Protein Sentezi ve Genetik Şifre

Dosyayı isterseniz görüntüleyebilir isterseniz indirebilirsiniz.


GoogleDocs üzerinden indirmek için : İndir–Açılan sayfadan indirebilirsiniz–

Önizleme ;

 

Protein Sentezi ve Genetik Şifre
Genetik bilginin ifade edilme yolu DNA molekülünün nükleotid dizisi ile belirlenen DNA dilidir.
Genetik bilgi DNA’ dan RNA’ ya ve proteine akar.
Üç harfli kodlar halinde örgütlenmiş kodonların bir araya gelmesi ile genetik kod oluşur.
Prokaryotlarda, gen, genden transkripsiyona uğratılmış mRNA ve polipeptid ürünü arasında doğrusal bir akış söz konusudur.
Yüksek ökaryotik hücrelerde daha karmaşıktır.
Ökaryotlarda birincil transkript, yani hnRNA, olgun mRNA dan çok iridir
Çeviriyi gerçekleştirecek bir organelin bulunması zorunludur.
Bir mRNA molekülünün nükleotid dizgisi kodlanan proteinin amino asit dizgisini  belirleyen bir kodon dizisinden oluşur.
Kodonları bir proteinin amino asid dizgisi haline çeviren adaptör moleküller tRNA molekülleridir.
Ribozom: Bu çeşitli işlevsel parçaların, protein molekülü vermek üzere etkileştiği yer.
Poliribozom: Birçok ribozom tek bir mRNA molekülünü eş zamanlı kullanabilir.
Ökaryotlarda bazı ribozomlar sitozolde serbest halde bulunurken, bazıları GER membranına bağlıdır.
Genetik Şifre
Hücrenin protein içeriklerinin sentezi için 20 farklı amino asit gerekir; yani genetik kodu yapmak için en az 20 ayrı kodon bulunmalıdır.
43 = 64 özgül kodon
DNA:     TAC  CTT  GTG  CAT  GGG  ATC
mRNA   AUG  GAA CAC  GUA  CCC  UAG
A.A        MET  G.A   HIS   VAL   PRO  STOP
Anlamsız kodonlar: Özgül amino asitleri kodlamayan kodonlar olup sayısı üçtür .
Sonlandırma işareti olarak kullanılır.
Geri kalan 61 kodon 20 amino asiti kodlar.
Metiyonin ve triptofan birer kodona sahiptir. Geri kalan aminoasitler için iki, üç, dört veya altı kodon mevcuttur.
Birkaç ayrıcalık bir yana bırakılır ise; özgül bir amino asiti birden fazla kodonun belirlemesine karşın, belli bir kodon için sadece belli bir amino asit moleküle yerleşecektir.
Genetik Şifrenin Özellikleri
Yozlaşır.
Kesin anlamlıdır.
Üst üste çakışmaz.
Noktalama işareti bulunmaz.
Evrenseldir.
Memeli mitokondrilerinde AUA kodonu Met olarak okunurken, UGA ise Trp’ ı kodlar.
Mitokondrilerde AGA ve AGG kodonları, Arg yerine durdurma veya zinciri sonlandırma olarak okunur.
Mitokondrilerde 22 tRNA, sitoplazmik çeviride 31 tRNA
Her amino aside ait, kodonun kullanım sıklığı türler arasında ve aynı türün farklı dokuları arasında önemli ölçüde değişiklik gösterir.
20 amino asitin her biri için en az bir tRNA türü vardır.
Normalde 61 tane farklı tRNA olması gerekirken gerçek tRNA sayısı bu değildir.
Wobble (sendeleme) hipotezi: Bir baz birden fazla baz ile hidrojen köprüsü yapabilir.
Bir tRNA, aynı amino aside ait 3 değişik kodonu tanıyabilir.
Protein sentezi
Başlama (initiation)
Zincir uzaması (elongation)
Sonlanma (Termination)
Aminoasit aktivasyonu
tRNA moleküllerinin adaptör işlevi, her özgül tRNA’ nın özgül bir amino asite yüklenmesini gerektirir.
Özgül tanıma işlevi ve 20 aa in özgül tRNA moleküllerine doğru bir şekilde bağlanması için en az 20 özgül enzim
Tanıma ve bağlama, 20 aa’in her biri için, bir enzim tarafından iki basamakta gerçekleştirilir.
Bu enzimlere aminoaçil-tRNA sentetazlar adı verilir
Protein sentezinin başlaması
Sentez N terminal bölgesinden başlar.
İlk kodon her zaman Metiyonin olup iki ayrı tRNA moleküle sahiptir.
