Albert Einstein
Üye
Proteinler...
Tüm canlıların yapısında, sudan sonra en çok bulunan temel yapı maddeleri proteinlerdir.Bu nedenle canlıların kuru ağırlıklarının yaklaşık yarısı proteinlerdir.
Proteinlerin yapıları karbon , hidrojen , oksijen elementlerinin yanı sıra azot elementinden oluşur.Proteinlerde ayrıca kükürt , fosfor gibi elementler de bulunabilir.
Proteinlerin yapıtaşları amino asitlerdir.Canlıların yapısında 20 çeşit amino asit bulunur.Amino asitlerin birbirlerine peptit (amid) bağlarıyla bağlanması (Dehidrasyonu veya peptitleşmesi) ile peptitler , polipeptitler ve proteinler entezlenir.
Aminoasitlerin R ile gösterilen değişken grubu herhangi bir atom ya da atom grubu olabilir.Böylece farklı aminoasit çeşitleri oluşur.Örneğin; R yerine hidrojen bağlanırsa glisin , CH3 grubu bağlanırsa alanin denilen aminoasit çeşitleri oluşur.Amino asitlerin n tanesi n-1 tane su vererek peptit bağlarıyla bağlanıp proteinleri oluşturur.Peptitleşme denilen bu olayı şöyle genelleştirebiliriz.
n(amino asit) Protein + (n-1) Su
Her canlıdaki , hatta bir canlının farklı dokularındaki protein çeşitleri birbirinden farklıdır.Bu da proteini oluşturan amino asitlerin çeşidi , sayısı ve sırasına yani dizilişini farkından kaynaklanır.Çünkü canlıların hücrelerinde her protein çeşidinin sentezini yöneten genler birbirinden farklıdır.
Hayvanların yedikleri proteinler sindirim organlarında sırasıyla pepton , peptit ve sonunda amino asitlere ayrılır.Hücrelere taşınan amino asitlerle canlının kendi proteinleri sentezlenir.
Proteinler canlılarda şu amaçlarla kullanılır:
1-) Hücrelerin yapım ve onarımında sadece protein ya da glikoprotein , lipoprotein halinde yapı elemanı olarak.
2-) Yaşamsal olayların düzenlenmesinde kullanılan enzimlerin oluşturulmasında . Örneğin solunum sindirim enzimleri gibi.
3-) Kasların kasılmasını sağlayan kasıcı protein olarak. Örneğin aktin ve miyozinler gibi.
4-) Çoğu doku ve organların çalışmasını düzenleyen hormon olarak. Örneğin kan şekerinin miktarını düzenleyen insülin ve glukagon gibi.
5-) Doku ve organlar arasında madde taşıyıcısı olarak. Örneğin , O2 ve CO2 taşıyan hemoglobin gibi.
6-) Hayvanların vücudunu yabancı maddelere karşı koruyucu olarak. Örneğin , kandaki antikorlar gibi.
7-) Toksin vb. maddelerin üretilmesinde. Örneğin , yılan zehirleri gibi.
Depo proteinleri olarak. Örneğin , kandaki albümin gibi.
9-) Canlıda , enerji sağlamak üzere kullanılan karbonhirat ve yağlar yeterli olmadığında enerji verici olarak.Uzun süreli açlıkta olduğu gibi.
Hayvansal besinlerden kırmızı et , beyaz et , süt , yumurta ; bitkisel besinlerden fasulye , mercimek gibi baklagiller proteinler yönünden zengin yiyeceklerdir.Proteinlerin , canlılardaki en çok işleve sahip çeşidi enzimlerdir.
