Protein Sentezi - Protein Sentezi Nasıl Gerçekleşir
Protein biyosentezi hücrenin protein sentezlenmesi için gereken bir biyokimyasal süreçtir. Bu terim bazen sadece protein translasyonu anlamında kullanılsa da transkripsiyon ile başlayıp translasyonla biten çok aşamalı bir süreçtir. Prokaryotlarda ve ökaryotlarda ribozom yapısı ve yardımcı proteinler bakımından farklılık göstermesine karşın temel mekanizma korunmuştur.
Protein biyosentezi için aminoasil-tRNA'ların hazırlanmasında ya da sentez süresince ATP ve GTP hidrolizi ile yüksek miktarda enerji harcanır. Ayrıca hücreler ürettikleri enerjinin büyük kısmını protein sentezinde görev alan yapıları oluşturmakta kullanırlar.
Bu sürecin genel hata oranı 10-4 civarındadır (her 10000 amino asitten bir hatalı yerleştirilir). Bazı antibiyotikler protein sentezine müdahale ederek etki gösterirler.
Genetik bilgi akışında sıra protein sentezine geldiğinde mesajcı RNA (mRNA)’dan başka taşıyıcı RNA (tRNA) da devreye girerek ribozomlarda protein sentezi gerçekleşir. mRNA da yer alan kodonların taşıdığı genetik mesaj ribozomlarda adım adım deşifre edilerek uygun amino asitlersitoplazmasında 20 çeşit aminoasil-tRNA ların ribozomda bağlanabilecekleri çeşitli bölgeler bulunur ve amino asitlerini bırakan tRNA’lar ribozomlardan ayrılırken polipeptid zinciri de sentezlenmiş olurlar. tRNA’lar üzerinde yer alan nükleotitlere antikodon adı verilir. Örneğin UUU şeklinde olan bir mRNA zincirine uyan tRNA antikodonunun nükleotid sırası AAA şeklindedir. UUU şeklinde bir kodon da fenilalanin adlı aminoasitin şifresidir.
tRNA Yapısı ve Fonksiyonu
Taşıyıcı RNA (tRNA) translasyon sırasında büyüyen polipeptid zincirine özel amino asitlerin eklenmesini sağlayan küçük bir RNA zinciridir (74-93 nükleotid). Yapısında amino asit bağlanması için bir bölgesi ve mRNA üzerindeki kodon alanına başlanmasını sağlayan antikodon alanı vardır. Her tRNA molekülü sadece bir amino aside bağlanabilir fakat genetik kodun dejenere olması (yani genetik kodun aynı amino asidi belirten birden çok kodon içermesi) yüzünden farklı antikodonları oluşturan birçok tRNA tipi aynı amino asidi taşıyabilir.
Transfer RNA mRNA’daki kodon dizisini tanımaya aracılık eden kodonun uygun amino aside translasyonuna izin veren ve Francis Crick tarafından hipotezi kurulan "adaptör" molekülüdür. Yaklaşık 80 nükleotid uzunluğunda tek zincirli bir yapıdadır. Farklı tRNA bölgeleri hidrojen bağlarıyla birbirlerine bağlanmış haldedirler. tRNA'nın 3' ucu CCA nükleotid dizisine sahiptir ve burası amino asitlerin bağlandığı bölgedir. Antikodonlar 3'->5' yönünde mRNA'da kodonlar 5'->3' yönünde okunur. Örneğin antikodon baz sırası 3'-AAG-5' ise mRNA’daki kodon 5'-UUC-3' biçimindedir. mRNA’daki her bir amino asit kodonuna özgü bir tRNA olsaydı 61 çeşit tRNA olması gerekirdi. Oysa tRNA çeşidi yaklaşık 45'tir. Bunun sebebinin aynı antikodon bölgesine sahip olarak hazırlan tRNA'ların verilen amino asitlere uyumlu olarak birden çok kodonu tanıma yeteneğinde olduğu gösterilmiştir. Kodonların 3. pozisyonundaki baz ile onun antikodonundaki eşi olan 1. baz arasında standart olmayan bir baz eşleşmesi veya "oynaklık" özelliği nedeniyle bir tRNA çok sayıda kodonu tanıyabilir. Bu konuda en değişken tRNA oynak pozisyonunda inosin (I) bulunduran tRNA'lardır. İnosin 2. karbon atomunda amino grubu taşımayan bir guanin analoğudur. tRNA antikodonunun oynak pozisyonundaki inosin ile adenin sitozin veya urasil ile eşleşebilir. Örneğin tRNA antikodonu CCI olan bir tRNA GGU GGC ve GGA şeklindeki mRNA kodonlarına uyup glisin amino asidini büyümekte olan protein zincirine katabilir.
