PROTEİN SENTEZİ; TRANSLASYON Prof Dr.Dildar Konukoğlu DNA SENTEZİ DNA DNA RNA sentezi DNA mrna Protein sentezi mrna Protein Tanımlamalar Replikasyon Replikasyon Transkripsiyon Transkripsiyon Translasyon Translasyon Protein sentezi ;translasyon Genetik bilginin protein molekülü şeklindeki ifadesidir. Protein sentezinin üç komponenti mrna trna ribozomlar mrna ; Genetik şifre Genetik şifre, harfler halinde gösterilen mrna moleküllerini oluşturan ribonükleotit bazları kullanılarak, doğrusal olarak yazılır. 2- mrna daki her kelime 3 ribonükleotit harfinden oluşur. Kodon denilen her biri 3 nükleotitlik grup, bir aminoasiti belirler. Bu nedenle şifre üçlüdür (triplet). 3- Şifre özgündür. Yani her üçlü (kodon) bir aminoasit belirler. Şifre dejeneredir. Belirli bir aminoasit, birden fazla üçlü kodon tarafından belirlenir. 64 kodon Metioninin ve triptofanın tek kodonu 5- Şifrede başla ve dur sinyalleri bulunur. Başlatma kodonu; AUG Sonlanma kodonu; UAA,UGA,UAG 6- Şifre içinde noktalama işaretleri ( virgüller ) yoktur. 7- Şifre üst üste çakışmaz. Translasyon başladıktan sonra, mrna nın belirli bir yerindeki herhangi bir ribonükleotit, sadece bir üçlünün parçasıdır. 8- Şifre hemen hemen evrenseldir. Aynı şifre sözlüğü 1
wobble hipotezi trna Aynı aminoasiti tanımlayan kodonların ilk iki harfi aynıdır, yalnız üçüncü harfi farklıdır. Wobble Hipotez; 5 3 yönünde ilk iki nükleotit üçüncüye göre daha kritiktir. Üçüncü pozisyondaki nükleotit için kodon-antikodon arasında hidrojen bağının kurulmasında esneklik vardır ve baz eşleşmesi kuralına sıkıca uyma zorunluluğu yoktur. Ester bağı trna molekülü Amino asit Antikodon mrna Kodon ribozom Ökaryotlarda 40S ve 60S lik ;toplam 80S Prokaryotlarda 30S ve 50S lik ;toplam 70S E bölgesi P bölgesi A bölgesi Protein sentezi sırasında aynı mrna molekülü üzerinde birçok ribozom, bir poliribozom (poli zom) oluşturabilirler Protein sentezi 4 aşamada olur Aminoasitlerin aktifleşmesi ve aminoasid-trna kompleksinin oluşması Polipeptid zincirinin sentezinin başlaması Polipeptid zincirinin uzaması Sentezin tamamlanması 10 Başlama kompleks oluşumu Aminoasit aktivasyonu 1ATP=2 YEFB Aminoaçil trna sentetaz 2
Başlama kodonu ve diğer metioninleri ayırdetmek için prokaryotlar başlama kodonunun yaklaşık 5-10 nükleotit gerisinde bulunan spesifik dizi Shine-Dalgarno dizisi (UAAGGAGG) içerir. Ribozomal 16S rrna Shine Dalgarno dizisi ile komplementerlik gösterir. 5 - UAAGGAGG (5-10 baz) AUG mrna 3'--AUUCCUCC...16S rrna (ribozom küçük alt birimde) Ökaryotlarda başlama kodonunun tanınması tam olarak aydınlatılamamıştır. Ökaryotik 5 cap yapısının başlama bölgesindeki AUG kodonunun tanınmasında etkili olduğu düşünülmektedir. 5'--ACCAUGG - mrna 13 14 1 GTP Prokaryot: 70S-f-Met-tRNA-mRNA Ökaryot: 80S-Met-tRNA-mRNA Metionin /Formil metionin t-rna ; P bölgesine bağlanır A bölgesine kodona uygun amino açil t-rna bağlanır P bölgesindeki amino asit Peptidil transferaz aracılığı ile A bölgesindeki amino asit peptit bağı ile bağlanır. Peptidil sentaz;transferaz (Ribozomal 50S /60S alt birim) Translokasyon Translokasyon; 1 GTP A bölgesindeki trna, P bölgesine geçer. SONLANMA Sonlanma faktörleri Salınım faktörleri (RF) Sentezlenen zıncırın ayrılması (peptidil transferaz): 1GTP A bölgesi yeni bir amino açil trna yı bağlamak için hazırdır Bir sonraki kodona uygun aminoaçil-trna, A bölgesine yerleşir Prokaryotlarda elongasyon faktörleri EF-Tu, EF-Ts, EF- G nin karşılığı olarak ökaryotlarda eef1, eef1, eef2 3
UAA (SONLANMA KODONU) Bir mrna üzerinde 50 ribozom Prokaryotlarda mrna nın yarı ömrü kısa ; transkripsiyon ve translasyon birlikte E.Coli ribozomu, 37 o C de, 20 saniyede 300 amino asitli bir protein sentez E.Coli; yaklaşık 5000 mrna ; 1000 protein/sn sentez UCA (SERİN) CCA (PROLİN) UCU (SERİN) Protein sentezinin düzenlenmesi Prokaryotların düzenlemesi ökaryotlarden farklıdır Prokaryotlarda ; Sentez transkripsiyonel düzeyde ve operon sistemi ile düzenlenir. Ökaryotlarda ; Transkripsiyon, translasyon ve DNA modifikasyonları ile düzenlenme olur. Ökaryotlar nükleus içerir, bu nedenle transkripsiyon translasyondan ayrıdır. Prokaryotlarda ise translasyon ve transkripsiyon beraber meydana gelir. Ökaryotlarda histonlar DNA ile kompleks yapmıştır, prokaryotlarda ise histon yoktur. Memeli hücrelerinin çoğu diploid dir. Posttranslasyonel modifikasyon Memeli hücresi genomlarının büyük bir kısmı intron içerir;prokaryotlar içermez. Gen hipotezi için önceleri, Bir-gen : bir-enzim ifadesi Bir-gen : bir-protein ifadesi Bir-gen : bir-polipeptit ifadesi kullanılmasının daha doğru bir tanım olduğu anlaşılmıştır. 