Protein Sentezi
DNA'nın hücre yapısı ve fizyolojisi için bir "tasarı" sağladığından daha önce bahsedilmişti. Bu, DNA'nın hücrenin çok önemli bir molekül türü olan proteini oluşturması için gerekli bilgiyi içerdiği gerçeğini ifade eder. Hücrenin yapısal bileşenlerinin çoğu, en azından kısmen, proteinler tarafından oluşturulur ve bir hücrenin gerçekleştirdiği neredeyse tüm işlevler proteinlerin yardımıyla tamamlanır. Proteinlerin en önemli sınıflarından biri, hücre içinde gerçekleşen gerekli biyokimyasal tepkimeleri hızlandırmaya yardımcı olan enzimlerdir. Bu hayati biyokimyasal tepkimelerden bazıları, daha küçük bileşenlerden daha büyük moleküller oluşturmayı (DNA kopyalanması veya mikrotübüllerin üretilmesi sırasında olduğu gibi) ve daha büyük molekülleri daha küçük bileşenlere ayırmayı (besin moleküllerinden kimyasal enerji elde edilmesi sırasında olduğu gibi) içerir. Hücresel süreç ne olursa olsun, proteinleri içerdiği neredeyse kesindir. Tıpkı hücrenin genomunun DNA'nın tamamını tanımlaması gibi, bir hücrenin proteomu da proteinlerin tamamını ifade eder. Protein üretimi genlerle başlar. Bir gen, bir protein oluşturmak için gerekli genetik bilgiyi sağlayan işlevsel bir DNA parçasıdır. Her bir gen, belirli bir proteini oluşturmak için gerekli kodu sağlar. Bir gende kodlanan bilgiyi nihai bir gen ürününe dönüştüren gen ifadesi, sonuçta hangi proteinlerin yapılacağını belirleyerek bir hücrenin yapısını ve işlevini belirler.
Genlerin yorumlanması aşağıdaki şekilde çalışır. Proteinlerin birçok amino asit yapı taşından oluşan polimerler veya zincirler olduğunu hatırlayın. Bir gendeki baz dizisi (yani A, T, C, G nükleotid dizisi) bir amino asit dizisine dönüşür. Triplet, belirli bir amino asidi kodlayan arka arkaya üç DNA bazından oluşan bir bölümdür. Üç harfli d-o-g kodunun bir köpeğin görüntüsünü işaret etmesine benzer şekilde, üç harfli DNA baz kodu da belirli bir amino asidin kullanımını işaret eder. Örneğin, DNA üçlüsü CAC (sitozin, adenin ve sitozin) amino asit valini belirtir. Bu nedenle, benzersiz bir dizilimdeki çoklu üçlülerden oluşan bir gen, uygun dizilimdeki çoklu amino asitlerle tüm bir proteini oluşturmak için kod sağlar (aşağıdaki şekil). Hücrelerin DNA kodunu bir protein ürününe dönüştürme düzeneği; ara ürün olarak bir RNA molekülünün kullanıldığı iki aşamalı bir süreçtir.
DNA'dan RNA'ya: Transkripsiyon
DNA çekirdekte bulunur ve protein üretimi sitoplazmada gerçekleşir, bu nedenle çekirdekten ayrılan ve protein üretim sürecini yöneten bir tür ara haberci olmalıdır. Bu ara haberci, tek bir gen için genetik kodun bir kopyasını çekirdekten dışarıya ve protein üretmek için kullanıldığı sitoplazmaya taşıyan tek sarmallı bir nükleik asit olan haberci RNA'dır (mRNA).
Her biri hücrede farklı işlevlere sahip olan birkaç farklı RNA türü vardır. RNA'nın yapısı birkaç küçük istisna dışında DNA'ya benzer. Bir kere, DNA'nın aksine, mRNA da dahil olmak üzere çoğu RNA türü tek iplikli olup tamamlayıcı iplikçik içermez. İkincisi, RNA'daki riboz şekeri DNA ile karşılaştırıldığında ilave bir oksijen atomu içerir. Son olarak, timin bazı yerine RNA, urasil bazı içerir. Bu da protein sentezi sürecinde adeninin her zaman urasil ile eşleşeceği anlamına gelir.
