Genden Proteine Bilgi Aktarımı: Transkripsiyon ve Translasyon

Genden proteine bilgi akışının genel çerçevesi

DNA, hücrenin protein üretmesi için gerekli genetik bilgiyi depolar. Bir genin nükleotit dizisindeki bilgi doğrudan proteine çevrilmez; önce RNA biçimine aktarılır, sonra bu RNA’daki üçlü nükleotit grupları okunarak amino asitlerin sırası belirlenir. Bu nedenle bilgi akışı temel olarak DNA → mRNA → protein şeklindedir.

İlk aşama transkripsiyondur. Bu aşamada belirli bir gene ait DNA bilgisine tamamlayıcı bir mRNA sentezlenir. İkinci aşama translasyondur. mRNA ribozoma bağlanır; ribozom mRNA’yı kodon adı verilen üçlü gruplar hâlinde okur ve tRNA’lar uygun amino asitleri sırayla getirir. Amino asitler peptit bağlarıyla bağlandıkça büyüyen bir polipeptit zinciri meydana gelir. Örneğin mRNA üzerindeki GGA kodonu glisin amino asidinin zincire eklenmesiyle ilişkilidir; bu kodonun karşısına uygun antikodona sahip tRNA gelir.

Böylece DNA’daki nükleotit sırası, önce mRNA’daki kodon sırasına, ardından protein içindeki amino asit sırasına dönüştürülür. Hücrelerde aynı mRNA’ya aynı anda birden fazla ribozom bağlanarak aynı proteinden birden çok kopya üretilebilir. DNA’nın kendini eşlemesi ise bu bilgi akışından farklı bir süreçtir; ayrı bir konu olarak ele alınır.

Transkripsiyon: DNA bilgisinden mRNA oluşumu

Transkripsiyon, DNA’daki belirli bir genin bilgisinden mRNA sentezlenmesidir. DNA çekirdekte bulunduğu, protein sentezinin sonraki aşaması ise sitoplazmada gerçekleştiği için mRNA, genetik bilgiyi çekirdekten ribozomlara taşıyan ara molekül görevi görür. RNA, DNA’dan farklı olarak çoğunlukla tek zincirlidir ve timin yerine urasil bazı taşır.

Transkripsiyonun başlaması için genin başlangıç bölgesindeki promotora RNA polimeraz enzimi bağlanır. DNA’nın yalnızca ilgili bölgesi açılır ve iki zincir birbirinden ayrılır. RNA polimeraz, DNA zincirlerinden birini kalıp olarak kullanır; DNA’daki bazlara tamamlayıcı RNA nükleotitlerini ekleyerek büyüyen bir mRNA zinciri oluşturur. Eşleşmede DNA’daki adenin karşısına RNA’da urasil gelir. Örneğin kalıp DNA üzerindeki bir üçlü diziye karşılık mRNA’da GGA dizisi oluşabilir.

Genin sonundaki sonlandırıcı diziye ulaşıldığında yeni RNA zinciri DNA’dan ve RNA polimerazdan ayrılır. Oluşan mRNA çekirdekten çıkarak sitoplazmadaki ribozoma gider. Böylece DNA’daki bilgi, proteinin doğrudan yapı taşı olan amino asitlere değil, önce okunabilir bir mRNA kopyasına aktarılmış olur. Gen ifadesinin düzenlenmesi ve hücrelerin farklı proteinler üretmesi, bu temel aktarım basamaklarının nasıl kontrol edildiğiyle ilgili ayrı bir konudur.

RNA çeşitlerinin protein sentezindeki görevleri

Protein sentezinde üç RNA çeşidi birlikte görev yapar. mRNA, DNA’daki belirli genin bilgisini kodonlar hâlinde ribozoma taşır. rRNA, ribozomal proteinlerle birlikte ribozomun yapısını oluşturur ve mRNA ile tRNA’ların doğru konumda buluşacağı ortamı sağlar. tRNA ise sitoplazmadan uygun amino asitleri ribozoma getirir; üzerindeki antikodon sayesinde mRNA’daki ilgili kodonu tanır. Böylece mRNA bilgi taşıyan, rRNA sentez ortamını oluşturan, tRNA ise amino asit taşıyan RNA’dır.

