Dört harflik alfabe, üçerli okunuyor
Şifre neden ikili değil de üçlü? Cevap basit bir sayma işleminde: 4¹ = 4 ve 4² = 16 yetmez, 4³ = 64 yeter. Bu ünitede kodon ile antikodonu, başlatıcı kodon AUG’yi ve üç durdurucu kodonu göreceksin; sonra bilginin DNA’dan RNA’ya (transkripsiyon), oradan proteine (translasyon) nasıl aktığını adım adım izleyeceğiz.
DNA molekülünde genetik bilgi bulunur. Genetik bilgi, özel genetik şifrelerden meydana gelir. Genetik şifrede bilgilerin yazılımında; A, G, C ve T olmak üzere 4 harfli bir alfabe kullanılır. Her bir harf bir nükleotit çeşidini ifade eder. Dört çeşit nükleotidin farklı kombinasyonlarla üçerli gruplar hâlinde dizilmesi ile oluşan şifreye genetik şifre denir.
Kaydırakla bir şifrenin kaç nükleotitten oluştuğunu değiştir. Ekranda mümkün şifreler tek tek kutucuk olarak çizilir ve sayısı 4n olarak hesaplanır. Kesikli kırmızı çizgi 20 çeşit amino asit eşiğidir: bir nükleotitte 4, ikide 16 kutucuk çıkar ve çizginin altında kalır — yetmez. Üçe geçildiğinde 64 kutucuk birden belirir ve çizgi geride kalır. Ünitedeki “üç nükleotitten oluşmak zorundadır” cümlesinin sebebi tam olarak budur.
Bir nükleotit, bir amino asidi şifreleseydi en fazla 4 (4¹) farklı şifre oluşurdu. Bu durum, protein sentezi için gerekli olan 20 çeşit amino asidi şifrelemeye yetmezdi. Bir amino asidin şifresi, iki nükleotitten oluşsaydı en fazla 16 (4²) çeşit amino asit için şifre üretilebilirdi. 20 çeşit amino asidin tamamı şifrelenemezdi. Bu nedenle bir genetik şifre, 3 nükleotitten oluşmak zorundadır. Bu durum, toplamda 64 (4³) çeşit şifrenin ortaya çıkması demektir. Bu sistem, 20 farklı amino asidin rahatlıkla şifrelenebilmesini sağlar.
Adenin, timin, guanin ve sitozin deoksiribonükleotitlerinin DNA üzerindeki sayıları ve dizilişleri, canlılar arasında farklılıklara neden olur. Bir gendeki nükleotitlerden oluşan şifreler amino asitleri, amino asitlerden oluşan proteinler de canlıların özelliklerini belirler.
Zincir şudur: nükleotit dizilişi → amino asit dizilişi → protein → canlının özelliği. Bir harf değişirse zincirin en sonundaki özellik değişebilir.
DNA ve DNA’dan sentezlenen mRNA üzerindeki üçlü nükleotit dizisine kodon denir. tRNA’da mRNA’daki kodonlara karşılık gelen üçlü baz dizilerine antikodon denir. DNA’dan sentezlenen mRNA, genetik şifrenin kopyasını ribozoma götürerek protein sentezine kalıplık eder. Yapılan araştırmalar, 64 çeşit kodon olduğunu ortaya koymuştur. Bu kodonlardan 61 tanesinin 20 çeşit amino asidi ifade ettiği bulunmuştur.
Dört düğme dört ayrı durumu gösterir. 64 kodon kipinde bütün kodonlar ızgarada durur; başlatıcı seçilince yalnız AUG yanar, durdurucu seçilince UAA, UGA ve UAG üçlüsü kırmızıya döner ve sayaç 64 − 3 = 61 yazar. Son kip prolin örneğidir: CCU, CCC, CCA ve CCG dört kutucuk birden yanar ve altta “bir amino asit birden fazla kodonla şifrelenebilir” satırı çıkar. Metiyonin kipinde ise yalnız tek kutucuk yanar — ikisi yan yana konunca kuralın simetrik olmadığı görülür.
Her polipeptit sentezi aynı kodonla (AUG) başlar. Başlatıcı kodon da denilen bu kodon metiyonin amino asidini şifreler. Bütün canlılarda protein sentezi metiyonin amino asidi ile başlar.