Gen ifadesi, ilgilenilen genin tamamlayıcısı olan bir mRNA ipliğinin sentezi olan transkripsiyon adı verilen süreçle başlar. Bu sürece transkripsiyon denir çünkü mRNA, genin DNA kodunun bir transkripti veya kopyası gibidir. Transkripsiyon, DNA kopyalanmasına benzer bir şekilde başlar; DNA'nın bir bölgesi çözülür ve iki iplik ayrılır, ancak DNA'nın yalnızca küçük bir kısmı ayrılır. DNA molekülünün bu bölümündeki gen içindeki üçlüler, RNA'nın tamamlayıcı ipliğini kopyalamak için şablon olarak kullanılır (aşağıdaki şekil). Bir kodon, doğrudan amino asitleri kodladıkları için adlandırılan üç bazlı bir mRNA dizisidir. DNA kopyalanmasında olduğu gibi, transkripsiyonda da üç aşama vardır: başlatma, uzatma ve sonlandırma.
- Aşama 1: Başlatma. Genin başlangıcındaki promotör adı verilen bir bölge -belirli bir nükleotid dizisi- transkripsiyonun başlamasını tetikler.
- Aşama 2: Uzatma. Transkripsiyon, RNA polimeraz, DNA segmentini çözdüğünde başlar. Kodlama ipliği olarak adlandırılan bir iplik, kodlanacak genlerin bulunduğu taslak haline gelir. Polimeraz daha sonra doğru nükleik asidi (A, C, G veya U) DNA'nın kodlama ipliği üzerindeki tamamlayıcı baz ile hizalar. RNA polimeraz, büyüyen bir RNA ipliğine yeni nükleotidler ekleyen bir enzimdir. Bu süreç bir mRNA ipliği oluşturur.
- Aşama 3: Sonlandırma. Genin sonunda, terminatör dizisi adı verilen bir nükleotid dizisi yeni RNA'nın kendi üzerine katlanmasına neden olur. Bu katlanma RNA'nın genden ve RNA polimerazdan ayrılmasına neden olarak transkripsiyonu sonlandırır.
mRNA molekülü çekirdeği terk edip protein sentezine geçmeden önce çeşitli şekillerde tadilat görür. Bu nedenle bu aşamada genellikle ön-mRNA olarak adlandırılır. Örneğin, DNA'nız ve böylelikle tamamlayıcı mRNA'nız, amino asitleri kodlamayan uzun bölgeler içeren "kodlamayan bölgeler" olarak adlandırılan bölgeleri içerir. İşlevleri hala bir sırdır, ancak splicing adı verilen süreç, bu kodlamayan bölgeleri pre-mRNA transkriptinden çıkarır (aşağıdaki şekil). Çeşitli proteinler ve diğer moleküllerden oluşan bir yapı olan spliceosome, mRNA'ya bağlanır ve kodlama yapmayan bölgeleri "ekler" veya keser. Transkriptin çıkarılan bölümüne intron adı verilir. Kalan ekzonlar birbirine yapıştırılır. Ekzon, birleştirme işleminden sonra kalan bir RNA segmentidir. İlginç bir şekilde, mRNA'dan çıkarılan bazı intronlar her zaman kodlayıcı değildir. mRNA'nın farklı kodlama bölgeleri eklendiğinde, yapı ve işlev farklılıklarıyla birlikte proteinin farklı çeşitlemeleri ortaya çıkacaktır. Bu süreç, çok daha çeşitli olası proteinler ve protein işlevleri ile sonuçlanır. mRNA transkripti hazır olduğunda, çekirdekten dışarı ve sitoplazmaya doğru hareket eder.
RNA'dan Proteine: Translasyon
Bir kitabı bir dilden diğerine çevirmek gibi, bir mRNA ipliğindeki kodonlar da proteinlerin amino asit alfabesine çevrilmelidir. Translasyon, polipeptit adı verilen bir amino asit zincirinin üretilmesi sürecidir. Translasyon iki ana yardımcıya ihtiyaç duyar: birincisi, çeviriyi gerçekleştirecek molekül olan bir "translator" ve ikincisi, mRNA ipliğinin yeni bir proteine çevrildiği, translator'ın "masası" gibi bir substrat. Bu gerekliliklerin her ikisi de diğer RNA türleri tarafından yerine getirilmektedir. Çevirinin gerçekleştiği substrat, ribozomdur.
