Transcript PROTEİN SENTEZİ (Doç.Dr.Yıldız AKA KAÇAR) ZM106 Biyokimya 11. Hafta PROTEİN BİYOSENTEZİ • Bir genin nükleik asit bazlarının sırası aminoasit çeşitlerinin oluşumu ve bunlarında birbirleriyle oluşturdukları kombinasyonlar farklı protein biyosentezini sağlamaktadır. •

PROTEİN SENTEZİ
(Doç.Dr.Yıldız AKA KAÇAR)
ZM106 Biyokimya 11. Hafta
PROTEİN BİYOSENTEZİ
• Bir genin nükleik asit bazlarının sırası
aminoasit çeşitlerinin oluşumu ve
bunlarında birbirleriyle oluşturdukları
kombinasyonlar
farklı
protein
biyosentezini sağlamaktadır.
• Proteinler canlılarda en önemli yapısal
ve ödevsel fonksiyonları gören makro
moleküllerden biridir.
PROTEİN BİYOSENTEZİ
• Protein sentezi 5 ana başlık halinde
incelenmektedir.
– Amino asitlerin aktivasyonu
– Sentezin Başlaması (initiation)
– Zincirin uzaması (elongation)
– Sentezin sonlanması (termination)
– Kıvrılma ve sentez sonrası
modifikasyonlar
Protein Biyosentezinin Kuralları
• DNA, RNA sentezini RNA da
protein sentezini idare eder ve bazı
özel proteinler de hem DNA hem de
RNA sentezini katalize eder. Bu
dönüşüm bütün hücrelerde oluşur ve
moleküler biyolojide “Temel Kural”
olarak isimlendirilir.
• DNA-----RNA-----------Protein
Protein Biyosentezinin Kuralları
• Proteinler sınırlı sayıda farklı alt
ünitelerin birleşmesinden meydana
gelirler. 20 farklı amino asit protein
yapımında kullanılmaktadır.
• Alt ünitelerin herbiri sırayla zincire
eklenmektedir. Proteinlerin inşası adım
adım gerçekleşen bir olaydır. Protein
biyosentezi amino (NH2) kısmından
başlar ve karboksil (COOH) kısmına
doğru devam eder.
Protein Biyosentezinin
Kuralları
• Her zincir bir spesifik başlangıç
noktasına sahip olup, büyüme belirli bir
yönde devam eder. Dolayısı ile bu işlem
başlangıç ve durma sinyallerine ihtiyaç
duyar.
• İlk sentetik ürün genelde modifiye
edilir. Bir protein molekülünün
fonksiyonel formunun uzunluğu çok
seyrek olarak ilk uzunluğu ile aynıdır.
Protein sentezlenmesi
-Transkripsiyon
-Translasyon
olmak üzere iki aşamadan meydana gelir.
Transkripsiyon: DNA’dan proteine bilgi akışını
sağlayacak
olan
RNA’nın
sentezlenmesi
olayıdır.
Transkripsiyon (Yazılım)
• Transkripsiyon işlemi, DNA
replikasyonunda baz eşlenmesi kuralının
aynısını takip eder. Hangi DNA kaynağı
kullanılırsa kullanılsın sentez edilen
RNA
• (A+G)/(U+C)=1 oranına sahiptir.
• (A+G)/(T+C)=1--DNA
Transkripsiyon (Yazılım)
• mRNA’yı üretmek için transkript
edilen DNA iplikçiğine kalıp (sens)
iplikçiği ve karşısındaki tamamlayıcı
iplikçiğe de kalıp olmayan (antisens)
iplikçik adı verilir.
• Transkript edilen mRNA, T’nin yerine
geçen U dışında kalıp olmayan
iplikçiğe tam bir benzer diziye
sahiptir.
Transkripsiyon (Yazılım)
• Transkripsiyon gibi oldukça kontrollü
bir kimyasal reaksiyon kendi kendine
gerçekleşmez.
• Bu reaksiyon RNA polimeraz adı
verilen bir enzim tarafından katalize
edilir.
RNA polimeraz II : Transkripsiyonda katalizör
Bu enzim, beta, beta prime, alfa ve sigma
ünitelerinden oluşur.
Transkripsiyonun başlamasında sigma faktörü
etkili.
