PROTEİN SENTEZİ

Genetik Şifrenin Çeşitliliği
Hücrenin yönetimi esnasında gerçekleşen bütün olaylarda,DNA üzerindeki şifreler kulanılır. Sitoplazmaya bilgi aktarılır. Olaylarda bu bilgilere göre düzenlenir. DNA zinciri üzerinde arka arkaya dizlmiş her üç nükleotit bir anlam ifade eder ve bir iş yatırır. İşte DNA ve RNA daki bu üçlü dizilmelere (AAG,TSA vb.)kodon ya da şifre denir. Bunu şu bezetmeyle açıklaya biliriz; Biz insanlar,aramızdaki anlaşmayı ve derdimizin ifadesini bir alfabe kulanarak yapıyoruz. Alfabemizde 29 harf vardır. Harflerin birleşmesinden anlam ifade eden kelimeler, kelimerinde bir kural dahilinde dizilmesinden tam bir isde olan cümleler meydana getirilir. Ve anlatmak istediğimizi bu cümlelerle anlatırız. İşte DNA da aynen böyle bir alfabe kullanmaktadır. DNA ve RNA alfabesinde 4'er harf bulunmakta ve kural olara her kelime (kodon) 3 harften oluşmaktadır. O halde DNA ve RNA' daki 4'er harf üçer üçer kombinasyon yapacak olursa 4.4.4=64 tarklı kodon meydana gelir. DNA bütün mesaj ve emirleri bu 64 farklı şifreyi kullanarak verir. Kodon'lar genetik şifrenin en küçük birimidirler. RNA'daki kodonlara antikodon denilir. DNA üzerindeki kodonların kullanarak sitoplazmada protein sentezi yaptırır. Bir zincirden bir proteinin sentezi için verdiği kodonlar dizisi bir cümle gibidir. Bu bilgileri şifreli olarak alan mRNA'dır. DNA, ilgili mRNA'ya adeta şu emri verir: "Sana verdiğim bu şifrelere göre bana bir protein yaptır."
DNA'lar bu şekilde çok farklı proteinlerin şifrelerini verebilirler. DNA'nın bir protein için kaç niklotitini kullanacağı ilgili proteinin kaç aminoasitten oluştuğuna bağlıdır. Proteinlerde ki amimoasit sayısı 9 ile 700 arasında değişebildiğinden, mRNA'ların nükleotid ve kodon sayıları da farklı olur. Mesela 9 aminoasitten meydana gelen "Vasopressin" hormonunun yapımında görevli mRNA en az 27 nükleotid ve antikodon taşır. Bunun şifresini veren DNA'nın anlamlı zincirinde ise yine en az 27 nükleotid ve 9 kodon bulunmalıdır. Özetle bir hücrede bulunan kromozomlar (DNA'lar), taşıdıkları bu kodonlar sayesinde canlı için gerekli bütün proteinlerin sentezini gerçekleştirirler. Bir bakteri olan Eşerişya coli'de yaklaşık 1000000 kodon (şifre) bulunuken bir insan hücresinde ortalama 1.850.000.000 şifre depo edilmektedir. Bu şifrelerin canlı türlerindeki sayısı farklı olduğu gibi, çeşitleri de farklıdır. Bugün yeryüzünde bulunan 1,5 milyon canlı türü dikkate alındığında bütün canlılarda bulunan protein çeşidi sonsuzdur denebilir. DNA'daki 4 çeşit harf (A,G,C,D)'ten üçlü terkiplerle elde edilen şifre(kelime) sayısı 64'tür. Bu şifreler, protein yapısına katılan 20 aminoasiti fazlasıyla ifade edebilir. DNA'daki mRNA'ya aktarılmış veya yazılmış olan genetik şifrelere kodon denir. DNA'daki Adenin [A] mRNA'ya aktarılırken Urasil [U] olarak değişikliğe uğrar. "Stop" yazılı üç kodon (UAG, UAA, UGA) ribozomlara protein sentezini durdurması için "sinyal veren kodonlar"'dır. AUG kodonu ise protein sentezine başlama işareti veren sinyal kodondur.

