2. konu nükleik asitler ve protein sentezi
advertisement
Nükleik asitler ve protein snetezi DNA: Yapı ve Fonksiyonu Gerçekten genetiği anlayabilmek için, biyologlar önce genin kimyasal yapısını keşfetmek zorunda kaldılar. Bu daha sonra bu durum genlerin canlıların kalıtsal özelliklerini nasıl kontrol ettiğini anlamalarına yardımcı oldu. Gen ifadesi, (Bir bireyin hemen hemen her hücresinin aynı DNA yapısını içermesine rağmen) aynı organizmanın hücrelerinin çok farklı boyut ve şekilde olmalarını ve ve çok farklı işlev görmelerini sağlar. Vücudumuzdaki tüm hücrelerin DNA'sı aynı olmasına rağmen neden hepsi aynı hücre değiller? İnsan vücudundaki her hücre ortak bir başlangıç noktasına (döllenmiş bir yumurta=Zigot) sahiptir. Sonuç olarak, tüm hücreler teorik olarak aynı DNA'yı içerir - eritrositler ve gametler gibi belirli hücre tiplerini göz ardı ederek ve DNA'nın kümülatif etkileri mutasyon ve telomer kısaltması yoluyla değiştirilir. Buna rağmen, her hücrenin orijinal döllenmiş yumurtadan tamamen farklı olduğu söylenemez, bir hücre türü tamamen birbirinden farklı ve benzersizdir. Neden? Nedeni, her hücrenin (bir nöron, cilt hücresi veya fotoreseptör hücresi), sahip olduğu genleri farklı kullandığıdır. Bütün hücreler aynı gen kümesine (insanlarda ~ 20.000) sahiptir, ancak DNA üzerindeki hangi genin açılıp açılmayacağı o hücreye kalmıştır. Gen nedir? Trankripsiyon yapabilen ve böylece karşılık gelen mRNA ‘yı üretebilen ve daha sonra bu bilgiyi belirli bir protein molekülüne dönüştürebilen (Translasyon) bir DNA bölgesi olarak tarif edilebilir. Aslında, hücrenin aktivitesini ve fonksiyonunu belirleyen DNA değil proteinlerdir, bu nedenle her genin düzenlenmesiyle protein ekspresyonunun kontrolü büyük önem taşır. Bu durum aşağıdaki çeşitli mekanizmalardan biri dönüştürebilen bir aracılığıyla ortaya çıkar: 1. Genetik kontrol: Proteine transkripsiyon faktörü (TF) ile gen arasında doğrudan bir etkileşimdir. TF, genin kodlama bölgesi çevresindeki DNA'ya bağlanır ve ifadesini arttırır veya bastırır. 2. Epigenetik: DNA yapısındaki değişiklikler (dizilim değil) veya spesifik olmayan DNA bağlama proteinleri ile etkileşim yoluyla oluşan DNA transkripsiyon seviyelerinin kontrolü. Gerçekte, epigenetik DNA'nın transkripsiyonel makinelere erişilebilirliğini değiştirmeyle ilgilidir. 3. Transkripsiyon sonrası düzenleme: mRNA transkriptlerinin stabilitesini, doğasını ve dağılımını değiştirir ve bu da her bir protein ürününün kimliğini (Yapısını) ve bolluğunu (Miktarını) etkiler. 4. Translasyon sonrası düzenleme: nihai protein ürününün fosforilasyon, glikosilasyon veya parçalanma gibi kimyasal modifikasyonlar yoluyla spesifik kontrolü. Unutmayın ki TF, translasyonel olarak düzenlenebilir, böylece proteinin DNA'ya bağlanma ve gen ekspresyonunu düzenleme kabiliyetini etkiler. Her bir genin ifadesini arttırarak veya bastırarak bir hücre son derece özelleşebilir. Örneğin, nöronun, ışık algılamayla ilgili bir protein olan rodopsin'e kesinlikle ihtiyacı yoktur. Bununla birlikte, retinanın fotoreseptör hücrelerinde rodopsin, hücrenin işlevinin