PROTEİN SENTEZİNİN DÜZENLENMESİ VE AŞAMALARI
Protein Sentezinin Düzenlenmesi Edward TATUM 1940 yılında bir gen bir enzim hipotezini ileri sürmüştür. Bu hipotez daha sonra bir gen bir protein haline gelmiştir. Daha sonraki yıllarda ise hemoglobin gibi kuaterner yapılı proteinler göz önüne alınmış ve bazı genlerin RNA ürünlerinin proteine dönüşmediği anlaşılmıştır. (Ör; trna, rrna) Ayrıca genlerin regülatör ve yapısal gen bölgeleri olarak iki bölgeden oluştuğu tespit edilmiştir.
Buna göre GEN; DNA üzerinde belli bir baz dizisi olup, bir polipeptit veya RNA zincirinin sentezinden sorumlu ve bu sentezleri düzenleyen bir regülatör ve operatör bölge ihtiva eden DNA parçacığıdır.
Yazılım Ve Yazılım Sonrası Düzenlenme 1. Bakteri Hücresinde Lac Operon Sistemi Bu modelde regülatör gen, operatör gen ve yapısal gen olmak üzere 3 kısmıdan oluşur. Lac operonunda yapısal genler Z, Y ve A ile ifade edilir.
Z geninden β-galaktozidaz, Y geninden galaktozid permeaz ve A geninden thiogalaktozid transasetilaz sentezlenir.
Regületör bölge (R bölgesi) yapısal genlerin transkripsiyonunu kontrol eder. Eğer ortamda indüktör molekülü varsa repressör protein DNA ya bağlanamaz. İndüktör repressöre bağlanarak onun DNA daki operatör bölgeye bağlanmasını önler. İndüktör, aktif repressöre bağlandığında yapısal genlere ait mrna lar sentezlenebilmektedir.
Ortamda glikoz bulunduğunda Lac repressör proteini operatör bölgeye bağlanmış durumdadır. Yani yapısal genler inaktiftir. Eğer bakteri hücresi sadece laktoz olan ortama bırakılırsa indüktör, repressör proteinine bağlanarak onun operatörlerden ayrılmasına neden olur. Laktozun metabolize edilmesi hücre için gerekli olduğundan RNA-polimeraz promotor bölgesine bağlanır ve RNA sentezi başlatılır. Z, Y ve A gen bölgelerinden sentezlenen mrna ilgili enzimleri meydana getirmektedir. Bu enzimler ile laktoz metabolize edilerek hücre yaşamına devam eder.
Sonraki araştırmalar; laktoz yegane C kaynağı olarak ortama konduğunda hücrede adenil siklaz miktarı artmaktadır. Adenil siklaz ATP den camp sentezini yapmaktadır. camp katabolit aktivatör protein(cap) ile komleks yaptıktan sonra promotorun birinci bölgesine bağlanmaktadır. İkinci bölgeye de RNApolimerazın bağlanmasını stimüle etmektedir. Bakterilerde bazı enzimler koşullara göre değişmez. Ör; solunum enzimlerini miktarı yaklaşık aynıdır. Aktivitesi ve sayısı değişmeyen bu enzimlere konstitütif enzim denir. Koşullara göre değişen enzime ise indüklenebilir enzim denir. Ör; bakteri besi ortamına glikoz yerine laktoz konulduğunda β- galaktozidaz sayısı kısa sürede binlere ulaşır.
Bakterilerde indüksiyon tersi bir olay da bulunur. Bakteriler 20 amino asidi de amonyum tuzundan sentezler. Fakat ortama histidin konursa histidin kendinin metabolik yolunda yer alan 9 enzimin oluşumunu inhibe eder. Bu olaya enzim represyonu denir. Burada olduğu gibi birden fazla enzim inhibe olduğunda koordine represyon veya son ürün represyonu adı verilir.
Laktoz bulunan ortama glikoz ilave edilirse, Lac operonunun yapısal genlerine ait proteinler represse edilir. Bu olaya katabolik represyon denir. Glikoz ile beraber camp-cap kompleksi oluşumu da azalmaktadır. Dolayısıyla RNA polimerazın bağlanması da azalmaktadır.rna polimeraz ile repressör proteinin DNA üzerindeki bağlanma yerleri kısmi olarak aynı bölge olduğundan birbirlerinin bağlanmalarını engellerler.
2.Triptofan Operonu Triptofan geni regülatör gen, promotor, operatör, lider, attenuatör, polisistronik yapısal gen bölgelerinden oluşmuştur. Yapısal gen bölgesi A, B, C, D ve E ile gösterilen ve 5 ayrı polipeptidin sentezinden sorumlu bölgelerden oluşmuştur.
Yapısal genlerden E ve D den antranilat sentetaz, C den indol gliserol-p sentetaz, B ve A dan triptofan sentetaz sentezlenir. Regülatör genden sentezlenen repressör proteini inaktiftir ve buna aporepressör denir. Aporepressörin iki bağlanma bölgesi vardır. Birisi korepressöre bağlanma bölgesi, diğeri ise operatöre bağlanma bölgesidir. Attenuator bölge kontrol mekanizması görevini yapar ve lider bölgede 2 adet arka arkaya triptofan amino asidini şifreleyen kodonlar taşımaktadır. Bu da sentezin kontrolünde anahtar rolü üstlenmektedir.
