NÜKLEİK ASİTLER VE PROTEİN SENTEZİ

Nükleik Asit:Hücrede yönetici molekül olarak görev yaparlar. Yapılarındaki 5 C lu şekere göre ikiye ayrılırlar.

Deoksiriboz şekeri olana DNA, riboz şekeri olana RNA denir. Nükleotid denilen birimlerden meydana gelmişlerdir.

Nükleotid;

1. Fosfat(H3PO4),

2. 5 C lu şeker

3. Azotlu organik bazdan oluşur. Nükleotidler isimlerini taşıdıkları organik baza göre alırlar.

Organik bazlar:İki çeşittir.

1.Pürinler:Çift halkalıdırlar. Adenin ve guanin bu gruptadır.

2.Pirimidinler:Tek halkalıdırlar. Sitozin, timin ve urasil.

DNA’nın (Deoksiribonükleik asit) özellikleri:

Ökaryotlarda çekirdek, mitokori ve kloroplastta, prokaryotlarda ise sitoplazmada bulunur.
Merdiven şeklinde iki sarmal iplikten oluşur.(Watson-Crick modeli)

DNA’nın yapısı:

Metabolizmayı, büyümeyi, bölünmeyi ve kalıtsal karakterlerin aktarılmasını sağlar.
Adenin, timin, guanin ve sitozin bazlarından oluşur.
Kendini eşleyebilir (replikasyon). Eşlenmeye DNA nın iki ipliğide katılır. Ortanda bulunan uygun nükleotidleri kullanarak yeni karşı diziyi tamamlar.
Replikasyon sırasındaki hata DNA’nın tek ipliğinde ise sonraki eşlemelerde onarılabilir, iki ipliğinde ve karşılıklı bölgelerinde ise onarılamaz.
Nükleotidleri oluşturan şeker ve bazlar birbirine glikozit bağı ile bağlanırlar. Nükleotidler ise fosfodiester bağı ile birbirine bağlanırlar.
Adenin timinle, guanin sitozinle eşleşir.

Adenin sayısı timin, guanin sayısı sitozin sayısına eşittir. A/T=1 ve G/C=1 olduğuna göre A+G/T+C=1olur.

DNA nın iki zincirini zayıf hidrojen bağları bir arada tutar. Adenin ve timin arasında 2, guanin ve sitozin arasında 3 tane zayıf H bağı bulunur.
Sentezlenmesini sağlayan enzim DNA polimeraz, hidrolizini sağlayan enzim Deoksiribonükleaz (DNAaz) dır.

Gen:Bir polipeptitidin sentezinden sorumlu en küçük DNA parçasıdır.Bir bireyin kalıtsal yapısını oluşturan alt birimlerin basitten karmaşığa doğru sıralanışı şöyledir:Organik baz-Nükleozid-Nükleotid - Üçlü şifre-Gen-DNA-Kromozom

DNA’nın özelliğini veren, nükleotidlerin diziliş sırası, çeşidi ve sayısıdır.

Karbonhidratlardan ve yağlardan farklı olarak C, H, O’ nun yanında N ve bazen de S bulundurur. Esas görevi yapı maddesi olmaktır. Yapıtaşları amino asitlerdir. Yüksek sıcaklık proteinlerin yapısını bozar. Her canlının protein yapısı kendine özgüdür.Proteinler hücre içi ve hücre dışında önemli yapı maddeleridir.Bağ doku kollogen lifleri, kıl ve derideki keratin ( Saç ve Tırnaklarımız) önemli hücre dışı proteinleridir.Örneğin: Lipoprotein zar yapısı, Nükleoprotein kromozom yapısı.

Kasların kasılmasında görev alan aktin miyozin iplikler protein molekülünden oluşmuştur.Birmoleküle bağlanıp onu diğer moleküle taşırlar.Örneğin : Hücre içinde sitoplazma ile çekirdek arasında bazı maddeleri taşırlar.Biyokimyasal reaksiyonlardaki biyolojik katalizörler yani Enzimlerin hepsi protein moleküllerinden meydana gelmişlerdir.Proteinler taşıyıcı moleküllerdir. Yüksek enerjili elektronu taşıyan sitokromlar, oksijeni taşıyan hemoglobin protein moleküllerinden meydana gelmişlerdir.

