciri “eski”, diğer zinciri ise “yeni”dir (yarı korunumlu replikasyon - semikonservatif replikasyon).
2. Soru Seçeneklerinin Ayrıntılı Değerlendirilmesi
A) Sitoplazmada Serbest Halde Bulunan Deoksiriboz Şekeri Sayısı
- Replikasyon sırasında kullanılan nükleotitlerdeki şeker, “deoksiriboz” olarak adlandırılır.
- Yeni DNA sentezi için çok sayıda deoksiriboz şekeri içeren nükleotit tüketilir. Dolayısıyla süreç ilerledikçe serbest halde bulunan nükleotitler kullanılır, bu da deoksiriboz şekerinin miktarında (sayısında) azalmaya yol açar.
- Bu nedenle replikasyon esnasında bu sayının değiştiğini söyleyebiliriz.
B) Sitoplazmada Serbest Halde Bulunan Organik Baz Sayısı
- Organik bazlar (A, T, G ve C) da nükleotitlerin yapı taşıdır.
- Yeni DNA sentezi için her biri eşleşme kurallarına göre kalıp zincirin karşısına eklenir.
- Süreç boyunca nükleotitler kullanıldığından, organik bazların (A, T, G, C) miktarı da sürekli olarak değişime uğrar (kullanılan oranda azalır).
C) Sitoplazmada Serbest Halde Bulunan Fosfat Sayısı
- Bir nükleotidin yapısında en az bir fosfat bulunur. Genelde trifosfat (ATP gibi) formunda gelirler ancak zincire eklenirken bir pirofosfat açığa çıkar.
- Replikasyon sürecinde yeni nükleotit bağlanmasıyla fosfat molekülleri de tüketilir veya farklı formlarda sisteme geri döner. Dolayısıyla** serbest fosfat miktarında** da değişim söz konusudur.
D) Sitoplazmada Serbest Halde Bulunan Organik Baz Çeşidi
- Hücrede kullanılan organik bazlar genellikle Adenin (A), Timin (T), Guanin (G) ve Sitozin (C) olarak sabittir.
- DNA’nın replikasyonu sırasında bazı bazların sayısı azalabilir, ancak mevcut bazların çeşitliliği değişmez; çünkü DNA sentezinde kullanılan bazlar dünya çapında bilinen ana dört bazdır.
- Hücre içi koşullar altında özel bir mutasyon ya da biyokimyasal modifikasyon olmadıkça, kullanılan organik baz türleri farklı bir baza dönüşmez. Dolayısıyla “hangi baz türünün var olduğu” gerçeği değişmez.
Bu nedenle, seçenekler içerisinden değişmeyen unsur, organik bazların çeşididir (D seçeneği).
3. DNA Replikasyonu Sırasında Miktarda ve Çeşitte Meydana Gelen Değişikliklerin Karşılaştırılması
Aşağıdaki tabloda, söz konusu dört unsur (deoksiriboz şekeri, organik baz, fosfat, organik baz çeşidi) replikasyonda nasıl etkilenir kısaca gösterilmiştir:
| Bileşen | Miktar Değişimi | Çeşit Değişimi | Değişip Değişmediği |
|---|---|---|---|
| Deoksiriboz Şekeri (A Seçeneği) | Azalır | Değişmez | Kullanıldıkça sayısı değişir |
| Organik Baz Sayısı (B Seçeneği) | Azalır | Değişmez | Kullanıldıkça sayısı değişir |
| Fosfat Sayısı (C Seçeneği) | Azalır | Değişmez | Nükleotit sentezinde tüketildiği için miktarı değişir |
| Organik Baz Çeşidi (D Seçeneği) | Değişmez | Değişmez | Her zaman A, T, G, C çeşitleri sabittir (değişmez) |
Tabloya bakıldığında net biçimde görüyoruz ki, deoksiriboz şekeri, organik baz sayısı ve fosfat miktarı replikasyon boyunca tüketildiği için miktarları azalır veya genel olarak değişir. Ancak baz çeşitleri bakımından hücrede kullanılan nükleotitler her zaman aynı tür organik bazları (A, T, G, C) içerir. Bu yüzden D seçeneği doğru seçenektir.
4. DNA Replikasyonu ile İlgili Ek Bilgiler
-
Yarı Korunumlu (Semikonservatif) Replikasyon
- Yeniden oluşan DNA moleküllerinin her biri eski (ebeveyn) zincirden bir parça ve yeni sentezlenmiş bir zincirden oluşur.
- Bu mekanizma kalıtımın hatasız şekilde aktarılmasında kritik önem taşır.
-
Replikasyon Hataları ve Düzeltme Mekanizmaları
- DNA polimeraz, yerleştirdiği nükleotitleri kontrol eder ve bir hatayla karşılaştığında düzeltici enzimler devreye girerek mutasyon oluşumunu minimuma indirir.
- Buna rağmen bazen mutasyonlar oluşabilir ancak bu, “baz çeşidinin” değişmesi anlamına gelmez. Sadece yanlış bazın eklenmesi gibi istenmeyen durumlarla sınırlıdır.
-
Enerji Kullanımı
- Yeni nükleotidin eklenmesi ATP gibi yüksek enerjili moleküllerin yanı sıra trifosfat formundaki nükleotitlerin iki fosfatını (pirofosfat) hidroliz ederek de sağlanan enerjiye ihtiyaç duyar.
- DNA sentezinin tamamı, hücre için önemli miktarda enerjinin harcandığı karmaşık bir süreçtir.
5. Sonuç
- DNA replikasyonu, hücre bölünmesi ve büyümesinin sağlanması açısından yaşamsal bir süreçtir.
- Bu süreçte sitoplazmada (veya ökaryotlarda çekirdek zarının içinde nükleoplazmada) bol miktarda serbest nükleotit bulunur. Eşleşme tamamlandığında her iki DNA molekülü de neredeyse hatasız bir biçimde oluşmuş olur.
- Serbest halde bulunan deoksiriboz şekeri, organik bazlar ve fosfatlar sayısal olarak azalırken, organik baz çeşitliliği değişmez.
- Dolayısıyla sorudaki “Buna göre DNA’nın kendini eşlemesi sırasında hangisi değişmez?” sorusunun doğru yanıtı, D seçeneği olarak “Sitoplazmada serbest halde bulunan organik baz çeşidi”dir.