64 çeşit kodondan 3 tanesi (UAA, UGA, UAG) durdurucu (stop) kodonlardır. Çoğu canlıda stop kodonların amino asit olarak karşılığı yoktur. Her kodon bir amino asidi şifreler fakat bir amino asit, bir veya birden fazla kodon tarafından şifrelenebilir. Örneğin AUG, metiyonin amino asidinin kodonudur ve metiyonin amino asidinin başka şifresi yoktur. Prolin amino asidi ise CCU, CCC, CCA, CCG olmak üzere dört farklı kodon ile şifrelenir. Bu durum, canlının bazı mutasyonlardan korunmasını da sağlar.
| Ölçüt | Kodon | Antikodon |
|---|---|---|
| Bulunduğu molekül | DNA ve mRNA | tRNA |
| Nükleotit sayısı | Üç | Üç |
| Görevi | Amino asidi şifreler, kalıp dizisini oluşturur | Kodona eşleşerek doğru amino asidi getirir |
| Başlatma | AUG | UAC |
| Eşleşme türü | Geçici hidrojen bağlarıyla | Geçici hidrojen bağlarıyla |
Tablo, kodon-antikodon ve translasyon maddelerinden derlenmiştir.
Her kodon bir amino asidi şifreler fakat bir amino asit, bir veya birden fazla kodon tarafından şifrelenebilir. Yani “kodon → amino asit” yönü tektir, “amino asit → kodon” yönü çoklu olabilir. Prolinin dört kodonu vardır, metiyoninin yalnız bir tane. Bunun bir yararı da vardır: bu durum, canlının bazı mutasyonlardan korunmasını da sağlar — CCU’daki son harf değişse bile amino asit yine prolindir.
Her canlı DNA’larına göre kendilerine özgü proteinleri sentezler. DNA’daki bilginin kullanılarak ribozomlarda polipeptit üretilmesine protein sentezi denir. Protein sentezi, tüm canlılarda gerçekleşen ortak bir olaydır. Protein sentezinde görev alan başlıca yapılar; DNA, RNA çeşitleri (mRNA, tRNA ve rRNA), ATP, enzimler, amino asitler ve ribozomdur. Protein sentezinde genetik bilgi akışı DNA’dan RNA’ya ve oradan da proteine doğrudur.
RNA polimeraz DNA üzerinde soldan sağa ilerler; geçtiği yerde sarmal kısmen çözülür, arkasında yeniden kapanır. Alt zincir kalıp iplik olarak işaretlidir; her nükleotidin karşısına uygun RNA nükleotidi yerleşir ve DNA’daki adeninin karşısına urasil geldiği ekranda ayrıca vurgulanır. Üstteki kalıp olmayan iplik hiç kullanılmaz — okun yalnız bir zinciri izlediği görülür. Kaydırakla polimerazın konumunu elle de gezdirebilirsin.
Bir genin baz dizisine göre spesifik bir polipeptit üretilmesi iki ana basamakta gerçekleşir. Bunlar, transkripsiyon (yazılma) ve translasyon (okuma) olaylarıdır.
DNA’dan RNA polimeraz ile mRNA sentezine transkripsiyon (yazılma) denir. Transkripsiyon sırasında ilgili genin protein sentezi için gerekli şifreyi taşıyan kısmının ikili sarmal yapısı, RNA polimeraz tarafından kısmi olarak çözülür.
DNA’nın iki ipliğinden RNA sentezi için şifre veren ipliğe kalıp iplik, karşısındaki şifre vermeyen ipliğe de kalıp olmayan iplik denir. Kalıp iplikteki nükleotitlerin her birinin karşısına mRNA sentezi için uygun nükleotit gelir. DNA’dan mRNA üretilirken replikasyondaki nükleotit eşleşmelerinden farklı olarak mRNA’da timin nükleotidi yerine urasil nükleotidi gelir.
mRNA sentezlendikten sonra çekirdek zarındaki porlardan sitoplazmaya geçerek ribozomun küçük alt birimine bağlanır.
Genetik bilginin polipeptide dönüştürülmesi prokaryot ve ökaryot hücrelerde aynıdır ancak hücrelerde gerçekleştiği yerler farklıdır. Prokaryot hücrelerde transkripsiyon ve translasyon olayları sitoplazmada gerçekleşir. Ökaryot hücrelerde ise transkripsiyon işlemi çekirdeğin içinde, mitokondrinin matriksinde ve kloroplastın stromasında gerçekleşir. Çekirdeğin içinde üretilen mRNA, translasyon olayını gerçekleştirmek için sitoplazmaya geçer. Translasyon olayı mitokondrinin ve kloroplastların kendi ribozomlarında gerçekleşir.