Triptofan Operanu Ve Sentezi İki Yolla Regüle Edilir: 1. Regülatör bölgeden sentezlenen repressör proteinin inaktif haline aporesepssör denir. Aporesepssör operatöre bağlanamaz. Eğer hücrede fazlaca triptofan varda Tirptofan+Aporesepssör ve aktif resepssör oluşur. Aporesepssör ile birleşen triptofana koresepssör denir. Aktif resepssör operatöre bağlanarak RNA-polimerazın daha fazla triptofan mrna sı sentezlemesini durdurur. 2. Triptofan operonu ikinci bir mekanizma ile kontrol edilir.operon yapısında attenuatör bölge denilen bir yapı b u kontrolden sorumludur. Operondaki lider bölgede iki adet triptofan amino asidinin kodonu olan UGG art arda tekrarlanmıştır. Triptofan protein yapısındaki oran olaraka en düşük seviyede bulunan amino asitten birisi olduğundan hücrede trp-trna sayısı da azdır.
Triptofanın bulunup bulunmamasına göre hücrelerin çalışmasının incelenmesi: A) Hücrenin ortamında bol triptofan vardır. Lider mrna da 1.bölgede bulanan UGG olan triptofan kodonu bölgesi ortamdaki çoğu trp-trna sının yapıya hızla katılması ile hızlı geçilir. Bu sırada ribozom içinde kalan 1. ve 2. bölgeler saç tokası yapısı oluşturamazken 3. ve 4. bölgeler arasında saç tokası yapısı oluşur. Böylece gereğinden fazla triptofan sentezlenmez.
B) Ortamda triptofan yoktur. Bakteri triptofan sentezine ihtiyaç duyar. Ortamda düşük triptofana bağlı olarak çok sayıda trp-trna bulunur. Ribozom 1. bölgede art arda gelen triptofan UGG kodonunda bu yüzden yavaşlar. Sadece 1. bölge ribozom içinde kalır. Dışarıda serbest duran 2. bölge yükset affinite ile 3. bölgeye bağlanır. 4. bölgenin serbest kalması ile 3. ve 4. bölgelerde saç tokası yapısı oluşmadığından ribozom mrna üzerinde kaymaya devam eder ve triptofan yapısal genlerinin ürünlerinin polipeptit zincirine dönüştürür. Sonuçta sentez devam eder. Triptofan az ise az sayıda trp-trna bulunur. Ribozom 1. bölgede art arda gelen triptofan UGG kodonunda bu yüzden yavaşlar. Dışarıda serbest bulanan 2. bölge yükset affinite ile 3. bölgeye bağlanır. 4. bölgenin serbest kalması ile 3. ve 4. bölgelerde saç tokası yapısı oluşmadığından ribozom mrna üzerinde kaymaya devam eder ve translasyon devam eder.
Ökaryot Hücrelerin Protein Sentezinin Kontrolü Prokaryotlarda genler kesintisiz ve doğrusal bir şekilde proteine çevirilirken ökaryotlarda başlangıçta heteronüklear RNA sentezlenirken bir takım işlemlerden geçirilerek olgun mrna halinde sitoplazmaya gönderilir. Protain sentezinde aminoasit kodlamayan bölgelere genler arası baz dizisi veya intron bölgesi denir. Aminoasitlere tercüme edilen kısma ise ekson bölgesi denir.
Çoğu prokaryotik mrna nın poligenik olmasına rağmen ökaryotik mrna lar monogeniktir. Çoğu ökaryotik mrna 3 ucunda polia uzantısına sahiptir. Sentezden sonra polia ATP harcanması ile poliadenilat polimeraz tarafından sentezlenir. Ökaryotik mrna nın 5 ucuna 7-metil guanozinden ibaret 5-CAP parçasının normal olamayan bir yolla bağlanmasıdır. 7-metil guanozin RNA zincirinin 5 ucuna bir fosfodiester bağı yerine 3 fosfat grubu ile bağlanmaktadır. Bu özellikler ile mrna daha uzun ömürlü olur.
Protein Sentezinin Translasyon Aşamasındaki Düzenlenmesi Polipeptit sentezinin translasyonunda inisiyasyon aşamasını düzenleyen iki değişik kontrol mekanizması vardır. 1. İnisiyasyon aşamasındaki düzenlemelerle protein sentezinin genel hızı etkilenir. 2. Hücreler özgün faktörler aracılığıyla proteine çevrilerek mrna lar arasında bir seçim yapılabilir.
Protein Sentezinin Yüksek Tuz Etkisi İle Düzenlenmesi Ökaryot hücrelerde protein sentezi ısı artışı,büyüme ortamının yenilenmesi, enerji gereksiniminin azalması ya da ortamdaki tuz konsantrasyonuna bağlı olarak etkilenir. Yüksek tuz konsantrasyonuna tabi tutulmuş Hela hücreleri ile yapılan çalışmada protein sentezindeki inhibisyonu koşut olarak 45S rrna işlenmesinin etkilendiğini saptayarak memeli hücrelerindeki protein sentezi ile ribozom sentezi arasında ilişki olduğunu göstermiştir. Ortamın NaCl konsantrasyonundaki artışı protein sentezinin başlama evresini etkilemektedir. Yüksek tuzda mrna ya bağlanmış ribozom sayısında azalmaya koşut olarak ribozomun alt birimleirndeki bazı proteinlerde fosforillenmenin azaldığı bulunmuştur.