Transkripsiyonun evreleri
• Başlama (initiation)
• Uzama (elongation)
• Durma (termination)
Başlama: RNA polimeraz protein kodlayacak
genden daha önde bulunan promotor
(teşvik edici) olarak adlandırılan bölgeyi
tanır. Promotorun çekirdek bölgesinde
genin başlangıç noktasından 30 bp uzakta
bulunan TATA kutusu bulunur.
mRNA
GGGCGG
CCAAT
-200 bp
-100 bp
TATA
30 bp
Yüksek ökaryotlarda promotorun yapısı. TATA kutusu
mRNA başlangıç bölgesinden yaklaşık 30 bp önde
bulunur. Diğer iki korunmuş bölge CCAAT ve GGGCGG
kutuları genelde sırasıyla -100 bp ve -200bp uzaklıkta
bulunur.
RNA
polimerazdaki
sigma faktörü
enzimin özellikle
promotor
bölgesini
tanımasını ve
bağlanmasını
sağlar.
Önce gevşek
bağlanma
meydana gelir.
Yaklaşık 10 baz
çifti çözülür ve
RNA polimeraz
RNA zincirini inşa
etmeye başlar.
Uzama : Sigma faktörü RNA polimerazdan ayrılır.
Uzama 5’ 3’ yönünde devam eder.
Sona erme : Promotorların transkripsiyon
için başlangıç sinyalleri olarak görev
yapmaları gibi genlerin sonlarındaki diğer
bölgelerde sona eriş sinyali verirler.
RNA polimeraz sona eriş sinyallerini tanır
ve sonuçta olgunlaşmamış ham RNA ve
enzim DNA kalıbından ayrılır.
Sona erme : Transkripsiyonun sona ermesi ile ilgili iki
mekanizma vardır.
1- Durma dizilimi, 6 veya daha
fazla A tarafından takip edilen
GC’ce zengin 40 baz çifti
uzunluğunda bir bölge
içermektedir. RNA üzerinde
tamamlayıcı GC dizileri
sıralanış şekillerinden dolayı
kendisi üzerinde tamamlayıcı
Baz
bir bağ oluşturur (Saç tokası
eşleşmesi
kıvrımı). Kıvrımın sonunda
DNA’daki A’lara karşılık gelen
bir seri U yer alır. Bu kıvrım ve
U serisi RNA polimerazın
serbest kalması için bir
sinyaldir.
Saç
tokası
2- RNA polimerazın sona eriş sinyallerini tanıması
için Rho denilen bir protein faktörü rol oynar. Bu
şekilde sona eren RNA’larda saç tokası kıvrımı ve
U serisi bulunmaz. Burada Rho, RNA’daki spesifik
bir bölgeye bağlanarak RNA’yı RNA polimerazdan
kurtarır.
Sentezlenen bu transkript 3 aşamada
olgunlaştırılır.
1- 5’ ucuna 7-metil guanozin eklenmesi (capping)
2- 3’ ucuna poly A eklenmesi (memelilerde
yaklaşık 250 adenin, böcek ve mayalarda 150
adenin)
3- RNA’ daki intron bölgelerinin ayrılması ve
RNA’nın yeniden birleştirilmesi (splicing)
RNA Polimerazlar
RNA Pol I : rRNA sentezi
RNA Pol II : Protein kodlayan genlerin sentezi
RNA Pol III: tRNA sentezini katalize eder
Tür
Bağıl
oranı
(%)
Baz sayısı
rRNA
80
120-3500
tRNA
15
75
Amino asit taşınımı
mRNA
5
değişken
Protein sentezinde kalıp
İşlev
Ribozomlarda yapısal görev
t - RNA
Taşıyıcı RNA; 70 ile 80
nükleotidli
bir
moleküldür.
Zincirin bir ucu sitozin–sitozin–
adenin (CCA) ve diğer ucu guanin
(G) ile son bulur. Ayrıca
yapısında nadir bazlarda yer alır.
Biçimi 3 yapraklı yonca yaprağı
biçimindedir.
tRNA: Translasyonda adaptör görevi görür.
• Her amino asit için en az bir tane tRNA vardır.
• Her bir amino asit hem tRNA’yı hem de amino
asiti tanıyan bir aminoaçil tRNA sentezaz enzimi
tarafından tRNA’nın 3’ ucuna eklenir.
