1 / 78

4.B L M

GEN ISLEVININ AIKLANMASI . TRANSLASYON = Amino Asit Dizilimine evrimBu kisimda proteinlerin biosentesi incelenecektir. Bu sre m-RNA'daki nkleotid lisanindaki bilgilerin aminoasit lisanindaki bilgiler halinde proteine evrimini kapsar. Bu sre santral dogmanin son basamagidir.Btn proteinl

walker
Download Presentation

4.B L M

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

    1. 4.BÖLÜM

    2. GEN ISLEVININ AÇIKLANMASI TRANSLASYON = Amino Asit Dizilimine Çevrim Bu kisimda proteinlerin biosentesi incelenecektir. Bu süreç m-RNA’daki nükleotid lisanindaki bilgilerin aminoasit lisanindaki bilgiler halinde proteine çevrimini kapsar. Bu süreç santral dogmanin son basamagidir. Bütün proteinler dogal olarak mevcut (20) amino asitten olusur. Buna bir istisna olarak seleno sistein gösterilmektedir. Bu yapi sisteindeki sülfür atomunun selenyumla yer degistirmis formudur. Bazi bakterilerde bu olusuma rastlanmistir. Bunun disinda diger dogal olarak mevcut amino asitler (a.a) alfa ( a ) a.a olarak adlandirilir. Çünkü bunlarda karbonlardan alfa ( ? ) karbon diye bilinen karbon amino grubunu ve karbonsit (asidik) gruburu hidrojeni ve yirmi farkli radikal kök = (yan zincir grubunu) tümünü kendine baglar. Teknik olarak proline a.a yapisindan dolayi imino asit olarak adlandirilir. Amino aside eklenen bu dört unsur amino asidin ‘’chirality’’ (özgün yapi) denen özelligini saglar.

    3. Amino asidi olusturan bu dört unsurun [sözgelimi sol eldiven sag eldiven ayna görüntüsü gibi] pozisyonlari onlara sahip olduklari özelliklerini saglar. Optikal özelliklerden dolayi bu iki sekil ( D ) sembolü ile gösterilen Dextrorotatory (saga dönüslü) ya da (L) sembolü ile gösterilen Levonatöry (sola dönüslü) olarak adlandirilir. Proteinler yada polipeptitler iki amino asit arasindaki peptit bagi ile meydana gelir. Bu durumda uzun amino asit zincirleri bir proteini olusturmak üzere birlestiklerinde residues (kök) adini alir ve bu birlesmede tüm zincirler bir amino (N içeren uç) ve karboksil (C içeren uç) ucuna sahiptir. Polimerlesmis amino asit dizilimine proteinin primer yapisi denir. Sistein kökleri arasinda disülfit köprülerinin sekillenmeside primer yapi içinde düsünülür. Polipeptitler bir çok kereler katlanarak proteinin sekonder yapisini olusturur. Bu katlanma bazen diger proteinlerin denetiminde olmak üzere kendiliginden gerçeklesir  Daha ileri düzeyde katlanma üç boyutlu yapida proteinin tertiar yapi denilen alfa sarmal beta levha gibi yapilari olusturur. Birçok protein aktif halde iken birçok alt ünitenin bir alt ünitenin bir araya gelmesi ile olusur ve bu yapiyada proteinin quaternary yapisi denir. Translasyon ise proteinlerin primer yapisinin mRNA’daki nükleotit dizilimi ile belirlenmesini tanimlar.

    4. BILGININ NAKLEDILMESI Translasyonun ayrintilarina girmeden önce bazi terimlere iliskin açiklamalar yararli olacaktir. Protein ve ribozomal (RNA) dan ibaret olan ribozomlar protein sentezi yeridir. Gendeki bilgi mRNA formüldedir. Bu bilgi üç nükleotitlik gruplar (kodon) halinde bulunmaktadir. Kodonlar amino asitleri belirler. Ribozoma getirilen amino asitler ( aa ) (tRNA)’ya eklenir. (tRNA)’larin ( aa ) eklenme yerinin aksi tarafinda yer alan antikodon adi verilen kodondaki nükleotitlere bütünler yapilari bulunur. Peptit bagi ribozomda hazir bulunan bir tRNA’dan bosalan (aa) ile uzamakta olan amino asit zincirindeki son amino asit arasinda olusur. mRNA daha sonra bir kodon ileri gider ve süreç böylece ilerler bu döngü polipeptit boyunca tekrarlanir.

    5. Transfer RNA  Amino asitin transfer RNA’ya eklenmesi t-RNA’nin görevi her amino asidi mRNA’daki belli bir özel kodona denk gelecek sekilde proteine eklemelidir. tRNA bu görevi yapisi sayesinde saglar. tRNA’nin bir ucunda antikodon diger ucunda aminoasit ekleme yeri vardir. Uygun amino asit yani antikodona uygun (a.a) tRNA ya amino açil tRNA sentetaz enzim (mesela arginin tRNA sentetaz) leri araciligi ile eklenir. Eklenmis amino asitli tRNA’ya yüklenmis tRNA denir  Amino açil tRNA sentetaz ilgili özel amino asidi tRNA ya enzim yüzeyinde olusan iki basamakli reaksiyonla ekler. Birinci safhada aminoasit ATP ile aktive edilir.Ve amino açil adenilik asit meydana gelir( aa in karboksil grubu ile ATP nin 5.fosfat i arasinda kovalen bag kurulur)  Ikinci safhada aminoasit yüksek enerjili bagla riboz sekerinin ikinci ya da üçüncü karbonu ile (tRNA) nin üçüncü (3’) ucundaki adenine kovalen bagla baglanir. Ilgili sekilde yüksek enerji baglari hidrolize oldugunda bolca serbest enerji saglanan bag olarak “~“ sembolü ile gösterilmistir. Bu nedenle protein sentezi sürecinde peptit bagi olusumu için gerekli enerji ihtiyaç oldugunda peptit bag sekillenme yerinde hazir olacaktir.

    6. UNSUR SAYISI Bakterilerde herbiri bir (aa) için 20 amino açil tRNA sentetaz bulunur. Özel enzim özel (aa) yi ve ilgili (aa)’i kodlayan (tRNA)lari tanir. Eukaryotlarda (20) sitoplazmik ve 20 mitokondrial olmak üzere ayri ayri sentetaz enzimi bulunur. Bunlarin tümü çekirdekte kodlanir.hucrede 20 a.a. Oldugu halde ,Üçlü sifre varsayimi ile 64(üçü noktalama için geriye 61 kalir) kodon mumkun oldugu halde wooble hipotezi nedeniyle 32 farkli amino açil sentetaz bulunuldugu ancak bunlarin 20 sinin ozgun oldugu dusunulmektedir

    7. Sekil 1. Proteinlerde bulunan (20) amino asit. Fizyolojik (pH) de amino asitler iyon olarak bulunur. Degisik (R) gruplarinin siniflandirilmasina dikkat ediniz.Burada üç ve bir harfli gösterim kullanilmistir. (Robert H. Tamarin’in Principles of Genetics (Sixth Edition, WCB/McGraw-Hill), isimli kitabindan modifiye edilerek alinmistir.)

    8. Sekil 2. Iki aminoasit arasinda peptid bagi olusumu. Bir aminoasidin karboksil grubu ile digerinin amino grubu arasinda bag olusur. (Robert H. Tamarin’in Principles of Genetics (Sixth Edition, WCB/McGraw-Hill), isimli kitabindan modifiye edilerek alinmistir.)

    9. Sekil 3. Iki sistein karsi karsiya geldiginde disülfit bagi sekillenir. Eger iki amino asit serbest formda ise olusan yeni yapi sistindir. Iki sistin ayni yada farkli polipeptidde ise Di sülfit köprüsü istikrari (stabiliteyi) saglar. (Robert H. Tamarin’in Principles of Genetics (Sixth Edition, WCB/McGraw-Hill), isimli kitabindan modifiye edilerek alinmistir.)

    10. Sekil 4. Fosfo Glyserat Kinaz enzimi için proteinlerin (3) farkli canlandirilma sekli sol tarafdaki (bag) yapisina iliskin diyagramda bütün hatlar molekülün degisik atomlari arasindaki baglari gösterir. Ortadaki serit diyagraminda proteinin sekonder yapisi vurgulanmistir. Burada alfa sarmal (spiral sarmal) ve Beta pileli (kirma, pliseli) yapi (düz ok biçiminde) gösterilmistir. Son olarak da sagda uzaysal üç boyutlu diyagram içeren moleküller çizim biçimindedir. (Robert H. Tamarin’in Principles of Genetics (Sixth Edition, WCB/McGraw-Hill), isimli kitabindan modifiye edilerek alinmistir.)

