PROTEİN SENTEZİ DNA'daki dört çeşit nükleotit (A, T, G, C) üçlü kombinasyonlar halinde şifreleri oluşturur. DNA'daki şifre çeşit sayısı 43 = 64 ‘tür. DNA ve mRNA'daki üçlü nükleotit gruplarına kodon denir. Bir kodon bir amino asidi belirler. Ancak bir amino asit birden fazla kodon tarafından şifrelenebilir. AUG kodunu başlangıçkodunudur ve metiyonin amino asitini şifreler. Bütün proteinlerin sentezi metiyonin ile başlar. UAA, UAG ve UGA durdurucu kodonlardır. tRNA'daki üçlü nükleotit grubuna antikodon adı verilir. tRNA’nın görevi sitoplazmadan ribozomlara amino asitleri taşımaktır. Bu yüzden 61 çeşit antikodon, 61 çeşit tRNA vardır. Genetik kod sayısının fazla olması ile; genlerde oluşan mutasyonlara karşı canlının korunması sağlanır. Genetik şifre, kodon, antikodon, başlama ve durdurma kodonlarının bütün canlılarda aynı olması genetik şifrenin evrensel olduğunu gösterir.
Kalıtsal kavramların küçükten-büyüğe doğru sıralaması: Baz < Nükleozit < Nükleotid < Kod (kodon, antikodon) < Gen < DNA <Kromatin iplik < Kromozom.
DNA’daki genetik şifreye göre ribozomda amino asitlerden protein molekülü yapımına protein sentezi denir. Protein sentezi bütün canlılarda gerçekleşir. Ancak her canlı hücre (olgun alyuvar hücreleri) protein sentezi yapmayabilir.
Bir gen bir proteini doğrudan oluşturmaz. Önce DNA’daki bilgi RNA’ya aktarılır. RNA ise protein sentezini programlar. 1 gen çeşiti = 1 protein çeşiti.
Proteinler; monomerleri olan amino asitlerin dehidrasyonu ile oluşurlar. Komşu amino asitler peptit bağı ile bağlanır. Peptit bağı kadar su molekülü oluşur.
Protein moleküllerinin farklı olmasında etkili olan faktörler:
Protein çeşitliliğinde; amino asitlerin bağlanma biçimi, proteinlerin üretildiği ribozomlar ve rRNA'nın etkisi yoktur.
DNA, mRNA, tRNA, amino asit, enzim, ATP ve ribozom organeli protein sentezinde görevlidir.
Ribozomlar; Protein sentezi burada yapılır. Büyük ve küçük olmak üzere iki alt birimden oluşan organeldir. Her iki alt birim protein ve rRNA'dan oluşur. Küçük alt birime mRNA, büyük alt birime tRNA bağlanır.
Protein sentezi iki ana basamakta gerçekleşmektedir.
I. DNA’nın bir ipliğinin üzerindeki genetik kodlara uygun olarak mRNA sentezinin gerçekleştiği transkripsiyon olayı,
II. mRNA’nın, şifrenin kopyasını alıp sitoplazmaya geçmesinden sonra ribozom tarafından okunup protein sentezinin gerçekleştiği evre olan translasyon basamağıdır.
Örnek: DNA’nın bir ipliğinin üzerindeki genetik kodlara uygun olarak mRNA sentez olayı aşağıdakilerden hangisidir?
Çözüm: DNA’nın bir ipliğinin üzerindeki genetik kodlara uygun olarak mRNA sentez olayı transkripsiyondur. Cevap: A.
Protein sentezi sırasında gerçekleşen olaylar sırası ile;
1. Önce DNA’nın protein sentezine kalıp olacak bölgedeki iki iplik RNA polimeraz ile açılır.
2. DNA’nın anlamlı zinciri üzerinden RNA polimeraz enzimi ile mRNA sentezlenir. Bu
olaya transkripsiyon (yazılma) denir. mRNA sentezine kalıplık eden DNA ipliğine anlamlı iplik, diğer ipliğe ise tamamlayıcı iplik denir.
3. Şifreyi alan mRNA, çekirdek zarında bulunan porlardan sitoplazmaya geçer.
4. mRNA, ribozomun küçük alt birimine; bağlanması ile translasyon olayı başlar.
5. mRNA’nın başlatma kodonu (AUG), ribozom tarafından okunur. AUG kodonunun karşılığı olan UAC antikodonuna sahip tRNA, sitoplazmada metiyonin amino asitini kendine bağlanırken ATP harcanır. tRNA, taşıdığı metiyonin amino asitini mRNA’nın başlatma kodonuna karşılık gelecek şekilde ribozoma getirir.
