hücre cekirdeği - biyologlar.com

RNA YAPI VE GÖREVİ (RNA structure and function)
I- ÖNBİLGİ
Hücre tarafından sentezlenen protein çeşitleri, DNA üstünde bulunan genler tarafından saptanırlar. DNA üstündeki genetik bilgi , RNA (ribonükleik asit) ile ifade edilir. Sentezlenen bir kısım RNA’ların üzerindeki şifreler de proteine çevrilirler. Bu tür RNA’lara messenger (elçi) RNA
denilir ve kısaca mRNA şeklinde gösterirler.
DNA’nın kalıtım maddesi olduğu henüz tam olarak bilinmeden önce (1938-40), Torbjörn
Caspersson ve Jean Brachet, hücrelerdeki RNA düzeyi ile bu hücrelerin protein sentezlame ve büyüme (çoğalma) kapasiteleri arasında yakın bir ilgi buldular. Büyüyen ve çoğalan hücrelerde RNA
artışı da gözlenmekteydi. Oysa DNA düzeylerinde her hangi bir artış tesbit edilmemekteydi. Her
iki araştırmacı tarafından farklı ökaryotlar kullanarak elde edilen bu sonuçlar, daha sonraları başka
araştırmacılar tarafından da doğrulandılar. Diğer taraftan, hücre çekirdekleri ve sitoplazmaları ayrıştırıldıklarında , DNA’nın hemen tamamı çekirdek içinde bulunurken, RNA’lar çoğunlukla sitoplazmada yer almaktaydılar. Bu RNA’lar proteinle birleşmiş cisimcikler (partiküller) halinde idiler.
Daha sonraları bu partiküllerin ribozomlar oldukları anlaşılacaktır. RNA da DNA gibi uzunca ve
dallanmamış molekülleri kapsar. Bununla birlikte DNA’dan 4 önemli özelliği ile ayrılır.
II – RNA’YI DNA’DAN AYIRAN YAPISAL ÖZELLİKLER
1-DNA’da şeker olarak deoksiriboz bulunurken, RNA’da riboz bulunur.
2- DNA’da timin bulunurken, RNA’da bunun yerini urasil almıştır.
3- RNA,DNA’da olduğu gibi her zaman çifte sarmal yapıda bulunmaz (*).Sonuç olarak da,
bir RNA molekülü içinde guanin, sitozinden, adenin de urasilden çok farklı ölçüde bulunabilirler.
Pürinlerin toplam miktarı da primidinlerinkinden farklı olabilecektir. Özet olarak Chargaff orantısı
RNA için geçerli değildir.
4- RNA alkali ortamlarda 2’-3’ siklik fosfodiesterler oluşturup, siklik mononükleotidler şeklinde parçalandığı halde, DNA’nın 2’ karbonunda –OH (hidroksil grubu) olmadığından, bu tür siklik nükleotidler oluşmaz, DNA’da parçalanmaz. Örneğin bakterileri 0.5 M NaOH içinde, 37 °C’de
15 saat beklettiğimizde, RNA’ları parçalandığı halde, DNA’sı parçalanmaz.
(*) RNA’da çifte sarmal bölgelerde rastlanırsa da bunlar devamlı olmayıp, aralarda tek iplikçikten olma parçalar her
zaman vardır. Çifte sarmal kısımlar da genelde ayrı iplikçiklerden yapılmamış olup aynı bir iplikçiğin kendi üstüne
dürülmesinden oluşmuştur.
III- RNA ÇEŞİTLERİ
Hücre içinde 3 çeşit RNA bulunur. Bunlardan mRNA, protein sentezinde modellik görevi
yapar. DNA’da bulunan genetik bilginin proteinlere aktarılmasında aracıdır (% 5). Her gen ya da
gen grubuna karşılık bir mRNA sentezlenir. Transfer RNA’ları(tRNA)aktiflik kazanmış aminoasitleri peptid bağlarının kurulması için mRNA ve ribozomların oluşturdukları yapı üzerine taşarlar (%
15).Üçüncü çeşit olan ribozomal RNA’lar da protein sentezinde görev alırlar. Ancak her birinin
özel görevi henüz açıklanmamıştır. (%80). Sonuç olarak her üç çeşit RNA’da protein sentezi ile
ilgilidirler.