Bakterilerde iki farklı tRNA:
Metiyonil tRNA (tRNAmet)
Formilmetiyonil tRNA (tRNAfmet)
Ökaryotlarda ise polipeptidin N-terminalindeki ve içindeki metiyoninler aynı olmasına rağmen, başlangıç metiyonini bağlayan tRNA (tRNAimet) özeldir.
Prokaryotlarda sentezin başlaması
  Shine-dalgarno konsensus dizisi
  (5’-AGGAGGU-3’)
mRNA üzerindeki 5’AUG kodonunun etrafında yer alan spesifik dizilerdir.
Met amino-açil tRNA, başlangıç faktörleri (IF-1, 2 ve 3)  ve 30S ribozomal subunit tarafından tanınmayı sağlar.
Prokaryotlarda zincir uzaması
Başlangıç kompleksi
Aminoaçil-tRNA
Uzama faktörleri: EF-Tu, EF-Ts ve EF-G
GTP gereklidir.
Uzamanın ilk basamağında uygun aminoaçiı-tRNA EF-Tu·GTP kompleksine bağlanarak, 70S başlangıç kompleksinin A bölgesine yerleşir. GTP hidroliz olur.
EF-Ts, EF-Tu·GTP kompleksinin yeniden oluşmasında gereklidir.
İkinci basamak peptid bağının oluşmasıdır.
Peptidil transferaz aktivitesine sahip 50S ribozomal subunit peptid bağının oluşumundan sorumludur.
Üçüncü basamak translokasyondur.
EF-G proteini ribozomun mRNA üzerindeki hareketini sağlar.
Prokaryotlarda zincir sonlanması
UAA, UGA ve UAG bitiş kodonlarından biri ribozomun A bölgesine geldiğinde üç sonlanma faktörü (RF) devreye girer.
RF-1, UAG ve UAA kodonlarını
RF-2 ise UGA ve UAA kodonlarını tanır.
RF-1 ve RF-2 bitiş kodonuna bağlanınca peptidil tRNA ester bağını keser.
RF-3 iki sonlanma faktörünün bağlanmasını kolaylaştırır.
Polipeptid zinciri ayrılınca ribozomun ayrışmasını ribozom yenileme faktörü (RRF) sağlar.
Ökaryotlarda sentezin başlaması
Çok sayıda ökaryot başlama faktörü (eIF) devreye girer.
Shine-dalgarno dizisi yok.
5’ ucu başlıklanmış olup ribozomal 40S subunitin bağlandığı yerdir.
ATP mRNA’nın taranması ve başlangıç kompleksinin oluşumunda gereklidir.
Sonlanma GTP gerektirir.
Başlangıç basamakları
Ribozomun 40S ve 60S alt birimlere ayrışması
eIF-1, 1A ve 3’ ün 40S ribozomal subunite bağlanması
Met-RNA, GTP ve eIF-2 den oluşan üçlü bir karmanın bir ön başlatıcı karma vermek üzere 40S ribozoma bağlanması
  1. mRNA-eIF4F kompleksinin 40S alt birime eIF3 aracılığıyla bağlanması
eIF-4E ve eIF-4G (4G).eIF-4A (4A) karmasından oluşan bir takke (cap) bağlayıcı protein karması olan eIF-4F (4F), 4E proteini üzerinden takkeye bağlanır.
Önbaşlangıç kompleksi mRNA üzerinde AUG kodonunu bulana kadar tarama yapar ve eIF2-GTP-tRNA kompleksi ile etkileşim aracılığıyla bu tanımayı gerçekleştirir.
GTP, eIF5 ile hidroliz edilir ve önbaşlatıcı kompleks çözülür, 60S subunit 40S subunite bağlanır ve translasyon başlar.
Bu, genel olarak, 5’ ucuna en yakın AUG ise de, kesin başlatma kodonu, AUG’ yi çevreleyen ve kozak uzlaşma dizgiler de denen bir yapı tarafından belirlenir.
Translasyonun uzaması
Döngüsel bir olaya olan uzama, uzama faktörleri (eEF) denen proteinlerle katalizlenen birçok basamak içerir:
Aminoaçil-tRNA’ nın A noktasına bağlanması
Peptid bağı oluşumu
Yer değiştirme
Uygun aminoaçil-tRNA’ nın A noktasına bağlanması, uygun kodon tanınmasını gerektirir.
eEF-1α, GTP ile bir karma yapar ve aminoaçil-tRNA’ ya girer.
Bu karma, daha sonra aminoaçil-tRNA’ nın, eEF-1α-GDP ve fosfatın salınmasıyla A noktasına girmesine izin verir.
Peptid bağı oluşumu
A noktasındaki yeni aminoaçil-tRNA’ nın α-amino grubu, P noktasını işgal etmiş olan peptidil-tRNA’ nın esterleşmiş karboksil grubuna nükleofilik bir saldırı yapar.
