Doğrudan enzim veya yapısal protein olarak kullanamaz

D. PROTEİN SENTEZİ

Protein sentezi tüm hücrelerde gerçekleşen yaşamsal olaylardan biridir. Canlılar, dış ortamdan aldıkları proteinleri doğrudan enzim veya yapısal protein olarak kullanamaz. Besinlerle alınan proteinler sindirimle amino asitlere parçalanır ve canlılar bu amino asitleri kullanarak kendilerine özgü proteini sentezler. Protein sentezi ribozomlarda gerçekleşir. Protein sentezinin yoğun olduğu hücrelerde RNA miktarı da fazladır. Örneğin ipek böceğinin ipek yapan bezlerinde çok sayıda RNA olduğu saptanmıştır. İpeğin ham maddesinin protein olduğu düşünülürse RNA'nın protein sentezinde önemli bir rol oynadığı anlaşılır.

Hücrenin yaşayabilmesi, büyüyüp gelişebilmesi için kendi yapısına katılan proteinleri ve hücresel faaliyetleri için gerekli olan enzimleri üretmesi gerekir.

DNA, mRNA,tRNA, amino asit, enzim, ATPve ribozom protein sentezinde görev alan başlıca organel ve moleküllerdir. İnsanlar yaşamlarında bilgi alışverişinde bulunurken nasıl kelimeleri kullanıyorlarsa hücreler de iletişim için benzer şekilde şifreler kullanır. DNA'da bulunan dört çeşit nükleotit (A, T, G, C) farklı şekillerde dizilerek şifreleri meydana getirir. Her amino asit bir çeşit nükleotit tarafından şifrelendiği zaman 20 çeşit amino asidin tamamı için şifre oluşturulamaz.

Nükleotitlerin ikili kombinasyonlar hâlinde şifre oluşturması durumunda 4² =16 çeşit amino asit şifrelenebilir. Bu şifreler protein yapısına katılan 20 çeşit amino asit için yeterli değildir.

Dört nükleotidin üçlü kombinasyonları ile şifreler oluşturulursa 4³=64 farklı şifre elde edilir. Böylece doğadaki 20 çeşit amino asidi fazlasıyla ifade eden şifreler oluşur. DNA'da bulunan üçlü baz dizisine genetik şifreya da genetik kodadı verilir.

DNA'daki her genetik şifre en az bir amino asidi şifreler. Örneğin DNA'daki karşılığı AAA olan kod, mRNA'ya UUUkodonu olarak aktarılır ve fenilalaninamino asidini şifreler. Kodonların çoğu sadece bir amino asit için şifre verirken bazı amino asitler için birden fazla kodon bulunur. Protein sentezinde AUG başlatma kodonu, UAA, UAG, UGA ise durdurma kodonuolarak ifade edilir. mRNA'dakikodonlar ve şifreledikleri amino asitler Şekil 2.34'te gösterilmiştir..

Sentezlenecek proteinlerin yapısına katılan amino asitlerin sayısı, çeşidi ve nasıl sıralanacağı hücre çekirdeğindeki DNA’da bulunan şifreler tarafından belirlenir.

Protein sentezinin başlayabilmesi için mRNA'nın sentezlenmesi gerekir. Proteini şifreleyecek olan mRNAzincirinin DNA'dan sentezlenmesine transkripsiyondenir. Bu olay RNA polimeraz enzimi tarafından gerçekleştirilir. Bunun için önce çift sarmal DNA molekülü açılır. Sentezlenecek proteinin şifresini oluşturan DNA zincirine anlamlı zincir, karşısındaki zincire ise tamamlayıcı zincirdenir. DNA'nın anlamlı zinciri, mRNA'nınsentezlenmesi sırasında kalıp olarak kullanılır. mRNA sentezlenirken DNA zincirinde bulunan adeninin karşısına, timin nükleotidi yerine urasil nükleotidi gelir. Böylece DNA’daki TAC kodu mRNA’ya AUG kodonu olarak aktarılır (Şekil 2.35).

DNA'daki şifreye göre sentezlenenmRNA, çekirdek zarında bulunan porlardansitoplazmaya geçer ve ribozomun küçük alt birimine tutunur. Daha sonra ribozomun büyük alt birimi küçük alt birime bağlanır.

mRNA’lar ribozoma bağlanınca sitoplazmada bulunan tRNA’lar aktifleşir. Protein sentezinde mRNA’daki ilk kodon her zaman AUG (başlatma)kodonudur. AUG metiyonin amino asitini şifreler. Ribozom, sitoplazmadaki uygun antikodon(UAC)a sahip tRNA’yı kendisine bağlar. tRNA’nınantikodonumRNAkodonuna bağlanınca protein sentezi başlar. DNA'nın genetik şifresini ribozomlara getiren mRNA'dakişifrenin okunmasına translasyon denir. tRNA'larantikodonlarına uygunamino asitleri ribozoma taşır. ÖrneğinmRNA'nınkodonu olan CUA'ya karşılık tRNA'daGAU antikodonu görev alır. Bu antikodona uyanlösinamino asidini tRNA sitoplazmadan alır ve ribozomun büyük alt birimine getirir. tRNA’nınantikodonumRNA’nınkodonuna zayıf hidrojen bağıyla bağlanır. Amino asitlerin tRNAiletaşınabilmesi için özel enzimler ve ATP ile aktifleştirilmesi gerekir.

Taşınan amino asitler arasında peptit bağı kurulur. Bu sırada her bir bağ için bir molekül su açığa çıkar. Böylece mRNAkodonuokunmuş olur (translasyon). Bu şekilde mRNA üzerindeki bütün kodonlar sırasıyla tRNA'lardakiantikodonlarla eşleşerek taşınan amino asitlerin zincire eklenmesi sağlanır. Daha sonra tRNA'lar ribozomdan ayrılarak tekrar kullanılmak üzere serbest kalır. Protein sentezi mRNA üzerindeki bütün kodonlar okununcaya kadar devam eder. İşlem devam ederken durdurma kodonlarından (UAA, UAG, UGA) herhangi biri geldiğinde protein sentezi sona erer. Durdurma kodonlarınınantikodonu ve şifrelediği amino asitler bulunmaz. Bu nedenle 64 çeşit kodon olmasına rağmen en fazla 61 çeşit antikodon bulunur.

Protein sentezinin sona erdiği evrede yeni sentezlenen protein en sondaki tRNA'dan ayrılır ve mRNA serbest kalır. Bu arada ribozom alt birimleri de birbirinden ayrılır. Ayrılan mRNA, tRNA ve ribozom alt birimleri yeniden protein sentezine katılabilir. Hücre tarafından sentezlenen protein, hücrenin yapısına katılabileceği gibi hücrenin çeşitli faaliyetlerinde de kullanılabilir.

Protein sentezini sağlayan olaylarökaryot hücrelerde çekirdekte başlayıp sitoplazmada devam eden tepkimelerle gerçekleşir. Prokaryot hücrelerde ise sitoplazmada başlarve sona erer.Bir hücre tarafından aynı anda çok çeşitli protein üretilebilir. Hücrenin protein sentezleme hızı, yaptığı faaliyetlere bağlıdır