RNA'dan DNA oluşumu
Nukleotid sentezinde önce ribonukleotidler (nukleotid difosfatlar yani ADP, GDP, CDP, UDP) sentezlenir ve bunlardan ribonukleotid redüktaz enzimi vasıtasıyla deoksiribonukleotidler (dADP, dGDP, dCDP, dUDP) yapılır.
Timidin DNA'da vardır ama RNA'da bulunmaz. Timidin monofosfat (TMP) dUMP'dan sentezlenir. Urasilden farklı olarak timidinde metil grubu bulunur. Zaten dUMP'da tetrahidrofolat'tan bir metil grubu alarak TMP'ı yapar.
RNA (RiboNukleik Asit) sentez ve fonksiyonları
Bir organizmanın genetik yapısını DNA üzerinde bulunan deoksiribonukleotid dizeleri belirler. Ama bu genetik yapının fonksiyon görebilmesi için, yani ifade edilebilmesi için, ribonukleik asitler (RNA) gereklidir. Önce DNA üzerindeki genetik bilgiler, RNA polimeraz enzimi aracılığıyla RNA molekülleri üzerine kopyalanır (transkripsiyon işlemi). Bu RNA'lara haberci RNA (mRNA) denir. mRNA'lar genetik bilgileri sitoplazmaya taşırlar ve burada ribozomların üzerinde yerleşirler. Ribozomlar ise ribozomal RNA (rRNA)'lardan meydana gelmişlerdir. Ribozomlar üzerine yerleşen mRNA'lardaki genetik bilgilere uygun olarak, sitoplazmada bulunan aminoasitler, taşıyıcı RNA (tRNA) tarafından alınarak mRNA üzerindeki uygun yerlere yerleştirilirler. Daha sonra bu aminoasitler birbirleri ile birleşerek proteinleri yapar (translasyon işlemi).
DNA üzerinde RNA sentezinin nerede ve ne sıklıkla olacağı, nereye kadar süreceği DNA dizelerinde bulunan bazı sinyaller tarafından kararlaştırılır. Bir hücrede bulunan DNA üzerindeki bazı genler transkripsiyona uğrayarak ifade edilebilirlerken, aynı genler başka bir hücrede ifade edilmeyebilirler. İşte bu nedenle farklı cins hücrelerin fonksiyonları da farklıdır, yani hücrelerin fonksiyonel olarak birbirinden farklı olması, DNA'daki transkripsiyon olayının farklılığına bağlıdır.
RNA'nın yapısı
RNA'lar da DNA'lar gibi birbirlerine fosfodiester bağları ile bağlanmış mononukleotidlerden meydana gelmişlerdir. Ama şeker olarak deoksiriboz yerine riboz, baz olarak ise timin yerine urasil içerirler.
rRNA
Bunlar sitoplazmada ribozomlarda bulunurlar. Ribozomlar protein sentezinin olduğu yerdir. Ökaryotik hücrelerin içerisinde 4 farklı büyüklükte rRNA bulunur: 28S, 18S, 5.8S ve 5S. Hücredeki RNA'ların %80'i rRNA'lardır.
Not: S birimi (Svedberg), bileşiğin molekül ağırlığı ile ilgili bir birimdir.
tRNA
4S büyüklüğündedir. 74-95 nukleotidden meydana gelmiştir. Sitoplazmada bulunan aminoasitlerin mRNA üzerine taşınmasında görev alırlar. Vücutta bulunan proteinlerin yapısında 20 adet aminoasit bulunur. Her bir aminoasit için ayrı, özgün bir tRNA vardır. Her tRNA kendine ait aminoasiti taşır. tRNA'nın 3' ucunda bir CCA dizesi bulunur. Aminoasit buraya bağlanır. Sonra bu tRNA, kendine bağlanmış olan aminoasiti ribozoma götürür ve burada mRNA üzerindeki genetik koda uygun yere yerleşir. tRNA'nın mRNA üzerine yerleşen kısmına antikodon denir. tRNA mRNA üzerine bağlandıktan sonra, taşıdığı aminoasit yanındaki aminoasit ile birleşerek, polipeptid zinciri uzar.
