Protein Sentezi Nedir? DNA’dan Proteine Bilgi Akışı

Protein sentezinin genel akışı ve görevli moleküller

Protein sentezinde bilgi akışı DNA → mRNA → polipeptit şeklindedir. DNA, hangi amino asitlerin hangi sırayla dizileceğine ilişkin genetik bilgiyi taşır. DNA’daki ilgili gen bölgesi açılır ve bu bölgedeki kalıp zincir kullanılarak mRNA sentezlenir. mRNA, DNA’daki bilginin protein üretiminde kullanılacak kopyasını taşır.

mRNA sitoplazmaya ulaştığında ribozoma bağlanır. Ribozom, rRNA ve proteinlerden oluşan; mRNA ile tRNA’ları uygun konumlarda buluşturan yapıdır. tRNA’lar belirli amino asitleri ribozoma getirir. Her tRNA’nın bir ucunda taşıdığı amino aside bağlanma bölgesi, diğer ucunda ise mRNA’daki kodonla eşleşen üç bazlı antikodon bulunur. Böylece amino asitler mRNA’daki bilgiye uygun sırada birbirine bağlanır ve polipeptit zinciri oluşur. Hücrede farklı RNA türleri farklı görevler üstlenir; mRNA bilgi taşır, tRNA amino asit getirir, rRNA ise ribozomun yapısına ve işlevine katılır.

Gen ifadesinin düzenlenmesi, bir genin ne zaman ve ne ölçüde kullanılacağını belirleyen ayrı bir konudur; ayrıntılar gen-ifadesinin-duzenlenmesi başlığında ele alınır. DNA replikasyonu ise DNA’nın kendini eşlemesidir ve protein sentezinin bu makalede açıklanan basamaklarından farklıdır.

Transkripsiyon

Transkripsiyon, DNA’daki bir genin bilgisinden tamamlayıcı bir mRNA zincirinin sentezlenmesidir. Ökaryot hücrelerde DNA çekirdekte bulunduğu, protein sentezi ise sitoplazmada gerçekleştiği için mRNA, genetik bilginin çekirdekten sitoplazmaya taşınmasını sağlar. Bu aşamada DNA’nın yalnızca ilgili gen bölgesi açılır; DNA’nın tamamı birbirinden ayrılmaz.

Süreç, genin başlangıcındaki promotör bölgesinin RNA polimeraz tarafından tanınmasıyla başlar. DNA’nın ilgili kısmı açıldığında zincirlerden biri kalıp olarak kullanılır. RNA polimeraz, kalıp zincirdeki bazlara tamamlayıcı RNA nükleotitlerini ekleyerek mRNA’yı uzatır. RNA’da timin yerine urasil bulunduğundan DNA’daki adenin karşısına RNA’da urasil gelir; RNA’daki adenin ise DNA’daki timinle eşleşir. Sentez, RNA polimerazın yeni RNA zincirine nükleotit eklemesiyle ilerler.

Örneğin kalıp DNA zincirinde 3'-TAC CCT ATT-5' dizisi varsa buna tamamlayıcı mRNA dizisi 5'-AUG GGA UAA-3' olur. Bu örnekte DNA’daki bilgi, RNA bazları kullanılarak mRNA’ya aktarılmıştır; mRNA’daki üçlü baz grupları daha sonra translasyonda okunacaktır.

Genin sonundaki terminatör dizisi transkripsiyonun bitmesini sağlar. Yeni RNA zinciri DNA’dan ve RNA polimerazdan ayrılır. Ökaryotlarda çekirdekten çıkmadan önce mRNA’nın başına ve sonuna bazı düzenleyici yapılar eklenebilir ve kodlamayan bölümler çıkarılarak kalan bölgeler birleştirilebilir; bu işlem mRNA’nın işlenmesi olarak adlandırılır. İşlenmiş mRNA daha sonra sitoplazmaya geçerek ribozomda kullanılabilir.

RNA’nın temel yapısal özellikleri

RNA çoğunlukla tek zincirlidir ve DNA’dan farklı olarak riboz şekeri ile timin yerine urasil bazı taşır. mRNA, tRNA ve rRNA farklı görevleri olan RNA çeşitleridir. Bu yapı ve görev farklılıkları, genetik bilginin DNA’dan ribozoma aktarılmasını mümkün kılar.

Kodon, antikodon ve genetik şifre

Kodon, mRNA üzerindeki art arda gelen üç nükleotitten oluşan ve bir amino asidi ya da translasyonun sona ermesini belirleyen birimdir. Genetik şifre, mRNA’daki kodonların hangi amino aside karşılık geldiğini belirleyen eşleştirme sistemidir. tRNA üzerindeki üç nükleotitlik antikodon, mRNA’daki uygun kodonla tamamlayıcı baz eşleşmesi yapar. Böylece ribozom, mRNA’daki sırayı doğru amino asit sırasına dönüştürür.

Örneğin mRNA üzerindeki GGA kodonu glisini belirtir. Bu kodona bağlanacak tRNA’nın antikodonu CCU olur. tRNA’nın taşıdığı glisin ribozoma getirilir ve büyüyen zincire eklenir. Kodon ile antikodonun aynı şey olmadığı unutulmamalıdır: kodon mRNA’da, antikodon tRNA’da bulunur. Başlangıç kodonu olan AUG, translasyonun başlamasında görev alır ve metiyonini belirtir; dur kodonları ise amino asit taşıyan bir tRNA çağırmadan süreci bitirir.