===========PROTEİN MOLEKÜLLERİNİN YAPISI==========
Hem hücrelerin oluşmasında , hem de işlevlerini gerçekleştirmelerinde temel maddeler proteinlerdir.Bu nedenle hücrelerin yaşamlarını sürdürebilmeleri , öncelikle protein sentezlemelerine bağlıdır.Hücrenin DNA’larındaki bilgilere uygun protein sentezi , “santral doğma” adı verilen aşağıdaki sırayla yapılır:
Transkripsiyon Translasyon
DNA RNA PROTEİN
(Yazılma) (Çeviri)
Hücrenin , her çeşit proteinin yapımını sağlayan bu olay , sırasıyla aşağıdaki gibi gerçekleşir:
1-) Yapılacak proteinlerle ilgili bilgilere sahip olan molekül , hücrenin çekirdeğindeki DNA’lardır.Her bir proteinlerle ilgili bilgi , iki iplikli DNA’nın anlamlı iplik denilen bir ipliğinden , elçi RNA’lara (mRNA) aktarılır.Oluşan mRNA’da en az , sentezlenecek proteindeki amino asit sayısı kadar kodon bulunur.DNA bilgilerini mRNA’ya yazılması anlamına gelen bu olaya transkripsiyon denir.
2-) DNA şifrelerini alan mRNA , çekirdek zarının porlarında sitoplazmaya geçer.Sitoplazmada , ribozomların küçük ve büyük alt birimleri arasına bağlanarak orada kalıp görevi yapar.
3-) DNA’ların , sentezleyip sitoplazmaya gönderdiği taşıyıcı RNA’lar (tRNA’lar) , antikodonlarına (tRNA’nın alt ucundaki , 3 nükleotitten oluşan kodonun karşılığına) uygun olan amino asitlerden her defasında bir tane alıp ribozomlara gelir.tRNA , antikodonuyla ribozomdaki mRNA’nın uygun kodonuna (mRNA’nın , 3 nükleotitten oluşan ve 1 amino asit bağlatmakla görevli kısmına) (nüleotitlerin ; G ile S , A ile U karşılıklı gelecek şekilde) bağlanır.Getirdiği amino asiti , ribozom üzerine aktarıp sitoplazmaya döner.RNA bilgilerini proteine çevrilmesi anlamına gelen bu olaya translasyon denir.Bu şekilde , her bir amino asidi taşıyan en az bir çeşit tRNA vardır.Bu nedenle , hücrede en az 20 çeşit tRNA dır.
4-) tRNA’ların , önce bağlanıp sonra ayrılmasıyla görevi biten mRNA kodonu ribozomdan kayarak boşa çıkar.Yerine , henüz görevini yapmamış mRNA kodonu gelir.
5-) Her amino asidin özel enzimleri ve ATP’nin enerjisiyle , ribozom üzerinde birbirine peptit bağlarıyla bağlanan amino asitlerden , istenilen protein sentezlenmiş olur. Yani bu olay ;
n( amino asit (a.a.)+a.a.+a.a.+....) .....Polipeptit zinciri (protein)+(n-1)H2O şeklinde gerçekleşir.
6-) DNA’dan verilip, mRNA ile taşınan kodonlara uygun protein sentezi , mRNA’nın bitirme kodonları geldiğinde (UAG, UAA ve UGA) tamamlanır. Belirli amino asitlerin , belirli sırayla bağlanmasından oluşan proteinler , yapı maddesi veya hücre enzimleri gibi düzenleyiciler olarak kullanılacağı yere aktarılır.
7-) Görevi biten ribozomlar , mRNA’lar , tRNA’lar da ,yapı birimlerine ayrılıp, gerektiğinde tekrar kullanılmak üzere sitoplazmaya dağılır.
Bu olaylar , aynı proteinlerden gerektiğinde , defalarca tekrarlanabilir. Ancak DNA’daki bilginin taşınması , ya da proteinlerin sentezi sırasında bir tek amino asidin bile yanlış bir yere bağlanması, önemli bir değişikliğe neden olabilir. Bazen , hücre için yaşamsal önemi olan bir enzimin üretilmemesi sonucu , ölüme bile neden olabilir. Örneğin , hemoglobinde , glutamik asit denilen amino asit yerine , valin adı verilen amino asit bağlanırsa , orak hücre anemisi adı verilen hastalık oluşur. Bu hastalarda hemoglobine oksijen bağlanamaz. Bu da ölümle sonuçlanabilir. Buna karşılık, 104 amino asitten oluşan bir solunum enziminde, 40 amino asidin yeri değişse bile enzim işlevi değişmeden kalabilir.