Hormonların büyük bölümü proteindir.

Örneğin: kanda şeker seviyesini düzenleyen İnsülin, glukagon hormonları gibi

Depo protein olarak albümin, yılanlarda zehir üretilmesi ayrıca yakılmalarında CO2 , H2O, H2S, NH3, üre, ürik asit gibi artık maddeler oluşur.

Proteinler hücrelerin madde alış verişini sağlayan osmotik basıncın oluşmasında etkilidir.

Örneğin; Doku hücrelerinden kılcal damarlara madde geçişini kandaki proteinlerin oluşturduğu osmotik basınç sağlar.

Yetişkin insanların vücudlarındaki dolaşım, solunum, sindirim, boşaltım gibi biyolojik olaylar olurken hücreler yıpranır. Yıpranan hücrelerin yerine yenilerinin yapılması yine protein varlığında olur.

Hücre zarında bulunan proteinler aminoasit ve glikoz gibi monomerleri tanıyarak hücre içine alırlar. Besin kaynağı olarak rol oynarlar.

Alınan proteinler ancak uzun açlıkta enerji hammaddesi olarak kullanılır. Bu durumda protein yıkımı, protein sentezinden daha fazladır. Bu yüzden aşırı zayıflama görülür.

Yapı taşları aminoasitlerdir. Canlıların yapısındaki proteinlere 20 çeşit amino asit katılır. Yapay olarak sentezlenebilen 70 kadar aminoasit vardır. Bu 20 çeşit amino asitten 12 tanesi insanlarda sentezlenebilirken 8 tanesi dışarıdan hazır olarak alınır. Proteinler çok sayıda aminoasitin dehidrasyon sentezi yoluyla birleşerek oluşturdukları polipeptidlerdir. Proteinler her canlıda farklı olduğu gibi her canlının farklı dokularında da birbirinden farklıdır. Sadece tek yumurta ikizlerinin proteinleri %99 aynıdır.

Bu farklılık proteinleri oluştuan aminoasitlerin;çeşidi, sayısı, sırası ve dizilişinden kaynaklanır.

Bunun nedeni de her canlı ve dokudaki proteinlerin sentezlenmesini sağlayan genlerin farklı olmasıdır.

Proteinlerin sentezlenmesi için gerekli olan aminoasit çeşitlerinden bir tanesi bile eksik olsa protein sentezlenemez. Proteinlerdeki aminoasitlerden bir tanesinin bile çeşidi, sırası,sayısı değişirse proteinin yapısı ve özelliği değişir.

Bazı aminoasitler insanda sentezlenemez. Bunlar 8 tanedir. Besinlerle dışarıdan alınır. Vücutta üretilemeyen bu aminoasitlere zorunlu amino asitler denir.

PROTEİN SENTEZİ

BİYOLOJİK ŞİFRE: Biyolojik şifre DNA’ da depolanmıştır. Genetik dil dört harflidir, yani DNA üzerinde dört çeşit nükleotid bulunur. Bunlar A,T,G,C ‘dir. Yeryüzünde 20 çeşit aminoasit vardır.

DNA’ daki 1 nükleotid 1 aminoasit şifresi olsa 41 = 4 çeşit aminoasit ,şifresi 2 nükleotid 1 aminoasit şifresi olsa 42= 16 çeşit aminoasit şifresi sentezlenirdi. 4 aminoasit açıkta kalır.

Bunun için 3 nükleotid 1 aminoasit şifresi verse 43 = 64 çeşit şifre oluşur. Bu harfler üçer, üçer şifre kelimeleri (genetik kod) oluşturur. 4x4x4= 64 çeşit şifre bulunmaktadır. Bunlardan 61 çeşidi 20 çeşit aminoasit’i temsil

ederken üç çeşiti protein sentezinde bitiş sinyalini veren şifrelerdir.