ayrılmaz bir parçasıdır, bu nedenle fotoreseptör hücrelerinde ifadesi büyük ölçüde arttırılır. Tersine, nöronlar voltaj kapılı iyon kanalı gibi çok yüksek seviyede spesifik iyon kanallarına ihtiyaç duyar, fakat bu genler fotoreseptör hücrelerinde bastırılır. Esasında, her bir hücredeki her bir gen için, hücrenin çevresindeki koşullara, hücre yüzey membranında alınan sinyallere ve spesifik hücre türüne (embriyonun gelişimi sırasında saptanır) göre farklı düzeylerde ifade gerçekleşir. Bu süreçte, her bir hücrenin işlev ve şekli kendine özgüdür. Soru: Vücudumuzdaki kan hücreleri de dâhil her hücre DNA içerir. İnsanlar arasında kan nakli yaptığımızda DNA’lar arasında neden çatışma olmaz? Nasıl kolayca karıştırılır? 17.1 Nükleik Asit Bileşenleri 17.2 Nükleik Asitlerin Birincil Yapısı Nukleik asitler şunlardır: Hücresel büyüme ve üreme için bilgi depolayan moleküllerdir. Deoksiribonükleik asit (DNA) ve ribonükleik asit (RNA). Nükleotid, adı verilen uzun zincir monomerlerden oluşan büyük moleküllerdir. Nükleik asitler DNA ve RNA, Nükleotid denilen monomerlerden oluşur Bir nükleotid: Pentoz şekeri, Azot içeren baz ve fosfat’dan oluşur. DNA ve RNA'daki azotlu bazlar: • pirimidin C, T ve U'dur ve • pürinlerden A ve G’den oluşur Pentoz (beş karbonlu) şekeri RNA ribozdur. DNA, karbon 2 'üzerinde hiçbir O atomu olmayan deoksiribozdur. Bir nükleozid Bir glikosidik bağ ile bir şekerin (riboz veya deoksiriboz) C1 'ya bağlı bir azotlu bazına sahiptir. Azotlu bazın sonuna Pürinler için -ozine ve pirimidinler için -idin getirilerek isimlendirilir. Örn: Adenozin tri fosfat (ATP) Uridin di fosfat (UDP) Bir nükleotid Bir şekerin (riboz veya deoksiriboz) C5'-OH grubu ile bir fosfat esteri oluşturan bir nükleoziddir. Nükleosit adını kullanarak ve bunu takiben 5'-monofosfat söylenerek isimlendirilir. Bir nükleotid, Şeker’in 5. C’undaki -OH'ın fosforik asitle bağ yapmasıyla oluşur. Nükleik Asitlerin Birincil Yapısı Nükleik asitlerin birincil yapısında • Nükleotidler fosfodiester bağları ile bağlanırlar. Bir nükleotiddeki şekerin 3'-OH grubu, bir sonraki nükleotidin şekerinin 5'-karbonundaki fosfat grubuyla bir ester bağı oluşturur. Bir nükleik asit Bir ucunda bir serbest 5'-fosfat grubuna ve diğer ucunda serbest bir 3'-OH grubuna sahiptir. Üslerin harflerini kullanarak serbest 5'-ucundan okunur. Örnek okuma —A—C—G—T—. RNA Ribonükleik asit. Tamamlayıcı Baz Çiftleri DNA'da, • A, C, G ve T bazlarını içeren nükleotitler deoksiriboz şekerler ile fosfat grupları arasındaki ester bağı ile bağlanır. Çift sarmal DNA'nın yapısıdır. Birlikte kıvrılan iki nükleotid zinciri vardır. A-T baz çiftleri aralarında oluşan iki hidrojen bağı ile bağlanırlar G-C baz çiftleri aralarında oluşan üç hidrojen bağı ile bağlanırlar. DNA çift sarmalında • İki sarmal nükleik asit sarmal merdiven örneği gibi çift sarmal yapı oluşturur. • hidrojen bağları A-T ve G-C bağlantı tabanlarını bağlar. • Bir iplikçik boyunca uzanan bazlar, diğerlerini tamamlar. RNA Protein yapmak için DNA'dan bilgi aktarır. Çeşitli türleri vardır Messenger RNA (mRNA) DNA'dan ribozomlara genetik