• 3’ ucu hemen tüm tRNA’larda
sahiptir.
• Yapının alt kısmında mRNA’ya
antikodon bölgesi bulunmaktadır.
CCA dizisine
karşılık
gelen
t - RNA
• tRNA nın rolü hücre ortamındaki amino
asitleri, mRNA tarafından kurulan
protein
montaj
zincirine
doğru
taşımaktır.
• Her tRNA belirli bir amino asit için
özgüldür.
• Bu özgüllük molekülün, bütün tRNA larda
bulunan CCA bölümünün hemen önündeki
ucunda yazılıdır.
• tRNA ve onun amino asidi bir tRNA–
aminoasit bileşiği oluşturur.
• Her an sitoplazma her amino aside
karşılık gelecek böyle bileşiklerden
yedekler bulundurmaktadır.
t - RNA
tRNA da yoncanın
yapraklarından biri üzerinde
bir baz üçlüsünden oluşan
özgül bir başka bölge
daha vardır. Bu üçlü amino
aside özgüldür ve mRNA
üzerindeki ilgili kodunun bir
‘’antikodon’’unu oluşturur,
Yani onun karşı-tipidir.
t - RNA
Ribozom tRNA üzerinde kayıtlı kodu
işlerken, onun her kodonda ‘’durduğu’’ ve
o belirli anda, bir tRNA ya ilişkin
antikodona
takıldığı
düşünülebilir.
Böylece tRNA lar, mRNA tarafından
şaşmaz bir düzene, yani genetik koda
göre kurulmuş montaj zinciri üzerinde
arka arkaya gelecek ve yeni koda göre
amino asitlerin birbirlerine takılmalarını
sağlayacaktır. Bir defa kullanıldıktan
sonra her tRNA yeni bir amino aside
bağlanır ve onu polipeptid zincirinde
dizmeye koyulur.
tRNA
Ribozom : Protein sentezinin yapıldığı yerler.
• rRNA ve proteinden meydana gelir.
• Prokaryotlarda, 30 S + 50 S = 70 S
• Ökaryotlarda, 40 S + 60 S = 80 S ünitelerinden oluşur.
• mRNA 30 S alt ünitesine,
• tRNA üstte bulunan A ve P bölgelerine gelir.
Translasyon : mRNA’dan protein sentezlenmesidir.
Başlama, uzama ve sona erme safhaları
Başlama
• mRNA,
•Ribozom,
•başlangıç faktörleri (IF 1, IF 2 ve IF 3 ) rol oynar.
Translasyon :
•Çoğu organizmada sentezlenen ilk amino asit Nformilmetionin’dir (AUG). Bu amino asit Met-tRNA yerine
fMet-tRNA diye adlandırılan başlangıç tRNA’sı
tarafından temin edilir.
Bakterilerden E. coli AUG ve GUG ve seyrek olarakta
UUG başlangıç kodonları kullanılmaktadır. Bu üçlülerden
biri başlangıç pozisyonunda bulunduğunda N-formilmetionin
tarafından tanınır ve metionin zincirdeki ilk aminoasit
olarak karşımıza çıkar.
Başlangıç safhası üç aşamada gerçekleşir.
1- mRNA’nın IF 3 faktörü tarafından teşvik edilmesi
ve ribozomun 30 S alt ünitesine bağlanması.
AUG
Başlangıç safhası üç aşamada gerçekleşir.
2- IF 2 faktörü GTP’ ye (guanozin trifosfat) ve
başlatıcı fMet-tRNA’ ya bağlanır ve fMet-tRNA’
yı ribozomun P bölgesine götürür.
IF2
UAC
AUG
Başlangıç safhası üç aşamada gerçekleşir.
3- Bir ribozom proteini parçalanarak iki alt ünitenin
oluşumu sağlanır.
IF 2 ve IF 3 serbest kalır (IF1’in rolü tam olarak açık
değildir, ancak ribozomun tekrar sirkülasyonunda rol aldığı
düşünülmektedir).
+50S ünitesi
IF3
UAC
AUG
IF 3
.