Bu tepkime peptidil transferaz tarafından katalizlenir.
Bu tepkime gelişmekte olan peptid zincirinin, A noktasında tRNA’ ya bağlanması ile sonuçlanır.
Yer değiştirme
Peptidil paçasının P noktasında tRNA’ dan çıkarılması ile yükünü boşaltmış olan tRNA bu P noktasından hızla ayrılır.
A noktasındaki yeni oluşmuş peptidil-tRNA’ nın, boşalmış P noktasına yer değiştirmesinden, eEF-2 ve GTP sorumludur.
tRNA molekülünün aminoaçil parçası ile yüklenmesi, bir ATP’ nin bir AMP’ ye hidrolizini gerektirmekte olup bu da, iki ATP’ nin iki ADP ve iki fosfata hidrolizine eşdeğerdir.
Bir peptid bağı oluşumu için gereke enerji, 2 ATP’nin ADP’ ye ve 2GTP’nin GDP’ ye hidrolizine eşdeğerdir.
Bir ökaryotik ribozom, 1 sn.de, 6 taneye kadar a.a’i, prokaryotik ribozom 18 tane a.a’i yerleştirir.
Translasyonun sonlanması
Ökaryotlarda tüm bitiş kodonlarını tanıyan tek bir sonlanma faktörü bulunur (eRF1).
eRF1, bir GTPaz olan eRF3 ile birlikte sonlanmayı gerçekleştirir.
Hidroliz ve salınma gerçekleşince, 80S ribozom, yeniden döngüye girecek olan 40S ve 60S alt birimlerine ayrışır.
Aynı mRNA üzerinde yer alan çok sayıda ribozom bir poliribozom veya polizom oluşturur.
Tek bir memeli ribozomu, bir dakikada 400 kadar peptid bağı sentezleyebilir.
Translasyonun düzenlenmesi
İki primer mekanzima ile kontrol edilir.
eIF2 nin fosforlilasyonu
eIF4 binding proteinlerin (eIF4BP) fosforilasyonu
eIF-2, ökaryotik hücrelerde protein sentezinin başlamasının iki denetim noktasından bir tanesidir.
eIF-2, α, β ve γ alt birimlerinden kurulu olup eIF-2α, hücre bunalım altında iken ve protein sentezi için gereken enerji harcanması zararlı olacağı zaman etkinleşen, üç farklı protein kinaz (HCR, PKP ve GCN2) tarafından fosforlanır.
Fosforlanmış eIF-2α, GTP-GDP yeniden döngülenme proteini eIF-2β ya sıkıca bağlanır ve bunu etkinsizleştirir. Bu olay 43S önbaşlatma karmasının oluşumunu önler ve protein sentezini bloke eder.
Protein sentezi için gereke enerji harcanmasının zararlı olduğu haller: Glukoz açlığı, virus enfeksiyonu, serum kaybı ve ısı şoku
Translasyonun düzenlenmesi
eIF-4E nin düzenlenmesi başlama hızını denetler.
Protein çeviri hızının denetlenmesinde 4F karması özellikle önem taşır.
4E, mRNA takke yapısının tanınmasından sorumlu olup bu, çeviride bir hız-sınırlayıcı basamaktır.
İki düzeyde düzenlenir.
İnsülin ve büyüme faktörleri, 4E’ nin ser 209 üzerinde fosforlanmasına neden olur. Fosforlanmış 4E takkeye daha büyük istekle bağlanır ve başlamanın hızını şiddetlendirir.
İkincil yol ise, yeni keşfedilmiş bir protein takımı, 4E’ ye bağlanıp bunu etkinsizleştirir.
Bu proteinler arasında 4E-BP1 ve 4E-BP2 ve 4E-BP-3’ ü kapsar.
BP-1, 4E’ ye yüksek afinite ile bağlanır. 4E nin 4G’ye bağlanmasını önler.
BP-1, çevirinin başlamasını etkin biçimde inhibe eder.
İnsülin ve diğer gelişme faktörleri, BP-1’in 5 özgün noktada fosforlanmasına neden olur.
Protein Sentez Aygıtı çevresel tehditlere yanıt verebilir veya bir hastalık mekanizmasının bir bölümünü yapmak üzere ortaklığa girebilir
Element halindeki demir, ferritin mRNA’ sının 5’ çeviriye uğramayan özgül bir bölgesine bağlanan sitoplazmik bir proteinin  salınmasına neden olarak ferritin sentezini uyarır
Birçok virüs, konak hücre protein sentezi aygıtı ile birlikte çalışır.
Virüsler, protein sentezine katılanlar dahil, konak hücre olaylarını kullanarak replikasyona uğrar.
