Yrd.Doç.Dr. Yosun MATER

Transkript

1 * Yrd.Doç.Dr.Yosun MATER

2 *Translasyon, bir proteinin sentezi için, DNA da nükleotit dilinde kodlanmış bilginin, bir mrna molekülü tarafından sitoplazmaya taşınmasını ve transfer RNA (trna) aracıları kullanılarak, primer amino asit diline çevrilmesidir. *Böylece genetik kod amino asit diline çevrilir. *Burada görev alan transfer RNA lar küçük molekülleküllerdir. *Uzunlukları genellikle nükleotittir. *Hücrede çok sayıda trna yeralır. *Bilinen ve tanımlanmış 20 amino asidin her birine özel trna lar vardır. *Bazen birden fazla trna aynı amino asitin taşınmasında görev alabilir. *Her trna sadece bir amino asit taşımak için tasarlanmıştır.

3 *Amino asitler, herbiri için özgün tasarlanmış trna nın 3 ucuna, yine amino asite özgü aminoasil-trna sentetaz adını alan enzimler yardımıyla bağlanır. *Çeviri aşamasında mrna üzerinde yer alan nükleotit dizisinde her 3 baz bir amino asidi kodlar ve buna kodon adı verilir. *trna nın üzerinde yer alan, bu kodonu tamamlayıcı yapıda ve amino asite özgün olan sıraya ise anti-kodon adı verilir. *Bu durum; trna nın hangi amino asidi kodladığını ifade eder. *Buna göre, trna nın üst bilgisi olarak amino asidin adı, alt bilgisi olarak da anti-kodon dizisi yazılır. *Yani trna, UUA dizisi içeriyorsa, lösin (Leucine)olarak yazılır.

4 *Çeviri başlangıç kodonu (initiation codon) ile başlar ve son uçta yer alan dur veya terminasyon (Stop, termination codon) kodonu yardımıyla sonlandırılır. *Karşımıza çıkan ve okunan bu kodlar okuma çerçevesi olarak adlandırılır. * Çeviri; ribozom, uygun amino asitle yüklü trna ve mrna arasında gerçekleşen, otomatik bir olaydır ve bu sistem bir makina kadar düzgün çalışarak, mrna da ki kodlara uygun olacak şekilde trna ların ribozomun belli kısımlarına gelmesi ve amino asitler arasında peptit bağları oluşarak uzamasıyla gerçekleşir.

5 *Dur kodonlarını gelindiğinde çeviri sonlanır ve sitoplazmada bulunan ve salınma faktörleri (releasing factors) denen moleküllerin yardımıyla polipeptit zinciri ribozomdan ayrılır. *Böylece sitoplazmada primer proteinler oluşur. *Bundan sonraki basamaklarda proteinin işlevsel hale geleceği diğer katlanmalar ve değişiklikler gerçekleşir. *Bu modifikasyonlar arasında fonksiyonel bir proteinin oluşturulması için, polipeptit iplikçikte ki ilk amino asitlerin kesilip uzaklaştırılması ve/veya yeni yüklü grupların (Ör: şekerlerin vbg) eklenmesi yer alır.

6

7 *Kodonlar ve amino asitler arasındaki yazışmalarda kullanılan kod, genetik kod adı verilen bir dizi kural tarafından belirlenir. *Birkaç istisna dışında, ökaryotlarda nüklear protein kodlayan genler ve prokaryotlarda yer alan genlerin hemen hemen tümünde çeviri kuralları aynıdır-evrenseldir. *Buna göre amino asit, üçlü kodonunun ilk iki bazı ile belirlenir. *Böylece üçüncü bazları farklı, ama aynı amino asidi kodlayan farklı üçlü kodonlar ortaya çıkmıştır (Arada istisnai durumlara rastlandığı için biyologlar evrensel kelimesi yerine "standart genetik kodu" tercih ederler). *Standart genetik kod Tablo 1.3 'de verilmiştir. *Bir kodonun üç nükleotitden oluştuğu biliniyorsa ve dört farklı nükleotit yapısı varsa, olası amino asit kodon sayısı 4 3 = 64 kodon kadar olmalıdır.