IV- MESSENGER (ELÇİ) RNA DÜŞÜNCESİNİN DOĞUŞU
1961’de François Jacop ve Jacques Monot.E.coli’den enzim aktivitelerinin ayarlanışı konusundaki çalışmaların yayınlayarak, enzimlerin DNA’dan gelen bilgiye göre sentezlenmeleri gerektiğini, bu bilgilerin de proteinlerin sentezlendikleri yer olan stoplazmaya aktarılmaları için aracı
moleküllere(elçilere) gerek duyulduğunu ileri sürdüler.
Ökaryot hücrelerde kalıtım bilgisini taşıyan DNA çekirdek içinde bulunduğuna göre,türe ve
dokuya göre değişen proteinlerin de DNA’daki bilgi ışığında sitoplazmada sentezlendiklerine göre,
DNA’daki bilgileri, sitoplazmaya taşıyacak aracıların bulunmaları zorunlu görülmekteydi.
E.coli’ye karbon kaynağı olarak glükoz yerine laktoz (disakkarid)verildiğinde,bunu glükoz
ve galaktoza ayıran enzim (ß-galaktozidaz) daha önce bakteri içinde çok az miktarda bulunurken,
30 dakika gibi bir sürede derişimi 1000 kat kadar artmaktadır. Eğer ki indüktör madde (laktoz yada
analoğu) ortamdan uzaklaştırılacak olursa, enzim (ß-galaktozidaz ) sentezi de 1-2 dakika içinde
durmaktadır. Enzimin sentezine aracılık eden moleküller uzun ömürlü olsalardı, enzim sentezi de
kısa zamanda durmayıp, uzun süre devam edecekti. O halde, en azından bu bakteride, bu enzimin
sentezine aracılık yapan moleküller kısa ömürlüdürler.
Hücre içinde protein sentezine koşut olarak RNA sentezi de artmaktadır. rRNA ve tRNA’
lar standart büyüklükte ve daha uzun ömürlü görünmektedirler. RNA’ların sadece %5 kadar bir
bölümü heterojen boyda ve kısa ömürlü bulunmaktadırlar.
Protein sentezleyen hücrelerde üç tür RNA (tRNA,rRNA,mRNA)derişimi de artış gösterdiğine göre, bu RNA’ların üçü de protein sentezinde görev alabileceklerdir. Başka laboratuarlarca
da desteklenen bu bilgiler ışığında, Jacop ve Monot şu görüşlerini açıkladılar:
1-Aracı moleküller DNA’nın belli bölgelerinin baz dizilimlerini proteinlere sadık bir şekilde yansıtma durumundadır. Buna en uygun molekül de polinükleotid yapısında olan bir
moleküldür.
2-Sentezlenen polipeptidlerin büyüklükleri çok değişik okuduklarına göre, elçi moleküllerin
uzunlukları da kopyalarını aldıkları genlere göre çok değişik olmalıdırlar.
3-Üç nükleotid dizisi bir amnoaside karşılık olabilir.
4-Bir elçi molekülün ağırlığı en az 500 000 dalton olmalıdır (1 dalton = 1 Hidrojen atomunun ağırlığı)
[Bir aminoasidin molekül ağırlığını yaklaşık 100 dalton, bir nükleotidin ortalama molekül
ağırlığını da yaklaşık 300-350 dalton baldığımızda, 50 000 daltonluk bir polipeptidin mesajcısının
molekül ağırlığı yaklaşık 500 000 dalton bulunur.50 kilodalton (kısaca Kd), hücre içindeki pek çok
polipeptidin molekül ağırlığını yansıtır].
