Transkripsiyon: DNA Bilgisinin RNA’ya Aktarılması

Transkripsiyonun tanımı ve biyolojik amacı

Transkripsiyon, DNA’daki belirli bir gen bölgesinin bilgisinin RNA zincirine aktarılmasıdır. DNA bilgisi doğrudan kopyalanmak yerine, o anda gerekli olan gen bölgesine karşılık gelen bir RNA dizisi oluşturulur. Böylece DNA’nın tamamının açılmasına gerek kalmadan belirli bir genin bilgisi geçici olarak kullanılabilir hâle gelir. Oluşan RNA, genin DNA üzerindeki nükleotit sırasını tamamlayıcı kurala göre taşır.

Süreçte RNA polimeraz, DNA’nın ilgili bölümüne bağlanır ve iki DNA ipliğini kısa bir bölgede birbirinden ayırır. Enzim, kalıp iplikteki nükleotitleri sırayla okuyarak karşılarına uygun RNA nükleotitlerini ekler. RNA’da DNA’daki timin yerine urasil bulunduğu için DNA’daki adenin karşısına RNA’da urasil gelir. Örneğin kalıp DNA ipliği 3'-TACGGA-5' sırasını taşıyorsa sentezlenen RNA 5'-AUGCCU-3' olur. Bu örnek, DNA bilgisinin aynı sırayla değil, tamamlayıcı baz eşleşmesiyle RNA’ya aktarıldığını gösterir.

Transkripsiyonun biyolojik amacı, genetik bilginin hücrenin gereksinim duyduğu RNA biçimine dönüştürülmesidir. Hangi genlerin ne zaman RNA’ya aktarılacağı hücrenin durumuna göre değişebilir; ancak gen ifadesinin transkripsiyon düzeyinde düzenlenmesi ayrı bir konudur. Transkripsiyonun laboratuvar ve tıp uygulamalarındaki kullanımları da bu temel mekanizmanın ötesinde incelenir.

Kalıp ve kodlayıcı DNA iplikleri ile yön bilgisi

DNA’nın iki ipliği transkripsiyonda aynı görevi üstlenmez. RNA polimerazın fiziksel olarak okuyup tamamlayıcı RNA’yı oluşturduğu ipliğe kalıp iplik denir. Kalıp iplik 3'ten 5'e doğru okunur; buna karşılık yeni RNA zinciri 5'ten 3'e doğru sentezlenir. Bu zıt yönlülük, DNA ve RNA zincirlerinin antiparalel yapısından kaynaklanır.

Diğer DNA ipliği kodlayıcı iplik olarak adlandırılır. Kodlayıcı iplik doğrudan okunmaz; fakat RNA dizisiyle büyük ölçüde aynı sıraya sahiptir. Aralarındaki temel fark, kodlayıcı iplikte timin bulunurken RNA’da bunun karşılığında urasil bulunmasıdır. Bu nedenle bir dizinin hangi ipliğe ait olduğu ve 5'–3' yönünün nasıl verildiği bilinmeden RNA dizisi doğru yazılamaz.

Örneğin kodlayıcı DNA ipliği 5'-ATGCCT-3' ise kalıp iplik buna karşılık 3'-TACGGA-5' olur. Kalıp iplik 3'ten 5'e okunurken RNA 5'-AUGCCU-3' şeklinde sentezlenir. Aynı bilgi kalıp iplik 5'-AGGCAT-3' biçiminde verilseydi önce ipliğin ters yönde değerlendirilmesi gerekirdi; çünkü RNA polimeraz kalıp ipliği yalnızca 3'ten 5'e doğru izleyebilir. Bu nedenle transkripsiyon sorularında önce kalıp iplik belirlenmeli, ardından RNA’nın 5'ten 3'e yönü yazılmalıdır.

Promotor, RNA polimeraz ve transkripsiyon başlangıcı

Promotor, transkripsiyona başlanacak gen bölgesinin önünde, yani kodlanan dizinin yukarı akışında bulunan DNA bölgesidir. Görevi, transkripsiyon faktörlerinin ve RNA polimerazın doğru noktada toplanmasını sağlamaktır. Promotorun hemen başlangıç bölgesine yakın kısmında bazı genlerde TATA kutusu adı verilen, adenin ve timince zengin bir dizi bulunur. Bu tür bölgelerin DNA’yı yerel olarak daha kolay açılabilir hâle getirmesi başlangıç için elverişli bir ortam oluşturur.