    11. Sekil 5. Ribozomda translasyon sürecinin baslamasinin gösterimi iki yollu (tRNA) yalara eklenmis amino asitler arasinda (ilk) peptit bagi sekillendirmek üzere olusturduklari pozisyonlara dikkat ediniz. (Robert H. Tamarin’in Principles of Genetics (Sixth Edition, WCB/McGraw-Hill), isimli kitabindan modifiye edilerek alinmistir.)

    12. Amino açil tRNA sentez enzimleri heterojen enzimler grubuna girer. E.Coli de üretile protein monomer proteinlerdir. (bir alt ünite) her iki alt ünitenin her birimini iki kopyadan olustugu tetremerik proteinlere kadar çesitli proteinler bulunur. Enzimler Dizilis sira benzerligi, Yapisal özellikleri ve Amino asitlerin tRNA’nin üçüncü adenosin ucunun üçüncü hidroksiline (3’-OH) (II sinif enzimler) Yada ikinci hidroksile (2’-OH) (birinci sinif enzimler) baglanip baglanmadigina göre iki sinifa ayrilirsa uygun amino asidi uygun tRNA ya eklemek için sentetaz enziminin (tRNA) nin birçok parçasini tanimasi gerekir. Bu olgu (tRNA)daki bazi özel degisikliklerin yere yönelmis mutagenez (site-directed mutagenez) ile degisiklikler yapilmasi saglayan denemeler ile belirlenmistir. E.Colinin (20) sentetazindan on yedisinde tanima süreci antikodonun kisimlarinin taninmasini içerir. Bu durum antikodonun protein sentezinde tRNA’nin belirleyici elemani olmasinin dogal sonucudur. Sentetazlar önce bazi hatalar yapip yanlis amino aside baglanabilir. Söz gelimi izolosil (tRNA) sentetaz 225 defada bir defa valine birlesebilir.

    13. Sekil 6. Özel aminoasidin kendi (tRNA)sina baglanmasi amino açil sentetaz yardimi iki basamakli bir islemle saglanir. Yüksek enerji baglari “~” sembolü ile gösterilir. Ilk safada aminoasit yüksek enerji bagli (AMP) ye eklenir. Ikinci safhada yüksek enerji bagi (tRNA) ya geçirilir bu isleme yüklenme denir. Hangi çesit aminoasil tRNA sentetaz söz konusu olduguna göre aminoasitler Adenosinin üçüncü (3’) ucundaki sekerin ya ikinci (2’) ya da üçüncü (3’) atomuna eklenir. (Robert H. Tamarin’in Principles of Genetics (Sixth Edition, WCB/McGraw-Hill), isimli kitabindan modifiye edilerek alinmistir.)

    14. PROTEIN SENTEZINDE AMINOASIT t-RNA BIRLIKTELIGININ TANINMASI   Aminoasitler protein sentezine t RNA’lara eklenmis olarak girmekteysede teorik olarak aminoasitlerin kendisininde translasyon sürecinde ribozomlarca taninabilmesi mümkündür. Bu konuda yapilan basit bir deney aminoasidin ya da tRNA nin hangisini tanidigini belirtmistir. 1996’da F.Chapeville ve arkadaslari sisteine baglanan (tRNA) yi izole etmislerdir. Arastiricilar kimyasal olarak Raney nikeli adi verilen sisteinden (SH) grubunu uzaklastiran katalitik nikel formunu kullanmak suretiyle Sisteini Alanine çevirmislerdir. Bu (tRNA)lar protein sentezinde kullanildiginda Alanin Sistein’in olmasi gereken yere birlesir. Bu durum aminoasitin degilde tRNA’nin protein sentezinde tanindigini gösterir. Sentetaz aminoasidi özel (tRNA) ya ekler. Böylece protein sentezinde (tRNA) daki antikodonun (aminoasidin kendisi degil) hangi amino asidin hangi sira ile birlesecegini belirledigi anlasilir.

    15. Sekil 7. Sistein (tRNAcys) Raney nikeli muameli edilirse Sisteindeki (SH) grubu uzaklastirilir ve alanin (tRNAcys)’e dönüsür. Protein sentezinde alanin proteindeki sistein yerine birlesir. Bu durum aminoasitlerin proteine birlesmesi konusundaki özgünlügün (tRNA) ya ait oldugunu gösterir. Çünkü tasidigi aminoasit sistein degil Alenin oldugu halde gene tRNA islevini yapmis ribozomca taninmistir, yani taninmada tasidiga yük degilde tasiyicinin niteligi önemli olmustur. (Robert H. Tamarin’in Principles of Genetics (Sixth Edition, WCB/McGraw-Hill), isimli kitabindan modifiye edilerek alinmistir.)  

    16. Sekil 8. A) Haberci RNA’nin normal olusmasinda kodonlar tekrarlanarak (CAU) olarak okunur ve bu da histidini kodlar. B) (mRNA)nin okuma çerçevesindeki bir basamakli kayma kodonlarina tekrarlanan (AUC) gibi okumasina yol açar. Bu ise izolösini kodlar. (Robert H. Tamarin’in Principles of Genetics (Sixth Edition, WCB/McGraw-Hill), isimli kitabindan modifiye edilerek alinmistir.)

    17. Sekil 9. Metiyonin ve N.Formil Metiyoninin Yapisi (Robert H. Tamarin’in Principles of Genetics (Sixth Edition, WCB/McGraw-Hill), isimli kitabindan modifiye edilerek alinmistir.)

    18. BASLATMA KOMPLEKSLERI   Translasyon süreci üç safada incelenir. Bu safalar1-) baslatma, 2-)uzatma ve 3-) bitirmedir. Uzatma süreci büyüyen peptit zincirini ardisik biçimde amino asit ekleme isleminin tekraridir. Protein sentezini baslangicinda ve bitiminde eklenme komplexligi söz konusudur. Translasyon süreci basladiginda üç nükleotidlik harf grubundaki (kodonu) bilginin tercüme edilmesi edilmesi (aminoasit cinsini gösteren bilgiye çevrilmesi) söz konusudur. mRNA’nin okunmasi sürecinde bir baz erken ya da geç baslarsa okuma çerçevesi degisirse tamamen farkli kodonlar elde edilmis olacaktir. Neticede genin kodladigi protein ya da ona benzer biçimde üretilen proteinin belli bir yapisal islevi yerine getirmesi ya da getirmemesi söz konusu olacaktir. N-Formil Metiyonin Görevi :E.Coli deki her çesit proteinin sentezi N-Formil metiyonin adindaki modifiye aminoasitle baslar. Ancak E.Colideki tamamlanmis proteinlerin hiçbiri N-formil metiyonin içermez. Hatta proteinlerin çogu ilk amino asit (aa) olarak metiyonun bile içermez. Bu durumda protein fonksiyonel hale gelmeden önce, ilk üretildikten sonra, baslangiç aminoasidi modifiye edilmekte ya da uzaklastirilmis olmaktadir  Eukaryotlarda baslangiç aminoasidi metiyonin olup N-formil grup içermez. Metiyonin (5’-AUG-3’) kodonuna sahip olup bu kodon baslatici kodon olarak bilinir. Metiyonine iliskin ayni bütünler antikodona (3’-UAC-5’) sahip iki (tRNA) bulunur.

    19. Translasyonun Baslatilmasi Prokaryotlarda ribozomun (30(S) ve 50(S) alt üniteleri translasyon sürecinde degiller ise bir birlerinden genellikle ayri ayri haldedir. Translasyonu baslatmak için önce asagidaki unsurlara sahip baslatici kompleks sekillenir. Bu komplex yapida ; 30(S)’lik küçük oln ribozom alt ünitesi , mRNA yüklü N-formil metiyonin tRNA (fMET-tRNAf met) ve üç ana baslatma faktörü (IF1, IF2, IF3) unsurlar bulunur. Baslatma faktörleri, uzatma faktörleri ve sonlandirma faktörleri protein olup ribozoma gevsek biçimde ilismistir.

    20. Sekil 10. E.Colide Metiyonin için iki tRNA a) Baslatici tRNA ve b) içsel tRNA. (Robert H. Tamarin’in Principles of Genetics (Sixth Edition, WCB/McGraw-Hill), isimli kitabindan modifiye edilerek alinmistir.)  