5-Elci moleküller, protein sentezinde merkez olan ribozomlarla birleşmelidirler.
6-Elçi moleküllerin ömürleri çok kısa olmalıdır (bakteriler için ), çünkü her hangi bir enzimin sentezine neden olan madde (indüktör) büyüme (çoğalma) ortamından uzaklaştırılacak olursa,
o enzimin sentezi de durmaktır. Başka bir deyimle, elçi molekül olduğu gibi kalmamakta, gerek duyulmadığı andan kısa bir süre sonra parçalanmaktadır.
Zamanımızda geçersiz olan diğer bir model de, bir genin özel bir ribozom sentezlemesi,
bu ribozomun da özel bir protein oluşturması şeklinde idi. Jacop ve Monod modeli ise, ribozomları,
protein sentezinde görev alan, ancak farklı polipeptidlere göre özelleşmemiş cisimcikler olarak
görür.
Brenner, Jacob ve Meselson deneyi, faj enfeksiyonundan sonra yeni ribozomlar sentezleniyorlar mı, yoksa eskiden sentezlenmiş ribozomlarla yeni oluşan RNA’lar (mRNA) birleşiyorlar
mı sorularını yanıtlamak için yapılmıştır.
V – ELÇİ RNA’LARIN VARLIKLARININ DENEYSEL GÖSTERİLİŞİ
A- SYDNEY BRENNER, FRANÇOIS JACOB VE MATTHEW MESELSON DENEYİ
E.coli, T2 (bakteriyofaj) ile enfekte edildiğinde, bakteri içinde sentezlenen proteinlerin hemen tamamının bu virüs DNA’sı tarafından yönlendirildiği, bunlarında virüsün kılıf proteinleri oldukları görüldü. Faj çoğalma döneminde tRNA ve rRNA düzeylerinde her hangi bir artış görülmemekte ve az miktarda kısa ömürlü RNA’lar belirmekteydi.
Yeni sentezlenen RNA’ların çeşitlerini ve yeniden rRNA’ların sentezlenip sentezlenmediklerinini görmek için bakteriler ağır azot (15N) ve ağır karbon (13C)’lu besinler taşıyan bir ortamda
çoğaltıldılar. Böyle bir ortamda çoğalan bakterilerin tüm proteinleri ve nükleik asitleri de ağır olacaklardır. Bakteriler bu ağır ortandan alınıp faj enfeksiyonu ile birlikte, hafif azot ( 14N)ve hafif
karbon ( ¹²C) bulunduran bir besi yerine taşındılar. Burada yeniden sentezlenen tüm moleküller
de hafif olacaklardır. Ancak, yoğunluk gradyantı santrifüjünde bu yeni sentezlenecek hafif
moleküllerin yerini saptamak için, proteinler radyoaktif kükürt (35 S), ribonükleik asitler de
radyoaktif fosfor (³²P) ile etiketlendiler. Ribozomlar, bakterilerden çıkartılarak yoğunluk gradyantı
santrifüjüne tutuldular. Sonuçta hiç hafif ribozoma rastlanmadı. O halde ribozomların tamamını,
enfeksiyondan önce sentezlenmiş olan ağır ribozomlardır.
Bu ağır ribozomların üstünde ³²P ile etiketli yeni sentezlenmiş hafif RNA’lar
bulunmaktaydı. Ağır ribozomların üstünde yeni sentezlenmiş ( 35 S ile etiketli ) hafif proteinlerden
bir bölüm de bulunuyordu. O halde, yeni sentezlenen proteinlerle birlikte , yeni mRNA’lar önceden
varolan ribozomlarla birlikte bulunmaktadırlar. Bu deney sonunda, ribozomların, sentezlenen
protein çeşidine göre değişmeyen, biri diğerinden farklı olmayan parçacıklar oldukları sonucuna
varıldı.
Şekil 15.1. Brenner,Jacop ve Meselson Deneyi