Ökaryotlarda başlangıç, tek bir enzimin DNA’ya rastgele bağlanmasıyla gerçekleşmez. Önce bazı temel transkripsiyon faktörleri promotor üzerindeki tanıma bölgelerine bağlanır ve bir başlangıç öncesi kompleksi oluşturur. Bu proteinlerin birbirini sırayla toplaması RNA polimerazın komplekse alınmasını ve DNA üzerinde doğru yöne yerleşmesini sağlar. RNA polimeraz bu kompleksin parçası hâline geldikten sonra DNA’nın kısa bir kesiti açılır ve ilk RNA nükleotitleri eklenmeye başlar. Başlangıç tamamlandığında polimeraz, başlangıç kompleksindeki bazı faktörlerden ayrılarak uzama aşamasına geçer.

RNA polimeraz, DNA kalıbını kullanan ve RNA zincirini sentezleyen enzimdir; RNA nükleotitlerini tamamlayıcı baz eşleşmesine göre seçer ve zincire ekler. Ökaryotlarda farklı RNA türlerinin sentezinde görev alan birden fazla RNA polimeraz bulunur; ayrıntılı tür sınıflandırması ayrı bir başlıktır.

Transkripsiyonun uzama aşaması

Uzama, RNA polimerazın başlangıç bölgesinden ilerleyerek RNA zincirine art arda yeni nükleotitler eklediği aşamadır. Polimeraz DNA’nın kalıp ipliğini 3'ten 5'e doğru okur; RNA zinciri ise her zaman 5'ten 3'e doğru büyür. Enzimin önünde DNA’nın kısa bir bölgesi açılır, arkada kalan DNA iplikleri yeniden eşleşir. Böylece transkripsiyon boyunca DNA’nın yalnızca geçici bir bölümü açık kalır.

Her yeni RNA nükleotidinin seçimi kalıp DNA’daki baz tarafından belirlenir. Kalıptaki adenin karşısına urasil, timin karşısına adenin, guanin karşısına sitozin ve sitozin karşısına guanin gelir. RNA polimeraz, uygun nükleotidi mevcut RNA zincirinin 3' ucuna eklediği için zincirin uzaması yalnızca bu yönde gerçekleşir. Bu mekanizma hem dizinin doğruluğunu hem de RNA’nın yön bilgisini açıklar.

Örneğin kalıp DNA’nın ilerleyen bölümü 3'-TAC-GGA-TT-5' ise RNA zinciri 5'-AUG-CCU-AA-3' biçiminde oluşur. İlk DNA üçlüsündeki TAC, RNA’da AUG’a; GGA ise CCU’ya karşılık gelir. Polimeraz kalıp üzerinde ilerledikçe RNA’nın 3' ucuna yeni nükleotitler eklenir ve önceki bölümün sırası değişmez. Ökaryotik hücrelerde polimerazın ilerlemesi sırasında DNA’nın histon adı verilen proteinlerle paketlenmiş bölgeleriyle karşılaşılabilir; FACT adlı protein kompleksi, polimerazın geçebilmesi için bu paketlenmeyi geçici olarak düzenler ve ardından yeniden kurar.

Prokaryot ve ökaryotlarda transkripsiyonun temel farkları

Prokaryotlarda genellikle tek bir RNA polimeraz bulunurken ökaryotlarda farklı görevler üstlenen birden fazla RNA polimeraz ve bunlara eşlik eden daha karmaşık başlangıç faktörleri vardır. Ökaryotlarda DNA’nın kromatin adı verilen paketlenmiş yapısı polimerazın ilerlemesini etkiler; prokaryotlarda bu yapı aynı biçimde bulunmaz. Bu farkların hücre düzeyindeki sonuçları ayrı bir karşılaştırma başlığında ele alınabilir.

Transkripsiyonun sonlanması

Sonlanma, RNA polimerazın RNA sentezini bırakması ve oluşan RNA’nın DNA’dan ayrılması aşamasıdır. Sonlanmanın nasıl gerçekleştiği kullanılan RNA polimeraz türüne ve genin bulunduğu hücresel sisteme göre değişebilir. Bu nedenle başlangıçta olduğu gibi sonlanmada da DNA üzerindeki belirli sinyaller ile bu sinyalleri tanıyan protein veya RNA yapıları önem taşır.

Ökaryotlarda RNA polimeraz II, genin sonuna geldiği anda durmak yerine gen dizisinin ötesinde bir süre daha ilerleyebilir. Daha sonra oluşan fazla RNA bölümü kesilerek uzaklaştırılır ve transkripsiyon ürünü uygun uçlara sahip hâle gelir. RNA polimeraz I için belirli bir DNA dizisini tanıyan sonlandırma proteini görev yaparken, RNA polimeraz III’te ise DNA’daki timince zengin dizinin kopyalanmasıyla RNA’da oluşan urasil dizisi sonlanmaya katkıda bulunur. Böylece polimerazın DNA’dan ayrılması ve yeni RNA zincirinin serbest kalmasıyla transkripsiyon tamamlanır.

Ökaryotlarda RNA işlenmesinin ayrıntıları ayrı bir makalenin konusudur.