    21. Bu unsurlarin varligi ribozomlar izole edilip protein sentetaz yetenekleri kaybedince yapilan arastirmalar ile belirlenmistir. Baslatici komplex olusturan unsurlar bir çok basamakli bir süreçle karsilikli etkilesime sahiptir. Bu interaksiyon niteligi tamamen anlasilmamisdir. Sadece (IF3) ün 30(S) lik ribozom alt ünitesine baglanarak bu 30(S) lik alt ünitenin (mRNA)ya baglanmasini mümkün kildigi bilinmekteder. ( Sekil 11-birinci safha ). Ayni anda IF2 yüklü N-Formil metiyonun tRNA ( fMet - tRNAf met) ve GTP (Guanosin Trifosfat) ile birlikte bir komplex olustuur. Baslatici( f met tRNA’yi) ribozoma getiren unsur IF2 dir. Ayrica IF2 yardimi ile (GTP) nin (GDP + Pi ) biçimine hidrolize olmasi ile muhtemelen 30 S ile birlikte olan baslama kompleksinin 50(S)lik ribozomal alt ünitesine eklenmesine böylece tam ribozom sekillendirilmesine dolayisiyla ardindan baslatma faktörleri ve (GDP)nin birakilmasina olanak verir. Translasyon sürecinde hidroliz (GTP) nin biçimini degistirir ve 70(S) lik partikel sekillendikten sonra ribozomdan baslama faktörlerinin birakilmasini saglar. Böylece translasyonda (GTP) nin hidrolizi kovalent bag olusumundan ziyade conformational (sekilsel, biçimsel) degisim içindir.

    22. Sekil 11. Üç basamakli süreç ile 70(S) lik prokaryotik ribozom sekillenmesi: ilk basamakda 30(S) ribozom ve mRNA birlesir. Ikinci basamakda baslatici tRNA (IF2) ile birlesir. Son safada 70(S) ribozom sekillenmesinin ardindan bir ve 2 ci safadaki unsurlar birleserek baslatma komplexi sekillerdirler. (Robert H. Tamarin’in Principles of Genetics (Sixth Edition, WCB/McGraw-Hill), isimli kitabindan modifiye edilerek alinmistir.)

    23. Eukaryotik baslatma faktörleri küçük harf (e) sembolünü içererek belirtilir. (eIF1, eIF2, eukaryotik initation factör=Eukaryotik baslatma faktörü). Sadece eukaryotlarda bulunan Özel sapka(cap=kep =7 metil guanozin) baglama proteini (eIF4E) gibi unsurlarda dahil enazindan onbir baslatma faktörü söz konusudur. Prokaryotik (mRNA) ile Ribozom yapisinda yer alan16(S)’lik ribozomal RNA’nin bütünlerligi baslatma komplexi sekillenmesinde onemli adimdir. Yani haberci (RNA) üzerindeki baslatma dizilimi (AUG)den az yukari yöndeki bölge (Shine Delgarno dizilimi)arasindaki bütünlerlik sayesinde ribozomun kendi ilgili m RNA tarafindan taninmasi saglanir. Bu olgu bu konuyu ilk öneren arastiricinin adina izafeten Shine Delgarno hipotezi diye bilinir.Haberci RNA ile 16(S) lik ribozamal RNA arasindaki bütünler (AGGAGGU) dizilimi Shine-Delgarno dizilimi diye adlandirilir. Prokaryotik ve Eukaryotik robozomal (RNA)lar arasinda büyük ölçüde homolog olmasina ragmen Shine-Delgorno dizilimi Eukaryotlarda yoktur. Eukaryotlarda ise ayni surecde mRNA nin 5 ucunda 7 metil guanosin sapkasinin kucuk ribozomal alt iuniteni kisimlarinca sozu edilen sapka (CAP=kep) dizilime butunler kisimlarca taninma soz konusudur Eu karyotlarda bu dizilime bulanin adi ile Marylin KOZAK diizilimi denir

    24. Ribozomda Aminoasil ve Peptitil Yerleri Baslatici tRNA kendisine ilismis mRNA’li prokaryotik ribozomu 30(S) lik alt ünitedeki iki yerden birine uyar. Ribozomdaki bu iki yer ya da bosluk aminoasit yeri (A.yeri) ve peptidil yeri (P yeri) olarak adlandirilir. Her yer peptit bagi olusmadan önce tRNA içerir. (P) yer büyüyen peptit zinciri ile tRNA içerir. (A) yeri ise bir amino asitli tRNA (amino asit t-RNA) içerir. 70(S) ribozom sekil (11) deki gibi tamamlaninca baslatici unsur (fMet- tRNAf met) direk olarak (P) yerine yerlesir. Buraya sadece yüklü tRNA’nin yerlesmesi söz konusudur. tRNA ve Ribozomun bir araya gelmesi bütün t-RNA’larin üçüncü (3’– CCA )ucu ve 23 (S)’lik ribozomal RNA daki guanin yardimi ile saglanir.

    25. Sekil 12. Shino-Delgarno hipotezi. Prokaryotik (mRNA)nin baslatici kodonunu yukari yönünde önünde yer alan genellikle AUG olan Shine-Delgorho Dizilimi (AGGAGGU) bu dizilim ile 16(S) ribozomal RNA’nin üçüncü ucu (3’) arasinda (UCCUCCA) bütünlerlik vardir. (Robert H. Tamarin’in Principles of Genetics (Sixth Edition, WCB/McGraw-Hill), isimli kitabindan modifiye edilerek alinmistir.)

    26. Sekil 13. 70(S) lik ribozomun içerdigi (A) ve (P) yeri bu yerler (tRNA) lar içindir. mRNA bu yerlerin asagisinda islev görür. (Robert H. Tamarin’in Principles of Genetics (Sixth Edition, WCB/McGraw-Hill), isimli kitabindan modifiye edilerek alinmistir.)

    27. UZAMA SÜRECI Ikinci tRNA’nin Pozisyon Almasi Prokaryotik translasyonun ikinci safasi ikinci tRNA’nin pozisyon almasidir. Bu islem (A) yerindeki kodonca belirlenir. Ikinci tRNA ribozomun (A) yerinde kendi antikodonu ile mRNA’nin ikinci kodonu arasinda hidrojen bagi olusturacak sekilde yer alir. Bu basamak dogru tRNA, diger bir (GTP) ve uzatma faktörleri (elongation factör) denilen EF-Ts ve EF-Tu sembolü ile gösterilen iki olusuma ihtiyaç gösterir GTP’ye baglanan Ef-Tu olusumu (t-RNA)nin ribozomdaki (A) yerine yerlesebilmesi (pozisyon alabilmesi) islemini saglar.

    28. Sekil 14. Ef-Ts/Ef-Tu Döngüsü : Ef-Ts ve Ef-Tu olusumlari (t-RNA)nin ribozomdaki (A) yerine ilismesi için gereklidir. Seklin orta yukarisinda GDP’ye ilismis Ef-Tu unsuru gösterilmistir. GDP daha sonra Ef-Ts ile yer degistirir neticede. GTP ile degisim vukubulur. Eklenen tRNA ribozoma gelir. Eger kodon antikodon uyumu dogru ise tRNA (A) yerine GTP’nin (GDP ve P1) ye hidrolizi yardimiyla yerlesir. Bu durumda Ef-Tu birakilir. Ef-Tu basladigi yere geri gider. Ef-Tu GDP için güçlü bir affinite(uygunluk yarayislilik) gösterdiginden Ef-Ts’nin rolü GDP’yi daha sonra (GTP) ile degistirmektir. (Robert H. Tamarin’in Principles of Genetics (Sixth Edition, WCB/McGraw-Hill), isimli kitabindan modifiye edilerek alinmistir.)

    29. tRNA pozisyon aldiktan sonra GTP yapisi (GDP + P1) ye hidrolize olur. GTP’nin hidrolizi üzerine (Ef-Tu/GDP) kompleksi ribozomdan serbest birakilir. (Ef-Ts) ise yeniden (Ef-Tu/GTP) kompleksi olusturmak için gereklidir. Ef-Ts ile GDP yapisi (Ef-Tu) üzerinde yer degistirir. Daha sonra yeni GTP ile Ef-Ts yer degistirir. Sonra EF-Tu/GTP kompleksi diger (t-RNA)ya baglanir. Burada da tekrar (GTP) hidrolizi ile (GTP) nin seklinin degistirilmesi ve (A) yerindeki (tRNA) oldugunda (Ef-Tu GDP) kompleksinin hareket etmesi mümkün olur. GTP nin hidrolize olmasi birkaç mili saniyeyi gerektirir. Böylece (Ef-Tu/GDP) nin ribozomdan ayrilmasi ve diger birkaç mili saniyede Ef-Tu/GDP’nin burda kalmasi saglanir. Bu iki zaman araliginda dogru (tRNA) yerinde ise peptit bagi sekillenir. Dogru t RNA yerinde Degil ise yüklü (tRNA) uzaklastirilir ve yeni (Ef-Tu/GTP) araciliklikli (tRNA) test islemi baslar. Hata orani proteine baglanan onbin (aa) da bir tane (aa) seklindedir. Aminoasitler birlesme hizi ise her saniyede 15 (aa)dir. Eukaryotlarda bu bu saniyede (2-5) dir.

    30. Sekil 15. Iki (t-RNA) eklenmis ribozom: Bu durumda fenil alanin aminoasidi için ikinci kodon (UUU) söz konusudur. Iki aminoasit bir digerine bitisiktir. (Robert H. Tamarin’in Principles of Genetics (Sixth Edition, WCB/McGraw-Hill), isimli kitabindan modifiye edilerek alinmistir.)  

