RNA'nın Yapısı ve Protein Sentezi

RNA’da DNA’dan farklı olarak yapısını oluşturan nükleotitlerde deoksiriboz şekeri yerine riboz şekeri bulundurur. Aynı zamanda DNA’da bulunan timin organik bazı yerini urasil (U) organik bazına bırakır. RNA tek sıra nükleotitten oluşur bu yüzden RNA molekülü kendisini eşleyemez. Aynı zamanda tek sıra olmasından dolayı RNA’da, G=C ve A=U olma zorunluluğu yoktur.

RNA’nın işlevi, DNA’dan aldığı genetik şifreye göre protein sentezini gerçekleştirmektir. RNA molekülü ribozomlarda, sitoplazmada, çekirdekte, mitokondri ve kloroplastlarda bulunur. 3 çeşit RNA vardır. Bunlar; mRNA (mesajcı RNA), tRNA (taşıyıcı RNA) ve rRNA (ribozomal RNA) dır.

RNA Çeşitleri

RNA; mRNA, tRNA ve rRNA olmak üzere üçe ayrılır.

mRNA

Görevi dna’dan genetik bilgiyi alıp ribozoma aktarmaktır. Böylece ribozom organeli protein üretmeye başlayabilir. DNA’nın anlamlı şeridindeki genetik bilgiye göre sentezlenir. Şu adımlara göre sentezlenir:

DNA’nın ilgili kısmındaki zayıf hidrojen bağları kopar ve 2 şerit arası açılır. Bu şeritlerden birisi anlamlı şerittir. Anlamlı zincir mRNA’nın sentezlenmesinde kalıp olarak kullanılır.
DNA’nın anlamlı zincirinde bulunan nükleotitlerin karşısına ilgili RNA nükleotitleri gelir. Örneğin DNA’daki anlamlı zincirde bulunan TAC kodunun karşısına AUG nükleotitleri gelir.
Bu işlem mRNA molekülü tamamlanana kadar devam eder. İşlem bittikten sonra mRNA molekülü üretilmiş olur. mRNA molekülü artık aldığı şifreyi ilgili organellere götürüp protein sentezine başlayabilir.
DNA’nın tekrar eski haline gelmesiyle işlem sona erer.

mRNA molekülünün yukarıdaki gibi DNA’dan sentezlenmesine transkripsiyon işlemi denir. mRNA da bulunan her üçerli baz dizilişine kodon denir. Her kodon bir aminoasidi şifreler.

tRNA

tRNA’nın görevi; ribozoma tutunmuş mRNA’dan bilgiyi alarak ilgili aminoasiti ribozoma getirmektir. Artı (+) simgesi gibi gözükmektedir. DNA’da tek zincir halinde üretilir; ancak çekirdekten çıktıktan sonra hidrojen bağları kurarak bazı kısımları katlanır.

mRNA’daki kodonların bağlandığı bölgeye antikodon kısmı denir ve bu kısım sayesinde mRNA ile iletişim kurar.

rRNA

rRNA proteinlerle birlikte ribozomun yapısına katılır. Ribozomun yaklaşık %70’i rRNA’dan oluşur. Bu yüzden rRNA hücrede en fazla bulunan RNA çeşididir.

Protein Sentezi

Protein sentezi her hücre için gereklidir. Dış ortamdan alınan proteinler doğrudan hücrenin işleri için kullanılamaz. Dışarıdan alınan hazır proteinler yapı taşları olan aminoasitlere kadar parçalanır ve sindirilirler. Daha sonra serbest aminoasitler hücrenin ihtiyacına göre tekrar dizilerek hücrenin ihtiyacını karşılar. Aminoasitlerin yeniden dizilme işlemine protein sentezi denilmektedir.

Protein sentezi her hücrede bulunan ribozom organelinde gerçekleşir. RNA sayısı ile protein sentezi hızı doğru orantılıdır. Yani bir hücrede çok fazla RNA molekülü bulunuyorsa o hücre o kadar fazla protein üretiyordur.