1) Amino-terminal ve karboksilterminal modifikasyonlar 2) Sinyal dizisinin çıkarılması 3) Bazı özel amino asitlerin modifikasyonu 4) Karbohidrat yan zincirlerin bağlanması 5) İzoprenil grupların eklenmesi 6) Prostetik grupların eklenmesi 7) Proteolitik işlem 8) Disülfid çapraz bağlarının oluşması ve zincir katlanması 4
PROTEİNLERİN HÜCRE İÇİ TRAFİĞİ Sinyal peptit dizisi Proteinler 1- Serbest ribozomlar 2- ER ye bağlı ribozomlarda sentezlenir Aminoterminal yerleşimli 15-35 aminoasit uzunluktadır. Aminoterminal aminoasit genellikle metionindir. Sinyal peptidaz ile uzaklaştırılır. Yer ;ER Endoplazmik retikuluma yönlendirilecek proteinler sinyal peptidi denilen özel aminoasid dizileri taşır. Proteinlerin golgiye yönlendirilmesi Proteinler Proteinlerin lizozomlara yönlendirilmesi Proteinlerin hücre zarına yönlendirilmesi Gen ifadesinin düzenlenmesi 1) Primer transkript oluşumu 2) Primer mrna dan matür mrna oluşumu 3) mrna nın sitoplazmaya geçişi 4) mrna nın yıkılımı 5) Protein sentezi 6) Posttranslasyonal modifikasyonu 7) Protein yıkılımı Prokaryotlarda protein sentezi kontrolü Transkripsiyon düzeyinde ; Protein sentezlendikten sonra, yeniden gerekene kadar bu proteinin sentezi nin kısıtlanması Prokaryotlarda mrna yarı ömrü kısadır. Protein azalması gerektiğinde gen transkripsiyonu kapatılır; mrna yapılmaz Translasyon düzeyinde ;Proteinler mrna ya Bağlanarak olayı durdurabilir; mrna nın tersiyer yapısı,mrn A/30S alt ünitesi bağlanmasını engelleyebilir Operon Nedir? Gen ifadesinin transkripsiyon düzeyinde düzenlenmesi için operon modeli tanımlanmıştır. Operon, tek promotorun kontrolü altında bulunan ve çok sayıda genin ifadesini düzenleyen bir sistemdir. Operonda yer alan genler tipik olarak ortak bir metabolik yolda fonksiyon görürler. 5
Bir operonun bileşenleri Promotor; üzerinde RNA polimeraz bağlanma bölgesi ve camp+reseptör protein Repressor; operatöre bağlanarak transkripsiyonu baskılayan protein Operatör (kontrol bölgesi); yapısal genlerin fonksiyonunu denetlerler Kodlayıcı sekanslar; mrna yı oluştururlar Terminatör Kromozomlardaki genler, fonksiyonlarına göre çeşitlere ayrılır Aktive repressör gen buraya bağlanır Prokaryot hücrede gen ifadesinin düzenlenmesi Transkripsiyon düzeyinde, 1. İndüksiyon 2-Represyon İndüksiyon ile düzenlenme Pozitif kontroldür. Örneğin bir E.coli-lac operon sisteminde operatör genin kontrol ettiği, birbirine oldukça yakın yerleşimde bulunan üç gen vardır -galaktozidaz galaktozid permeaz transasetilaz Aktive repressör gen buraya bağlanır 6
Prokaryotlarda Represyon ile düzenlenim Negatif kontroldür. Örneğin E.coli-triptofan operon sistemi YAPISAL GENLER ; trpa-e kodlayıcı genleridir. REGÜLATOR GEN; TrpR (repressor protein geni) promotorun upstream bölgesinde OPERATÖR- Repressör proteinin bağlandığı bölge Co-Repressor triptofandır. Hücrede trp fazla olduğunda, bir kısmı serbest olan REGÜLATOR PROTEİN e (R) bağlanır ve onu aktive eder. Triptofan varlığında durdurulması için, 1- Regülatör genden transkribe edilen mrna ile, aporepressör sentezlenir. 2- Aporepressör, operatöre bağlanmak için aktif değildir; kendisine triptofanın bağlanmasıyla aktiflenir 3- Böylece operatöre ilgisi yüksek olan repressör oluşur. 4- Oluşan repressörün operatöre bağlanmasıyla da triptofan sentezi durur Ökaryotlarda protein sentezinin kontrolü Genellikle translasyon düzeyinde ve daha az olarak transkripsiyon düzeyinde olur Translasyon düzeyinde kontrol, nicel kontroldür; feedback inhibisyon ve mrna üzerinde ribozomların yoğunluğu ile sağlanır Yapısı tam bilinmeyen bir inhibitörün birikmesi, başlama kompleksinin oluşmasını bloke eder ve protein sentezini azaltır. mrna üzerinde ribozomların yoğun olması sentezlenen proteinin miktarını artırır 7