KODON : DNA’ daki şifreye göre m – RNA üzerinde nükleotidden oluşan birimdir. Bu kodonlardan biri başlangıç; ( Start) kodonu ( AUG), üçü ise; Stop kodonudur. UAG,UGA,UAA, dir. 3 = 64 çeşit kodon bulunur. Buna göre bir aminoasitin birden fazla şifresi vardır.Örneğin: Valin: 4, Metionin:1, gibi.

START KODONU : AUG protein sentezini başlatan kodondur.Metionin aminoasidini şifreler.

STOP KODONU : Herhangi bir aminoasit sentezlemediği için karşılığı olmayan protein sentezini durduran kodonlardır. UAG,UGA,UAA’ dir.

ANTİKODON : T – RNA üzerinde sentezlenen üç nükleotidlik birimdir.3 stop kodonuna karşılık antikodon sentezlenmediğinden; 64-3 = 61 antikodon bulunur.

NOT : Her t – RNA bir çeşit aminoasit taşır. 20 çeşit aminoasit bulunduğuna göre 20

t – RNA yeterlidir. Bir aminoasit birden fazla t – RNA ile taşınabilir. Bir t- RNA bir aminoasit taşır. (Apoenzim- Koenzim) Örneğin: Serin aminoasitini 6 çeşit t – RNA taşır.

T- RNA çeşidi antikodonlar daki nükleotid çeşidinden kaynaklanır.

Ökaryot hücrelerde DNA çekirdekte bulunur.Protein sentezi ise sitoplazmada ilgili organellerde gerçekleşir. Bu yüzden kendisi çekirdekten çıkamayan DNA, ilgili şifrelerdeki bilgiyi m RNA ‘ya (Mesajcı RNA ‘ya ) aktarıp m - RNA ‘yı sitoplazmaya gönderir. m-RNA ribozomla birleşip protein sentezine hazır hale gelince, m - RNA üzerindeki kodonlara uygun antikodonlara sahip t - RNA’ lar (taşıyıcı RNA) sırayla aminoasit getirmeye başlar.

Gelen aminoasitler, enzimler katalizörlüğünde birbirine bağlanarak protein sentezlenmiş olur.

PROTEİN SENTEZLEME HIZI:

Protein sentezleme hızı hücre tipine ve protein büyüklüğüne bağlıdır. Protein sentezi

10-20 saniye ile 1-2 dakika arasında gerçekleşir. Bakterilerde protein sentezi daha hızlıdır,

bu yüzden bakterilerde bölünme (çoğalma) de daha hızlıdır.

Antibiyotiklerin bir çoğu bakterilerdeki protein sentezini engelleyerek etkili olur.Bazı antibiyotikler sadece bakterilerde protein sentezini engellediği halde, bazıları ökaryot hücre tiplerinde de protein sentezini engeller.

PROTEİN SENTEZlNDEKl OLAYLAR SIRASI(ÖZET)

Protein sentezinde görev alan başlıca moleküller ve organeller şunlardır:DNA, mRNA, tRNA, amino asitler, enzimler, ATP ve ribozomlar. mRNA, hücrenin çekirdeğinde sentezlenerek sitoplâzmaya geçer. Hücrenin hangi tip proteine ihtiyacı varsa, o proteini şifreleyen DNA kalıp görevi yaparak mRNA sentezlenir. mRNA kalıp görevi yapan DNA ipliğinin adeta tamamlayıcı bir parçası gibidir. Örneğin, DNA'nın anlamlı iplikciğindeki nükleotit sırası ATGCAT ise bunun mRNA'ya aktarılmış şekli UACGUA şeklinde olur.

Hücrenin hangi çeşit proteine ihtiyacı varsa, o roteini şifreleyen DNA bölümünde(aktif gen) DNA'nın iki zinciri açılır. Bu iki zincirden biri (anlamı incir) protein sentezine kalıplık yapar. Anlamlı zincirin üzerinden mRNA sentezlenir(Transkripsiyon).