Aminoasil-tRNA Sentetaz
Kodon-Antikodon eşleşmesinden önce tRNA’nın doğru amino asidi taşıması gerekmektedir. Her bir amino asidi tRNA’ya bağlayan 20 çeşit aminoasil-tRNA sentetaz enzimi vardır. Bu enzimin aktif yüzeylerinden birine önce amino asidin bağlanması gerekir. ATP AMP’ye dönüşerek amino aside bağlanır ve aktive edilmiş amino asit kendine özgün enzime bağlanır. Daha sonra bu enzime ve amino aside özgü tRNA enzime bağlanır ve amino asitle tRNA arasında bir bağ oluşur. Bu sırada AMP de açığa çıkar. tRNA ile birleşen amino asit enzimden serbest bırakılarak sitoplazmaya geçer.
Ribozomlar
Ribozom protein sentezinin yapıldığı mRNA ile tRNA’lar arasındaki bağlantının kurulduğu organeldir. Büyük ve küçük alt birim olmak üzere iki kısımdan oluşur bunlar protein sentezi sirasında birleşirler. Ribozom protein ve ribozomal RNA’lardan (rRNA) meydana gelmiştir. Ökaryotlarda alt birimler çekirdekçikte sentezlenir. Her bir ribozomda üç bağlanma bölgesi vardır. Polipeptide eklenmek için bekleyen aminoasil-tRNA A yüzeyinde beklerken sentezlenen polipeptid P yüzeyinde durur. Yükünü boşaltan tRNA ise ribozomdan çıkmak için E yüzeyine geçer. Bu işlemlerin olabilmesi için mRNA kodonları ile tRNA antikodonları arasındaki eşleşmelerin uygun olarak gerçekleşmesi gerekir. Prokaryot ve ökaryot ribozomları arasında benzerliklerle birlikte bazı farklılıklar da vardır. Bakterilere karşı kullanılan antibiyotiklerin bazıları spesifik olarak prokaryot ribozomlarına etki ederek protein sentezini ve dolayısıyla bakterinin büyümesini durdururlar.
Polipeptid yapımı
Protein yapımı (Translasyon) üç aşamaya ayrılabilir: başlama uzama ve sonlanma. Translasyon için mRNA tRNA ve ribozomların yanı sıra bazı protein faktörleri de gereklidir. Enerji ise guanozin trifosfat’tan (GTP) sağlanır.
Protein sentezinin başlaması
Ribozom-mRNA birleşmesi ve tRNA oluşumu
DNA'yı kaynak olarak kullanan RNA polimeraz enzimi tarafından üretilen mRNA molekülü IF proteinlerinin yardımıyla önce ribozomun küçük altbirimine bağlanır. Daha sonra mRNA 5' ucundan okunmaya başlar. AUG kodonu protein sentezini başlatıcı kodondur. Bu kodona Met-tRNAi (bakterilerde fMet-tRNAf) molekülü bağlanır. Daha sonra ribozomun büyük alt birimi ile küçük alt birimi birleşir ve protein sentezi ilerler. Gerekli olan enerji GTP’den sağlanır. Başlatıcı kodona uyan tRNA ribozomun P bölgesine yerleşerek A bölgesine kodona uygun yeni bir aminoasil-tRNA gelmesi beklenir.
Uzama
Ribozomun A yüzeyine uygun antikodona sahip tRNA gelir ve hidrojen bağlarıyla kodona bağlanır. Bu sırada 2 molekül GTP harcanır. İkinci basamakta P yüzeyde bulunan polipeptid A yüzeyine gelen amino asit ile birleşecek biçimde ortama aktarılır. Ribozom mRNA üzerinde 3' yönüne doğru hareket ederek A yüzeyinde bulunan tRNA ile birlikte polipeptidi P yüzeyine aktarır. P yüzeyinde bulunan tRNA ise E yüzeyine geçerek ribozomdan uzaklaştırılır. Enerji GTP’den sağlanır. Ribozom mRNA üzerinde 5'->3' yönünde hareket eder. Okuma ise kodon seviyesinde gerçekleşir.
Sonlanma
Uzama mRNA üzerinde durma kodonlarına kadar devam eder. A yüzeyine serbest bırakıcı faktörler geldiğinde okuma sonlanır. Bu faktörlerin A yüzeyine gelebilmesi için mRNA’daki kodonun UAG UAA veya UGA şeklinde olması gerekir. Hidroliz enzimleri yardımıyla P yüzeyinde bulunan polipeptit serbestbırakılır. Böylece protein sentezi sonlanmış olur.