Replikasyonda adeninin karşısına timin gelir. Transkripsiyonda ise kural açıktır: replikasyondaki nükleotit eşleşmelerinden farklı olarak mRNA’da timin nükleotidi yerine urasil nükleotidi gelir. İkinci fark da zincir sayısıdır: replikasyonda iki ipliğin ikisi de kalıp olur, transkripsiyonda yalnız biri kalıptır.
mRNA’nın çekirdekten sitoplazmaya geçerek ribozomun küçük alt birimine bağlanmasıyla translasyon başlar. mRNA’daki kodonlar üzerinden meydana gelen polipeptit sentezidir. Translasyonda mRNA, ribozom, tRNA ve amino asitleri tRNA’ya bağlanmak için aktifleştirici enzimler görev alır.
Kaydırak translasyonu adım adım yürütür. İlk adımda mRNA küçük alt birime bağlanır ve UAC antikodonlu tRNA metiyonini getirir; kodon-antikodon eşleşince büyük alt birim oturur. Sonraki adımlarda mRNA kayar, yeni tRNA A bölgesine girer, amino asit P bölgesindeki zincire eklenir ve boşalan tRNA E bölgesinden ribozomu terk eder. Ekrandaki üç bölge etiketi ve uzayan polipeptit canlıdır. Son adımda durdurucu kodona gelinir: sonlandırıcı protein bağlanır, zincir kopar ve alt birimler ayrılır.
Ribozom, polipeptit sentezinin gerçekleştiği yapıdır. Ribozom, büyük ve küçük olmak üzere iki alt birimden oluşur. Bu birimler protein sentezinde bir araya gelir. Ribozomun büyük alt biriminde üç bölge vardır. Birinci bölge (A), tRNA’nın bağlandığı ve kodon ile antikodon eşleşmesiyle okuma olayının gerçekleştiği yerdir. İkinci bölge (P) polipeptidin uzadığı yer, üçüncü bölge (E) ise tRNA’nın ribozomu terk ettiği yerdir.
Ders kitabında bu cümle “Bölge (P) polipeptidin uzadığı yer” diye dizilmiş, sıra sayısı düşmüş; sayfada üç bölge birinci (A), ikinci (P), üçüncü (E) biçiminde tamamlanmıştır.
mRNA, ribozomun küçük alt birimine bağlanır. mRNA’daki AUG başlatma kodonuna karşılık gelen UAC antikodonuna sahip tRNA, metiyonin amino asidini ribozoma getirir. Geçici hidrojen bağları kurularak kodon antikodon eşleşmesi gerçekleşince ribozomun küçük alt birimi büyük alt birimine bağlanır ve polipeptit sentezi başlar.
mRNA’nın ribozom alt birimleri arasında kaymasıyla tRNA, taşıdığı amino asitle 2. bölgeye gelir. Boşta kalan 1. bölgeye yeni tRNA gelir. Yine antikodon kodon eşleşmesi ve okuma gerçekleşir. 2. bölgede bulunan tRNA, taşıdığı amino asidi 1. bölgedeki tRNA’nın taşıdığı amino asit üzerine ekler. Bu sırada amino asitler arasında peptit bağı oluşur. Peptit bağı oluşumunda büyük alt birimde bulunan rRNA enzim olarak görev alır. Amino asidini bırakan tRNA 3. bölgeye geçer ve ribozomu terk eder. Bu olaylar, mRNA’daki şifrelerin tümü okununcaya kadar tekrarlanır.
Uzama safhası mRNA üzerindeki durdurucu (UGA, UAG, UAA) kodonlardan birine ulaşılana kadar devam eder. Durdurucu kodonlara sonlandırıcı protein (ayrılma faktörü) bağlanır. Bu protein, polipeptit zinciri ile tRNA arasındaki bağı kopararak polipeptit zincirinin ribozomdan ayrılmasını sağlar. Yeni sentezlenmiş polipeptit zinciri ribozomu terk ettikten sonra ribozom alt birimleri birbirinden ayrılır.
Bir protein çeşidinden çok sayıda üretilmesi gerektiğinde aynı mRNA üzerine çok sayıda ribozomun tutunması ile oluşan yapıya poliribozom ya da polizom denir. Poliribozom, bir protein çeşidinden kısa sürede çok sayıda üretilmesini sağlar.
Kaydırak aynı mRNA üzerindeki ribozom sayısını değiştirir. Her ribozomun altında uzayan polipeptit ayrı ayrı çizilir; öndeki ribozomun zinciri daha uzundur çünkü mRNA’nın daha çok kodonunu okumuştur. Sağdaki sayaç birim zamanda tamamlanan protein sayısını yazar ve ribozom sayısıyla birlikte artar. Dikkat edilecek nokta ekranda sabit durur: mRNA tektir, üretilen proteinlerin hepsi aynı çeşittir — artan şey çeşit değil, sayıdır.