DNA üzerinden sentezlenen mRNA çekirdekten sitoplazmaya geçer. Sitoplazmada ribozomlar RNA'ya küçük alt birimleriyle tutunur. Bir mRNA' yabirden çok ribozom tutunabilir. mRNA kalıp gibi çalışır.

Bir ribozom biri büyük biri küçük olmak üzere iki alt birimden yapılmıştır. Şayet bir ribozom protein sentezine katılmıyorsa bu alt birimler birbirinden ayrılır. Protein sentezi başlarken mRNA ribozomun küçük alt birimine bağlanır. Hemen sonra diğer parçası da bu yapıya katılır ve bir mRNA + ribozom birleşmesi olur.

3. Bundan sonra protein sentezine başlama sinyali verilir. Protein sentezinin başlama sinyali mRNA'daki AUG kodonudur. (AUG metionin amino-asidini temsil eden bir şifredir.) Ribozom bu kodonu tanır ve protein sentezine buradan başlar. mRNA'da AUG'dan önce gelen kodonlar ribozom tarafından ihmal odilir.

4. Daha sonra sitoplazmadaki aminoasitleri mRNA + Ribozom yapısına taşımakla görevli tRNA'lar çalışmaya başlar.tRNA'nın bir ucuna aminoasit bağlanır. Bir başka ucunda üç nokleotitten oluşan antikodon bulunur.

tRNA'nın antikodonu, mRNA kodonları ile geçici olarak birleşir ve beraberinde taşıdığı aminoasitleri mRNA'daki kodon sırasına göre bağlar (Translasyon).Böylece her taşınan aminoasit, sentezlenen protein içinde yerini alır. Aminoasitlerin tRNA ile taşınabilmesi için özel enzimler ve ATP ile aktifleştirilmesi gerekir.

5. mRNA ribozomun üzerinde bir şerit gibi kayarken her kodona uygun ankitodonlar uygun aminoasitleri de yanyana dizmiş olur. Aminoasitler ribozom üzerinde yanyana geldikçe uygun enzimler aracılığı ile aralarından su çıkararak peptit bağı oluştururlar. Çok sayıda aminoasit peptit bağlarıyla birleşerek polipeptit zinciri oluşturur (Dehidrasyon sentezi).

6. mRNA'daki kodon sırasına göre protein sen-tezlendikten sonra, bu sentezin bittiğini haber veren durdurucu sinyaller devreye girer. Durdurucu sinyaller mRNA'daki kodonlardan oluşmuştur. Bu kodonlar, UAG, UAA, UGA'dır.

7. Yeni sentezlenen protein en son ribozomdar ayrılır ve mRNA serbest kalır. Aynı zaman içerisinde birbirinden ayrılan mRNA, tRNA ve ribozomun alt birimleri yeniden protein sentezi yapabilecek durumdadır.

NOT: Bir mRNA birden çok ribozomla aynı zamanda çalışabilir. Buna polizom oluşumu denir. Böylece enerji tasarrufu sağlanarak kısa sürede aynı çeşit proteinden daha fazla miktarda sentezlenmiş olur.

Tablo: Protein sentezinde DNA'dan başlayan bilgi akışının özetlenmiş şekli

Bu olaylar sentral dogma adı altında özetlenecek olursa;

•Çekirdekteki DNA molekülünün anlamlı iplikçiğinden mRNA sentezlenir.

•Sentezlenen mRNA çekirdekten sitoplâzmaya geçer ve ribozomla birleşir. mRNA, protein sentezinin yapılacağı ribozom da kalıp görevi yapar.

•Sitoplazmadaki tRNA'lar, mRNA şifrelerine uygun aminoasitleri kendilerine bağlayarak ribozomlara taşır. Yan yana gelen amino asitler arasında oluşan peptit bağlarıyla protein molekülü oluşur.

•Sentezlenen protein ribozomdan ayrılır, tRNA'lar serbest kalır. Olay bir çok defa tekrarlanır. Protein sentezi sırasındaki bilgi akışının DNA'dan proteine doğru olmasına sentral dogma denir. Sentral dogma olayı geri dönüşümsüzdür. Yani proteinden DNA sentezlenemez .