    31. PEPTIT BAGI SEKILLENMESI Iki (tRNA) üzerindeki iki aminoasidin bu ikisi arasinda peptit bagi olusacak sekilde bir pozisyon almasi ile söz konusu olmaktadir. Her iki aminoasit enzim merkezindendir. Yanyana gelmesi ile peptidil transferaz enzimi yardimi ile peptid bagi olusur. Bu enzim 50(S) lik alt ünite üzerinde yer alan amino asitler arasinda peptit bagini olusturur. Bu enzimatik merkez 50(S) lik alt ünitenin tam bir kismindan olusur. Eskiden bu merkezin birçok 50(S) lik protein parçalarindan mütesekkil oldugu düsünülüyordu. Günümüzde ribozomun rRNA’sinin enzimatik aktivitesi ve ribozomik aktivitesini söz konusu oldugu düsünülmektedir. Enzimatik aktivite N-formil metiyonin karboksil ucundan bir bagin ikinci amino asidin (Sekil 16’da fenil alanin) amino ucuna tasinmasini saglamaktadir. Her ardisik peptit bagi aminoasidin cinsine bakmaksizin aynidir. Kullanilan enerji (P) yerindeki (t-RNA) ile onun aminoasidi arasindaki mevcut yüksek enerjili ester bagidir. Peptit bagi olusturduktan hemen sonra dipeptitli (t-RNA) unsuru (A) yerinde edilen (t-RNA) ise (P) yerindedir

    32. TRANSLOKASYON Uzama sürecinin ikinci safasi ribozomun (t-RNA) ve (m-RNA) ya göre yer degistirmesidir. Bu translokasyon (tasinip yerdegistirme) islemi uzatma faktörleri (Elangation Factors =Ef-G) araciligi ile yapilir. Eskiden bu faktörlere translokaze adi verilmekteydi. Bu durumda ribozom üzerinde bir üçüncü (t-RNA) yeri tanimlamak gecikecektir. Bu yeri çikis yeri (exit=E yeridir.   Ribozomlar (Ef-G) unsuru yardimiyla fiziksel olarak m-RNA’yi ve buna eslik eder (t-RNA) yi hareket ettiremez. Translokasyon sonrasi halden translokasyon öncesi hale dönerler. Bu hareket GTP’nin GDP’ye hidrolizi ile saglanir. Ilk translokasyon sonrasi duruma geçtikden sonra (E) yerinde tüketilen tRNA disari salinir. Böylece ribozom yeni bir yüklü (tRNA) yi (A) yerine alacak hale gelir. Ribozomlar bu üç (t-RNA) yerine iliskin yapisina bilgisayar destekli çizimlerde (Sekil 17’de) gösterilmistir. Eukaryotlarda üç uzatma faktörü prokaryotlardaki EF-Tu, EF-ts ve EF-G’nin islevini görür. [eEF1 ?] eukaryotlarda yapi olup prokaryotlardaki (EF-Tu) islevini görür. Ayni sekilde Eukaryotlardaki (eEF1 ? ? ) unsuru EF-Ts’yi ve (eEF2) ise EF-G yi temsil eder.

    33. Sekil 16. Ribozom üzerinde N-formil metiyonin ve fenil alanin arasindaki peptit bagi sekillenmesi ilk amino asidin t-RNA’sindaki karboksil ucuna ilisen bag ikinci amino asidin amino grubuna ilk (t-RNA) simdi bosalmis olup ikinci (t-RNA) eklenmis dipeptitte sahiptir. (Robert H. Tamarin’in Principles of Genetics (Sixth Edition, WCB/McGraw-Hill), isimli kitabindan modifiye edilerek alinmistir.)

    34. SONA ERDIRILME (TERMINASYON=TAMAMLANMA) Anlamsiz (Non-Sense) Kodonlar  Hem prokaryotlarda ve hem Eukaryotlarda tamamlanma sürecine iliskin süreç ribozomun (A) yerinde üç anlamsiz kodondan biri belirince saglanir. Bu kodonlar bazen amber adiyla bilinen UAG, bazen ochre adiyla bilinen UAA ve bazen Opal adiyla bilinen UGA’dir. Amber ya da kahverengi tas Kaliforniya Teknoloji enstitüsündeki R:H.Epstein Laboratuvarindaki (UAG) kesfinde görev alan lisansüstü ögrencisi Berstein’in isminin ingilizce karsiligidir. Prokaryotlarda tamamlanma sürecinde rol alan üç protein sonlandirici serbest biraktirici faktör (Releasing Factör = RF) olarak adlandirilir. Ayrica sonlandirmada GTP’nin (GDP +Pi) ya hidrolize olmasinada gereksinimi vardir. Ribozomdaki (A) yerine anlamsiz bir kodon girdiginde sonlandirici faktör RF1 ise UAA’yi UAG’yi RF2 ise UAA ve UGA yi tanir. Ayrica Dur (Stop) kodonundan sonraki baz genellikle Adenin (A) olup etkili bir terminasyon (sonlanma için) gereklidir. Esas olarak dört baz uzunlukda son kodon söz konusudur. Sonuçda daha ileri düzeyde zincir uzatilmasi bloke edilir.

    35. Tablo 1. Eukaryotik ve prokaryotik Translasyon Arasinda Bazi Karsilastirmalar

    36. RF1 ve RF2 nin sanki t-RNA imis gibi (A) yerine baglandigina dair kanitlar vardir. Yani bunlar t-RNA yapisini taklit ettiginden taninmaktadirlar. Bu düsünce moleküler mimikri görüsüne yol açmistir. Bu düsünceye göre protein yeterli görev yapmasi için nükleik asitlerin proteinlerle mimikrisininde söz konusu oldugu bir süreç söz konusudur.

    37. Sekil 17. EF-G araciligi ile Ribozom Translokasyonu Translokasyon öncesi halde (D) ve (A) yerleri dolu (Robert H. Tamarin’in Principles of Genetics (Sixth Edition, WCB/McGraw-Hill), isimli kitabindan modifiye edilerek alinmistir.)  Translokasyon sonrasi (E ve (P) yerleri dolu isgal edilmis hale geçilir. E. Yerindeki bosalmis t-RNA disari firlatilir.

    38. Sekil 18. Ribozom üzerinde Translokasyon ve peptit bag olusumu döngüsü :Peptit bagi transfer edildikten sonra ribozom m-RNA kodon üzerinde bir ünite ilerler. Simdi yeni t-RNA ile peptit (P) yerindedir. Burada (A) yeri açiktir. Bu örnekde (A) yerine hareket eder bir sonraki t-RNA glutamik asittir. (Robert H. Tamarin’in Principles of Genetics (Sixth Edition, WCB/McGraw-Hill), isimli kitabindan modifiye edilerek alinmistir.)

    39. Sekil 19. Ribozomda zincir sonlandirma: (A) yerindeki anlamsiz kodon iki sonlandirma faktöründen biri tarafindan taninir. Bu durumda RF1 unsuru (UAG) yi tanimistir. Daha sonra komplex yapi peptiti birakarak islemi sürdürür. (Robert H. Tamarin’in Principles of Genetics (Sixth Edition, WCB/McGraw-Hill), isimli kitabindan modifiye edilerek alinmistir.)  

    40. TRANSLASYON HIZI VE ENERJI MALIYETI Daha önce bahsedildigi gibi protein sentezinin ortalama hizi prokaryotlarda saniyede (15) peptit bagidir.Baslatma ve sonlandirma zamanin hariç tutarak ortalama (300) amino asitlik bir protein yaklasik (20) saniyede sentezlenir. Serbest birakilan protein nihai yapisina kendiliginden yada bazi diger proteinler yardimiyla kavusur. Buna esit bir Eukaryotik protein ise (2,5) dakikada sentezlenir. Enerji maliyeti ise her peptit bagi için dört yüksek enerjili fosfat bagidir. Bunlarin ikisi t-RNA yüklemek için ATP’den ikiside t-RNA nin (A) yerine baglanmasi ve translokasyon için (GTP) hidrolizinden saglanir. Genel olarak her protein için 1200 yüksek enerji bagi gerekir. Bu maliyet oldukça yüksek olup E.Coli hücresinin enerji üretiminin yaklasik % 90’i protein sentezine gider. Bu yüksek enerji maliyeti muhtemelen canli sistemlerin protein sentezinin isabeti ve hizi için ödemeleri gereken maliyettir.