Tüm RNA'ların %15'ini oluşturur.
mRNA
Molekül ağırlıkları çok farklıdır. DNA'dan aldığı genetik bilgiyi, sitoplazmadaki ribozomlara taşır. Burada protein sentezi için bir kalıp görevi yapar. Tüm RNA'ların %5'ini oluşturur. mRNA DNA'dan ilk sentezlendikten sonra bazı modifikasyonlara uğrayarak, 3' ucuna çok sayıda adenin nukleotidinden oluşmuş poli-A kuyruğu bağlanır, 5' ucuna ise trifosfat bağı ile bir 7-metilguanozin bağlanır.
RNA'nın sentezi, transkripsiyon
RNA'nın sentezlenmesi için önce DNA çift ipliği gevşeyerek birbirinden ayrılır. Bundan sonra RNA polimeraz ve bazı transkripsiyon faktörleri (bu faktörler promoter bölgesinde veya yakınındaki, RNA polimerazın bağlandıklarından farklı nukleotid dizelerine bağlanırlar) DNA'daki özgün dizeleri tanıyarak buralara bağlanırlar. Bağlanma işlemini takiben transkripsiyon da başlar.
DNA'da transkripsiyona uğrayacak gen kısmının başında bulunan nukleotid dizesine promoter bölgesi adı verilir. RNA polimeraz işte buraya bağlanır. Sonra DNA'nın bu kısmını kalıp olarak kullanarak buna komplementer bir RNA oluşturur (mRNA). DNA üzerindeki bazı belirli sonlanma bölgelerine gelince, RNA polimeraz transkripsiyonu durdurur.
RNA'nın sentezi, RNA'nın 5' ucundan 3' ucuna doğru olur. DNA kalıbının kopyalanarak yeni bir RNA oluşması işlemi aynı DNA'daki gibidir. Tek farkı adenin bazının timin yerine urasil ile eşleşmesidir.
DNA üzerine RNA polimeraz enzimi bağlanınca, DNA heliksinin o kısmı lokal olarak ters yönde dönerek açılır. Ancak, enzimin önünde ve arkasında, sarmalların üst üste birikmeleri netcesi bazı süperkoiller de oluşmaktadır. Bu süperkoiller topoizomeraz I (negatif süperkoillerin açılması için) ve giraz (pozitif süperkoillerin gevşemesi için) enzimlerinin buraya bağlanarak koparma-yapıştırma işlemleri yapmasıyla gevşer ve açılırlar.
RNA sentezinin sonlanması iki şekilde olabilir: 1) DNA üzerinde bazı sonlanma bölgeleri vardır ve RNA polimeraz buraya gelince bu nukleotidleri tanıyarak işlemi sonlandırır. 2) P-faktörü denilen (ATPaz aktivitesi vardır) protein yapısında bir sonlanma faktörü vardır ve sentezlenen RNA'nın DNA kalıbından ve RNA polimeraz zincirinden ayrılmasını ve salınmasını sağlar. P'den bağımsız sonlanmada, sentezlenen RNA ipliği sona yaklaştıkça kendi üzerine kıvrılır ve daha fazla ilerlemesine mani olur. Bu kıvrımın yapısında bulunan guanin ve sitozin arasındaki 3'lü hidrojen bağları, güçlü bir yapı oluşturarak, kıvrımın dayanıklılığı sağlanır. Kıvrımın hemen yakınında ise bol miktarda urasil bazı bulunur. Urasil bazları ise adenin ile zayıf 2'li hidrojen bağları yaptıkları için, bu RNA dizesinin kalıptan kolayca ayrılmasını sağlar.
Promoter bölgesinden sonlama bölgesine kadar uzanan DNA kısmına "transkripsiyon birimi" denir. RNA polimeraz tarafından sentezlenen yeni ürüne ise "primer transkript" adı verilir. Primer transkriptler daha sonra post-transkripsiyonel değişikliklere uğrarlar ve fonksiyonel özgünlükte RNA haline gelirler.
Promoter bölgesi
RNA polimerazın ilk bağlandığı DNA dizeleridir. Transkripsiyonu yapılacak genin genellikle başında bulunur. mRNA'nın ilk bazının kodlandığı nukleotid dizelerinin bulunduğu yer transkripsiyonun başladığı yerdir. Promoter bölgesi ise bu noktadan itibaren geriye doğru uzanan çok sayıda nukleotidden meydana gelmiştir. Transkripsiyona başlanan yerden 25 baz geride özel bir nukleotid dizesi vardır: Hogness box denilir ve TATA (timin-adenin-timin-adenin) şeklinde 4 nukleotidden oluşmuştur. Bunun da gerisinde, yani başlangıç nukleotidinden yaklaşık 70-80 baz geride bir diğer özel bölge bulunur ki bunada CAAT box adı verilir.
