Genetik Şifre ve Protein Sentezi 1 video 12. sınıf selin Hoca

Genetik Şifre ve Protein Sentezi 2 video 12. sınıf selin Hoca

Genetik Mühendisliği ve Biyoteknoloji video 12. sınıf Selin Hoca

Haberleşmeye yarayan işaretler bütününe şifre denir. Örneğin yazı dili çeşitli toplumlar tarafından farklı zamanlarda bulunmuş bir şifre sistemidir. Hücre içerisinde yaşamsal faaliyetlerin devamlılığını ve düzenini sağlayan şifreler, genlerde bulunur. Bilgilerin yazılımında 4 harfli bir alfabe kullanılır. Her bir harf bir nükleotit çeşidini ifade eder. Harflerle ifade edilen genetik şifre (genetik kod); DNA veya mRNA’daki baz dizileri ve bu dizilere uygun şekilde sentezlenen proteindeki amino asitlerin dizilişindeki uyumu ifade eder. Genetik şifre, yeryüzündeki tüm canlılar için evrensel olan üçlü şifreler şeklindedir. DNA, üç nükleotitten oluşan şifreler üretir. Şifreler; adenin, guanin, sitozin ve timin nükleotitlerinden oluşturulur. DNA üzerindeki bu üç nükleotitli şifreler, bir araya gelerek genleri oluşturur. Canlı yapısında bulunan proteinlerin tümünün sentezlenebilmesi için 20 farklı amino asit gereklidir. 20 farklı amino asidi şifrelemek için en az 20 farklı şifre bulunmalıdır. Eğer her bir nükleotit, bir şifreyi ifade etseydi en fazla (41 ) 4 farklı şifre oluşurdu. Bu durum protein sentezi için gerekli olan 20 çeşit amino asidi şifrelemeye yetmezdi. Eğer şifreler, iki nükleotitten oluşsaydı en fazla (42 ) 16 çeşit amino asit için şifre üretilebilirdi. 20 çeşit amino asidin tamamı şifrelenemezdi. Sonuç olarak, 20 çeşit amino asidin tamamı ikiden fazla nükleotit taşıyan bir şifre sistemi ile kodlanabilir. Bu nedenle bir genetik şifre, 3 nükleotitten oluşmak zorundadır. Bu durum, toplamda (43 ) 64 çeşit şifrenin ortaya çıkması demektir. Bu sistem 20 farklı amino asidin rahatlıkla şifrelenebilmesini sağlar. Genetik kod, DNA ya da mRNA’da kodon adı verilen ve üçlü nükleotit dizilerinden oluşan şifrelerle ifade edilir. Üç nükleotit içeren 64 özgül kodon ortaya çıkmıştır. mRNA’daki 64 çeşit kodondan üç çeşidi amino asit kodlamaz, bu kodonlara durdurucu ya da sonlandırıcı kodon adı verilir. Bu kodonlar, protein sentezini sonlandıran sinyallerdir. Geriye kalan 61 çeşit kodon, 20 farklı amino asidi şifrelemek için kullanılır. 20 çeşit amino aside karşılık şifrelemede 61 çeşit kodonun var olmasının nedeni ne olabilir? Bu durumun canlı için bir avantajı var mıdır? Bazı amino asit çeşitlerinin birden fazla kodonu vardır. Örneğin serin amino asidi altı farklı kodon tarafından şifrelenebilir. Metiyonin ve triptofan amino asitleri ise tek bir kodonla şifrelenir. Amino asitlerin birden fazla kodon tarafından şifrelenebilmesi canlıyı olası mutasyonlara karşı koruyan önemli bir mekanizmadır. Örneğin serin amino asidini şifreleyen kodonlar mRNA’da UCU, UCC, UCA, UCG, AGU, AGC’dir. DNA’da AGA kodonuna sahip bir genden sentezlenen mRNA, UCU kodonunu taşır. Bu kodon serin amino asidini kodlar. Örneğin gende meydana gelen bir mutasyon sonucu AGA kodonu AGG kodonuna dönüşmüşse bu durumda genden sentezlenen mRNA’daki kodonda UCC olmuştur. Mutasyon sonucu değişen mRNA kodonu da yine serin amino asidini şifrelediği için protein sentezi sırasında herhangi bir aksaklık ortaya çıkmamıştır.Yani canlıda bu mutasyon etkisini gösterememiştir.

DNA’daki bir kodon, bir amino asidi şifreler. Örneğin DNA’ daki karşılığı TAA olan kodon, mRNA’ya AUU kodonu olarak aktarılır. Bu kodon izolösin amino asidini şifreler. Kodonlara uygunluk gösteren tRNA’daki üçlü nükleotit dizisine antikodon adı verilir. İzolösin amino asidine uygunluk gösteren antikodon şifresi UAA’dır. Protein sentezi sırasında durdurucu kodonlara karşılık amino asit ve tRNA gelmez. Protein sentezi, aynı zamanda metiyonin amino asidini de şifreleyen AUG kodonu ile başladığından bu kodona başlama kodonu adı verilir. UAA, UAG, UGA ise durdurma kodonu olarak ifade edilir. mRNA’daki kodonlar ve şifreledikleri amino asitler aşağıdaki tabloda gösterilmiştir (Tablo 1.1).

PROTEİN SENTEZİ

DNA, protein sentezinde rol oynayan RNA moleküllerini ve dolayısıyla protein sentezini şifreleyerek canlıya özgü özelliklerin ortaya çıkışını sağlar. Transkripsiyon, DNA’nın bir ipliğinin üzerindeki kodonlara uygun olarak mRNA sentezlenmesidir. DNA üzerindeki genden transkripsiyonla sentezlenen mRNA, sentezlenecek proteinin amino asit dizilişini belirler. DNA üzerindeki gende sadece bir zincir, RNA nükleotit dizisinin sentezlenmesinde iş görür. Kalıp olarak kullanılan DNA zinciri, anlamlı zincir olarak ifade edilir. Anlamlı zincirin karşısında anti paralel uzanan DNA zinciri ise tamamlayıcı zincir olarak adlandırılır.

Transkripsiyon olayında RNA polimeraz enzimi DNA’nın ilgili gen bölgesini açarak anlamlı zincirin karşıtı olarak mRNA’nın sentezini gerçekleştirir. Sentez tamalandıktan sonra RNA polimeraz ilgili gen bölgesini tekrar sarmal hâle getirir. Transkripsiyon sırasında mRNA’da adeninin karşısına timin yerine urasil gelir (Görsel 1.24). Üretilen mRNA, genin ifade ettiği proteinin güvenilir bir yazılımıdır. Bu yüzden transkripsiyon şifrenin yazılımı şeklinde ifade edilir. Sentezlenen mRNA, genetik bilgiyi DNA’dan ribozomlara taşır. mRNA daha sonra rRNA içeren ribozomlarla birleşir. Böylece genetik şifre ribozomlara taşınır. tRNA molekülleri de uygun amino asitleri protein sentezinde kullanmak üzere ribozoma taşır. Her bir tRNA molekülü, mRNA üzerinde bulunan kodonun tamamlayıcısı olarak görev yapan antikodon bölgesi taşır. mRNA’daki kodonların tanınması tRNA’daki antikodon bölgeleri tarafından gerçekleştrilir. Amino asit molekülleri, özel bir enzim ve ATP yardımıyla aktifleştirilir. Aktifleşen amino asitler kendisine uygun olan tRNA’lara bağlanır. Amino asit bağlayıcı enzim her bir amino asit için farklıdır. Sadece o amino asit ve o amino asidin bağlanacağı tRNA’yı tanır.