    41. Transkripsiyon ve Translasyonun Eslesmesi   E.Coli gibi çekirdek yapisi olmayan prokaryotlarda translasyon transkripsiyon tamamlanmadan önce baslar. RNA polimeraz transcribe edilen gen (DNA) si üzerinde yer alirken m-RNA sentezlenir. Bu maksatla m-RNA’ya düzinelerce ribozom eklenir. Translasyon m-RNA’nin ilk defa sentezlenen besinci ucunda (5’) basladigindan önce baslatma faktörleri olusur. Transkripsiyonun baslamasindan hemen sonra translasyon baslayacaktir  Translasyon m-RNA’da ilerledikçe bunun besinci ucu (5’) sekillenmis olan yeni bir baslatma kompleksine maruz kalir. Çesitli birden çok ribozomun ayni m-RNA’yi transfer etmek üzere birlikteligi poliribozum (yada polizom) olarak adlandirilir. Prokaryotlarda m-RNA’larin çogu çesitli(birden çok gen icin) genler için bilgiler içerir. Bunlarin RNA’larini polysistronik oldugu söylenir. Sistron geni ifade eder baska bir terindir. m-RNA üzerindeki her gen bagimsiz olarak transle edilir.   Herbiri ribozomun tanimasi için Shine-Delgaino dizilimine ve (fMet) için (AUG) baslatma kodonu sahipdir. Ilk genin translasyonu tamamlayan ribozomun ayrilmadan önce ikinci gene gitmesi yada girmemesi söz konusu olabilir. Herhangi bir genin translasyonu burada belirtilen safalari gerektirir. Eukaryotlarda ise hemen hemen tüm mRNA lar sadece bir gen içerir (Monosistronik).Bu durumda her gen icin ayri ayri mRNA olusturulur

    42. Sekil 20. Polizomda protein sentezi: Meydana gelen proteinler 50(S) alt ünitedeki bir tünelden çikarlar. DNA transkribe edilirken bir yandan mRNA ribozomlarida transle edilir. (Robert H. Tamarin’in Principles of Genetics (Sixth Edition, WCB/McGraw-Hill), isimli kitabindan modifiye edilerek alinmistir.)

    43. Sekil 21. Polisistronik prokaryotik mRNA: Ribozom ilismesi için Shine-Delgarne dizilimi ile her geni belirleyen baslatma ve sonlandirma kodonlari. (Robert H. Tamarin’in Principles of Genetics (Sixth Edition, WCB/McGraw-Hill), isimli kitabindan modifiye edilerek alinmistir.)    

    44. RIBOZOM ÜZERINDEKI FONKSIYONEL YAPI YERLERI Ribozomal alt ünitelerin sekli ve bilesimi hemen hemen bilinmektedir. Ayrica tüm protein ve (RNA) unsurlarida izole edilmistir. Islemlere iliskin yol bilinmektedir. Ancak ribozom üzerindeki translasyonda cereyan eden islemlerin stero kimyasi hakkinda bazi ilave bilgiler gerekmektedir. Halen ribozomun bazi kisimlarinin özellesmis görevlerini bilmekteyiz. Mesela m-RNA baslatma faktörü, Ef-Tu, gibi unsurlar Translasyonda (30(S) lik ribozom kismi üzerinde aktivite gösterdigi bilinmektedir. Bu 50(S) lik kisim yapi boyunca onu kateden bir tünele yönelmis yariga sahiptir. Bu kisimda membran baglama yerine yakindir.Tünel yaklasik 40 aminoasit boyundaki peptid uzunlugunu alir. Her ribozom membrani baglama yerine sahip olmasina ragmen bütün aktif ribozomlarin hepsi membranlarla sinirli onunla irtibatli degildir.

    45. Sekil 22. Prokaryotik ribozomlar üzerindeki fonksiyonel yerler. Ribozom membran geçidini kapsayan bir protein sentezlemektedir. mRNA’nin 30S’lik alt ünite, yarik, tünel ve 50S’lik ünitenin membran baglama yerine göre pozisyonuna dikkat ediniz. (Robert H. Tamarin’in Principles of Genetics (Sixth Edition, WCB/McGraw-Hill), isimli kitabindan modifiye edilerek alinmistir.)

    46. PROTEIN YÖNLERDIME VE SINYAL HIPOTEZI     Proimal edilen proteinlerin hücre içinde bulunmalari gereken yerel gönderilmelerine iliskin mekanizmalarda protein hedeflemesi denir. Ribozomlar ya sitoplazmada serbest olarak yada membran ile birlikte ona bagli dururlar.Eu karyotlarda ribozomlar Endoplazmik Reticulum(ER) adli zarlar memranlar sistemi icinde yer alir.Sentez surecinde Hangi ribozomun seçilecegi sentezlenen protein tipine baglidir.Membrana bagli ribozomlar membrana giren proteinleri üreten serbest ribozomlardan ayirtedilemezler.eu karyotlardaki cesitli yapilar yeni sentezlenen proteinlerin ribozomdan direk olarak ER kanallarina salinmasini saglar.  Bilindigi gibi proteinler ribozomlarda uretildikten sonraTRANSLASYON SONRASI MODIFIKASYONLAR ADLI BIR SERI ISLEMLERE MARUZ KALIR. Bu islamler N yada C ucundaki aa larin uzaklastirilmasi yada modifikasyonu, bazi karbohidrat yan zincirlari ekleme, zincirde kirpma yapmak, bazi metallerle komplex yapmak, bazi aa larda modifiksayonlardir. Polipeptidlerin daha sonra gitmesi saglarmaktadir. Bu konuda sinyal hipotezi önerimektedir. Daha sonra hedef yere gidildikten sonra buraya gitmesini saglayan SINYAL dizi enzimatik olarak uzaklastimaktir.

    47. Sinyal peptit proteinden sinyal peptidaze adi verilen enzim yardimiyla ayrilir. Rekombinant DNA teknigine iliskin çalismalar bu hipoteze iliskin önemli destekleyici bulgular saglamistir. Bazi farkli proteinler farkli membrana bagli bölmelere (mesela golgi cihazi) girdigi için meydana gelen proteini uygun mebrana yönelten mekanizmalarin olmasi gerekir. Bu özgünlük sinyal dizilim reseptörü (signal sequence receptors) adi verilen membran bagli glikoproteinlere ve tam sinyal dizilimine baglidir. Ribozom havuzlara proteinlerine baglaninca sinyal peptitin sinyal dizilimi reseptörü ile etkilesimde bulundugu ve varsayimsal olarak proteinin membran için özgün olup olmadigini belirlenildigi düsünülmektedir.   Eger öyle olursa geri kalan süreç devam eder. Eger öyle degilse ribozom membrandan birakilir. Sinyal peptitlerin transkripsiyon ya da translasyon tanima kutulari gibi ortak (consensuz) dizilimler içermesi gerekmedigi görülmektedir.

    48. Tablo 2. Sigir Prolactin Proteini için Sinyal Peptit NH2-Met Asp Ser Lys Gly Ser Ser Gln Lys Gly Ser Arg Leu Leu Leu Leu Leu Val Val Ser Asn Leu Leu Leu Cys Gln Gly Val Val Ser? Thr Pro Val......... Asn Asn Cys-COOH

    49. Burada orta satirin sonundaki düsey çizgi sinyal peptiti (199) kökden ibaret geri kalan proteinden ayirir.   Mitokondria larin maruz kaldigi özel durumlarda hem içte ve distaki membranlardan bin civarinda protein geçirilmesi gerekmektedir. Yakin zamandaki arastirmalar dis membranda bir translokasyon proteinler ailesinin varligini göstermistir. Bunlara ’’tom’’ proteinleri denir. Ayni sekilde iç membranda da farkli bir translokasyon proteinleri seti (‘’tim’’ proteinleri adi verilir) nin varoldugu bunlarin sitoplazmadan mitokondriya ya dogru sentezlenen proteinlerin geçisini kontrol ettigi anlasilmistir.

    50. Sekil 23. Sinyal Hipotezi: Sinyal peptit, SRP tarafindan taninir. Bu islem sonucu olarak Ribozom, Havuzlama (Dockina) proteinlerine yada memran daki (SRP) almacina çekilir. Sentezlenen peptil memran kanalindan geçirilir. Membranin diger yanindaki sinyal peptit aze enzimi (SP) isi biten sinyal peptidi uzaklastirir. Gecirim bitince Ribozom serbest kalir. (Robert H. Tamarin’in Principles of Genetics (Sixth Edition, WCB/McGraw-Hill), isimli kitabindan modifiye edilerek alinmistir.)

