DNA Protein Sentezi Temel Veteriner Genetik
Protein sentezi DNA’daki bilginin ürüne dönüştürülme işlemidir. mRNA, tRNA ve ribozomların yanında pek çok enzimin yer aldığı, biyokimyasal olarak oldukça karmaşık bir işlemdir. Bu işlemde yaklaşık olarak 300 makromolekül görev alır. DNA da kodlanan bilginin hatasız ve bir o kadar da hızlı ürüne dönüşmesi için mükemmel bir sistemdir. DNA’daki bilginin protein moleküllerine çevrilmesi iki aşamada gerçekleşir.
• Transkripsiyon
• Translasyon
Transkripsiyon : DNA molekülleri çekirdek porlardan geçemeyecek büyüklüktedir. Bu nedenle DNA’daki genetik bilgi ulak (messenger, mRNA) RNA’ya aktarılmaktadır. RNA polimeraz enzimi DNA’dan RNA’nın sentezlenmesini sağlar. RNA polimeraz pek çok özelliği açısından DNA polimeraza benzer, fakat RNA sentezinin başlangıcında bir primere ihtiyaç duymaz. RNA polimeraz genin özgül noktalarına bağlanarak transkripsiyona başlar. Gen üzerinde yer alan bu özel dizilere promotör denir. RNA polimeraz DNA çift sarmalını açarak kalıp ipliğe uygun nükeotitleri ardışık olarak birbirine ekler, RNA sentezi, polimeraz sonlanma dizisine gelinceye kadar devam eder. Sonlanma dizisine gelince enzim DNA’dan ayrılır, sentezlenen RNA serbestkalır. Ökaryotlarda transkripsiyon prokaryotlara göre biraz daha kompleksdir. Prokaryotlarda RNA polimeraz tektir ve tüm genler aynı polimeraz ile transkribte edilirken ökaryotlarda üç farklı RNA polimeraz bulunmaktadır; RNA polimeraz I, RNA polimeraz II, RNA polimeraz III. Bunlar farklı gen gruplarının transkripsiyonundan sorumludurlar. Bir diğer farklılıkta, ökaryotlarda sentezlenen bir mRNA da tek bir gene ait bilgi bulunurken, prokaryotlarda birden fazla gene ait bilgi bulunabilmektedir. Kısaca prokaryotik RNA polimerazlar DNA da ardışık bulunan pek çok geni bir defada aynı mRNA’da tarnskripte ederken, ökaryotik RNA polimeraz sadece tek bir gene ait bilgiyi içeren mRNA sentezler (Şekil 8.6).
Ökaryotik mRNA ilk sentezlendiğinde translasyon için uygun değildir, bu nedenle olgun olmayan mRNA (öncü mRNA ya da pre-mRNA) adı verilir. Nükleusta sentezlendikten sonra sitoplazmaya geçmeden önce bazı işlemlere tabi tutulur. Öncü mRNA’ların her iki ucunun modifikasyonu ve intronların çıkarılarak eksonların birbirine bağlanması işlemlerinden sonra sitoplazmaya geçer. Prokaryotlarda ise ribozomlar sentez daha tamamlanmadan mRNA’nın ilk sentezlenen kısımlarına bağlanarak translasyona başlar, yani transkripsiyon ve translasyon aynı anda olabilmektedir.
Translasyon (Protein Sentezi): Sentezlenmiş olan mRNA’ların taşıdığı bilgiye uygun olarak aminoasitlerin ardışık sıralanmasıdır. Bir diğer deyişle genetik bilginin ürüne dönüştürülmesidir. Translasyonda görev alan organel ve makro moleküller şunlardır;
- Ulak RNA (mRNA)
- Ribozom
- Taşıyıcı RNA (tRNA)
- Aminoaçil sentetaz enzimi
- Aminoasitler
mRNA
Ulak RNA (messenger RNA, mRNA) DNA da bulunan bilginin proteine dönüşmesinde çok önemli bir role sahiptir. Ökaryotlarda nükleusta yer alan bilginin sitoplazmaya taşınmasını sağlar. Tek ipliklidir, ökaryotlarda DNA’dan ilk sentezlendiğinde translasyon için uygun değildir. Bu nedenle öncü mRNA denir. Öncü mRNA intron ve eksonlardan oluştuğu için oldukça uzundur. Transkripsiyondan sonra eksonükleazların aktivitesi ile intronlar çıkarılıp eksonlar birleştirilir, intronların çıkarılmasıyla boyu oldukça kısalır. Daha sonra öncü mRNA’nın 5’ ucuna CAP adı verilen guanince zengin dizi, 3’ ucuna ise Poly A olarak bilinen ardışık sıralanmış çok sayıda adenin eklenir, böylece mRNA protein sentezi için hazır hale gelir, yapılan tüm bu işlemlere splicing denir (Şekil 8.7). Prokaryotlarda ise DNA’dan setezlenen mRNA da intronlar olmadığı için DNA’dan sentezlendikten hemen sonra protein sentezine uygundur. mRNA prokaryotlarda birden fazla proteine ait bilgiyi taşırken ökaryotlarda tek bir proteine ait bilgiyi taşır. mRNA’nın yarılanma ömrü prokaryot ve ökaryotlarda faklıdır. Memeli hücrelerinde mRNA’ların sitoplazmada yarılanma süresi 30 dakika ile 20 saat arasında değişmektedir, prokaryotlarda ise 2-3 dakikadır. mRNA üzerinde yer alan ribonükleotitler üçlü kodonları oluştururlar. Bu kodonların karşılığı olan anti kodonlar ise tRNA’larda vardır. Protein sentezinde kodon- anti kodon eşleşmesi sayesinde doğru aminoasitin bağlanması sağlanmaktadır. mRNA’lar 5’ bölgelerinde taşıdığı, proteine çevrilmeyen özel baz dizileri sayesinde ribozoma bağlanır.