Dört düğme dört ayrı yerleşimi gösterir. Prokaryot kipinde hücrede tek bölme vardır ve iki olay da sitoplazmada geçer; ökaryotta transkripsiyon çekirdek içinde olur, mRNA porlardan sitoplazmaya çıkar ve translasyon orada sürer. Son iki kip organelleri gösterir: mitokondrinin matriksi ve kloroplastın stroması. Bu iki organelde translasyon kendi ribozomlarında gerçekleşir; ok çekirdeğe hiç uğramaz.
| Ölçüt | Transkripsiyon (yazılma) | Translasyon (okuma) |
|---|---|---|
| Kalıp | DNA’nın kalıp ipliği | mRNA |
| Ürün | mRNA | Polipeptit |
| Baş enzim/yapı | RNA polimeraz | Ribozom (rRNA peptit bağını kurar) |
| Ökaryotta yeri | Çekirdek içi, mitokondri matriksi, kloroplast stroması | Sitoplazma; organellerde kendi ribozomları |
| Prokaryotta yeri | Sitoplazma | Sitoplazma |
| Eşleşme | Kalıp iplik ↔ RNA nükleotitleri (A karşısına U) | Kodon ↔ antikodon (geçici hidrojen bağı) |
Satırlar transkripsiyon, translasyon ve “protein sentezinin genel özellikleri” maddelerinden derlenmiştir.
Aynı mRNA üzerinde altı ribozom çalışıyorsa altı ayrı protein çeşidi değil, aynı proteinden altı adet üretiliyordur: bir protein çeşidinden çok sayıda üretilmesi gerektiğinde aynı mRNA üzerine çok sayıda ribozomun tutunması ile oluşan yapıya poliribozom denir. Çeşidi belirleyen mRNA’dır ve hücrede mRNA çeşidi sayısı, sentezlenen protein çeşidi sayısı kadardır.
Oyun konsolundaki tuş kombinasyonundan sınıf panosundaki fotokopiye kadar bu bölümün mantığı etrafında.
Üç tuşluk kombinasyon iki tuşluktan çok daha fazla hareket verir. Genetik şifrede de aynı sayma var: 4¹ = 4 ve 4² = 16 yetmez, 4³ = 64 yeter. Alfabe dört harfliyse yirmi şeyi anlatmanın en kısa yolu üçerli gruplardır.
Kütüphaneden çıkarılmayan kitabın sayfasını kopyalayıp eve götürürsün. mRNA aynı işi yapar: DNA’dan aldığı bilgiyi sitoplazmaya taşır, asıl kitap (DNA) çekirdekte kalır.
Her cümle büyük harfle başlar, noktayla biter. Polipeptitte de öyle: her polipeptit sentezi aynı kodonla (AUG) başlar ve UAA, UGA, UAG durdurucularından birine gelince biter.
Türkçede “kırmızı” ile “al” aynı rengi anlatır. Genetik şifrede de prolin amino asidi CCU, CCC, CCA, CCG olmak üzere dört farklı kodon ile şifrelenir. Bunun faydası da şudur: canlının bazı mutasyonlardan korunmasını sağlar.
Sırada ilerlerken herkes tek tek tezgâha girip çıkar. Ribozomdaki üç bölge de böyle: tRNA A bölgesinde eşleşir, P bölgesinde zincir uzar, E bölgesinden ribozomu terk eder.
Aynı ödevden çok sayıda çıktı gerekiyorsa makine sayısını artırırsın, metni değil. Polizom tam budur: aynı mRNA üzerine çok sayıda ribozomun tutunması ile kısa sürede çok sayıda aynı protein üretilir.
Harf harf değil, hece hece ezberlersin. mRNA da öyle okunur: mRNA’da 3’lü baz dizilimlerinden oluşan kodonlar vardır ve her amino asit, mRNA’da bir kodona karşılık gelir.
Biri metni yazar, biri okur. Protein sentezinde de iki ayrı basamak vardır: transkripsiyon (yazılma) ve translasyon (okuma). İkisi ökaryotta ayrı yerlerde, prokaryotta aynı yerde geçer.
Farklı ülkelerde trafik lambası aynı anlama gelir. Genetik şifre de öyle ortak: protein sentezi, tüm canlılarda gerçekleşen ortak bir olaydır ve bütün canlılarda protein sentezi metiyonin amino asidi ile başlar.