Genetik kod, kodon ve antikodon ilişkisi

Genetik kod, mRNA’daki nükleotit dizisinin hangi amino asitlerin hangi sırayla kullanılacağını belirleyen eşleştirme sistemidir. mRNA üzerinde art arda gelen üç nükleotitlik dizilere kodon denir. Her kodon bir amino asidin eklenmesini ya da protein sentezinin sona ermesini belirtir. Bu nedenle mRNA’nın dizisi, oluşacak polipeptit zincirindeki amino asitlerin sırasını belirler.

tRNA’lar bu bilgiyi amino asit diline çeviren taşıyıcı moleküllerdir. Bir tRNA’nın bir ucunda belirli bir amino asidi bağlayan bölge, diğer ucunda ise mRNA kodonuna tamamlayıcı üç nükleotitlik antikodon bulunur. Kodon ile antikodon karşılıklı tamamlayıcı baz eşleşmesi yaptığında tRNA doğru amino asidi ribozoma getirir. Örneğin mRNA kodonu GGA ise buna tamamlayıcı antikodon CCU olur ve bu tRNA glisin taşır.

Başka bir örnekte mRNA kodonu CUA olduğunda, buna tamamlayıcı GAU antikodonuna sahip tRNA ribozoma gelir ve lösin amino asidini zincire ekler. Burada önemli olan, amino asidin yalnızca kodona değil, kodon ile ona tamamlayıcı antikodona dayalı doğru eşleşmeye göre belirlenmesidir. Üçlü okuma düzeni bir kez belirlendiğinde mRNA’daki kodonlar sırayla okunur ve amino asit dizisi ortaya çıkar.

Translasyonun ribozomda gerçekleşmesi

Translasyon, mRNA’daki nükleotit dizisinin amino asitlerden oluşan bir polipeptit zincirine çevrilmesidir. Bu süreç ribozomda gerçekleşir. Ribozom, küçük ve büyük olmak üzere iki alt birimden oluşur; mRNA hazır olduğunda bu alt birimler mRNA’ya bağlanarak çevirinin yapılacağı yapıyı oluşturur. rRNA ve ribozomal proteinler birlikte ribozomun yapısına katkı sağlar.

Translasyon başlangıç, uzama ve sonlanma aşamalarından geçer. Başlangıçta ribozom mRNA’ya bağlanır ve başlangıç kodonunu tanıyan başlatıcı tRNA yerleşir. Uzama sırasında mRNA’nın bir sonraki kodonuna uygun antikodona sahip tRNA ribozoma gelir. Ribozom, taşınan amino asidi büyüyen zincire ekler ve mRNA üzerinde bir sonraki kodona ilerler. Her ilerlemede mRNA üç nükleotitlik bir kodon kadar okunur; böylece amino asitler mRNA’daki kodon sırasına göre zincire eklenir.

Örneğin mRNA’da art arda GGA ve CUA kodonları bulunuyorsa önce glisin, ardından lösin amino asidi zincire katılır. Bu amino asitler arasında peptit bağı kurulmasıyla polipeptit zinciri uzar. tRNA amino asidini bıraktıktan sonra ribozomdan ayrılır ve yeniden kullanılabilir. mRNA’daki sonlandırma kodonuna ulaşıldığında yeni amino asit eklenmesi durur ve tamamlanan polipeptit ribozomdan ayrılır. Başlangıç ve durdurma kodonları, translasyonun nerede başlayıp nerede biteceğini belirleyen özel işaretlerdir.

DNA dizisinden amino asit dizisine bilgi aktarımının yönü

Bilgi aktarımında her aşamanın okunma biçimi ve eşleşme kuralı farklıdır. DNA’daki genin kalıp zinciri, mRNA’nın tamamlayıcı dizisinin oluşturulmasında kullanılır. Transkripsiyon sonucunda oluşan mRNA’daki üçlü diziler kodon olarak okunur. Daha sonra her kodon, kendisine tamamlayıcı antikodonu taşıyan tRNA ile eşleşir ve ilgili amino asit ribozoma getirilir.

Süreç yönlüdür: DNA’daki nükleotit sırası mRNA’daki kodon sırasını, mRNA’daki kodon sırası da protein içindeki amino asit sırasını belirler. Örneğin mRNA’da 5' yönünden 3' yönüne doğru GGA ardından CUA okunuyorsa protein zincirine önce glisin, sonra lösin eklenir. Bu kodonlara bağlanan tRNA antikodonları sırasıyla CCU ve GAU’dur. Antikodonun yönü ve dizisi kodonla tamamlayıcıdır; amino asit dizisinin sırası ise mRNA’nın ribozom tarafından izlenen kodon sırasına göre oluşur.

Protein sentezinin hücre içindeki yeri

DNA çekirdekte bulunurken mRNA çekirdekten sitoplazmaya çıkar ve translasyon sitoplazmadaki ribozomlarda gerçekleşir. Bazı ribozomlar granüllü endoplazmik retikulumla ilişkilidir ve burada sentezlenen proteinler Golgi aygıtına yönlendirilebilir. Protein sentezinin hücre içindeki yeri hakkında daha ayrıntılı bilgi ayrı bir başlıkta ele alınır.