Translasyon. Doç. Dr. Nurten Özsoy. mrna tarafından taşınan bilgilerin protein dizilerine aktarılmasıdır. sitoplazma serbest amino asitler.

Transkript

1 Translasyon Doç. Dr. Nurten Özsoy mrna tarafından taşınan bilgilerin protein dizilerine aktarılmasıdır Gen protein zinciri Sentezlenen mrna sitoplazma serbest amino asitler trna ribozom

2 Transkripsiyon DNA 3 5 RNA transcript RNA nın işlenmesi Ekson RNA polimeraz RNA transcript (pre-mrna) Intron Aminoaçil-tRNA sentetaz NUKLEUS Başlama kompleksinin oluşumu Sitoplazma Amino acid trna AMİNO ASİD AKTİVASYONU A mrna Büyüyen polipeptid Aktive edilmiş amino asid 3 E P Ribozom altbirimi 5 TRANSLASYON E A Antikodon Ribozom Kodon

3 Genetik kod: mrna üzerinde 5' 3' yönünde nukleotidlerin sıralanması Kodon mrna da, 5' 3' yönündeki üçlü nukleotid dizileri Antikodon trna larda, mrna lardaki kodonlara baz eşleşmesine uyacak şekilde, üçlü nukleotid dizileri DNA Amino asid Gen 1 Gen 2 Gen 3 antikodon kodon

4 Genetik kodun özellikleri Genetik kod evrenseldir. Genetik kod 4 farklı bazın üçlü dizisi şeklinde olduğundan 4 3 =64 kodonu içerir. Üçlü kodonun son nukleotidi değişkendir (wobble). mrna (3') (5') (kodon) trna (5') (3') (antikodon) Kodonun üçüncü bazı antikodonun ilk bazına uyar. (diziler 5' 3' okunur)

5 Antikodonun ilk bazı Kodonun 3. (wobble) bazı trna kodonu tanıyabilir

6 Yirmi amino asitten iki tanesi; metiyonin ve triptofan birer kodona sahiptir. Geri kalan amino asitler için iki, üç, dört veya altı kodon mevcuttur. Bir amino asidin birden fazla kodona sahip olması durumuna dejenere olma denir. Genetik kodun dejenerasyonu Amino asit Kodon sayısı

7 GENETİK KOD

8 3. Üç kodon bir amino asidi belirlediği zaman sadece ilk iki bazı farklı olan kodonların trna ları farklıdır. Örneğin antikodonu (5') ICG olan trna arg üç farklı arginin kodonu tanıyabilir trna (antikodon) (3') G-C-I G-C-I G-C-I (5') mrna (kodon) (5') C-G-A C-G-U C-G-C (3') Francis Crick in wobble baz hipotezine göre: Kodonun ilk iki bazı antikodondaki bunlara uyan iki bazı ile Watson- Crick baz çifti oluştururlar ve amino asitlerin spesifisitesini tayin ederler 2. Antikodonun 1. bazı, trna tarafından okunan kodon sayısını belirler. Antikodonun 1. bazı C veya A - trna bir kodonu U veya G - trna iki kodonu I - trna üç kodonu tanır.

9 4. Amino asidler için 3 kodon şifreleme yapmaz - UAA, UAG, UGA. Bunlara anlamsız kodonlar denir. Hücrede en az 2 tanesi sonlandırma sinyalleri olarak kullanılır. Geri kalan 61 kodon amino asidleri kodlar. 6. Genetik kod üst üste gelmeyen bir özelliktedir. Genetik kod ta kodonları ayıran nokta, virgül gibi kesinti yoktur ve mesaj anlamsız bir kodona erişene kadar üçlü bazlardan ibaret bir dizi şeklinde okunur. Kodonlar mrna üzerinde birbirini izleyerek yan yana dizilmiştir. Sıranın bir nukleotidinin kayması bile önemli protein değişikliklerine neden olur. 7. AUG hem başlangıç metiyonin in kodonu hem de ara metiyoninlerinin kodonudur kodon 20 amino asid için eşit ve dengeli bir şekilde dağılmamıştır. mrna daki herbir amino aside özgü olmak üzere 2, 3 veya 4 gibi daha çok sayıda farklı üçlü diziler saptanmıştır.

10 Kodonların ilk 2 bazının bir aile oluşturduğu düşünülürse, bu 64 muhtemel kodonun 16 aile oluşturabileceği anlaşılır. Bazı ailelerde 4 kodon ayni amino asidi şifreler. Bunlara karışmamış aileler denir. 16 kodon ailesinin 8 i karışmamıştır. Bir amino asidden fazlasını şifreleyen kodon aileleri ise karışıktır (6 aile). Geri kalan 2 aile de UG ve AU aileleridir.