    51. PROTEIN MOLEKÜLLERININ KATLANMASI 1972 Nobel Ödül sahibi Biyokimyaci Christian Anfinsen’den beri ribonükleaz enziminin in vitro deneturasyondan sonra yeniden katlandigi bilinmektedir. Proteinlerin nihai yapilarina kavusmalarinin (çekirdek ve tertiar yapi) kendiliginden olduguna inanilmaktadir. Ancak yakin zamanlarda bazi proteinlerin normal olarak kendi nihai aktif kesitlerin bazi refakatçi, dadi (chaperon) ya da molekül refakatçilari (chaperon) adi verilen olusumlarin yardimi olmaksizin yapamadiklari anlasilmistir. Bu terim ilk kez R.A Casley ve arkadaslarinca nükleoplazmin proteinin açiklamak için kullanilmistir. Bu protein histonlardan “nükleosom” olusumunu saglar. Bu terim ilk kez J.Ellis tarafindan daha genel olarak diger proteinlerinde katlanmasini yardimci olan protein anlamina kullanilmistir. Moleküler chaperonlar proteinlerin katlanmasi için uygun bir üç boyutlu yapiya sahip görünmemelerine ragmen bu isleme yardimci olurlar. Ancak daha ziyade chaperonlarin kodlamanin erken döneminde proteine baglandigi anlasilmaktadir. Ellis isimli arastiriciya göre insanlardaki gibi bunlar yanlis etkilesimlerden korunmaktadir.

    52. Sekil 24. E.Coli de cheperon ve ilgili proteinlerce kontrol edilen protein katlama modeli: Meydana gelen çiplak protein ribozomlardan çiktikça (DnaJ), (DnaK) bir araya gelir, (GrpE) unsur biraraya gelir ve (DnaJ) (DnaaK) proteinlerinin ADP’yi serbest birakmasina ve (ATP) ye baglanmasina yol açar. Neticede proteinler (GroEL) ve (GroES) varillerine transfer edilir. Çesitli (ATP) hidroliz asamalarindan sonra protein kontrolü katlanmaya maruz kalir. Bu esnada (GroES) yapisi (GroEL) uçlari arasinda tekrar döngü saglar. Neticede katlanmis protein serbest (Robert H. Tamarin’in Principles of Genetics (Sixth Edition, WCB/McGraw-Hill), isimli kitabindan modifiye edilerek alinmistir.)

    53. GENETIK SIFRE (KOD) 1950 ortalarindaki arastiricilar genetik kodun belli bir amino asidi belirleyen nükleotid diziliminden ibaret olarak düsünüyorlardi. Bu dönem arastiricilari kod üst üste çakisiyormu. Kod kelimeleri arasinda nükleotitler (araliklar kesiklikler) varmi? Kod kelimesi kodon kaç harflik olunca anlam tasir? Gibi sorulara cevap aramistir. Yapilan çesitli deneyler ile bu sonuçlara cevap bulunmus.  SIFRENIN ÜÇLÜ NITELIGI  Çesitli kanitlar sifrenin niteliginin üçlü oldugunu göstermektedir. Yani (mRNA) daki ardisik üç baz bir aminoasidi belirler. Eger kodonlar sadece bir baz içerseydi sadece dörtbaz oldugundan ancak (4) aminoasidin belirlenmesi sözkonusu olabilirdi. Sadece (4) çesit baz oldugu düsünülürse ikili kod halinde ancak 4x4=16 adet iki baz içererek katina (kodon) söz konusu olabilirdi. Oysa en azindan 20 kelime (kodona) ihtiyaç vardir. Üçlü kod halinde ise 4x4x4=64 adet üç baz içeren kelime (kodon) söz konusu olabilir. Bu sayida (20) den fazladir.

    54. KODUN ÜÇLÜ NITELIGINE ILISKIN KANITLAR   Üçlü kod kavrami özellikle Francis Crick ve arkadaslarinin mutant genlerle yaptigi dahiyane deneysel islemlerle güçlenmistir. Bu denemelerinde acridin boyasi proflavin gibi kimyasal mutajenler kullanilarak (T4) bakteriofajinda hizli lisis le ilgili (rIIB=RII lokusu nun B sistronu)) inaktivasyonu saglanmistir.  Proflavin; gen (DNA)’i ya nükleotit katarak yada ondan nükleotit kopararak inaktive eder(mutant formunu olusturur). RII geni E.Coli hücrelerinde büyüyen bakterofajin plaka morfolojisini belirler. Bu genin iki sistronundan biri B dir.Böyle mutantlar E.coli’nin B susunu kolayca infekte eder ama K12 susunu edemez . Hizli lisis mutantlari büyük plaka olustururken (rII+) orijinal gen tipi normal plaka morfolojisi olusturur.

    55. KOD (SIFREDEKI) ÇAKISMALAR VE NOKTALAMALAR Kodun noktalama isaretleri (nokta, virgül vs.) olup olmadigi üst üste çakisip çekismedigi sorusu üzerine yapilan çalismalar genel olarak noktalama olmayan üst üste çakismayan sifre görüsünün kabulüne yol açmistir. Noktalama isaretleri konusu kod kelimelerinin (üç harfli kelimelerin) ardarda birbirine bitisik aralik birakmadanmi yazilip yazilmadigini ifade eder. Mesala (GTACA) dizilim eger okunmada cakisma sozkonusu ise ilk üç nukleodit (GTA) birinci mumkün okuma, çakisma ile olusan ortadaki (TAC) ikinci okuma ve gene çakisma ile olusan son üçlü (ACA) dir. Böyleca bunlar (aa1,aa2,aa3) gibi üç amina asidi kodlar.EGER BU DURUM BOYLE ISE ortadaki üçlünün kodladigi aa’nin iki yaninda sadece belli aa ler yer alabilir

    56. Sekil 25. DNA’da bir yada çok sayida nükleotitlerin (üç adet olmayacak düzeyde) delesyonu (eksilme) yada addisyonu (ekleme)sinde ileri gelebilecek çerçeve kaymasi mutasyonlari :Gösterilen normal mRNA (CAG) tekrarlarina sahiptir. Bir nükleotidlik eksilme okuma çerçevesini degistirir ve (AGC) tekrarlarindan ibaret okuma elde edilir. Daha sonraki bir araya ekleme okunma çerçevesini düzeltir. Bu sekillerdeki yildizlar delesyon (eksilme) yada eklenme (addition) yerlerini belirtir. (Robert H. Tamarin’in Principles of Genetics (Sixth Edition, WCB/McGraw-Hill), isimli kitabindan modifiye edilerek alinmistir.)

    57. Sekil 26. (CAG) tekrarlarinin kodlama çerçevesi önce degisir sonra üç ekleme (araya koyma) ile düzelir. Yildiz isareti araya aklemeyi gösterir. (Robert H. Tamarin’in Principles of Genetics (Sixth Edition, WCB/McGraw-Hill), isimli kitabindan modifiye edilerek alinmistir.)

    58. Sekil 27. Genetik kod çakismayan ve noktalama isaretleri olmayan bir biçimdedir (üstte) bu olgu kanitlanmadan önce kodun bir iki baz üst üste çakisabildigi (ortada) ve kod kelimeleri arasinda kodlamayan bazlar bulundurularak noktalama isaretlerinin konuldugu (altta) düsünülüyordur. (Robert H. Tamarin’in Principles of Genetics (Sixth Edition, WCB/McGraw-Hill), isimli kitabindan modifiye edilerek alinmistir.)

    59. KODUN (SIFRENIN) ÇÖZÜLMESI Çakismayan triplet sifre kavramina göre (64) Altmisdört kodonun ne anlama geldiginin belirlenmesi gerekir. Sözgelimi (ACU) hangi aminoasidi belirliyor. Bu çalismalar iki safali yürütülmüstür. Ilk safada MW.Nirenberg ve S.Ocha ve arkadaslari uzun suni (mRNA) lar yapmis ve hangi aminoasitlerin bu (mRNA) sayesinde proteinlerde bir araya geldigini belirlemislerdir. Ikinci safada özel üçlü RNA dizilimleri sentezlenmistir. Her dizilime baglanan aminoasit –tRNA komplexleri belirlenerek sifre çözülmüstür. SENTETIK mRNA’lar  ‘’Polinükleotit fosforilaze’’ enziminin uzun zincirli (mRNA) sentezleme yetenegi ilk kez M.Grunberg, Manago ve Ochaa tarafindan (1955) de kesfedilmistir. Bu enzim difosfat nükleositleri uzun zincirli tek kollu nükleotitler haline koyar. Normalde görevi RNA yikimidir.Ancak ribonükleosit difosfat derisimi yogun oldugu in vitro ortamlarda RNA imal eder Polimeraz enziminin aksine polinükleotit fosforilaze enzimi etki yapacagi bir primere (öncüye) ,DNA kalibina ihtiyaç duymaz. Bu enzim bütün bakterilerde bulunur ve muhtemelen hücredeki asil görevi kullaniminin tersi (RNA yi imal degil de parçalama)islevi saglamaktir.