===========BİR POLİPEPTİT (PROTEİN) ZİNCİRİNİN SENTEZLENMESİ===========
DNA’dan mRNA şeklinde kopya edilen kalıtsal bilgi , protein sentez düzeneği ile amino asit dizilimine çevrilir. Bu çevrimi “Translasyon”denir.
Protein sentezi , çekirdekli hücrelerde özellikle çekirdeğin dışında , yani sitoplazmada meydana gelir. Bununla beraber belirli koşullar altında çekirdekte de protein sentezi yapıldığı gösterilmiştir. Sitoplazmik protein sentezi , endoplazmik retikuluma bağlı ya da serbest polizomlar üzerinde gerçekleştirilir. Bunun dışında mitokondriler ve klorolapstlar , kendi özel ve bağımsız protein sentez sistemine sahiptirler. Bunların protein sentezi , sitoplazmanın protein sentez aktivitesini yükseltebilir. Mitokondrilerin protein sentez düzeneği , özellikle kanserli dokularda belirli olarak değişmiştir.
Peptit sentezinde ilk adım , amino asitlerin sitoplazma içerisindeki bir enzim (sentetaz)sistemi ile uyarılmasıdır. Her aminoasit çeşidini uyaran özel bir enzim bulunur. Enzim ilk olarak aminoasit(AA)ve ATP’yi katlizleyerek , aminoasit adenilik asit bileşimine (AA-AMP)döndürür; ortaya ayrıca pirofosfat çıkar. Aynı enzim , aminoasidin kendine özgü tRNA’ya bağlanmasını da sağlar ve sonuçta tRNA-aminoasitle , serbest adenilik asit ortaya çıkar.
mRNA’nın üzerindeki bilgiye göre aminoasitlerin dizilmesi , aminoasit-tRNA bağlanmasını özgüllüğüyle sağlanabilir. Öyle ki , örneğin , bir sistein ile onun spesifik tRNA’sı (sistein-tRNAsis) birbirine bağlanırsa ve daha sonra sistein alanine çevrilirse; alanin,aynı transfer RNA’ya bağlı kalır, yani bu kompleks alanin-tRNAsis olur. Bu molekül ikilisi , protein sentez sistemine eklendiğinde , peptit zincirinde sisteinin bulunması gereken bütün yerlere , alaninin yerleştiği görülür. Bu deneme protein zincirindeki , aminoasitlerin yerine dikte ettiren sistemin , spesifik-tRNA ‘kar olduğunu , buna bağlı aminoasitlerin hiçbir rol oynamadığını gösterir. Ancak kendi özel tRNA’sına bağlı aminoasitler ribozoma transfer edilir.
Ribozomların göevi , aminoasit-tRNA’nın ve büyüyen polipeptit zincirinin yönünün yönelimini belirli özellikler içinde sağlamaktır.Ancak bu şekilde kalıp üzerindeki genetik kod doğrulukla okunabilir.Bu ribozomda bir defada yalnız tek bir polipeptit zinciri oluşur.Protein sentezi için gerekli kalıp mRNA dır ve iki kollu DNA’nın yalnız tek bir kolunda meydan gelir.Bu mRNA çekirdeği terk ederek sitoplazmaya geçer ve orada ribozomlarla birleşir.Farklı hücrelerdeki ribozomların , kütleleri , rRNA’larını proteinlerine göre oranları , rRNA’larının oluşumu ve bileşimi farklıdır ; Fakat genel yapıları bakımından benzerlik gösterirler.????:
mRNA ancak ribozomlarla temasa geçtiği zaman okunabilir. Bu kontak yeteneğini ise ancak ikincil yapı (sarmal yapı) göstermeyen (iplik şeklinde olan) ribonükleik asitler sahiptir.Keza moleküllerinin sadece bir kısmı çift kollu yapı gösteren çekirdek asitleride messenger özelliği göstermez.Kontak işleminin yapılmasında , ribozom aktif bir partnerdir ve bilgi seçme yeteneği vardır.Öyle ki , ribozomlar ile homolog mRNA’lar arasında bir özelleşme vardır.Bitkisel virüslerden elde edilen RNA’lar E.coli ribozomlar tarafından normal koşullar altında messenger olarak , kabul edilmezler.Çünkü her ikisi homolog değildir.(aynı kökenden gelmemişlerdir)
Ribozomlar 1 M NH4 Cl’i bir ortamda yıkanırlarsa bu özgüllüklerini yitirir.Bu yıkanma sırasında f1 ,f2, f3 faktörleri diye adlandırılan proteinleri ortama verirler.f3 faktörü , homolog mRNA’nın (aynı kökten gelmiş gruplardaki mRNA) tanınması için özgülleşmiştir ve “bağlayıcı faktör” olarak adlandırılır.Bu faktör , mRNA’nın sedimantasyon sabitesi 30 S olan serbest ribozomal alt birimine bağlanmasını katelizer.