11 Ökaryotik Prokaryotik Ribozomlar Proteinler Altbirimler Ribozomlar

12 Protein biosentezinin mekanizması 1. Amino asidlerin aktivasyonu (sitoplazmada gerçekleşir) Amino asid + trna + ATP Aminoaçil-tRNA + AMP + PPi Amino asid Aminoaçil-tRNA sentetaz. ATP adenozin pirofosfat P i fosfat P i trna adenozin AMP adenozin Enzimaminoaçil AMP Aminoaçil trna Her amino asid için özel bir enzim bu amino asidi aktive eder. Aktivasyon için gerekli olan kimyasal enerji ATP tan sağlanır. Bu esnada enzimle birleşmiş olan amino asidin karboksil grubunun ATP ile reaksiyona girmesi sonucunda enzim-aminoaçil AMP meydana gelir ve PPi açığa çıkar. Bu suretle meydana gelmiş aktive edilmiş amino asidi yine aynı enzimler tarafından trna ile birleşerek aminoaçil trna oluşur. Aminoaçil-tRNA (aktive edilmiş amino asid)

13 Aminoaçil-tRNA sentetaz Aminoaçil -trna Adenin RNA nın 3' ucu Sınıf I sentetazlar (monomerik) Adenin Enzim- aminoaçil AMP (karışık bir asit anhidrit tir) Adenin Sınıf II sentetazlar (dimerik) Adenin Adenin Adenin Adenin Adenin Transesterifikasyon 2'-O -aminoaçil trna 3'-O-aminoaçil trna

14 trna nın 3' ucu Aminoaçil grubu kolu Amino asit kolu kolu Antikodon kolu 3'-O aminoaçil trna

15 Enzim (aminoaçil-trna sentetaz) + Amino asid + ATP Enzim-aminoaçil AMP + PPi Enzim-aminoaçil AMP + trna Aminoaçil-tRNA + Enzim + AMP Enzim + Amino asid + ATP + trna Aminoaçil-tRNA + Enzim + AMP + PPi Başlama Başlama kodonu AUG dir Her protein sentezi metiyonin ile başlamaktadır. Hücrede metiyonin için özel iki trna türü bulunmaktadır. - protein molekülünün içinde herhangi bir noktada yer alan metiyonini taşıyan trna Met-tRNA Met şeklinde gösterilmektedir. -Met-tRNA fmet (formilmetiyonil-trna) şeklinde gösterilen trna molekülü, mrna üzerindeki doğru başlama bölgesini tanıyabilmektedir (başlama kodonuna bağlanmaktadır) Metiyonin + trna Met (fmet) + ATP Metiyonil-tRNA fmet +AMP + PPi N 10 -Formil THF Metiyonil-tRNA Met (fmet) +AMP + PPi Her ikisinin aktivasyonunu aynı metiyonilaçil-trna sentetaz gerçekleştirir Transformilaz N-Formilmetiyonil-tRNA fmet THF (fmet-trna fmet )

16 Prokaryotlarda metiyoninin fmet-trna fmet molekülüne bağlandıktan sonra formillenmesinin başlıca iki amacı bulunur. 1. Sentez başlarken ribozomun peptidil (P) bölgesinde bulunabilen tek aminoaçil-trna olmasını sağlamak. 2. fmet-trna fmet nin mrna içinde bulunan metiyoninin kodonları için kullanılmasını engellemektir. Ökaryotlarda ise polipeptidin N-ucundaki ve içindeki metiyoninler aynı olmasına rağmen, başlangıç metiyoninin bağlayan trna özeldir. N-formilmetiyonin

17 Prokaryotlar Polipeptid zinciri Ribozom Aminoaçil-tRNA

18 Prokaryotlarda sentezin başlaması Sentez polipeptid zincirinin N-ucundan başlar 1. 30S ribozom altbirimi 2. Sentezlenecek polipeptidi şifreleyen mrna 3. Başlangıç fmet-trna fmet 4. Başlama faktörleri (IF-1, IF-2, IF-3) 5. GTP 6. 50S ribozomal altbirimi 7. Mg 2+ ye gereksinim vardır

19 Başlama basamağı 1 mrna Üç bölgeli ribozom modeli (Danesh Moazed ve Harry Noller tarafından önerilmiş) P bölgesi uzayan peptid zincirini A bölgesi gelen aminoaçil-trna molekülünü taşır E bölgesi aminoaçil grubunu veren trna molekülünün ribozomu terketmeden önce beklediği bölgedir. mrna molekülünün 5' ucuna küçük ribozom alt birimi molekül boyunca ilerleyerek, fmet-trna fmet molekülünün antikodonu ile baz eşleşmesi yapabilen AUG kodonuna geldiği zaman protein sentezinin başlama noktasını bulmaktadır. Bir ribozomda dört tane RNA bağlanma bölgesi vardır: Bunlardan bir tanesi mrna için, üç tanesi de (A, P ve E) trna içindir.

