Protein Sentezi, Genetik Şifre ve Kodon Şemaları

Protein Sentezi Hakkında Bilgi

 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 sentezindeki aminoasitlerin çeşitlerinin sayısı,
• Şifreyi veren genlerin nükleotit dizilişlerinin farklı olması,
• Proteindeki amino asitlerin diziliş sırası,
• Şifreyi taşıyan mRNA‘daki nükleotit dizilişlerinin farklı olması,
• Protein yapısındaki amino asitlerin sayısı,
• Protein yapısına katılan amino asit çeşitidir.

 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.

  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.

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.

Bir Gen Bir Polipeptit Hipotezi

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.

Genetik Şifre

DNA daki nükleotid dizilimi genetik şifreyi oluşturur. Hücrede gerçekleşen olaylar bu genetik şifreye göre düzenlenir.
Doğada 20 çeşit aminoasit vardır. Bu durumda her birine bir tane olmak üzere en az 20 çeşit şifreye ihtiyaç vardır. DNA nın yapısına katılabilen dört çeşit nükleotid vardır.
Bu nükleotidlerden her biri bir aminoasiti şifreleseydi, o zaman 16 çeşit aminoasitin şifresi olmayacaktı. Dört farklı nükleotid ikişerli gruplandırılarak bir şifre oluştursalardı 42 = 16 farklı şifre elde edilirdi. Bu durumda da 4 aminoasit çeşidinin genetik şifresi olmazdı. Nükleotidlerle üçlü kombinasyonlar oluşturulursa 43 = 64 farklı şifre elde edilir. Bu durumda şifreler 20 çeşit aminoasit için fazlasıyla yeter.

DNA daki üçlü baz dizilerine genetik kod (genetik şifre) denir.

DNA da her aminoasite karşılık gelen en az bir genetik kod vardır. Genetik şifre mRNA ya aktarılarak protein sentezinde kullanılır.
mRNA da DNA daki kodlara karşılık gelen üçlü nükleotid dizilerine kodon denir.
tRNA da, mRNA daki kodonlara karşılık gelen üçlü nükleotid dizilerine antikodon denir.

64 çeşit kodondan 61 tanesinin aminoasit karşılığı vardır. Doğada 20 çeşit aminoasit olduğundan, 61 anlamlı kodon olması bazı aminoasitlerin birden fazla kodonu olduğunu gösterir.
3 çeşit kodonun aminoasit karşılığı yoktur. Bunlar protein sentezinde bitiş sinyali verir. Bunlar UAA, UGA, UAG kodonlarıdır. Bu kodonlar proteine aminoasit ilave ettirmeyip
sentezi durdururlar. mRNA da ilk kodon protein sentezine başlama kodonudur. Her mRNA da başlama kodonu AUG dir. Bu kodondan önceki kodonlar okunmaz.

RNA Kodon Şeması

Biyokimya çalışmayı planlıyor veya çalışıyorsanız, hücrenin DNA transkripsiyonunda mRNA’nın (messenger RNA) rolünü mutlaka inceleyeceksiniz. mRNA için başlangıç kodonu AUG'dir. Aşağıda, bilinen 20 amino asiti kodlayan nükleotid kombinasyonlarını listeleyen bir grafik bulunmaktadır.

DNA Kodon Şeması

DNA kodonları için verilen çizelge RNA'dan farklıdır, çünkü Urasil yerine Timin yer almaktadır. Bu DNA kodon tablosu RNA kodon tablosunda bulunan 'U' yerine 'T' yerleştirilerek elde edilir ve tam olarak diğeriyle aynıdır. RNA tablosu ile yazışmaları doğrulamak isterseniz, öncelikle her T'yi U ile değiştirmelisiniz.

Her bir insan vücudu hücresinde iki tam DNA seti dışında, hücre çekirdeğinde bulunmayan, ancak mitokondriye ait olan kalıtsal bir genetik bileşen vardır. İnsanlarda, mitokondrial DNA (mtDNA) anneden doğrudan oğul veya kız çocuğa kalıtılır, yaklaşık 16.600 nükleotid bazdan oluşur ve 37 geni kodlar. Bu organelde kodon translasyonu standart koddan biraz farklıdır.

Memeli mitokondrilerinde, AGA ve AGG kodonları, Arjinin aminoasitini oluşturmak yerine stop kodonları olarak görev yapar. Ayrıca, AUA kodonu, mtDNA'da, isolösin yerine methionine ve UGA kodonuda, nükleer DNA'da normalde olduğu gibi bir stop kodonu olarak hareket etmek yerine, Triptofana karşılık gelmektedir.

Bu çizelgeler, DNA transkripsiyonu çalışan herkes için faydalı referanslardır. Ancak genetik kodun çözülmesi zor bir iştir. Bilim adamları şu an bir çok farklı aşamalar da çalışmalarına devam etmektedir. İnsan genetiğinde bilinmesi gereken çok fazla şey mevcuttur.