    60. Bu metoda Hücresis sistemlerde karisik kopolimerler le yapilan deneylerde sentezlenen proteinde yer alan herhangi bir amino asididin yüzdesi hesaplanarak bu yüzdeye karsilik gelen triplet kompozisyonu tahmin edilmektedir. Buna göre elde edilen proteinde bulunan belli bir çesit amino asit yüzdesi yukaridaki tabloda verilen olasiliklarda hangi yada hangilerinin toplamina denk geliyorsa ilgili amino asidi ilgili sifrelerin kodladigi varsayilir. Mesela herhangi bir amino asid %69’ise yukaridaki olasiliklardan (0,58) ile (0,12)’nin toplami yaklasik %70 bure denk geliyorsa bu seçeneklere iliskin sifreler bu (aa) lar kodlari sonucuna varilir. Kuskusuz tek çesit (aa) meydana gelemeyecektir. Diger amino asidlerin yüzdeleride belirlenerek bunlara denk gelen üçlü sifre olasiliklarina göre hangi sifrelerin (yada sifrelerinin) hangi amino aside denk düstügü belirlenir. Ancak belli bir sirayi belirlemek mümkünsede belli diger bazi sirayi belirlemek mümkün degildir. Mesela sistein Losin ve valin hepsi iki (U) ve bir (G) içeren koda sahiptir.  Yani bu deney iki(U) bir (G) içeren bu bazlarin diziliminin (5’-UUG-3’) yada (5’-UGU-3’) veya (5’-GUU-3’) dizilim sirasinda olup olmadigini belirlemez. Bu konunun cevabi trinükleotitler olarak bilinen unsurlarin sentezi ile anlasilabilmistir.

    61. Tablo 3. Sansa bagli bir araya getirilen (5U:1G) oranindaki urasil guanin içeren ribodifosfonükleotitler karisimindan yapilan suni mRNA larin yapisi.

    62. SENTETIK KODONLAR Belli bir bilesimdeki trinokleotitlerin imalati mümkün oldugunda Nirenberg ve P.leder 1964’de baglanma saflik testi (Binding Assay) yada TRIPLET BAGLAMA DENEYI denen olguyu gelistirdiler. Arastiricilar izole edilmis E.Coli ribozomlarinin yüksek molaritede magnesyum klorit varligi halinde bunlar sanki (mRNA) imis gibi trinükleotidlere baglandigini göstermistir. Bu durumda ribozomla birlikte olan üçlü RNA tripletinin (trinükleotidi) sayet ortam da varsa bütünler antidokonu tasiyani tRNA ya da baglama söz konusudur. Böylece radyoaktif aminoasitleri kullanarak hangi mRNA trinükleotidinin hangi amino asidi kodladigini belirlemek mümkün olur. Belli bir bilinen baz dizilisine sahip verilen sentetik trinükleotid i içeren ribozomlar dan olusan karisim ile radyoaktivite ile isaretlenen denenecek aa yüklenmis tRNA bir araya getirilir .Yani Aminoasit t-RNA lar ile RNA li ribozom karistirilir, reaksiyon karisimi bir nitro seluloz filtreden geçirilir.Burada Ribozomlar büyük oldugundan bu filtreden gecemezken yüklü tRNA gibi küçük molekuller gecer.Ama eger yüklü tRNA ribozama baglanmissa gene geçemez. Eger radyoaktif filtreden geçerse bu durum radyoaktif amino asidi tasiyan tRNA’nin tripleti tasiyan ribozoma baglanmadigini gösterir.Yani denenen aa yanlistir bu aa nin kodonu denenen triplet degildir sonucuna varilir Bu deney diger bir isaretlenmis amino asitle tekrarlanir.

    63. Yani bu yöntemde sözgelimi (GCC) tripleti kullanildiginda ribozomla birlikte (alanin –tRNA) filtrelere tutundugundan GCC’nin alanin sifreledigi anlasilir. Böylece filtrede radyoaktivite gözlenirse arastirici ilgili aminoasidin ribozoma tutuldugunu anlar. Böylece bu aminoasidin ilgili trinükleotit kodon tarafindan belirlendigi anlasilir. Diger bir deyimle antikodonu sentetik trinükleotid kodonuna bütünler olan transfer RNA ya eklenmis radyoaktif aminoasit ribozoma bagli olmasi prensibinden yararlanilir. Sekil 31’de görüldügü gibi (5-CUG-3’) trinükleotidi ele alalim. (3’-CAC-5’) antikodonunda tRNA yapisi losin ile yüklensin karisim filtreden geçirilsin. losin hariç treonin ya da herhangi bir aminoasit radyoaktif ise radyoaktivite filtreden geçecektir. Deneme radyoaktif losinle tekrarlanirsa losin daha dogrusu radyoaktivite filtreden geçemeyip orda kalacaktir. Kisa bir zaman zarfinda tüm kodonlarin bu sekilde sifreleri çözülmüstür Daha sonralari TEKRARLAYAN KOPOLIMER deneyleri ile sifre konusu tamamiyle aydinlanmistir.Bu usulde Khorana içinde kisa dizilerin surekli tekrarlandigi uzun RNA molekulleri olusturmus bunlarin hucresiz ortamda Yollaçtiklari aa dizileri( polipeptid=protein)karsiliklari incelenmistir.Bu durumda tekrarlanan dinukleotid tekrarlanan iki tripletli mesaja Tekrarlanan tri nukleotid ise okuma cercevesine gore tekrarlayan üç tripletli mesaja ve nihayet tekrarlayantetranukleotid ise Tekrarlayan dort tripletli mesaja dönüsür.Elde edilen polipeptitlerin aa içerigine gore sonuclar yorumlanir.

    64. Tablo:4 Üçlü baglama degerlerinde elde edilen üçlü nükleotidlere özgü amino asitler.

    65. Sekil 28. Baglanma saflik testi (Binding assay) yöntemi aminoasitlere eslik eden dizilim bilinen bir trinükleotid kodonu belirlemeye yarar. Bütünler olmayan kodon dizilimindeki (t-RNA) lar membran boyunca geçerler. Ribozoma bagli antikodonu trinükleotide bütünler (t-RNA) li olusumlar ise filtreden geçemez. (t-RNA) eger radyoaktif aminoasitle yüklenirse radyoaktivite filtreden geçemez orada kalir. (Robert H. Tamarin’in Principles of Genetics (Sixth Edition, WCB/McGraw-Hill), isimli kitabindan modifiye edilerek alinmistir.)

    66. Tablo 5. Genetik sifre tablosu Her gözün ustündeki yildiz(carpi; x; *) sayisi sirasiyla 1, 2, 3yildiz için ilk iki baza göre üçüncü baz ne olursa olsun Tekçesit (aa) e, iki çesit (aa) e ve Dur, tek, iki çesit (aa) leneticelenen sifreyi belirtir.

    67. Sekil 28a: Genetik sifreleme sözlügü. Aug, polipeptit zincirlerininçogunun sentezini baslatan metionini belirler. UGG ile sifrelenen triptofan disindaki diger bütün amino asitler 2 ila 6 tane üçlü tarafindan belirlenir. UAA, UAG ve UGA üçlüleri sonlanma sinyalleridir ve hiçbir aminoasiti belirlemezler. (William S. Klug, Prof Dr. Cihan Öner. Genetik Kavramlar, Palme Yayincilik, 2003’ten modifiye edilerek alinmistir.)

    68. WOOBBLE HIPOTEZI   Genetik kodun bozulmus (Dejenere) bir kod (sifre) oldugu ifade edilmektedir. Bu olgu bir aminoasidin birden çok sifre ile ifade edilmesini tanimlar. Yani mükemmel bir sifrede bir kod (sifre) un yanlizca bir anlami olmalidir.   Böyle olmadigina göre o zaman bu sifre bozulmus sifredir diye düsünülmektedir. Tablo 4’de gösterildigi gibi (16) gözden sekizi herbiri sadece bir ve ikinci pozisyonu dikkate alinarak olusturulan sira sütun kesisimi yerindeki her gözde bir aminoasit bulunur. Söz gelimi (UUX) gözü gösteriminde (X) sembolü dört bazdan herhangibiri olabilir anlamindadir. Yani ilkiki baza göre (8)sifre sadece bir (aa) ete kabul eder.  Böylece bu (8) aminoasit de kodon sadece ilk iki pozisyondan okunabilir. Çünkü kodonun üçüncü bazi ne olursa olsun ayni amino asit temsil edilmektedir. Bu sekiz kodon grubuna karismamis kodon familyasi (toplulugu) adi verilir (unmixed families) karismamis kodon familyasi ayni iki bazla baslayan dört kodondan biri ile sonlanan bir amino asidi kodlayan dizilimdir. Mesela (GUX) kodonu “valini” kodlar.