20 Oluşan mrna nın AUG şifresinden ribozoma bağlandığı konusunda J. Shine ve L. Dalgarno tarafından 1974 yılında bakteriler üzerinde yapılan bir çalışma ile tespit edilmiştir. Bu çalışmanın sonucu olarak mrna nın 5'-uç kısmında yer alan başlatıcı kodon AUG den yaklaşık 10 nukleotid öncesinde AGGAGGU bazlarından oluşan ve Shine-Dalgarno dizisi olarak isimlendirilen bölgenin ribozomun küçük alt birimindeki 16S rrna nın 3' uç kısmında uyumlu bir bölgeyi (UCCUCCA) tanıyıp bağlandığı anlaşılmıştır. Ökaryotlarda ise Shine-Dalgarno dizis bulunmaz ve bunun yerine mrna nın 5' uç bölgesinin ilk bazları olarak metillenmiş guanin ile oluştuğu düşünülmektedir. Shine-Dalgarno dizisi Sadece prokaryotlarda bulunmuştur. 4 ile 9 arasında purin kalıntısı içeren, başlama kodonunun 5' ucundan 8-13 baz çifti uzunlukta bir başlangıç sinyalidir.

21 Başlama basamağı 2 Büyük ribozom alt birimi küçük ribozom alt birimine, başlama kodonu (AUG) P konumunda olacak şekilde bağlanır Başlama basamağı 3 fmet-trna fmet nin antikodonu AUG başlama kodonuyla eşleşecek şekildedir ve UAC dir. Gerekli enerji GTP den sağlanır.

22 30S ribozomal altbirimi Başlama faktörleri GTP 30S başlama kompleksi Basamak 1. 30S ribozom altbirimine iki başlama faktörü, IF-1 ve IF-3, bağlanır. IF-3, 30S ve 50S altbirimlerinin erken birleşmesini engeller. Başlangıçtaki (5') AUG doğru yerine mrna daki Shine- Dalgarno dizisi ile yönlendirilir. IF-1 in önceden A bölgesine bağlanması, fmet-trna fmet nin P bölgesine yönlenmesini mümkün kılar. Basamak 2. 30S altbirimi, IF-3 ve mrna dan oluşan komplekse hem GTP-bağlı IF-2 ve hem de başlatıcı fmet-trna fmet katılır. trna nın antikodonu mrna nın başlama kodonuyla doğru baz eşleşimi yapar.

23 30S başlama kompleksi Basamak 3. Bu büyük kompleks 50S ribozom altbirimiyle birleşirken, aynı anda IF-2 ye bağlı GTP, GDP ve Pi a parçalanarak kompleksten ayrılır. Basamakların tamamlanması başlatma kompleksi adı verilen, işlevsel bir 70S ribozomu oluşturur. 70S başlama kompleksi

24 Uzama Başlangıç kompleksi (70S ribozomu) Aminoaçil-tRNA Uzama faktörleri (EF-Tu, EF-Ts ve EF-G) GTP gereklidir

25 Zincir uzaması 1 UAC UGG Uzama basamağı başlama kodonuna komşu, ribozomun A bölgesindeki kodona ait amino asidi taşıyan trna molekülünün aminoaçil-trna şeklinde ribozoma bağlanması ile başlamaktadır. Zincir uzaması 2 İlk aminoaçil-trna nın aminoaçil kalıntısı, ribozoma ikinci olarak gelen aminoaçil-trna nın amino grubuna peptidil transferaz enzimin yardımıyla peptid bağı ile bağlanır. Bu tepkimeye transpeptidasyon adı verilir. Meydana gelen dipeptid: Met-Thr

26 Peptid bağı oluşumu Transpeptidasyon, aminoaçil-trna molekülünün amino grubunun, peptidil-trna molekülünün ucundaki karboksil grubu ile nukleofilik olarak etkileşmesini kapsamaktadır. Böylece P bölgesinde bulunan peptid, peptidil transferaz enzimin etkisiyle A bölgesindeki aminoaçil-trna ile ester bağı (peptid) yaparak bağlanmakta ve P bölgesinde peptidi taşıyan trna ise serbest kalmaktadır.

