Protein Sentezi (Translasyon) Dr. Hatice Mergen

Protein Sentezi (Translasyon)

• Dr. Hatice Mergen

Protein Metabolizması

• Proteinler birçok informasyon yolunun son ürünüdür. Tipik bir hücrede binlerce farklı protein vardır. Bu proteinler hücrenin ihtiyaçlarına göre sentezlenir ve uygun hücresel hedeflere yönlendirilirler.

• Protein biyosentezi en kompleks biyosentetik işlemdir. Ökaryotik protein sentezine 70’in üzerinde ribozomal protein, 20 veya daha fazla aktive olmuş amino asit öncülü, bir düzineden daha fazla yardımcı enzim ve faktör başlama, uzama ve polipeptid sonlanması için gereklidir.

Protein Metabolizması

• Ayrıca, farklı proteinlerin final işlenmesi için ek olarak 100 kadar enzim gereklidir.

• Sonuç olarak, 300’den fazla sayıda farklı makromolekül protein sentezinde görev alır.

• Protein biyosentezi hücredeki tüm biyosentetik reaksiyonlarda kullanılan enerjinin % 90’ını kullanır.

• Tipik bir bakteri hücresinde 20.000 ribozom, 100.000 ilişkili protein faktörü ve enzim, 200.000 tRNA hücrenin kuru ağırlığının % 35’inden fazlasını oluşturur.

• Olayın karmaşıklığına rağmen proteinler oldukça hızlı sentez edilirler. Bir E. coli hücresinde 100 amino asitlik bir polipeptit yaklaşık 5 saniyede sentez edilir.

Genetik Kod

• Amino asidler, amino açil-tRNA sentetaz enzimi ile aminoaçil-tRNA’ları oluştururlar.

• Crick’in adaptör molekülü hipotezinde adaptör molekül bir uçta amino asidleri bağlarken diğer uçta amino asit ile ilişkili mRNA dizisi ile bağlantı kurar.

• Bilgi böylece 4 bazlı nükleik asit dizilerinden 20 amino asitli proteinlere çevrilir (Translasyon).

Genetik kod sentetik mRNA’lar kullanılarak çözülmüştür

• Dört nükleotidin ikili olarak değişik şekillerde bir araya gelme olasılığı 42=16

• Dört nükleotidin üçlü olarak değişik şekillerde bir araya gelme olasılığı 43=64

• Kodon: Spesifik bir amino asidi kodlayan üç nükleotid’ten oluşan dize

• Başlama (initiasyon) kodonu (AUG), tüm hücrelerde bir polipeptidi başlatan sinyal kodonu (Bir polipeptidin içinde sinyal ayrıca Met’i kodlar)

• Sonlanma-DUR (terminasyon) kodonları (UAA, UAG ve UGA), hiçbir amino asidi kodlamazlar. Bu kodonlar polipeptid sentezinin bittiğinin sinyalini verirler (Stop veya nonsense kodonlar)

• Dejenerasyon: Bir amino asidin birden fazla kodon ile kodlanmasıdır.

Wobble bazı

• Wobble bazı tRNA’ların birden fazla kodonu tanımalarını sağlar

• Antikodon: tRNA’da mRNA’ya karşılık gelen kodon.

• Antikodon’daki ilk baz (5′  3′ yönünde) wobble bazdır.

Wobble Hipotezi

• Bir mRNA kodonundaki ilk iki baz, tRNA’daki antikodon ile her zaman güçlü Watson-Crick baz eşleşmesi yapar.

• Antikodondaki ilk baz (5′  3′ yönünde okunur) kodondaki 3. bazın karşısındaki bazdır. tRNA tarafından tanınan kodonların sayısını belirler (Bkz. Tablo)

• Tüm 61 kodonun translasyonu için minumum 32 tRNA gereklidir.

Protein Sentezi için

• mRNA

• Ribozomlar

• tRNA

• Aminoasitler gereklidir

tRNA’nın karakteristik yapısal özellikleri bulunur

• Birçok tRNA’nın 5′ ucunda guanilat (PG) rezidüsü ve 3′ ucunda, CCA (3′) sekansı vardır.

• Aminoasit kolu spesifik bir amino asidi taşır.

• Antikodon kolu, antikodon içerir.

• TψC kolu, ribotimidin (T), pseudouridin (ψ) içerir.

• D ve TψC kolları tRNA’nın katlanması için önemlidir.

Protein Sentezi

• Amino asidlerin aktivasyonu

• İnitiasyon

• Elongasyon

• Terminasyon ve salınım

• Katlanma ve posttranslasyonel işlemler

Her bir amino asit için özgül amnioaçil-tRNA sentetaz enzimi vardır

• Her bir tRNA’ya doğru aminoasitin tanınıp, bağlanması gerekir. Ayrıca, bu süreç enerji gereksinen bir sentez sürecidir. Bu nedenle, her hücrede her bir aminoasite özgü aminoaçil tRNA sentetaz enzimleri bulunur.
• Enzim katalizli tepkimede ATP hidrolizi ile aktive edilen amino asit, tRNA’nın 3’ ucundaki adenin bazına ait riboz şekerin 3’-OH grubuna bağlanır.