Proteinin yapı taşını oluşturan aminoasitler 20 çeşittir. Bitkiler ihtiyaç duydukları aminoasitleri kendileri sentezlerken hayvanlar ise 20 aminoasit çeşidinden 12 tanesini sentezler; 8 tanesini dışarıdan hazır olarak alırlar. Bu 8 aminoasite esansiyel (temel) aminoasitler denir.

Genetik Şifre

Genler, hücre içerisindeki yaşamsal faaliyetlerin devamlılığını ve düzenini sağlayan şifrelerdir.
Bu şifreler, dört harfli bir alfabe kullanılarak (adenin, guanin, sitozin ve timin) yazılır ve her bir harf bir nükleotit çeşidini temsil eder. Bu şifrelere genetik şifre ya da genetik kod denmektedir.
Genetik şifre, DNA veya mRNA’daki baz dizileri ve bunlara karşılık gelen proteinlerdeki amino asit dizilimleri arasındaki uyumu ifade eder.
Genetik şifre, tüm canlılar için evrensel olan üçlü (triplet) şifreler şeklindedir.
DNA, üç nükleotitten oluşan şifreler üretir. Bu şifreler adenin, guanin, sitozin ve timin nükleotitlerinden oluşur ve genleri oluşturur.

Genetik Şifre Neden Üç Nükleotitten Oluşur?

Genetik şifrele 4 farklı harfin yan yana dizilmesiyle oluşur. Canlı yapısında bulunan proteinlerin tümünün sentezlenebilmesi için 20 farklı amino asit gereklidir. Başka bir deyişle, 20 farklı aminoasiti kodlamak için en az 20 farklı şifre gereklidir.

Her bir nükleotitin bir şifreyi temsil etmesi durumunda, en fazla 4 (4¹) farklı şifre oluşturulabilirdi. Buda 20 çeşit amino asidi şifrelemeye yetmez.
İki nükleotitli şifrelerle en fazla 16 (4²) çeşit amino asit için şifre üretilebilir, bu da 20 çeşit amino asidi tamamen kodlamak için yeterli değildir.
Sonuç olarak, 20 çeşit amino asidi tamamen kodlamak için bir genetik şifrenin en az 3 nükleotitten oluşması gereklidir. Bu durum, toplamda 64 (4³) çeşit şifrenin ortaya çıkması anlamına gelir ve bu sistem, 20 farklı amino asidin rahatlıkla şifrelenebilmesini sağlar.

Genetik Şifre ve Kodon İlişkisi

Genetik kod, DNA ya da mRNA’daki “kodon” adı verilen üçlü nükleotit dizileri ile ifade edilir.
Bu sistemin sonucunda toplamda 64 özgül kodon (şifre) ortaya çıkar.
mRNA’daki bu 64 kodonun sadece 3 çeşidi amino asit kodlamaz ve bu kodonlara “durdurucu” veya “sonlandırıcı” kodon adı verilir.
Durdurucu ya da sonlandırıcı kodonlar, protein sentezinin bitişini belirleyen sinyallerdir. Ribozom protein üretimi sırasında bu kodonları gördüğünde protein sentezini bitirir.
Kalan 61 çeşit kodon, 20 farklı amino asidi şifrelemek için kullanılır.

Proteinin Sentezlenmesi

Protein üretimi mRNA sentezi ile başlar. Bu işleme transkripsiyon denir ve yukarıda transkripsiyon işlemi adımlandırılarak anlatılmıştır.

mRNA molekülü her zaman AUG molekülü ile başlar. Bu ribozom için “hadi protein üretmeye başlayalım” demenin bir şifresidir ve aynı zamanda metionin aminoasitinin şifresidir. Başka bir ifadeyle, ribozom mRNA’nın üzerinde AUG kodunu okuduğu anda protein üretimine başlar.