48 soruluk test · genetik şifrenin neden üç nükleotitten oluştuğu, 64 kodon ve 61 amino asit şifresi, başlatıcı kodon AUG ile üç durdurucu kodon, kodon-antikodon ayrımı, protein sentezinde bilgi akışı, transkripsiyon ve kalıp iplik, ribozomun A-P-E bölgeleri, translasyonun başlama-uzama-sonlanma safhaları, poliribozom ve prokaryot-ökaryot yer farkları
Genetik şifrede bilgilerin yazılımında A, G, C ve T olmak üzere 4 harfli bir alfabe kullanılır. Dört çeşit nükleotidin farklı kombinasyonlarla üçerli gruplar hâlinde dizilmesi ile oluşan şifreye genetik şifre denir. Bir nükleotit şifreleseydi 4 (4¹), iki nükleotit şifreleseydi 16 (4²) şifre olurdu ve 20 çeşit amino asit şifrelenemezdi. Bu nedenle bir genetik şifre, 3 nükleotitten oluşmak zorundadır; toplamda 64 (4³) çeşit şifre ortaya çıkar.
DNA ve DNA’dan sentezlenen mRNA üzerindeki üçlü nükleotit dizisine kodon denir. tRNA’da mRNA’daki kodonlara karşılık gelen üçlü baz dizilerine antikodon denir. 64 çeşit kodon vardır; bu kodonlardan 61 tanesi 20 çeşit amino asidi ifade eder. Her polipeptit sentezi aynı kodonla (AUG) başlar; bu kodon metiyonin amino asidini şifreler. 3 kodon (UAA, UGA, UAG) durdurucu kodonlardır ve çoğu canlıda amino asit karşılığı yoktur.
Her kodon bir amino asidi şifreler fakat bir amino asit, bir veya birden fazla kodon tarafından şifrelenebilir. AUG metiyoninin tek şifresidir; prolin ise CCU, CCC, CCA, CCG olmak üzere dört farklı kodonla şifrelenir. Bu durum, canlının bazı mutasyonlardan korunmasını da sağlar.
DNA’daki bilginin kullanılarak ribozomlarda polipeptit üretilmesine protein sentezi denir. Protein sentezinde görev alan başlıca yapılar; DNA, RNA çeşitleri (mRNA, tRNA ve rRNA), ATP, enzimler, amino asitler ve ribozomdur. Protein sentezinde genetik bilgi akışı DNA’dan RNA’ya ve oradan da proteine doğrudur. Bir genin baz dizisine göre polipeptit üretilmesi transkripsiyon (yazılma) ve translasyon (okuma) olarak iki ana basamakta gerçekleşir.
DNA’dan RNA polimeraz ile mRNA sentezine transkripsiyon denir; ilgili genin ikili sarmal yapısı RNA polimeraz tarafından kısmi olarak çözülür. Şifre veren ipliğe kalıp iplik, şifre vermeyene kalıp olmayan iplik denir. mRNA’da timin nükleotidi yerine urasil nükleotidi gelir. mRNA sentezlendikten sonra çekirdek zarındaki porlardan sitoplazmaya geçerek ribozomun küçük alt birimine bağlanır.
Ribozom, büyük ve küçük olmak üzere iki alt birimden oluşur. Birinci bölge (A), tRNA’nın bağlandığı ve kodon ile antikodon eşleşmesiyle okuma olayının gerçekleştiği yerdir. İkinci bölge (P) polipeptidin uzadığı yer, üçüncü bölge (E) ise tRNA’nın ribozomu terk ettiği yerdir. Peptit bağı oluşumunda büyük alt birimde bulunan rRNA enzim olarak görev alır.
Başlama: mRNA küçük alt birime bağlanır, AUG’ye karşılık gelen UAC antikodonlu tRNA metiyonini getirir, alt birimler birleşir. Uzama: mRNA kayar, yeni tRNA gelir, amino asitler arasında peptit bağı oluşur, amino asidini bırakan tRNA 3. bölgeye geçip ribozomu terk eder. Sonlanma: durdurucu kodona sonlandırıcı protein (ayrılma faktörü) bağlanır, polipeptit ayrılır ve ribozom alt birimleri birbirinden ayrılır.
Bir protein çeşidinden çok sayıda üretilmesi gerektiğinde aynı mRNA üzerine çok sayıda ribozomun tutunması ile oluşan yapıya poliribozom ya da polizom denir. Prokaryot hücrelerde transkripsiyon ve translasyon sitoplazmada gerçekleşir. Ökaryot hücrelerde transkripsiyon çekirdeğin içinde, mitokondrinin matriksinde ve kloroplastın stromasında olur; translasyon mitokondrinin ve kloroplastların kendi ribozomlarında gerçekleşir.