8 *Yapılan çalışmalar amino asitler tanımlayan 61 kodon olduğunu göstermiştir. *Üç tane de durdurma kodonu ile standart genetik kodlama tamamlanır. * Bu durumda 61 kodona anlamlı kodonlar adı verilir. *Standart-evrensel genetik durdurma kodonları UAA, UAG, UGA dır. *Çok nadir görülen, istisnalar dışında, genetik kod kesindir ve sadece bir amino asiti kodlar. *İstisnai durumlarda ise trna üzerindeki kod normalde kodlamadığı ama aslında kodlaması gereken amino asidin nadir rastlanan bir formunu tanımlar. *Bir örnekle bu durumu anlatmak istersek, örneğin Escherichia coli de UGA kodonu sistein yerine translasyon işlemi sona erdiğinde olağan dışı bir amino asit olan selenosisteini tanımlayabilir. *Bu da protein translasyonunun sonlanmasına yol açar.

9 *Bu amino asitlerin çoğu için 61 anlamlı kodon geçerlidir (20 üzerinden 18 inde). *Yukarıda bahsedilen ve örneği verilen bazı istisnai durumlarda ise bir amino asit, birden fazla kodon tarafından kodlanabilir. *Bu tip kodlara dejenere kod adı verilir. *Farklı kodonlar aynı amino asiti belirtmek için kullanılıyorsa bu kodlarada eş anlamlı veya sinonim kodlar denir. *Üçüncü konumunda yer alan bazın farklılaşması ile oluşan, birbirinden farklı eşanlamlı kodonlara da kodon ailesi adı verilir. *Örneğin, valin ( GUU, GUC, GUA, GUG ) için dört kodon kullanılabilir. *Bunlar valinin 4 lü kodon ailesini oluştururlar. *Bunun aksine, lösin amino asidini tanımlamak için altı kodon vardır. *Bunlardan dört tanesi lösin için 4 lü kodon ailesini oluştururken (CUU, CUC, CUA, ve CUG), iki tanesi 2 li kodon ailesini ( UUA ve UUG ) oluşturur.

10 *Protein oluşması aşamasında başlangıç amino asidi çoğu ökaryotta ve Arkaebakteri de metiyonin amino asitidir ve AUG kodonu ile kodlanan başlangıç kodonudur. * Bu amino asit genellikle olgun proteinlerde uzaklaştırılır. *Eubakterilerde başlangıç kodonu AUG olmasına karşın bu metionini değil onun farklı bir formu olan formilmetionini kodlar. *Benzer olarak alternatif başlatma kodonları farklı prokaryotlarda ve ökaryotlarda bilinmektedir. * Örneğin, yine bazı eubakterilerde başlangıç kodonu olarak GUG, UUG ve AUU ye azalan sıklıkta rastlanılmaktadır. *Saccharomyces cerevisiae mayalarında da AUG ye ek olarak, AUA, GUG, UUG, AUC ve AAG çevirinin başlatılması için kullanılan diğer başlangıç kodonlarıdır.

11 *Aynı zamanda, bazı damarlı bitkilerin kloroplastlarında yer alan plastit genomlarının da ciddi farklılıklar gösterdiği gözlenmiştir. *Benzer olarak çoğu hayvan mitokondriyal genomlarının da standart-evrensel genetik kodun farklı kodlarını kullandığı belirlenmiştir. *Vertebratlarda yer alan mitokondriyal genetik kodları içeren liste Tablo 1.4 'de görülebilir. *Burada standart genetik kod içinde iki arginin kodonu olarak yer alan kodonun, sonlandırma kodonu haline dönüştüğü, bir triptofan kodonunun- stop kodona ve bir isoleusin kodonunun da metionin kodonuna dönüştüğü görülmektedir.

12

13 *Birkaç prokaryotik genomda da vertebrat mitokondriyal kodonlara benzer şekilde, alternatif genetik kod kullanımları gösterilmiştir. * Örneğin, Mycoplasma genusuna ait eubakteri örneklerin de triptofan kodu olarak UGA kullanılır. *Standart genetik kodtan sapmalar yine benzer şekilde birkaç eukaryotun nüklear genomlarında gözlenmiştir. *Örneğin, Paramecium ve Tetrahymena cinsine ait siliatlar da UAA ve UAG yi glutamin amino asiti için, *Candida cylindracea mayasıda CUG'i serin kodlamada kullanır. * Özetle standart kodlar aslında küçük farklılıklar içerir ve sanıldığı gibi çok da evrensel değildir.