30S alt ünitesi
mRNA’yı bağlayabilen
kompleks
mRNA
IF 2
GTP
UAC
fMet-tRNA
Pi
IF3
IF2 ve IF3 serbest kalır
GDP
P Bölgesi
A Bölgesi
EF-Tu
GTP
EF-Tu, aminoaçil tRNA’nın A bölgesine
girişini sağlamak için GTP ile birleşir ve
tRNA’ ya bağlanır.
GTP, GDP’ ye hidrolize olur ve ortaya çıkan
enerji ile aminoaçil tRNA A bölgesine girer.
2. Uzama faktörü EF-Ts, EF-Tu ve GDP’ nin ribozomdan
ayrılması ve daha sonra EF-Tu-GTP’ nin meydana gelmesi
olaylarını düzenler.
P Bölgesi
3. Translokasyonda, peptidil RNA üzerindeki polipeptit zinciri
A Bölgesi
peptidiltransferaz enzimi tarafından katalize edilen
EF-Tu
reaksiyonda A bölgesinde aminoaçil RNA’ya transfer edilir.
GTP
Ribozom mRNA boyunca bir kodon ileri giderek translokasyon
gerçekleştirilir.
Peptidiltransferaz
3. Translokasyon bölümünde, peptidyl-tRNA
üzerindeki polipeptid zinciri peptidiltransferaz enzimi
tarafından katalize edilen bir reaksiyonda A
bölgesinde aminoaçil-tRNA’ya transfer edilir.
Daha sonra ribozom mRNA boyunca 5’ 3’ yönünde
bir kodon ileri giderek translokasyon gerçekleştirilir.
Bu adım uzama faktörü EF-G’nin yardımıyla ve bir
GTP’nin GDP’ye dönüşümüyle oluşur.
Bu işlem P bölgesinden boşaltılmış tRNA’yı serbest
bırakır ve yeni oluşturulmuş peptidyl-tRNA’yı A
bölgesinden P bölgesine transfer eder
P Bölgesi
A Bölgesi
EF-Tu
GTP
EF-G
SONA ERİŞ SAFHASI
- mRNA üzerindeki UAG, UAA ve UGA kodonları
durma kodonlarıdır
- Bunlar tRNA tarafından değil, RF1 ve RF2 olarak
adlandırılan serbest bırakma faktörleri tarafından
tanınırlar.
- RF1 faktörü UAA ve UAG kodonlarını, RF2 ise
UAA ve UGA kodonlarını tanırlar. Üçüncü bir
faktör olan RF3 ise zincir sonlanmasının
katalizasyonuna yardım eder.
- Peptidil-tRNA P bölgesinde iken serbest bırakma
faktörleri zincir sonlandıran kodonlara bir karşılık
olarak A bölgesine bağlanırlar
- Sonra polipeptid P bölgesinden serbest bırakılır ve
ribozomlar bir GTP molekülünün hidroliziyle
gerçekleştirilen bir reaksiyonda iki alt ünite halinde
bölünürler
- Bu noktadan sonra translasyon aygıtı UAG üçlüsünü
tanıyacak bir tRNA olmadığı için dur kodonundan daha
ileriye geçemez
- Bu durum protein biyosentezinin son bulmasına ve
ploipeptid parçasının serbest bırakılmasına neden olur
PROTEİN BİYOSENTEZİNİN GENEL ÖZETİ
- Başlangıç safhasında, ribozom mRNA’nın bir
bölgesindeki başlama noktasını tanır ve tek bir
amino asit taşıyan bir tRNA molekülünü bu noktaya
bağlar. Bakteriyel proteinlerin hepsinde bu ilk
amino asit daima N-formilmetionin
- Uzama safhasında, ikinci bir amino asit birinciye
iliştirilir. Sonra ribozom, mRNA molekülü üzerindeki
pozisyonunu değiştirir ve uzama devri tekrarlanır.
- Dur kodonuna ulaşıldığı zaman, amino asidlerden
oluşan zincir bir proteini oluşturmak için
kendiliğinden kıvrılır
- Hemen bunu takiben ribozom iki alt
ünitesine parçalanır
- Bu iki alt ünite daha sonra yeni bir mRNA
parçasının translasyonu için tekrar
birleşecektir
- Protein biyosentezi başlangıç, uzama ve
sona eriş faktörleri olarak adlandırılan birçok
katalitik proteinler ve enerji kaynağı olarak
kullanılan GTP (guanozin trifosfat) tarafından
katalize edilir