Bir hücrenin ribozomlarının çoğunun granüllü ER ile ilişkili olarak bulunduğunu ve Golgi aygıtına yönelik proteinlerin sentezini gerçekleştirdiğini unutmayın. Ribozomal RNA (rRNA), proteinlerle birlikte ribozomun yapısını oluşturan bir RNA türüdür. Ribozomlar sitoplazmada küçük ve büyük alt birim olmak üzere iki farklı bileşen olarak bulunur. Bir mRNA molekülü tercüme edilmeye hazır olduğunda, iki alt birim bir araya gelir ve mRNA'ya bağlanır. Ribozom; mRNA molekülünü kodunu çözmesi gereken moleküler "çevirmenler" ile bir araya getirip hizalayarak çeviri için bir alt tabaka sağlar.
Protein sentezi için diğer önemli gereksinim ise mRNA kodonlarını fiziksel olarak "okuyan" çevirmen molekülleridir. Taşıma RNA'sı (tRNA), uygun karşılık gelen amino asitleri ribozoma taşıyan ve her yeni amino asidi bir öncekine ekleyerek polipeptit zincirini tek tek oluşturan bir RNA türüdür. Böylece tRNA belirli amino asitleri, sitoplazmadan büyüyen bir polipeptide aktarır. tRNA molekülleri mRNA üzerindeki kodonları tanıyabilmeli ve bunları doğru amino asitle eşleştirebilmelidir. tRNA bu işlev için tadil edilmiştir. Yapısının bir ucunda belirli bir amino asit için bir bağlanma bölgesi bulunur. Diğer uçta, belirli amino asidi belirten kodonla eşleşen bir baz dizisi bulunur. tRNA molekülü üzerindeki üç bazdan oluşan bu diziye antikodon adı verilir. Örneğin, glisin amino asidinin taşınmasından sorumlu bir tRNA, bir ucunda glisin için bir bağlanma bölgesi içerir. Diğer uçta glisin kodonunu tamamlayan bir antikodon içerir (GGA glisin için bir kodondur ve bu nedenle tRNA'nın antikodonu CCU olarak okunur). Kendine özgü kargo ve eşleşen antikodon ile donatılmış bir tRNA molekülü, tanınan mRNA kodonunu okuyabilir ve karşılık gelen amino asidi büyüyen zincire getirebilir (aşağıdaki şekil).
DNA replikasyonu ve transkripsiyon süreçlerinde olduğu gibi, translasyon da üç ana aşamadan oluşur: başlatma, uzatma ve sonlandırma. Başlatma, bir ribozomun bir mRNA transkriptine bağlanmasıyla gerçekleşir. Uzatma aşaması, bir tRNA antikodonunun dizideki bir sonraki mRNA kodonu ile tanınmasını içerir. Antikodon ve kodon dizileri bağlandıktan sonra (unutmayın, bunlar tamamlayıcı baz çiftleridir), tRNA amino asit yükünü sunar ve büyüyen polipeptit ipliği bu sonraki amino aside bağlanır. Bu bağlanma çeşitli enzimlerin yardımıyla gerçekleşir ve enerji gerektirir. Daha sonra tRNA molekülü mRNA ipliğini serbest bırakır, mRNA ipliği ribozomda bir kodon kaydırır ve bir sonraki uygun tRNA eşleşen antikodonuyla birlikte gelir. Bu süreç, mRNA üzerindeki son kodona ulaşılana kadar devam eder; bu kodon, çevirinin sona erdiğini bildiren bir "dur" mesajı verir ve yeni sentezlenen proteinin tamamının salınmasını tetikler. Böylece, DNA molekülü içindeki bir gen mRNA'ya kopyalanır, bu da daha sonra bir protein ürününe çevrilir (aşağıdaki şekil).
Genellikle, bir mRNA transkripsiyonu birkaç komşu ribozom tarafından aynı anda tercüme edilir. Bu da protein sentezinin verimliliğini artırır. Tek bir ribozom bir mRNA molekülünü yaklaşık bir dakikada çevirebilir; bu nedenle tek bir transkriptte bulunan birden fazla ribozom aynı dakikada aynı proteinin birden fazla katını üretebilir. Bir poliribozom, tek bir mRNA ipliğini çeviren bir ribozom dizisidir.
| İNTERAKTİF BAĞLANTI Ribozomlar hakkında bilgi edinmek için bu videoyu izleyin. Ribozom, mRNA molekülüne bağlanarak kodunun bir proteine çevrilmesini başlatır. Çevirinin sonunda küçük ve büyük ribozomal alt birimlere ne olur? Önceki Ders: Çekirdek ve DNA Kopyalanması Sonraki Ders: Hücre Büyümesi ve Bölünmesi |
Yorumlar
Yorum Gönder