14 *Ayrıca bazı organizmalarda yer alan bazı genetik kodonların asla protein kodlamadığı görülmüştür. *Bunlar eksik kodonlar (Absent codons) denir. *Bunlara uygun trna lar olmadığı için üretilen bu kodonlara trna yönelmez. *Bunlara da tanımlanmayan-işlenmeyen kodonlar denir. *Örneğin, Gram pozitif bir öbakteri olan Micrococcus luteus genomundaki AGA ve AUA kodonları (Kano ve ark. 1993) bu tanımlanmayan kodonlar olarak bulunmuştur. *Benzer bir durum Mycoplasma capricolum genomu içindeki CGG kodonu da tanımlanmayan bir kodon olarak bulunmuş ve belirlenmiştir (Oba ve ark. 1991). *Bu tanımlanmayan kodonlar salınım faktörleri ile ribozomdan salınamazlar ve polipeptit ribozoma bağlı olarak kalır.

15 *Mutasyonlar *DNA dizileri, normal olarak replikasyon işlemi sırasında tam olarak kopyalanır. *Ancak DNA replikasyonu ve onarım sırasında, nadiren yeni sekanslar oluşması ya da hatalar meydana gelir. *Bu hatalara mutasyonlar denir. *Mutasyonlar evrimin, dolayısıyla değişimin ve yenilenmenin kaynağıdır. *Burada Mutasyon sürecinin dört yönü ele alınmaya çalışılacaktır: *1.Moleküler mekanizmalar canlılarda meydana gelen mutasyonların oluşturulmasından sorumludur. *2.Mutasyonların tüm genetik materyaller ve onların ürünleri üzerinde sahip oldukları etkiler, *3.Mutasyonların yapısal ve geçici özellikleri, *4.Mutasyonların raslantısal olarak oluşması ele alınacaktır.

16 *Mutasyonlar, somatik veya üreme hücrelerinde oluşabilir. *Somatik mutasyonlar, bizi evrimsel bağlamda çok ilgilendirmeyeceği için onları göz ardı edebiliriz. *Çünkü kalıtsal değildirler. *Burada bahsedilen mutasyonlar üreme hücrelerinde gerçekleşen ve kalıtsal olarak aktarılan mutasyonlardır. *Mutasyonlar etkilenen DNA dizisinin uzunluğu ile sınıflandırılabilir. *Örneğin, mutasyonlar, tek bir nükleotitte gerçekleşiyorsa buna nokta mutasyon ya da daha fazla sayıda nükleotidini etkiliyorsa bölgesel mutasyon (segmental mutasyon) adını alır.

17

18 *Mutasyonlarda kendi içinde oluş şekline, değişiklik türüne göre sınıflandırılabilir. *Buna göre: *(1) Yer değiştirme (Substitution mutation) mutasyonları, bir nukleotidin diğeri ile yer değiştirmesi, *(2) Rekombinasyonlar (Recombination), bir dizinin diğer bir sıra ile değişimi, *(3 ) Silme (Deletions), DNA, dan bir ya da daha çok nükleotidin çıkarılması, *(4) Eklenme (Insertions) çift kollu bir DNA segmenti ve dizisine bir ya da daha çok nükleotidin eklenmesi, *(5) Dönme (Inversions), çift iplikli DNA sarmalının iplikçiklerinden birinin yada ikisinin 180 dönmesi (Şekil 1.11) şeklinde olur.

19 *1.Yer Değiştirme Mutasyonları (Substitution Mutation) *Yer değiştirme mutasyonları ikiye ayrılır. *Bunlardan ilki geçiş tipi mutasyonları (transizyon tipi mutasyonlar) ve diğeri çapraz yer değiştirme mutasyonları (transversiyon tipi mutasyonlar) olarak ayrılır. *Transizyon tipi mutasyonlarda bir pürin, bir pürinle; bir primidin bir primidinle yer değiştirir. *Yani değişikler A ve G (pürinler) arasında, ya da C ve T (pirimidinler) arasındadır. *Çapraz yer değiştirme mutasyonları olan transversiyon tipi mutasyanlarda bir purin, bir pirimidin ile yer değişmektedir. *Transizyon tipinde dört tip değişim görülür. *A-G nine, G-A nine değişir. *T-C e ve elbette C-T e değişebilir. *Transversiyonda ise sekiz tip yer değiştirme gözlenir. *Bunlar; G-A, A-G, C-T, T-C, C-G, G-C, A-C, C-A, T-A, A-T, G-T ve T-G dir.