27 Zincir uzaması 3 Translokasyon (yer değiştirme): Ribozom mrna üzerinde 3' yönünde ve translokaz enzimin etkisiyle P konumu bir sonraki kodonu kapsayacak şekilde hareket eder ve böylece dipeptidil-trna A konumundan P konumuna kayar ve deaçil-trna E konumuna geçer. Translokasyon olayı için gereken enerji translokaza bağlı GTP ın hidrolizi ile meydana gelir. UAC UGG

28 Polipeptid uzamasının temel döngüsü translasyonun etkin ve doğru olmasını sağlar. Her döngü sürecinde ribozoma iki uzatma faktörü (EF-Tu ve EF-G) girer ve çıkar. Bunların ikisi de GTP yi GDP ye hidroliz eder ve bu işlem sırasında şekil değişikliğine uğrarlar. EF-Tu translasyonun hızlı bir şekilde ilerlemesine yardımcı olmanın ötesinde, yüklü trna ile kodon arasındaki ilk etkileşimi de izleyerek, translasyonun doğruluğunu arttırdığı düşünülmektedir. İlk bağlanma işleminde, EF-Tu ya sıkıca bağlanmış olan bir aminoaçil trna molekülü küçük alt birimin A yerindeki kodon ile geçici olarak eşleşir (uzama faktörleri kodon antikodon eşleşmesine izin verirken, amino asidin uzayan polipeptid zincirine bağlanmasını engeller). İlk kodonun tanınması, EF-Tu nun üzerindeki GTP nin hidrolizlenmesini tetikler (bu süreç yanlış yerleşmiş olan trna nın ribozomdan çıkmasına olanak verir). EF-Tu trna yı bırakarak ribozomdam ayrılır ve protein sentezinin devam etmesine olanak sağlar (bu süreç yanlış bir trna molekülünün varlığında tam eşleşmeyen kodon-antikodon çiftin bu süre içinde kendiliğinden ayrılmasına olanak verir). Yeni bir aminoaçil-trna nın A konumuna girmesi için EF-Tu ya bağlı olan GDP in GTP ile değişmesi gereklidir. Bunu sağlamak için Ts faktörü devreye girer.

29 Translokasyon Peptidil transferaz EF-Ts nin yardımıyla EF-Tu ya bağlı olan GDP in G ile değişm Peptid bağı oluşumu Ribozomun mrna üzerindeki hareketini EF-G proteini bir mol GTP hidroliz ederek sağlar

30 Zincir uzaması 4 E bölgeden trna hidrolitik olarak ayrılarak sitozole geçer. Zincir uzama basamakları tekrarlanır 1-4 Peptidin uzama süreci bu şekilde devam eder ve olay ribozomun mrna nın 3' ucundaki sonlanma kodonuna kadar sürer. UGG GUG

31 Zincir uzaması basamağı deaçil-trna nın E bölgeden ayrılmasıyla son bulmaktadır.

32 Sonlama basamağı 1. Polipeptid zinciri P bölgesinde, sonlanma kodonu (UAA, UAG veya UGA) A bölgesindedir. Sonlama basamağı 2. Sonlanma veya salıverici faktörler (proteinler) A konumundaki sonlanma kodonuna bağlanır.

33 Sonlama basamağı 3. Sonlanma faktörlerin esteraz aktiviteleri ile P konumunda bulunan polipeptidil-trna nın trna-3'-o-o- C.. ester bağını hidroliz eder Met-Thr-His-Asp-Gly Sonlama basamağı 4. Ayrılan polipeptid ribozom sisteminden dışarı çıkar ve 70s ribozomu yeni bir protein sentezini başlatmak üzere 30s ve 50s alt birimlerine ayrılır.

34 Üç sonlanma faktörü (RF) devreye girer: RF-1, UAG ve UAA kodonlarını RF-2, UGA ve UAA kodonlarını tanır. RF-3, iki sonlanma faktörünün bağlanmasını GTP hidrolizi ile kolaylaştırır.