Translasyon

Translasyon, mRNA üzerindeki kodon dizisinin ribozom tarafından okunarak amino asitlerden oluşan bir polipeptit zincirine çevrilmesidir. Bu aşamada mRNA kalıp görevi görür, ribozom mRNA’yı okuma ortamını oluşturur ve tRNA’lar uygun amino asitleri sırayla taşır. Ribozomun küçük ve büyük alt birimleri mRNA hazır olduğunda birleşerek mRNA’ya bağlanır.

Ribozom mRNA üzerinde ilerlerken her seferinde bir kodon okunur. Bu kodona tamamlayıcı antikodona sahip amino asit yüklü tRNA ribozoma gelir. tRNA’nın taşıdığı amino asit, büyüyen polipeptit zincirine eklenir. Ardından ribozom mRNA üzerinde üç nükleotitlik, yani bir kodonluk ilerleme yapar ve sıradaki kodona uygun tRNA ribozoma gelir. Bu döngü, mRNA’daki dur kodonuna ulaşılıncaya kadar devam eder. Amino asitler arasında peptit bağlarının kurulmasıyla zincir uzar.

Örneğin mRNA dizisi 5'-AUG GGA UUU UAA-3' olsun. Ribozom AUG kodonuyla başlar; metiyonin, GGA kodonuna karşılık gelen glisin ve UUU kodonuna karşılık gelen amino asit zincire eklenir. UAA bir dur kodonu olduğu için yeni bir amino asit getirmez ve oluşan polipeptit serbest bırakılır. Böylece mRNA’daki bilgi, kodonların sırasına bağlı bir amino asit dizisine dönüştürülmüş olur.

Aynı mRNA’nın birden fazla ribozom tarafından eş zamanlı okunması, aynı proteinden kısa sürede birden fazla kopya üretilmesini sağlayabilir. Translasyon tamamlandıktan sonra polipeptit zinciri katlanarak kendine özgü üç boyutlu yapısını kazanabilir; ancak bu süreç, genetik bilginin mRNA’dan amino asit dizisine çevrilmesinden sonraki aşamadır.

Başlangıç, uzama ve sonlanma aşamaları

Translasyon üç aşamada gerçekleşir: başlangıç, uzama ve sonlanma. Başlangıçta ribozomun küçük alt birimi mRNA’ya bağlanır ve başlangıç kodonu, genellikle AUG, uygun başlatıcı tRNA ile eşleşir. Daha sonra ribozomun büyük alt birimi komplekse katılır. Böylece mRNA’nın okunacağı ve amino asit zincirinin kurulacağı translasyon kompleksi oluşur.

Uzama sırasında bir sonraki kodona uygun antikodona sahip tRNA ribozoma gelir. Taşıdığı amino asit, zincirdeki önceki amino aside peptit bağıyla bağlanır. Ribozom mRNA üzerinde bir kodon ilerler; önceki tRNA ayrılır, yeni kodona uygun başka bir tRNA yerleşir ve zincir uzamaya devam eder. Ribozomun mRNA üzerinde üç bazlık adımlarla ilerlemesi, kodonların tek tek ve doğru sırayla okunmasını sağlar.

Sonlanma, ribozomun mRNA’daki dur kodonlarından birine ulaşmasıyla gerçekleşir. Dur kodonuna karşılık gelen bir amino asit taşıyan tRNA bulunmadığından yeni amino asit eklenmez. Polipeptit zinciri ribozomdan ayrılır, ribozom alt birimlerine ayrılabilir ve mRNA ile tRNA’lar serbest kalır.

Kodon, amino asit ve peptit bağı ilişkileri

Protein sentezi sorularında önce verilen dizide kaç kodon bulunduğu, ardından bu kodonların kaçının amino asit belirttiği ayırt edilmelidir. Başlangıç kodonu AUG bir amino asidi, yani metiyonini belirtir. Dur kodonları amino asit belirtmez; yalnızca translasyonun sona ermesini bildirir. Bu nedenle mRNA’daki toplam kodon sayısı, dizide dur kodonu bulunuyorsa amino asit sayısına eşit olmaz.

Doğrusal bir polipeptit zincirinde amino asitler birbirine peptit bağlarıyla bağlanır. Bir zincirde n amino asit varsa, ardışık amino asitleri birbirine bağlamak için n - 1 peptit bağı gerekir. Örneğin AUG-GGA-UUU-UAA dizisinde dört kodon vardır; ancak UAA dur kodonu olduğu için üç amino asitlik bir zincir oluşur. Bu üç amino asit arasında iki peptit bağı bulunur.

Kodon sayısı ile amino asit sayısını karıştırmamak gerekir. Dur kodonu toplam kodon sayısına dahil edilebilir, fakat amino asit sayısına ve peptit bağı sayısına dahil edilmez. Ayrıca bir amino asidin birden fazla kodonla belirtilmesi mümkün olsa da her kodon, okunma sırasında zincire en fazla bir amino asidin eklenmesini sağlar. Soruda verilen dizinin başlangıç ve dur kodonlarını içerip içermediği, sayımın ilk adımıdır.