20 *Bu mutasyonlarla protein kodlama bölgelerinde meydana gelen değişiklikler, çeviri sonucu ortaya çıkacak protein ürünün yapısını ve/veya görevini etkilerler. *Buna bağlı olarak da bu mutasyonları sınıflandırabiliriz. *Oluşan yer değiştirme mutasyonu eğer aynı amino asitin üretimine neden oluyorsa bu mutasyonlar proteinin yapısı ve görevini etkilemez dolayısıyla sessiz (eşanlamlı) mutasyonlar adını alır (Şekil 1.12a). *Eğer proteinin yapısına ve/veya görevine etki ederse, bunlar anlamlı (farklı anlamlı) mutasyonlar adını alırlar. *Burada değişiklik merkezde olan önemli bir amino asitte değilse proteinin 2cil ve 3cül katlanmalarını etkilemez. *Bununla beraber merkezi bölgede yer alan amino asitlerden birinde ise proteinde ciddi bozukluklara yol açar.

21

22 *Eşanlamlı, sessiz mutasyonlar genellikle birbirlerinin yerine kullanılır. *Büyük bir çoğunluğunda bir proteinin amino asit sekansını değişmediğinden ve amino asit seviyesindeki kod değişimi, nükleotit dizisi incelendiğinde tespit edilebilir. *Ancak, eşanlamlı mutasyon her zaman sessiz olmayabilir. * Örneğin tek bir nükleotidin değişmesi ile amino asit değişmeyebilir ama orada ki dizi değişir. *Bu bölge bir sıçrama bölgesine ya da bir intron veya tam tersi ekzon bölgesine dönüşebilir.

23 *Merkezi bir dizide ise bir başka polipeptidi şekillendirebilir. * Örneğin, beta-globin, birinci eksonunda 25 kodon içerir. *Bunlardan biri GGA kodlu glisindir. *Eğer kodon GGT ye dönerse eş anlamlı bir değişiklik olur ve yine glisin kodlanır. *Bununla beraber bu değişikliğe sahip beta-globinlerde bir çerçeve kayması gözlenmiş, proteinin üretimi ile sonuçlandığında yeni bir dizi eklemenin olduğu anormal uzamalar gösterilmiştir (Goldsmith ve ark 1983).

24 *Böyle bir değişiklik artık "sessiz" değildir. *Bu nedenle, bu iki terim arasında aslında fark vardır. *Tabii ki, bir protein kodlanması sırasında, protein tanımlayan gendeki tüm sessiz mutasyonlar eşanlamlı mutasyonlardır, yani aynı amino asit oluşur. *Eş anlamlı olmayan (Nonsynonymous) veya amino asit değiştiren mutasyonlar ayrıca yanlış anlamlı (missense) ve anlamsız (nonsense) mutasyonlar olarakta sınıflandırılırlar. *Bir yanlış anlamlı mutasyon, daha önce (Şekil 1.12b) kodlanmış farklı bir amino asidi belirten bir kodon içine etkilenmeyen kodonu değiştirir. *Böyle bir mutasyon zamanından önce çeviri işlemini sonlandırılmasına ve/veya son kısmı olmayan, bir bölümü kesik bir protein (Şekil 1.12c) üretimine neden olabilirler.

