Genetik şifre nedir, protein sentezi nedir? Genetik şifre ile protein sentezi arasındaki ilişki, özellikleri, konu anlatımı
GENETİK ŞİFRE ve PROTEİN SENTEZİ
Canlılık olaylarının biyokimyasal tepkimeler olduğunu, bunları enzimlerin katalizlediğini ve enzimlerin de protein ile koenzimlerden oluştuğunu öğrenmiştik. Canlılık olaylarını katalizleyen enzimler, yöneten de DNA olduğuna göre, DNA ile enzim sentezi arasında bir ilişki olmalıdır. Yapılan araştırmalar; DNA’nın, enzimlerin protein olan bölümünün sentezini yönetfiğini ortaya çıkarmıştır.
DNA molekülündeki nükleotitlerin alt alta dizilişi, canlının kalıtım bilgisini taşıyan bir tür şifre idi. Canlının özel proteinlerj ve enzimlerin protein olan bölümleri, bu şifreye göre yapılır. DNA, taşıdığı şifreye göre enzim sentezini yönettiğinden hücreyi de yönetmiş olur.
Bilim adamları, proteinlerin hücrenin neresinde yapıldığını araştırmak için, radyoaktif izotoplarla işaretli aminoasitler kullandılar. (Proteinlerin, aminoasitlerin dehidrasyon sentezi ile birleşmesinden oluştuğunu anımsayınız.) Işınım yapan aminoasitlerin ribozom denilen hücre organelinde toplanması, proteinlerin burada yapıldığının kanıtı oldu.
Aminoasitlerin 20 çeşidinin olduğunu ve 50 ile 3000 tanesinin birleşmesinden çok sayıda protein oluşabildiğini 1. bölümde görmüştük. Bir canlıdaki protein çeşidi ise birkaç bin kadardır. Canlılarda sürekli protein sentezlenir. Yapılan proteinler, daha önceden sentezlenmiş olanların benzerleridir.
Proteinler sentezlenirken aminoasitler rastgele birleşseydi, önceden sentezlenmiş proteinlerin bir benzerinin oluşması beklenemezdi. Bu duruma göre; sentezlenen protein çeşidi ile ilgili bilginin, kalıtım bilgisini taşıyan DNA’dan ribozomlara gitmiş olması gerekir.
1968’de Amerikalı Marshal Nirenberg, kalıtım bilgisini ribozomlara, DNA’nın sentezlediği m—RNA (mesajcı RNA=elçi RNA= haberci RNA) nın taşıdığını göstermiştir.
Araştırıcı, bir hücreden elde ettiği m—RNA’yı başka bir hücreye ekledi, m—RNA eklenen hücrede protein sentezinin artması, protein yapılması ile ilgili bilginin ribozomlara m—RNA’lar tarafından iletildiğini ortaya çıkardı.
Nirenberg, başka hücreden gelen yabancı m—RNA’nın taşıdığı bilgiyi okuyabilen ribozomlara yapay (sentetik) m—RNA eklemeyi düşündü. Bilindiği gibi m—RNA’lar, laboratuvarda yapay olarak nükleotitlerin birbirlerine bağlanmasıyla sentezlenebilirler. Nirenberg, sadece urasil nükleotitinden oluşan m—RNA (U – U – U – U – U – U – U – U…) hazırladı. Hazırlanan m—RNA’ları 20 ayrı deney tüpüne koydu. Her deney tüpüne ayrıca ribozomlar, enzimler ekledi. Radyoaktif işaretli 20 çeşit aminoasidi de farklı deney tüplerine koydu. Sonuçta 19 tüpte protein sentezlenmezken, fenilalanin aminoasidi bulunan tüpte, fenilalaninlerin birbirine eklenmesinden oluşan protein elde edildi.
Bir DNA veya m—RNA zincirinde 4 çeşit nükleotit bulunduğunu biliyorsunuz. Bu nükleotitlerden her biri bir çeşit aminoasidi şifrelemiş (kodlamış) olsaydı, ancak 4 çeşit aminoasit şifrelenebildi. Canlıların taşıdığı proteinlerde genellikle 20 aminoasitin tümü bulunur. Eğer bir aminoasidi iki nükleotit şifrelemiş olsaydı, bu kez de 16 çeşit aminoasit kodlanabilirdi. Bu durumda bütün aminoasitlerin şifrelenebilmesi için en az 3 nükleotitin bir aminoasidi kodlaması gerekir. Böyle olduğunda aminoasitleri şifrelemek için gereken fazla kod oluşacaktır. Bu kodların fazlalarının; DNA’da bulunan, bugün bilemediğimiz birçok bilgiyi sitoplazmaya ilettiği sanılmaktadır.