İşte, promoter bölgesinde bulunan bu özelleşmiş nukleotid dizeleri, RNA polimeraz ve transkripsiyon faktörleri için tanınma bölgeleri olarak görev yaparlar. Yani RNA polimeraz ve transkripsiyon faktörleri önce gelerek buraya bağlanırlar. Ancak, transkripsiyon faktörleri özgün DNA dizelerine bağlandıkları gibi, RNA polimeraza veya kendilerine de bağlanabilirler. Bir de DNA üzerinde "hızlandırıcılar" denilen ve RNA polimerazın transkripsiyona başlama hızını arttıran özel nukleotid dizeleri vardır. Bunlar transkripsiyon başlangıç noktasından önce veya sonra yerleşmiş olabilirler. Lokalizasyonları çok uzaklarda da bulunabilir.
RNA polimerazlar
Ökaryotlarda 3 tip RNA polimeraz vardır. RNA polimeraz I rRNA prekürsörlerini, polimeraz II mRNA ve küçük nükleer RNA (snRNA)'ları, polimeraz III ise tRNA'ları ve bazı küçük rRNA'lar ile snRNA'ları sentezlerler.
RNA'nın transkripsiyon sonrası uğradığı değişiklikler
DNA'dan sentezlenen ilk RNA dizesi, yani primer transkript, DNA'nın özgün bir kopyasıdır. Bu RNA'ların daha sonra bazı işlemler geçirmesi gerekmektedir.
rRNA'lar sentezlendikten sonra RNAaz denilen enzimler ile daha küçük parçalara ayrılırlar ve neticede 28S, 18S, ve 5.8S'lik rRNA'lar meydana gelir. Bunlar da ayrıca bazı proteinlerle etkileşime uğrarlar.
tRNA'lar ise yine aynı enzimle belirli yerlerinden kırılarak daha küçük molekülleri meydana gelir. 3' ucuna da nukleotidiltransferaz enzimi vasıtasıyla bir CCA dizesi eklenir. Bu uca aminoasitler bağlanacaktır. tRNA'nın antikodon bölümü ise mRNA üzerinde kendine uygun nukleuotid dizesine bağlanmaktadır.
mRNA ise polimeraz II enzimi tarafından nukleusta sentezlendikten sonra (heterojen nukleer RNA, hnRNA) 3 önemli değişime uğrar. 1) 5' ucuna 7-metil guanozintrifosfat eklenir. Bunun guanozintrifosfatını guaniltransferaz enzimi takar. Metil grubu ise S-adenozil metioninden gelir ve metiltransferaz enzimi vasıtasıyla buraya eklenir. 2) 3' ucuna 40-200 adet adenin nukleotidi eklenir (poli-A kuyruğu). Bu poli-A kuyruğu DNA'dan gelmez. Transkripsiyon işlemi tamamlandıktan sonra poli-A polimeraz enzimi tarafından yapılır. mRNA'ya bu kuyruğun takılması için sinyal, DNA üzerindeki poliadenilasyon sinyal dizesi tarafından gönderilir. 3) Son olarak, mRNA'nın yapısında bulunan ve protein kodlamayan intron kısımları çıkarılarak, protein kodlama özelliği taşıyan eksonlar tekrar uç uca birleştirilirler. Bu işlemi küçük nukleer ribonukleoproteinler (snRNA) gerçekleştirir.
Ancak yukarıda belirtilen modifikasyonlar yapıldıktan sonra RNA'lar sağlıklı fonksiyon yapabilir hale gelirler. RNA'ların fonksiyon yapabilmeleri için sadece DNA'dan sentezlenmeleri yetmemekte, çevrede bulunan diğer proteinler ya da enzimlerle de etkileşime uğramaları gerekmektedir.