Bazı virla mRNA’ lar, konak hücre mRNA larından çok daha verimli bir biçimde çevrilir.
Poiyovirus ve diğer pikornaviruslar, 4F karmasının işlevini bozarak, sahip oldukları avantaja seçici bir avantaj daha ekler.
Virus, 4G’ ye saldıran ve amino ucu 4E bağlanma noktasını ortadan kaldıran bir proteaza sahip olmakla ek bir seçici üstünlük kazanır.
4E+4G karması oluşamadığından 40S ribozomal alt birim, takkeli mRNA tarafından yönetilemez.
Bu viruslar, BP-1’ in fosforsuzlaştırılmasını da arttırır ve böylece takkeye bağımlı çeviriyi azaltır.
Translasyonun inhibitörleri
Birçok antibiyotik, bakterilerde protein sentezini seçici şekilde inhibe ederek işlerlik gösterir.
Bakteri ribozomu
Birçok etkin antibiyotik prokaryotik ribozom proteinleri ile özgül olarak etkileşir.
Tetrasiklin, linkomisin, eritromisin ve kloramfenikol
Tetrasiklinler bakteride protein sentezini ribozomdaki A yerini bloke edip aminoaçil-tRNA ların bağlanmasını engelleyerek inhibe eder.
Kloramfenikol bakteri, mitokondri ve kloroplast ribozomlarında peptid transferini engelleyerek protein sentezini inhibe eder.
Diğer antibiyotikler, protein sentezini tüm ribozomlar (puromisin) veya sadece ökaryot hücrelerin ribozomlarında (sikloheksimid) inhibe eder.
Puromisin ribozom üzerindeki A noktası yoluyla bir peptidin karboksi konuşuna yerleştirilirse de, polipeptidin olgunlaşmadan salınmasına neden olur.
Siklohekzimid, bir rRNA yapıtaşına bağlanma yoluyla, ökaryotlarda, 60S ribozomal alt birimdeki pepetidil transferazı inhibe eder.
Difteri toksini memeli hücrelerinde, eEF-2 nin ADP ribozilasyonunu katalizler.
Bu değişiklik eEF-2 yi etkinsizleştirir ve böylece protein sentezini özgül olarak inhibe eder.
Posttranslasyonel modifikasyonlar
Posttranslasyonal işlemleme birçok proteinin etkinliğini etkiler.
Hayvan hücrelerinde, birçok protein, mRNA kalıbından öncül bir molekül olarak sentezlenir ve etkin protein eldesi için, bunun daha sonra değişikliğe uğratılması zorunludur
Translasyon sonrası polipeptidlerde oluşan yapısal değişim reaksiyonları
  1. N ve C terminal modifikasyonları: formil grubu, N-terminl metiyonin kalıntısı ve diğer ilave N-terminal enzimatik olarak uzaklaştırılır.
  2. Sinyal dizinin uzaklaştırılması: bazı proteinlerin N-terminalinde bulunan 15-30 aa uzunluğundaki sinyal dizisi spesifik sinyal peptidazlarla uzaklaştırılır
  3. Aminoasitlerin modifikasyonları:
Kollajende yer alan aa’ lerin hidroksilasyonu: prolin/hidroksiprolin, lizin/hidroksilizin
Protrombinin glutamil kalıntılarına karboksilgrupları eklenmesi
Serin, tirozin ve treonin kalıntılarının hidroksil gruplarının fosforillenmesi negatif yük kazandırır. 
  1. Karbonhidrat yan zincirlerinin bağlanması:
Glikoproteinlerin KH yan zincirleri kotranslasyonel veya postranslasyonel olarak eklenir. KH yan zinciri asparagin, serin veya treonin kalıntılarına bağlanır.
  1. İzoprenil gruplarının eklenmesi:
Protein yapısındaki ssitein kalıntıalrına izoprenil gruplarının eklenmesiyle tiyoeter bağları oluşur: Ras, G proteinleri gibi 
  1. Prostetik grupların eklenmesi:
Asetil KoA karboksilaza biotin bağlanması
Sitokrom c ve hemoglobine hem bağlanması
  1. Proteoliz: Bazı proteinler inaktif öncüller olark sentezlendikten sonra spesifik proteazların etkisiyle daha küçük ve aktif formlarına dönüşür.
Proinsülin, kimotripsinojen, tripsinojen
  1. Disülfit bağlarının oluşumu:
Bazı proteinlerde zincir içi veya zincirler arasındaki sistein kalıntıları arasında disülfit bağları oluşur.
Daha çok ekstrasellüler proteinlerde görülmekte olup, proteinin denatürasyonunu önlemektedir.

Bir Cevap Yazın