Her Canlı Hücre Protein Sentezi Yapar
Bütün canlı hücrelerde gerçekleştirilen temel hayat olaylarından biri de protein sentezi'dir. Bu olay ise bütün canlı hücrelerin temel organeli olan ribozomşlarda gerçekleşir. Her canlı hücrenin yaşayabilmesi, büyüyüp gelişebilmesi için kendi enzim ve yapı maddelerini üretmesi gerekir. Bu yapı maddelerinin büyük çoğunluğu ve enzimler proteinden yapılmıştır.Hetetrof organizmalar besinlerle dış ortamdan yeterince proteini alsalar bile, bunun kendi enzim ve yapı maddeleri olarak kullanamazlar. Çünkü proteinler DNA şifrelerine göre yapılmış olup, her canlının protein yapısı farklıdır. Dolayısıyla besinlerle alınmış proteinler, başka canlıların proteinleri olup, besini alan canlının vücut yapısına uymaz. İnsanlar arasında bile protein yapılarının farklı olduğu, kan alış-verişindeki çökelmeler ve doku nakillerindeki uyuşmazlıklardan anlaşılabilir. Hatta canlının dışardan aldığı proteinler kendi yapısına uygun olsa bile, hücrelerine bunu protein olarak dahil edemezler. Çünkü proteinler hücre zarındaki porlardan geçmeyecek kadar büyük moleküllerdir.Bu iki sebepten dolayı hetetroflar besinlerle aldıkları proteinleri, sindirimle amino asitlerine hidroliz ederler ve 20 çeşit amino asit olarak hücrelerine alabilirler. ototroflarda ise protein sentezinde gerekli 20 çeşit amino asitin tamamı hücre içinde diğer möleküllereden dönüştürülerek elde edilir. İşte;her canlı hücrenin kendi DNA şifresine göre, sitoplazmadaki amino asitleri birleştirerek kendi proteinlerini yapmalarına protein sentezi denir. Bu olayın mekanizması bütün hücrelerde aynıdır.

Protein Sentezinin Kademeleri
Evrensel olarak gerçekleşen bu protein sentezini sıra ile izleyelim:
1.mRNA'nın Sentezlenmesi (Transkripsiyon):
Proteinlerin sentezi için gerçekleşen ilk iş, DNA'dan ilgili proteinin şifresinin mRNA'ya aktarılmasıdır.DNA'daki bilgiler mRNA'ya şifreli olarak aktarılır. Adenin karşısına Urasil, Timin karşısına Adenin, Guanin karşısına Sitozin ve sitozin karşısına Guanin gelir. Bunun için DNA nükleotid zincirlerden birisini, onun da belli bir kısmını kullanır. Diğer kısımlar başka proteinlerin şifresinde kullanılacaktır. Şifre veren DNA zincirine anlamlı zincir, diğerine ise tama mlayıcı (eş) zincir denir.
2.Bilginin Sitoplazmaya Aktarılması:

3- Ribozomun Aktifleştirilmesi:
Sonra iki ribozombirimi birleşerek ribozom protein sentezine hazır hale getirilir. Protein sentezini birtek ribozom yapa bilecegi gibi bir çok ribozom bir araya gerek aynı mRNA şifresini beraber okuya bilirler. Oluşan bu ribozom zincirine POLİRİBOZOM denir.

4-tRNA'ları aktifleşmesi:
mRNA bir ucuyla ribozoma yerleşince sitoplazmada bulunan tRNA'lar amino asitleri kendilerine uygun olarak baglarlar.

5-Amino Asitlerin Ribozoma Taşınması:
Kendi amino asitlerinmi baglayan tRNA'lar mRNA şifre sırasına göre ribozoma gelirler. Amino asitleri tRNA ya bağglayan bağlar yüksek enerji baglarıdır.

6-mRNA - tRNA eşleşmesi:
İlk tRNA anti kodonu ile mRNA'nın başlangıç kodonu karşı karşıya gelerek zayıf H bagları ile baglanırlar.

7-Şifrenin okunması (translasyon):
Birinci tRNA nın amino asiti tRNA dan koparak kendisine en yakında bulunan iknci tRNA amino asitiyle birleşir.İlk peptit bagı kurulmuş ve ilk su molekülü açıga çıkmıştır.Böylece birinci mRNA kodunu okunmuştur.
RNA’daki bilginin proteine çevrilmesi işlemine translasyondenir. mRNA’da sadece dört farklı nükleotit bulunurken, proteinlerde 20 değişik amino asit bulunur. Bu nedenle, m RNA ile proteinler arasında bire bir ilişki olamaz. Genlerdeki ve dolayısıyla mRNA’daki nükleotit dizisi ile proteinlerdeki amino asit dizisi arasındaki ilişki genetik şifre’dir.
4 değişik nükleotitin 43 olası dizilimi, 64 olası kombinasyon oluşturur ki bu sayı, 20 çeşit amino asit şifresi olmaya fazlasıyla yeterlidir.
Nükleotitlerin mRNA üzerindeki üçlü dizilimlerine kodon adı verilir. Her bir kodon bir amino asidi şifreler. Bazı amino asitlerin birden fazla şifresi bulunur (kodon gevşekliği).
Formilmethionin tRNA’nın tanıdığı AUG, protein sentezinde başalama kodonu iken, UAA, UAG ve UGA kodonları dur kodonu’dur.