bilgi taşır. Transfer RNA (tRNA) proteini yapmak için ribozoma amino asitleri getirir. Ribozomal RNA (rRNA), protein sentezinin yapıldığı ribozomun 2/3’ünü oluşturur. Her tRNA • mRNA üzerindeki bir kodonu tamamlayan bir antikodon bulundurur. • alıcı kök kısmıyla belirli bir amino asidi bağlar. Protein Synthesis Protein sentezi Transkripsiyon ve translasyondan oluşur. Transkripsiyon DNA üzerindeki bir genden mRNA oluşturulması olayına denir. Translasyon tRNA’nın ribozoma getirdiği amino asitlerden protein yapılması işlemine denir. Transcription: Synthesis of mRNA Transkripsiyon sırasında DNA’nın gen içeren bir bölümündeki hidrojen bağları koparak iki iplik buradan ayrılır. Bir iplikteki DNA bazları kalıp olarak kullanılır. Timin (T) yerine urasil (U) ile tamamlayıcı baz eşleştirmesi kullanılarak • mRNA, sentezlenir. Yeni oluşturulan mRNA, çekirdekten çıkar ve sitoplazmada ribozomlara doğru hareket eder. • Transkripsiyon sırasında • RNA polimeraz enzimi ilgili mRNA'yı sentezlemek için DNA şablonu boyunca hareket eder. Sonlandırma noktasında mRNA serbest bırakılır. The genetic code • Proteinin amino asit sırasını belirleyen mRNA'daki NÜKLEOTİT dizisidir. • mRNA üzerinde üç baz dizisinden oluşan kümelere Kodon adı verilir. • Bir protein sentezlemek için gerekli olan 20 amino asitin her birine özgü farklı bir kodon vardır. Genetik kod, bir polipeptit zincirinin "başlangıcı" ve "sonu" nu işaret eden bazı kodonları içerir. Determine the amino acids from the following codons in a section of mRNA. M RNA’nın bir bölümündeki kodonları takip ederek amino asitleri belirleyin. —CCU —AGC—GGA—CUU— Genetik koda göre, bu kodonların amino asitleri CCU = proline AGC = serine GGA = glycine CUU = leucine’dir. Bu mRNA bölümü, —Pro — Ser — Gly — Leu — amino asit dizisini kodlar. —CCU —AGC—GGA—CUU— —Pro — Ser — Gly — Leu — Mutations DNA üzerindeki nükleik asit dizisinin değişmesi olayına mutasyon denir. Mutasyon oluşturan faktörlere mutajen denir. Örneğin radyasyon ve kimyasal maddeler mutajen faktörlerdir. DNA üzerinde meydana gelen bir mutasyon m RNA’daki bir veya daha fazla yanlış kodon oluşumuna neden olur. Bu da bir veya daha fazla yanlış amino asidin proten yapısında yer almasına neden olur. Böylece defektif protein ve enzimler sentezlenir ve böylece mutasyonlar çeşitli genetik hastalıklara yol açar. Mutasyon sonucu oluşan genetik hastalıklardan bazıları aşağıda verilmiştir. Galactosemia Cystic fibrosis Downs syndrome Muscular dystrophy Huntington’s disease Sickle-cell anemia Hemophilia Tay-Sachs disease Normal DNA dizisi Normal DNA dizisi protein üzerindeki amino asitlerin doğru sıralanmasını sağlar. Doğru amino asit dizisi Mutation: Substitution/Yer değiştirme • DNA üzerindeki bir baz değişikliği m RNA’daki kodonun değişmesine neden olur. Böylece polipeptit üzerindeki amino asitlerin yanlış sıralanmasına neden olur. Çerçeve kayması mutasyonunda DNA üzerinde ekstra bir baz eklenerek veya silinerek mutasyon meydana gelir. Bu baz değişim bölgesinden başlayarak m RNA’daki kodonlar ve proteindeki amino asitler yanlış sıralanırlar.