    69. Karismis kodon familyasi (mixed families) ise ya iki ayri çesit aminoasidi kodlayan 6 göz ve bir dur ile bir yada iki aminoasidi kodlayan iki göz olmak uzere 8 gözden olusur.  Alti çesit ilk iki baza göre iki çesit (aa) e tekabul eden sifreleri içeren karismis Aile(familya) gözü yada kutusu iki yarima bölünürse kodonlarin üçüncü bazda purin ya da purimidin farkliligina göre farklilastigi görülecektir.   Mesela (CAU) ve (CAC) her ikiside histidini kodlar her ikisinde de üçüncü baz urasil (U) ya da sitosin (C ) purimidin bazidir. Sadece bu iki kodon ailesi farkli biçimde ayrilirlar.  Bu üçüncü pozisyonun genetik sifrede nisbeten az önemli olmasi hususu muhtemelen (tRNA) ya iliskin iki özellikden ileri gelir. Birinci husus E. Colide (aa) leri kodlayan (64) ssifredeb üçü dur sifresi oldugundan bunlar çikarilirsa 61 sifre olduguna göre birden baslatma sifresi düsünülürse (62) t-RNA olmasi gerekmesine karsilik sadece (50) farkli ((tRNA) vardir.

    70. Sekil 29. Kodon ve antikodonlarin baz pozisyonlari besinci uçdan (5’) itibaren numaralanir. Kodondaki üçüncü pozisyon (3’) antikodonda (1’) pozisyona tekabül etmekte olup sallantili (wooble) baz olarak adlandirilir. (Robert H. Tamarin’in Principles of Genetics (Sixth Edition, WCB/McGraw-Hill), isimli kitabindan modifiye edilerek alinmistir.)

    71. Tablo 5. Üçüncü kodonun pozisyonundaki eslesme kombinasyonlari

    72. Aminoasitleri belirleyen (61) kodon oldugundan baslatma gibi islemler için ilave kodonlara ihtiyaç duyulmaktadir. Ancak E.Colide gerçekte (50) farkli t-RNA vardir. Ikinci önemli husus inosin gibi nadir bazlar antikodonda bazen belirebilir. Bu durum genellikle kodonun üçüncü pozisyonuna bütünler kisima karsilik görülür. Bu iki husus (t-RNA) da nadir bazlarida içeren bir çesit (t-RNA) koruma süreci kavramina yol açmistir. Karisikligi önlemek için hem m-RNA ve hem de t-RNA’nin bazlarinin normal olarak besinci uçdan itibaren numaralandigini hatirlayalim. Böylece kodondaki bir numarali baz antikodondaki üç numarali bazin bütünleridir. Bu nedenle daha az önemli kodon bazi üç numarali bazdir. Oysa bunun antikodondaki bütünleri bir numarali bazdir. Antikodonun ilk pozisyonu besinci uç (5’) her zaman diger iki pozisyon gibi sabit ve degismez olmadigindan bu pozisyondaki verilen bir baz pozisyonunda kodonun üçüncü pozisyonundaki çesitli bazlardan herhangi biri ile eslesebilir. Crick bu yetenegi sallantili(gevsek)= (wooble) terimi ile ifade etmistir. Tablo (5) bilinen kodonlara göre karsilastirmali olarak üretilebilecek t-RNA’lara iliskin muhtemel eslesmeleri gösterir. Mesela eger izolosin t-RNA si 3’-UAI-5’ antikodonuna sahip ise bu olusum bu aminoasit için uç kodonla belirlenecek bir birliktelikle olusacaktir. Bu olusumlar ise (5’-AUU-3’), (5’-AUC-3’) ve (5’-AUA-3’) seklindedir. Burada antikodonun besinci ucundaki (5’) ilk pozisyonda inosin kodonun üçüncü ucundaki (3’) üçüncü pozisyondaki (U), (C) veya (A) yi taniyacaktir.

    73. GENETIK SIFRENIN EVRENSELLIGI 1979 a kadar bilim adamlari genetik kodla ilgili denemelerinde genetik kodun üniversal oldugu yani bütün canlilarda ayni oldugu yolundaki sonuçlar ifade etmislerdir. Yani sifre sözlügü E.Coli insani, mese agaci v.s tüm türlerde ve zamanlarda aynidir. Kodun evrenselligin hususu mesela Tavsan retikulositlerinden m-RNA ve ribozomlar alinip bunlari E.Coli den elde edilen aminoasit t-RNA gibi diger translasyon unsurlari ile karistirarak yapilan deneylerle tanimlanmistir. Böyle karisimlardan Tavsan hemoglobininin sentezlendigi gözlenmistir. (1979) ve (1980) de bu olguya bazi aykiriliklar ortaya çikmistir. Özellikle yapisal proteinler için mitokondrial genlerin dizilimleri incelendiginde böyle bir durum ortaya çikmistir. Söz konusu evrensellikde iki çesit sapma olmaktadir. Birincisi kodu okumak için daha az t-RNA’ya ihtiyaç duyulmasi olgusudur. Ikinci husus mitokondrial ve hücresel sistemlerde kodonun farkli biçimde anlamlar ifade ettigi çesitli örnekler vardir.

    74. Yere özgü varyasyon konusunda son örnek aminoasit selono sisteindir. Bu unsur sülfür atomu selenyumla degismis sisteini ifade eder. Bir çok proteinler böyle olagan disi amino asitlere sahiptirler. Ancak bunlar daha ziyade normal amino asitlerin translasyon sonrasi modifikasyonu ile olusur. Ancak selanosistein aminoasidi direk olarak E.Coli’de format dehidroganaze gibi bazi proteinlerin yapisina girer. Burada selenyum enzimin aktif yerini olusturur. tRNA sayesinde proteine girmis olan selonosistein eger bu kodon m-RNA’da özel kök-lop benzeri sekonder yapida yer aliyorsa (UGA) terminasyon kodonu olarak taninir. Selanosistein t-RNA yapisi orijinalde serin ile yüklenir. Ancak daha sonra modifiye olarak Selano sisteinle yüklenir. Bu süreçde Kök-Lob benzeri yapiya ilaveten ribozom amber kodonunda UAG üçüncü asagi yöne dogru selenosistein uzatma (elangation) faktörüne (selono cystein Elengation faktörüne =SELD ihtiyaç duyulur.   Bu benzer mekanizmalar eukaryotlarda da olmasi beklenir. Ancak tüm bu unsurlara iliskin henüz yeterli bulgu ve tanimlamalar elimizde mevcut degildir.

    75. Tablo 6. Bira Mayasi mitokondriasinda genetik kod (antikodonlar gözler içinde verilmistir (3’ 5’) (ACU; Trp) anti kodonu tahmin ile elde edilmistir.  

    76. Tablo 7. Kodonlarin Yaygin (Olagan) ve Alternatif Anlamlari

    77. Sekil 30. Kodonun üçüncü (3’) pozisyonundaki Inosine ve Guaninin baz eslesme olasiliklari Woobble pozisynundaki Guanin hem Sitozin ve hemde Urasille baz eslesmesi yapabilir Wobble pozisyondaki Inosin Sitozin, Adenin ve Urasille eslesebilir. (Robert H. Tamarin’in Principles of Genetics (Sixth Edition, WCB/McGraw-Hill), isimli kitabindan modifiye edilerek alinmistir.)

    78. GENETIK KODUN ZAMANLA DEGISIM SÜRECI  Genetik kodun Wobble (Sallantili) oldugu hususundan yola çikarak Triplet kolun ilk iki bazinin milyonlarca yil önce kullanilmis az sayida aminoasitlerin varligina tekabül ettigi ifade edilmistir. Buna göre faydali özellikleri olan amino asitler ortaya çiktikça bunlar daha az özgünlük göstermesine ragmen üçüncü bazin okunmasindaki degisim ile kod modifikasyonu suretiyle proteinlerin yapisina girme olanagi bulmaktadir. Altmis bir mümkün kodonun kullanilmasi biyolojik sistemlerin bir ölçüde bazi mutasyonlara karsi korunmasina yol açmaktadir. Sözgelimi karismamis kodon ailesinde (5’-CUX-3’) deki üçüncü pozisyondaki herhangi bir mutasyon ayni aminoasit için diger bir kodonu olusturur. Üçüncü pozisyondaki sallantililik ve kodon düzenlemesi olgusu kodonun üçüncü pozisyonundaki mutasyonlarin yarisindan azinin farkli aminoasit belirlenmesi ile sonuçlanir.

    79. Mesela ortadaki bazin (U) oldugu bütün kodonlardan aminoasitler hidrofobiktir. (Leucine, Isoleucine, Metionine ve Valin). Bu kodonlarin herhangibiri için bir yada üçüncü pozisyondaki mutasyon hala hidrofobik aminoasitleri kodlar Aspartik asit ve glutamik asit gibi negatif yüklü aminoasitlerin ikiside (GA) ile baslayan kodona sahiptir.   Fenilalanin Tyrosin, Tiriptofan gibi tüm aromatik aminoasitler urasille baslayan kodono sahiptir. Böyle bir model mutasyonun etkisini azaltir Genetik kodon da bir kodonun diger kodona degismesi suretiyle mutasyonlarda vardir. Bunlar ayni özellikte aminoasit özellikleri ile sonuçlanir. Fonksiyonel proteinlerin böyle mutasyonlarla olusmalari olasiligi yüksektir.

More Related