TaşıyıcıRNA
Taşıyıcı RNA (tRNA) yapısı ökaryot ve prokaryotta çok benzerdir. Uzunluğu 70- 80 nükleotitdir, DNA’dan ilk sentezlendiklerinde oldukça uzundurlar, işlenmeleri sırasında kısaltılırlar. 1965 yılında Holley tRNA yapısını detaylarıyla açıklamıştır. Holley tRNA da yer alan bazların bazı modifikasyonlar geçirerek değiştirildiğini ve bazı nükleotitler arasındaki bağlar nedeniyle de yonca yaprağı şeklinde olduğunu açıklamıştır. tRNA’ların 3’ ucunda her zaman CCA, 5’ ucunda ise G nükleotidi bulunur. Amino asitler 3’ ucuna bağlanır (Şekil 8.8).
tRNA’nın yonca yaprağı modelinde iki uç ve dört halka bulunmaktadır. Bu halkaların herbirinin adı ve görevi faklıdır. TyC halkası; ribozomu tanır, Antikodon halkası; mRNA daki kodonu tanır, D halkası; aminoaçil sentetaz enzimini tanır. DNA da dört bazın üçlü gruplar halinde farklı kombinasyonları sonucu 64 farklı kodon bulunmaktadır. Kodonlardan üçü sonlanma kodonu olduğu için geri kalan 61 adet kodon 20 aminoasiti kodlamaktadır. Bu durumda bir amino asit için birden fazla kodon ve tRNA vardır. Aminoasitlerin protein sentezi sırasında doğru olarak protein zincirine eklenmesi için kodon- antikodon baz eşleşmesinin özgünlüğü kadar amino asitlerin, doğru tRNA’ya bağlanmasına da bağlıdır. Amino asitlerin tRNA’lara bağlanması aminoaçil sentetaz enzimiyle sağlanır. Her amino asit için sadece bir enzim bulunur. Enzim amino asiti ve ona bağlanabilecek tRNA’ları tanır, amino asiti tRNA’nın 3’ ucuna bağlar.
Ribozomlar
Hücrede protein sentezinin gerçekleştiği organeldir. Hücrenin fonksiyonuna göre sahip olduğu ribozom sayısı değişir. Protein sentezinin fazla yapıldığı hücrelerde ribozom sayısı diğer hücrelere göre daha fazladır. Prokaryot ve ökaryot ribozomları birbirine çok benzer yapıdadır. Yapısında rRNA ve çeşitli ribozomal proteinler bulunmaktadır. Ribozomda gerçekleşen reaksiyonlarda peptid bağı oluşumunu katilizyen makro molekülün rRNA olduğu yapılan çalışmalar ile gösterilmiştir. Ribozom büyük ve küçük alt birimden oluşur. İki alt birimin birleşmesiyle oluşan yapıya monozom denir. Prokaryotlarda ribozom büyüklüğü 70S olup, küçük alt birim 30S, büyük alt birim 50S dir. Ökaryotlarda ribozom büyüklüğü 80S olup, küçük alt birim 40S, büyük alt birim 60S dir. Ribozomların büyük ve küçük alt birimleri protein sentezi yapılmadığı zamanlarda birbirinden ayrıdır, protein sentezi sırasında birleşirler. Büyük alt birim üzerinde farklı kimyasal olayların gerçekleştiği üç farklı bölgeye ayrılır. Bu bölgeler peptidil (P), aminoaçil (A), exit (E) olarak adlandırılmaktadır (Şekil 8.9).
Birden fazla ribozom mRNA üzerinde sıralanıp ardışık hareket ederek protein sentezi yapabilir. Ribozomların protein sentezi sırasında mRNA üzerinde bu şekilde sıralanmasıyla oluşan yapıya polizom (poliribozom) denir (Şekil 8.10).