Protein Sentezinin Basamakları

• Başlama (Initiation)

• Zincir Uzaması (Elongation)

• Zincir Sonlanması (Termination)

Protein Sentezinin Basamakları-Başlama

Zincir uzaması: İlk basamak (ikinci amino açil tRNA’nın bağlanması”)

• İkinci yüklü tRNA, EF-Tu’nun yardımı ile A bölgesine girer; uzamanın ilk basamağı başlar.

Ökaryotlarda Protein Sentezi

• Daha komplekstir

• mRNA stoplazmaya taşınır

• mRNA 1-2 saatte yıkılır

• Kozak sequence 5’-ACCAUGG…..

• AUG Met kodlar

• Daha fazla sayıda ribozom görev alır

• Ribozomlar E.R’a tutunur.

Quaternary Structure

• Birden çok polipeptit zincirinin biraraya gelmesi ile kuaterner yapı oluşur.

Translasyon Sonrası Modifikasyonlar

• N-ucu ve C-ucundaki a.a ler çoğunlukla uzaklaştırılır yada değişime uğrar.

• Bazen tek bir a.a değişime uğrayabilir.

• Bazen karbohidrat yan zincirleri takılabilir

• Polipeptit zincirlerinde kırpılma yapılabilir.

• Sinyal dizileri proteinden uzaklaştırılır.

• Polipeptit zincirleri çoğu kez metallerle kompleks yapar

• Folding: chaperonins

Post-translasyonel modifikasyonlar

• Amino terminal ve karboksi terminal uçta modifikasyonlar: Tüm polipeptidler bakterilerde N-formilmetionin, ökaryotlarda ise metionin ile başlar. Formil grubu, bu amino asidler final peptid’den uzaklaştırılır.

• Ökaryotik proteinlerin % 50’sinde amino terminal uçtaki amino grubu N-asetil’lenir.

Post-translasyonel modifikasyonlar

• Bazı amino asitlerin modifikasyonu: Ser, Thr ve Tyr rezidülerinin hidroksil gruplarının enzimatik olarak ATPile fosforillenmesi. Böylece diğer moleküllerle iyonik bağ yapabilen eksi yüklü a.a ler oluşur.

• Bazı proteinlerde Glu rezidüsüne ekstra karbonil grubu eklenmesi (Örn.protrombin’de K vitamininin rolü)

• Bazı kas proteinlerinde ve sitokrom c’de monometil ve dimetillizin rezidüleri (Örn. calmodulin’de trimetil lizin rezidüsü bulunmakta)

Post-translasyonel modifikasyonlar

• Karbohidrat yan zincirinin eklenmesi: Polipeptid zincirinin sentezi sırasında veya sonra glikoproteinin karbohidrat yan zinciri eklenir. Bazı glikoproteinlerde karbohidrat yan zinciri enzimatik olarak Asn rezidülerine bağlanır (N-linked oligosakkaridler), diğerlerinde Ser ve Thr residülerine bağlanır (O-linked oligosakkaridler).

• Birçok protein ekstrasellüler olarak fonksiyon görür.

Post-translasyonel modifikasyonlar

• Sinyal sekansının kaybı: Amino terminal uçtaki 15-30 rezidülük kısım proteinin hücre içi hedeflere yönlendirilmesinde önemli rol oynar. Daha sonra bu kısım çıkartılır.

Post-translasyonel modifikasyonlar

• Polipeptitlerin metallerle kompleks oluşturması : Proteinlerin tersiyer ve kuaterner yapılarında metal atomları vardır ve bu yapıları kazanmaları çoğu bu kez metallere bağlıdır.

Post-translasyonel modifikasyonlar

• Prostetik grupların eklenmesi: Birçok protein aktiviteleri için kovalant bağlı prostetik gruplara gereksinim duyarlar. Örn. Asetil-CoA karboksilaz’ın biyotin molekülü ve sitokrom c’nin hem grubu

• Proteolitik işlemler: Birçok protein sentez sonrası kısaltılır. Örn. İnsulin

• Disülfid çapraz bağlarının oluşumu: İki sistein rezidüsü arasında çapraz bağ oluşur. Bu proteini hücre içinde ve dışında etkilerden korur.

Protein Sentezinin İnhibisyonu

Toksinlerle protein sentez inhibisyonu

• Difteri toksininin, ökaryotik elongasyon faktörü üzerine etkisi vardır.

• Risin, ökaryotik ribozomlarda 60 S alt üniteyi inaktive eder (23S rRNA’da spesifik bir adenozin’in depurinasyonu ile).