Protein Sentezinin Düzenlenmesi

PROTEİN
SENTEZİNİN
DÜZENLENMESİ
VE AŞAMALARI
Protein Sentezinin Düzenlenmesi
Edward TATUM 1940 yılında bir gen bir enzim
hipotezini ileri sürmüştür. Bu hipotez daha sonra bir
gen bir protein haline gelmiştir. Daha sonraki yıllarda
ise hemoglobin gibi kuaterner yapılı proteinler göz
önüne alınmış ve bazı genlerin RNA ürünlerinin
proteine dönüşmediği anlaşılmıştır. (Ör; tRNa, rRNA)
Ayrıca genlerin regülatör ve yapısal gen bölgeleri
olarak iki bölgeden oluştuğu tespit edilmiştir.
Buna göre GEN; DNA üzerinde belli bir baz dizisi olup,
bir polipeptit veya RNA zincirinin sentezinden sorumlu ve
bu sentezleri düzenleyen bir regülatör ve operatör bölge
ihtiva eden DNA parçacığıdır.
Yazılım Ve Yazılım Sonrası Düzenlenme
1. Bakteri Hücresinde Lac Operon Sistemi
Bu modelde regülatör gen, operatör gen ve yapısal gen
olmak üzere 3 kısmıdan oluşur. Lac operonunda
yapısal genler Z, Y ve A ile ifade edilir.
Z geninden β-galaktozidaz, Y geninden galaktozid
permeaz ve A geninden thiogalaktozid transasetilaz
sentezlenir.
• Regületör bölge (R bölgesi) yapısal genlerin
transkripsiyonunu kontrol eder. Eğer ortamda
indüktör molekülü varsa repressör protein DNA’ya
bağlanamaz. İndüktör repressöre bağlanarak onun
DNA’daki operatör bölgeye bağlanmasını önler.
İndüktör, aktif repressöre bağlandığında yapısal
genlere ait mRNA’lar sentezlenebilmektedir.
• Ortamda glikoz bulunduğunda Lac repressör
proteini operatör bölgeye bağlanmış
durumdadır. Yani yapısal genler inaktiftir. Eğer
bakteri hücresi sadece laktoz olan ortama
bırakılırsa indüktör, repressör proteinine
bağlanarak onun operatörlerden ayrılmasına
neden olur. Laktozun metabolize edilmesi
hücre için gerekli olduğundan RNA-polimeraz
promotor bölgesine bağlanır ve RNA sentezi
başlatılır. Z, Y ve A gen bölgelerinden
sentezlenen mRNA ilgili enzimleri meydana
getirmektedir. Bu enzimler ile laktoz
metabolize edilerek hücre yaşamına devam
eder.
Sonraki araştırmalar; laktoz yegane C kaynağı olarak ortama
konduğunda hücrede adenil siklaz miktarı artmaktadır. Adenil
siklaz ATP’den cAMP sentezini yapmaktadır. cAMP katabolit
aktivatör protein(CAP) ile komleks yaptıktan sonra promotorun
birinci bölgesine bağlanmaktadır. İkinci bölgeye de RNApolimerazın bağlanmasını stimüle etmektedir.
Bakterilerde bazı enzimler koşullara göre değişmez. Ör;
solunum enzimlerini miktarı yaklaşık aynıdır. Aktivitesi ve
sayısı değişmeyen bu enzimlere konstitütif enzim denir.
Koşullara göre değişen enzime ise indüklenebilir enzim denir.
Ör; bakteri besi ortamına glikoz yerine laktoz konulduğunda βgalaktozidaz sayısı kısa sürede binlere ulaşır.
Bakterilerde indüksiyon
tersi bir olay da bulunur.
Bakteriler 20 amino asidi de
amonyum tuzundan sentezler.
Fakat ortama histidin konursa
histidin kendinin metabolik
yolunda yer alan 9 enzimin
oluşumunu inhibe eder.
Bu olaya enzim represyonu denir.
Burada olduğu gibi birden fazla
enzim inhibe olduğunda
koordine represyon veya
son ürün represyonu adı verilir.
Laktoz bulunan ortama glikoz ilave edilirse, Lac
operonunun yapısal genlerine ait proteinler
represse edilir. Bu olaya katabolik represyon
denir. Glikoz ile beraber cAMP-CAP kompleksi
oluşumu da azalmaktadır. Dolayısıyla RNA
polimerazın bağlanması da azalmaktadır.RNA
polimeraz ile repressör proteinin DNA
üzerindeki bağlanma yerleri kısmi olarak aynı
bölge olduğundan birbirlerinin bağlanmalarını
engellerler.
2.Triptofan Operonu
Triptofan geni regülatör gen, promotor, operatör, lider,
attenuatör, polisistronik yapısal gen bölgelerinden oluşmuştur.
Yapısal gen bölgesi A, B, C, D ve E ile gösterilen ve 5 ayrı
polipeptidin sentezinden sorumlu bölgelerden oluşmuştur.
Yapısal genlerden E ve D’den antranilat sentetaz, C’den indol
gliserol-p sentetaz, B ve A’dan triptofan sentetaz sentezlenir.
Regülatör genden sentezlenen repressör proteini inaktiftir ve buna
aporepressör denir. Aporepressörin iki bağlanma bölgesi vardır.
Birisi korepressöre bağlanma bölgesi, diğeri ise operatöre
bağlanma bölgesidir. Attenuator bölge kontrol mekanizması
görevini yapar ve lider bölgede 2 adet arka arkaya triptofan amino
asidini şifreleyen kodonlar taşımaktadır. Bu da sentezin
kontrolünde anahtar rolü üstlenmektedir.