8.Kademe:
İşi biten tRNA'lar ribozpmu terk eder.Yerine bir sonraki kayar. Bir ribozoma aynı anda iki tRNA yerleşe bilir.Bu şekilde mRNA üzerindeki bütün kodonlar sıra ile tRNA larla birleşerek kendilerini okuturlar, yani amino sitlerini zircire ilave ederler.

9.Kademe:
Bütün kodonları okunan mRNA, başlangıç ucndan tekrar yeni bir protein molekülünün sentezi için ribozoma girer. mRNA üzerindeki ilk şifreye başlatma kodonu denir.bu kodon bütün protein sentezlerinde AUG olup metionin amino asitini ifade eder. Nükleotit dizileri UAG UGA UAA olan kodonlardan birisinin mRNA'da bulunması olayın durması için yeterlidir. Bundan sonra kodon varsa da okunmaz.

Kodon ve antikodon eşleşmesinde Wobble hipotezi
Bazı tRNA antikodonlarının 5’pozisyonundaki baz, kodondaki baz ile gevşek baz eşleşmesi (Wobble baz etkileşimi) yapar. Bunun amacı, bir tRNA tarafından tanınan kodonların sayısının arttırılmasıdır.
Bu durumda örnek verilecek olursa 5’pozisyondaki nadir bir baz olan inosin, A, C ve U ile baz eşleşmesi yapabilir. Bu nedenle bakteride 20 amino asite karşılık, 61 kodon ve yaklaşık 31 çeşit tRNA bulunur. tRNA’ların sayısı bir türden diğerine değişir. Örneğin insanda 497 tane tRNA geni bulunurken, sadece 48 değişik antikodon bulunmaktadır.

Her bir amino asit için özgül amnioaçil-tRNA sentetaz enzimi vardır
Her bir tRNA’ya doğru aminoasitin tanınıp, bağlanması gerekir. Ayrıca, bu süreç enerji gereksinen bir sentez sürecidir. Bu nedenle, her hücrede her bir aminoasite özgü aminoaçil tRNA sentetazenzimleri bulunur. Enzim katalizli tepkimede ATP hidrolizi ile aktive edilen amino asit, tRNA’nın 3’ ucundaki adenin bazına ait riboz şekerin 3’-OH grubuna bağlanır.
Protein sentezinde mRNA 5’ Ribozom üzerinde üç bağlanma bölgesi bulunur: A, P ve E bölgeleri. A bölgesi, amino açiltRNA’nın, P bölgesi peptidil tRNA’nın bağlandığı bölge olup; E ise çıkış bölgesidir.®3’ yönünde okunurken, polipeptit zinciri NH2 grubundan COOH grubuna doğru sentezlenir.
Peptidil transferaz tarafından gerçekleştirilen peptit bağı oluşumu 50 S de yer alır.
Her biramino asit büyüyen polipeptit zincirine, kodon antikodon arasındaki tamamlayıcı baz etkileşimi ile taşınır. mRNA üzerindeki kodon, büyüyen polipeptit zincirinde hangi amino asitin geleceğini saptar. Protein sentezi sırasında üç aşamalı bir döngü tekrara eder. I. aşamada, aminoaçiltRNA boş olan A bölgesine bağlanır. II. aşamada en son gelen amino asitle bir önceki arasında peptit bağı kurulur. III. aşamada mRNA üç nükleotit ilerler. E bölgesinden yüksüz tRNA’nın ribozomu terk etmesi ile I. aşamaya yine geri dönülür ve boşalan A bölgesine yeni bir aminoaçil tRNA gelir.
Aşağıdaki şekilde olduğu gibi protein sentezine daha ayrıntılı bakacak olursak şunları görürüz:
Her bir aminoaçiltRNA ribozoma EF-TU ve GTPkompleksi ile taşınmaktadır. Doğru tRNA’nın taşındığı durumda bir tane GTP hidroliz olmaktadır.

mRNA üzerinde özel başlama ve bitir sinyalleri vardır.
mRNA’nın translasyonu AUG kodonu ile başlar. Bakterilerde bu kodonu formethionin tRNA tanır. Böylece tüm yeni yapılan proteinlerin son ucunda methionin amino asiti bulunur. daha sonra bu methionin özel bir proteaz tarafından koparılır. Ökaryotlardaki meth tRNA ise formilsizdir.
Protein sentezistop (UAA, UAG veya UGA) kodonlarına geldiğinde sonlanır. Release faktörleradı verilen özel protein faktörleri bu kodonları tanıyarak bağlanırlar ve protein sentezi bu noktada durur. Ribozomun büyük ve küçük altbirimleri, mRNA , tRNA’ların hepsi serbest kalır.