Protein Sentezi
Kromozomlarda DNA içinde depolanan genetik bilgi, DNA'nın replikasyonu ile yavru hücrelere iletilir. Bu hücrenin bu genetik bilgiyi ifade edebilmesi için ise bir peptid, ya da protein, sentezlemesi gerekir. İşte bu polipeptid zincirinin, DNA'dan oluşabilmesi için de önce transkripsiyon ile mRNA sentezlenmesi gerekir. mRNA, DNA'dan aldığı genetik kopyayı sitoplazmadaki ribozomlara götürür, ribozomlardada tRNA'ların getirdiği aminoasitler yan yana dizilerek, polipeptid zinciri meydana gelmiş olur.
Hangi aminoasitlerin seçileceği, mRNA üzerinde bulunan genetik kod ile belirlenmiştir. Genetik kod ise nukleik asit dizelerinden, nukleotidlerden oluşmuştur. Bu nukleotidlerin dizilişine göre de proteinleri oluşturan aminoasitlerin seçimi yapılır. Böylece bir protein sentezlenmiş olur.
Nukleotidlerin dizilmesinde bir bozukluk olursa, neticede polipeptid zincirine yanlış bir aminoasitin bağlanmasına yol açacak, bu da hastalığa neden olabilecektir.
Genetik kod
Genetik kod, bir nukleotid baz dizesinin karşılık geldiği aminoasit dizesini belirtir. Üç tane nukleotid bazı bir kodon oluşturur. Her bir kodon da bir aminoasiti gösterir. Ne kadar kodon varsa, o kadar uzunlukta protein sentezlenir. Yani, kodonlar hep birlikte genetik kodu tayin ederler.
Kodonları mRNA üzerinde bulunan adenin, guanin, sitozin ve urasil bazları oluşturur. Her kodonda bu bazlardan 3 tanesi bulunur. Kodonları yazarken, mRNA''ın 5' ucundan 3' ucuna doğru yazılır. Toplam 64 değişik kodon vardır. Vücutta 20 aminoasit bulunur. Demekki, aynı aminoasit birden fazla kodon tarafından da kodlanabilmektedir.
Genetik kodun tercüme edilerek protein sentezlenmesi işlemine translasyon denir. Örneğin CAU kodonu histidini kodlar. AUG ise metionin aminoasitini kodlar. Bu aminoasitlerde yan yana gelerek polipeptid zincirini, yani proteini oluşturur.
mRNA'lar ribozomlara gelip, üzerindeki kodonlara uygun aminoasit seçimi yapılırken, bazı kodonlara gelince bu sentez işlemi sona erer. Yani protein sentezinin bittiğini gösteren bazı kodonlar vardır. Bunlara sonlanma kodonları adı verilir. UAG, UGA ve UAA böyle sonlanma kodonlarıdır ve herhangi bir aminoasit kodlamazlar. Sadece sentezin bittiğine işaret ederler.
Translasyon işleminin özellikleri
Bir proteinin sentezlenebilmesi için öncelikle bunu oluşturacak aminoasitlerin, aminoasitleri kodlayan ve taşıyan mRNA ve tRNA'nın, üzerinde polipeptid zincirinin oluşturulduğu ribozomların, bütün bu işlemler sürecinde kullanılan protein faktörlerin, enzimlerin ve enerji kaynaklarının sitoplazma içinde bulunması gerekmektedir.
Genetik
-
İnsanlarda Kaç Kromozom Vardır?
-
Sık görülen mikrodelesyon sendromları nelerdir?
-
Bilim insanları kromozomları nasıl inceler?
-
Arkea'da Kromozomlar ve DNA Replikasyonu
-
DNA Onarım Mekanizmaları Nelerdir?
-
DNA hasarına neden olan etkenler nelerdir?
-
XYY Süper Erkek Sendromu - JACOB’S, Sendromu
-
Bitki doku kültürü çalışmaları ile haploid bitkiler elde edilebilir
-
Gram pozitif bakterilerden genomik DNA izolasyon protokolü
-
E. coli bakterisinden genomik DNA izolasyon protokolü
-
DNA’nın Keşfi
-
İnsan Genom Projesi Nedir ? Amaçları Nelerdir ?
-
Genomik mikrodizilimlerle ikilenme teşhisi yöntemi
-
Gen duplikasyonu ve amplifikasyonu nedir?
-
DNA ile RNA Arasndaki Farklar ve Benzerlikler Nelerdir