Triptofan Operanu Ve Sentezi İki Yolla Regüle Edilir:
1. Regülatör bölgeden sentezlenen repressör proteinin inaktif
haline aporesepssör denir. Aporesepssör operatöre
bağlanamaz. Eğer hücrede fazlaca triptofan varda
Tirptofan+Aporesepssör ve aktif resepssör oluşur.
Aporesepssör ile birleşen triptofana koresepssör denir. Aktif
resepssör operatöre bağlanarak RNA-polimerazın daha fazla
triptofan mRNA’sı sentezlemesini durdurur.
2. Triptofan operonu ikinci bir mekanizma ile kontrol
edilir.Operon yapısında attenuatör bölge denilen bir yapı b u
kontrolden sorumludur. Operondaki lider bölgede iki adet
triptofan amino asidinin kodonu olan UGG art arda
tekrarlanmıştır. Triptofan protein yapısındaki oran olaraka en
düşük seviyede bulunan amino asitten birisi olduğundan
hücrede trp-tRNA sayısı da azdır.
Triptofanın bulunup bulunmamasına göre hücrelerin
çalışmasının incelenmesi:
A) Hücrenin ortamında bol triptofan vardır. Lider mRNA’da
1.bölgede bulanan UGG olan triptofan kodonu bölgesi
ortamdaki çoğu trp-tRNA’sının yapıya hızla katılması ile
hızlı geçilir. Bu sırada ribozom içinde kalan 1. ve 2. bölgeler
saç tokası yapısı oluşturamazken 3. ve 4. bölgeler arasında
saç tokası yapısı oluşur. Böylece gereğinden fazla triptofan
sentezlenmez.
B) Ortamda triptofan yoktur. Bakteri triptofan sentezine
ihtiyaç duyar. Ortamda düşük triptofana bağlı olarak
çok sayıda trp-tRNA bulunur. Ribozom 1. bölgede art
arda gelen triptofan UGG kodonunda bu yüzden
yavaşlar. Sadece 1. bölge ribozom içinde kalır. Dışarıda
serbest duran 2. bölge yükset affinite ile 3. bölgeye
bağlanır. 4. bölgenin serbest kalması ile 3. ve 4.
bölgelerde saç tokası yapısı oluşmadığından ribozom
mRNA üzerinde kaymaya devam eder ve triptofan
yapısal genlerinin ürünlerinin polipeptit zincirine
dönüştürür. Sonuçta sentez devam eder.
Triptofan az ise az sayıda trp-tRNA bulunur.
Ribozom 1. bölgede art arda gelen triptofan UGG
kodonunda bu yüzden yavaşlar. Dışarıda serbest
bulanan 2. bölge yükset affinite ile 3. bölgeye bağlanır.
4. bölgenin serbest kalması ile 3. ve 4. bölgelerde saç
tokası yapısı oluşmadığından ribozom mRNA üzerinde
kaymaya devam eder ve translasyon devam eder.
Ökaryot Hücrelerin Protein Sentezinin Kontrolü
Prokaryotlarda genler kesintisiz ve doğrusal bir
şekilde proteine çevirilirken ökaryotlarda başlangıçta
heteronüklear RNA sentezlenirken bir takım
işlemlerden geçirilerek olgun mRNA halinde
sitoplazmaya gönderilir. Protain sentezinde aminoasit
kodlamayan bölgelere genler arası baz dizisi veya
intron bölgesi denir. Aminoasitlere tercüme edilen
kısma ise ekson bölgesi denir.
Çoğu prokaryotik mRNA’nın poligenik olmasına rağmen
ökaryotik mRNA‘lar monogeniktir. Çoğu ökaryotik mRNA 3’
ucunda poliA uzantısına sahiptir.
Sentezden sonra poliA ATP harcanması ile poliadenilat
polimeraz tarafından sentezlenir. Ökaryotik mRNA’nın 5’ ucuna
7-metil guanozinden ibaret 5-CAP parçasının normal olamayan
bir yolla bağlanmasıdır. 7-metil guanozin RNA zincirinin 5’
ucuna bir fosfodiester bağı yerine 3 fosfat grubu ile
bağlanmaktadır. Bu özellikler ile mRNA daha uzun ömürlü
olur.
Protein Sentezinin Translasyon Aşamasındaki
Düzenlenmesi
Polipeptit sentezinin translasyonunda
inisiyasyon aşamasını düzenleyen iki değişik
kontrol mekanizması vardır.
1. İnisiyasyon aşamasındaki düzenlemelerle
protein sentezinin genel hızı etkilenir.
2. Hücreler özgün faktörler aracılığıyla
proteine çevrilerek mRNA’lar arasında bir
seçim yapılabilir.
Protein Sentezinin Yüksek Tuz Etkisi İle
Düzenlenmesi
Ökaryot hücrelerde protein sentezi ısı artışı,büyüme ortamının
yenilenmesi, enerji gereksiniminin azalması ya da ortamdaki
tuz konsantrasyonuna bağlı olarak etkilenir. Yüksek tuz
konsantrasyonuna tabi
tutulmuş Hela hücreleri ile
yapılan çalışmada protein
sentezindeki inhibisyonu koşut
olarak 45S rRNA işlenmesinin
etkilendiğini saptayarak memeli
hücrelerindeki protein sentezi ile ribozom sentezi arasında ilişki
olduğunu göstermiştir. Ortamın NaCl konsantrasyonundaki
artışı protein sentezinin başlama evresini etkilemektedir.
Yüksek tuzda mRNA’ya bağlanmış ribozom sayısında
azalmaya koşut olarak ribozomun alt birimleirndeki bazı
proteinlerde fosforillenmenin azaldığı bulunmuştur.