Bu düşünceden giderek, sentetik m—RNA’daki her 3 urasil nükleotidinin (U – U – U) yapılmakta olan proteine “Bir fenilalanin ekle!” anlamına geldiğini söyleyebiliriz. Sonradan yapılan araştırmaların, DNA ve m—RNA’daki her 3 nükleotidin bir aminoasidi . şifrelediğini ortaya çıkardığını da belirtelim.
Bu buluştan sonra, pek çok bilim adamı Nirenberg’in benzeri çalışmalar yaptılar ve DNA ile RNA’daki alt alta gelen üç nükleotidin hangi aminoasidi kodladığını buldular.
|DNA||Elçi RNA||Taşıyıcı RNA||Aminoasit Adı|
|AAA||UUU||AAA||Fenilalanin|
|ASS||UGG||ASS||Glisin|
|AGS||USG||AGS||Arjinin|
|ATT||UAA||AUU||Lisin|
|ATG||UAS||AUG||Histidin|
|AAG||UUS||AAG||Serin|
PROTEİN (ENZİM) SENTEZİ NASIL YAPILIYOR?
Protein sentezi yapılacağı zaman, DNA molekülünün iki ipliğini (zincirini) bağlayan zayıf hidrojen bağları enzim tarafından açılır. Bu ipliklerin birinde m—RNA sentezlenir.
DNA ‘nın, m—RNA sentezlemesine transkripsiyon denir. DNA nın m—RNA sentezleyen ipliğine anlamlı zincir, ötekine ise tamamlayıcı zincir denir.
m—RNA, DNA nın anlamlı zincirindeki nükleotit dizilişine göre yapıldığından. DNA’nın şifresini almış olur.
Sentezlenen m—RNA’daki Uç nükleotitlik bölümlere kodon denir. Her kodon bir aminoasit şifreler.
Bir m—RNA’nın uzunluğu, sentezlenecek proteindeki aminoasit sayısı ile ilgilidir. Örneğin, 60 aminoasitlik bir proteinin sentezlenmesine kalıplık etmek için hazırlanan m—RNA, 60 kodon taşır. Her kodon 3 nükleotitten oluştuğundan, bu m—RNA 180 nükleotitten oluşmuştur.
Bu kez aynı problemin örneğini tersten verelim: 330 nükleotitten oluşan m—RNA 110 kodon taşır ve 110 aminoasidi şifreler.
m—RNA, sentezlendiği DNA’nın anlamlı zincirinden ayrılıp çekirdek zarım geçer ve sitoplazmaya gider. Bu sırada DNA’nın açılan iplikleri yeniden kapanır.
Sentezlenen m—RNA’ya göre tekrar tekrar protein yapılabilir. Başka bir deyişle söylersek, bu m—RNA çok kez kullanılabilir. Doğaldır ki, bu m—RNA’ya göre yapılan proteinler aynı olur.
İnsan dahil pek çok canlının sentezlediği m—RNA’lar, genellikle iki gün içinde bozulurlar. Bu yüzden; DNA 1ar, gerekiyorsa aynı m—RNA’yı aralıklı olarak, sürekli biçimde sentezleyebilir.
Bir hücrede m—RNA’ya göre yapılan proteinin sentezi durdurulmak isteniyorsa, bu kez m—RNA sindirim enzimleri ile nükleotitlerine parçalanır.
m—RNA’ya göre, hücrelerin yapısını kuran proteinler ya da enzimler yapılır. Bu durumda m—RNA sentezlenirken yapılan bir yanlışlık, hücrelerin yapı elamanı olan proteinlerin veya enzimlerin protein olan bölümlerinin değişmesine neden olur. Bu durum geçici olur. Çünkü DNA, daha sonra aynı m—RNA’yı her zaman doğru olarak sentezleyebilir.
m—RNA’lar protein sentezine kalıplık etmek için ribozomlara bağlanırlar.