25 *Stop kodon ile sonlandırılmayan proteinler, oluşturup bir anlamda kodonu değiştirirler. *Tek bir nükleotit değişikliği ile örneğin, UGC (Tyr) üreten ve orada takıldığı için tyrozin kuyrular oluşturan bir yapı sergileyebilir. *Bu fasih, kapalı daire mutasyonlarına neden olan değişikliklere pretermination kodonları denir. *Poli-adenilasyon sitesine kadar sentezi devam ettiren durdurma kodonları mutasyonları da bilinmektedir. *Anlamlı kodonların her biri, tek nükleotid değişikliği vasıtasıyla dokuz kodonu mutasyona uğratabilir. *Örneğin, CCU (Pro) UCU (Ser) için altı farklı mutasyon oluşturabilirsiniz. *Bunlar; ACU (Pr), GCU (Ala), CUU (Leu), CAU (His), veya CGU (Arg) oluşabilir. *Ayrıca üç tanede eşanlamlı CCC, CCA ve CCG mutasyonu oluşturur. *Diğer bir değişle standart genetik kodun amino asit tanıyan 61 anlamlı kodonu, 9 farklı yer değiştirme mutasyonu oluşturabilirse bu sonuçta (61 x 9 = 549) 549 olası yerdeğiştirme mutasyonu oluşabileceğini bize gösterir.

26 *Tabii bu hesap her yer değiştirme mutasyonunu eşit sıklıkta görüldüğünü kabul eden bir hesaplama sonucudur. *Oysa genetik kodun yapısında en çok gözlenen eşanlamlı yer değiştirme mutasyonları üçüncü konumundaki kodu esas kabul eder. *Yapılan çalışmalarda göstermiştir ki neredeyse meydana gelen tüm eşanlamlı yer değiştirme mutasyonlarından neredeyse %70 i üçüncü konumunda nükleotid değişikliği ile oluşmuştur. *Bunun aksine, kodonların ikinci konumunda tüm nükleotid değişiklikleri farklı anlamlı (nonsynonymous) mutasyonlardır. *Benzer nedenlerle birinci konumda nükleotid değişiklikleri ise proteinin yapısını ve/veya görevini (96 %) en fazla değişime uğratır. *Çalışmaların büyük çoğunluğunda, eş anlamlı bir kodonun değişimi, aynı amino asidi sadece bir ya da en fazla iki kez kodlar. *Bu kuralın yegane istisnası iki kodon ailesinde (AGU ve AGC) ile, dört kodon ailesinde (UCU, UCC, UCA ve UCG) ait bir serin kodon alışverişidir. *Böyle bir olay iki farklı anlamlı (nonsynonymous) nükleotid değişikliğini gerektirir.

27 *DNA replikasyonu sırasında oluşan yanlış eşleşmelerde yerdeğiştirme mutasyonlara neden olabilir. *Bu mutasyonların yanlış eşleşmeden olduğu düşünülmektedir. *Azotlu bazlardan bazıları, bir çok olumsuz totomerik formu kabul edebilir. *DNA replikasyonununda örneğin purin - pirimidin yanlış eşleşmeleri (Cı - A) enol yerine, keto formunun gelmesi, sitozin yerine adenine geçmesine neden olabildiği gösterilmiştir (Watson ve Crick 1953) ( Şekil 1.13). *Benzer şekilde amino grubu yerine imino grubu geçmesiyle adenine yerine sitozin geçmesi mümkün olur. *Topal ve Fresco (1976 ) pürin - pürin yanlış eşleşmelerinin oluşabildiğini ama primidin- primidin yanlış eşleşmelerinin olamayacağını gösterdi.

28 *Özetle yapılan çalışmalar Purin- pirimidin yanlış eşleşmelerini A *: C, A: C *, G * : T ve G : * T ve purin- purin yanlış eşleşmeleri A *:A, G: A *, G: G *, G * : A 'nin * olumsuz tautomerik formu ile temsil edilebilir. *Bu durumda, yer değiştirme mutasyonları ortaya çıkmasını sağlayacak iki yol vardır. *Bunlardan ilki olarak eşleşme aşamasında yanlış pürin - pirimidin çiftlerinden kaynaklanan hatalar Ör: A : T çifti ve G : C çifti dört olası hatalı eşleşme yapabilir. *Bunlar C: A *, A: C *, G : T * ya da G * : T. İkinci yol ise transversiyonlar pürin - pürin yanlış çiftler oluşmasından kaynaklanan mutasyonlardır.

29

30 *KULLANILAN KAYNAKLAR * 1 Fundamentals of Molecular Evolution (2000) Dan Graur and Wen-Hsiung Li Sinauer Associates, Inc.,Publishers. Sunderland, MA, USA.