Bir diğer önemli şifre durdurma şifreleridir. Bunlar UGA, UAA ve UAG şifreleridir. Bu şifrelerden birisini görmek ribozoma “protein sentezi bitti” işaretini verir. Bu kodlar herhangi bir aminoasit şifrelemez.

Protein Sentezinin Aşamaları

mRNA molekülü üretilir (tranksripsiyon).
mRNA molekülü sitoplazmaya geçer ve ribozoma tutunur.
mRNA molekülü ribozoma tutunduğu anda sitoplazmada pasif halde bekleyen tRNA’lar aktif hale geçer ve ribozoma doğru yola çıkar.
tRNA’lar antikodonlarına uygun amino asitleri ribozoma getirir ve getirilen aminoasitler uygun mRNA bölgelerine bağlanır. Amino asitlerin tRNA ile taşınabilmesi için ATP ile aktifleştirilmeleri gerekir. Bu olayı özel enzimler gerçekleştirir.
Ribozomun büyük alt birimine taşınan amino asitler arasında peptit bağları kurulur ve su açığa çıkar. Bu şekilde mRNA üzerindeki tüm kodonlar, tRNA’lardaki kendilerine uygun antikodonlarla birleşir ve taşınan amino asitlerin zincire eklenmesi sağlanır.
Bu olaylar gerçekleşirken işi biten tRNA’lar, yeniden kullanılmak üzere ribozomu terk eder.
Bütün süreç mRNA’daki durdurucu kodonlara gelene kadar devam eder. Durdurucu kodon okunduğunda protein sentezi bitmiş olur.
mRNA ribozomdan ayrılır ve tekrar aynı proteine gereksinim duyulana kadar sitoplazmada bekler.

mRNA’nın okunması işlemine translasyon denir. Protein sentezi ökaryot canlılarda çekirdekte başlar ve sitoplazmada devam eder; prokaryot canlılarda ise sitoplazmada başlar ve devam eder.

Çoklu Üretim: Poliribozom

Aynı zaman diliminde birçok ribozomun tek bir mRNA’yı okuması, aynı proteinden birçok örneğin yapılmasını sağlar. Bir ribozom mRNA üzerinde ilerlerken, diğer ribozom da mRNA’nın ucuna eklenip ilerlemeye devam eder. Böyle ribozom zincirleri poliribozomları oluştururlar. Prokaryotik ve ökaryotik hücrelerde bulunabilirler. Böylece kısa zamanda aynı proteinden çok sayıda sentezlenmiş olur.

Gen ve Çevre İlişkisi

Canlıların yaşadığı çevre canlıların bazı özelliklerini etkileyebilir. Ancak yine de çevrenin etkisinin yanında genlerde etkilidir. Çevrenin canlıda meydana getirdiği değişimleri gözetlemenin en iyi yolu farklı şartlar altında yetişen tek yumurta ikizlerini gözlemlemektir.

Farklı ortam koşullarında bir canlının fenotipinde meydana gelen değişikliklere modifikasyon denir. Modifikasyonda genin yapısı değişmez genin işleyişinde değişiklik meydana gelir. Işık, sıcaklık, besin vb. faktörler etkisiyle modifikasyonlar gerçekleşir. Modifikasyonlar sonradan kazanılan özellikleri içerdiğinden dölden döle aktarılmaz. Sadece birey üzerinde görülür.

Modifikasyon Örnekleri

Sirke sineklerinde, kıvrık kanat genotipinde olan döllenmiş yumurtalar 16C’ta gelişirse oluşan bireyler düz kanatlı 25C’ta gelişirse kıvrık kanatlı olur.
Himalaya tipi tavşanlarda kulak, kuyruk, ayaklar siyah, diğer bölgeler beyaz renkli kürk bulundurur. Eğer vücudun beyaz kürk taşıyan sırt kısmındaki tüyler tıraş edilip, buz yastığı konulursa çıkan tüyler siyah renkte olur.