6. İlk amino asit ribozoma getirildikten sonra ribozomun büyük alt birimi küçük alt birimine bağlanır ve böylece protein sentezi başlar.
7. tRNA’nın antikodonu mRNA kodonuna bağlanınca protein sentezi başlar. DNA'nın genetik şifresini ribozomlara getiren mRNA'daki şifrenin okunmasına translasyon denir.
8. Taşınan amino asitler arasında peptit bağı kurulur. Bu sırada her bir bağ için bir molekül su açığa çıkar.
9. Protein sentezi mRNA üzerindeki bütün kodonlar okununcaya kadar devam eder. İşlem devam ederken durdurma kodonlarından biri geldiğinde protein sentezi biter.
Örnek: Protein sentezi sırasında gerçekleşen hangi olayda ATP harcanmaktadır?
Çözüm: UAC antikodonuna sahip tRNA’nın metiyonini kendine bağlaması sırasında ATP harcanır. Cevap: B.
Santral dogma: 1958 yılında Francis Crick bu kavramı ilk kez kullanmıştır. DNA’daki genetik bilgiden RNA aracılığı ile ribozomlarda protein sentezlenmesine santral dogma denir. Santral dogma tek yönlü gerçekleşir. DNA’dan protein sentezlenir. Ancak proteinden RNA, RNA’dan da DNA sentezi olmaz. Replikasyon, transkripsiyon ve translasyon olaylarını kapsar. Prokaryot hücrelerde replikasyon ve transkripsiyon olayları sitoplazmada, translasyon olayı ise ribozomda gerçekleşir. Ökaryot hücrelerde replikasyon ve transkripsiyon olayları çekirdekte, midokondri ve kloroplastlarda, translasyon olayı ise ribozomda gerçekleşir.
Replikasyon olayı hücrenin bölüneceğini kanıtlar. Transkripsiyon ve translasyon olayları ise protein sentezi sırasında meydana gelir. Bölünemeyen hücrelerde (örneğin sinir hücrelerinde) replikasyon görülmez. Transkripsiyon ve translasyon olayları protein sentezi yapan tüm hücrelerde gerçekleşir. Replikasyonda oluşan bir hata kalıtsal olabilir. Transkipsiyon ve translasyon olaylarındaki hatalar kalıtsal değildir.
Polizom; Bir mRNA‘nın birden fazla ribozoma tutunması ile oluşan çoklu yapıdır. Ribozomlardan biri başlama kodonunu geçince, başka bir ribozom mRNA'ya bağlanarak oluşur. Bu yapılar hücrenin aynı proteini çok sayıda üretmesini sağlar.
BİR GEN BİR POLİPEPTİT HİPOTEZİ
Canlılardaki her bir polipeptit zincirinin dolayısıyla her bir enzimin bir gen tarafından şifrelenmesine bir gen bir polipeptit hipotezi denir. 1940 yılında George Beadle ve Edward Tatum’un ekmek küfüne neden olan Neurospora crassa adlı mantar türü ile yaptıkları deneylerle canlılardaki her bir enzimin bir gen tarafından şifrelendiği ispatlanmıştır.
Neurospora; karbonhidrat, mineral ve biyotin içeren basit besi ortamlarında yaşamını devam ettirip çoğalabilen bir mantardır. Yani hiç amino asit olmasa bile diğer organik besinleri amino asitlere çevirebilen enzimleri vardır. Neurospora sporlarını X ışınlarına maruz bıraktıktan sonra oluşan mutantların bir bölümünün basit kültür ortamında yaşayamadıklarını görmüşlerdir. Aynı mutantları, 20 amino asitin de olduğu ortama koyduklarında mutantlar yaşamlarını devam ettirmişlerdir. Böylece mutasyonun, amino asit sentezinde bir soruna yol açtığı sonucuna ulaşmışlardır. Beadle ve Tatum, tam besin ortamında (tüm amino asitlerin bulunduğu ortam) yaşayabilen mutant türlerden örnekler alıp bu türleri basit kültür ortamının bulunduğu deney tüplerine aktarmışlar ve her tüpe tek bir amino asit çeşiti ilave edip; mutasyonun hangi enzim üzerinde etki gösterdiğini tespit etmişlerdir. Araştırmacılar, arjinin amino asitinin öncü bir organik molekülün ornitine, ornitinin sitrüline, sitrülinin ise arjinine dönüştüğü basamaklar şeklinde sentezlendiğini göstermişlerdir.