35 Peptidil-tRNA hidrolizi

36 Ökaryotlar Primer transkriptin işlenmesi Primer transkript

37 Başlama faktörleri Ökaryotlarda sentezin başlaması Ökaryotlarda sentezin başlaması prokaryotlara göre daha karmaşıktır. Başlangıç kompleksinin oluşması için çok sayıda ökaryot başlama faktörü (eif) devreye girer. 40S altbirimi + başlama faktörleri 60S altbirimi Başlama faktörleri 80S başlama kompleksi Küçük ribozom altbirimi, 5' kep yapısını ve üzerine bağlı olan eif-4e, eif-4g ve eif-4a faktörlerinden oluşan eif4f i tanıyarak mrna molekülünün 5' ucuna bağlanır. Bundan sonra, küçük altbirim mrna boyunca ilerleyerek (5' den 3' ne doğru) ilk AUG yi arar. Bu işlem ATP den aldığı enerji ile küçük altbirimin RNA ikincil yapısı boyunca tarama yapmasına olanak veren helikazlar gibi ilave başlangıç faktörleri (eif-4a) tarafından desteklenir. AUG kodonuna geldiği zaman başlama faktörleri küçük altbiriminden ayrılır.

38 Ökaryot mrna larının 3' ve 5' uçları, çeşitli başlama faktörlerini ve poli(a) ya bağlanan protein (PAB) içeren protein kompleksiyle bağlıdır. Başlıklı ucu tanıyan ve oraya bağlanan eif- 4E, eif-4g ve eif-4a faktörlerinden oluşan eif4f dir. eif-4g, hem eif-4e hem de PAB ye bağlanarak bunları bir arada tutar. RNA helikaz aktivitesine sahip olan eif-4a yardımı ile mrna nın ikincil yapısı açılarak, ribozom altbirimlerine ulaşmak mümkün olur. Gen Tercüme edilmemiş bölge

39 Ökaryotlarda zincir uzaması Uzama faktörleri: eef-1 ve eef-2 eef-1 aminoaçil-trna molekülünü ribozomun A bölgesine yerleştirir eef-1 GDP ile GTP nin yer değiştirmesini sağlayarak eef- 1 nın yeniden döngüye katılmasına yardımcı olur. eef-2 GTP hidrolizi ile birlikte translokasyonun gerçekleşmesini sağlar. Ökaryotlarda zincir sonlanması Ökaryotlarda tüm bitiş kodonlarını tanıyan tek bir sonlanma faktörü (erf1) bulunur. erf1, bir GTPaz olan erf3 ile birlikte sonlanmayı gerçekleştirir.

40 Protein sentezinin bilançosu Amino asit aktivasyonu Aminoaçil-tRNA nın A konumuna girişi A konumundaki yeni oluşmuş peptidil-trna nın P konumuna Translokasyonu - 2ATP (ATP AMP + PPi PPi Pi + Pi) - 1ATP (GTP GDP + Pi) - 1ATP (GTP GDP + Pi) Her peptid bağın oluşması için 4 yüksek enerjili bağın yıkılması gerekir.

41 Prokaryot ve ökaryot lar arasındaki farklılıklar Bakteri Ribozom: 30S+50S 70S Başlama (initiation) faktörleri IF1, IF2, IF3 Uzama (elongation) faktörleri EF-Tu, EF-Ts, EF-G Sonlanma (release) faktörleri RF1, RF2, RF3 mrna nın 5' - başlığı yok 30S ribozom altbirimi Shine- Dalgarno dizisine (5'-AGGAGGU-3') bağlanır Translasyon transkripsiyonla eşzamanlı olarak gerçekleşir Ökaryotlar Ribozom: 40S+60S 80S Birçok başlama (initiation) faktörleri (14 faktör) eif1, eif1a, eif2, eif2b, eif3, eif4a, eif4b, eif4e, eif4f, eif4g, eif4h, eif5, eif5b, eif6 Uzama (elongation) faktörleri eef1, eef1, eef2 Sonlanma faktörleri erf1 (veya erf2), erf3 Ökaryot mrna ların 5' ucunda bailık, 3' ucunda poly(a) kuyruğu bulunmaktadır 40S altbirimi 5'- başlığına veya poly(a) kuyruğuna bağlanmaktadır Translasyon sitoplazmada meydana gelmektedir

42 RNA polimeraz DNA Poliribozom mrna Hem ökaryotik, hem de prokaryotik hücrelerde protein sentezinde 10 ile 100 ribozom aynı anda aktiftir. Bunlara polizom denir. Transkripsiyon yönü RNA polimeraz DNA Poliribozom Polipeptid (amino ucu) Polizom Ribozom mrna (5' ucu)

43 Protein sentezinin antibiyotikler ile denetimi

44 5 I m complicated but once you get to know me I m really pretty nice. Any questions? 3