30 S + mRNA 30 S / mRNA
Heterolog messenger olarak adlandırılan , poliadenilik asit ve poliurudilik asit gibi monoton polinükleotit dizelerinden meydana gelmiş yapay mRNA’lar ancak tuz derişiminin yüksek olduğu ortamlarda , ribozomlar tarafından kabul edilirler.Bu durumda bağlayıcı faktörün bulunmasına artık gerek duyulmaz.
Protein sentezi özellikle tavşanların sadece tek bir protein yapan , yani hemoglobin sentezleyen , retikulosit hücrelerinde , oldukça ayrıntılı olarak çalışılmıştır.Beş veya daha fazla sayıda ribozom birbirlerine bir mRNA aracılığıyla bağlanmışsa , yani “Poliribozom” şeklinde iseler daha etkili olarak protein sentezlerler.Yapılan araştırmalarda , tek tek halde bulunan ribozomların , poliribozomların bir ucuna bağlandıkları , mRNA boyunca yavaş yavaş hareket ettikleri ve bu hareketleri sırasında , eklenen uygun aminoasitlerle taşıdıkları polipeptit zincirinin büyüdüğü görülür.Böylece ribozomların mRNA boyunca bilgiyi okuyarak gittiği görülür.mRNA’nın tüm şeridi okuduktan sonra , ribozom , mRNA zincirinin ucundan ayrılır ve yeni bir mRNA’ya doğru hareket eder.
Bir genden bir dakika içinde ortalama bir mRNA çıkar ve sitoplazmada ortalama 240 dakika yaşar. Bu demektir ki , hücrede 240 sayısı sabittir.Bir mRNA’dan yapılan enzim sayısı ise daha azdır.Çünkü protein sentezi daha yavaş yürür.(her beş dakikada bir tane). Dolayısıyla enzimlerin ortalama ömrü uzamıştır.(20 saat kadar)Buna göre bir mRNA’dan 20 * 60/5 = 1200/5 = 240 enzim meydana gelir.Hücrede 240 mRNA bulunduğundan , enzim sayısı240 * 240 =57.600 enzimdir.Dolayısıyla DNA şifresi mRNA ile sadece kopya edilemez aynı zamanda onun aracılığıyla da çoğalmış olur.Bir mRNA aynı anda iki ribozoma kalıplık yapabilir ; öyle ki , molekülün bir ucu protein sentezini bitirirken , öbür ucu diğer bir ribozoma bağlanmış ve protein sentezini başlatmış olabilir.Büyüyen peptit zinciri her zaman orijinal ribozomuna bağlı olarak kalır , diğer bir ribozoma transferi söz konusu değildir.Replikasyonun , gen transkripsiyonunun ve protein sentezinin tüm işleyişi , pürin ve pirimidin baz çiftleri arasındaki zayıf hidrojen bağlarına göre düzenlenir.Bu bağların özgüllüğü , işleyişin doğru yürümesini sağlar ve herhangi bir yanlışlığın olma olasılığı %0.1 ‘den çok daha azdır.
mRNA’daki şifreye göre binlerce aminoasidin birleşmesinden polipeptit zincirleri meydana gelmektedir.Ne bir fazla ne bir eksik aminoasit eklenebilir. Aksi taktirde canlının alışık olmadığı proteinler oluşur ve bu da antikor oluşumuna neden olur.(allerjik tepkimeler meydana getirerek). Bunun için ayrıca bir ‘Kontrol Mekanizması’ vardır. Eğer protein sentezinde bir aminoasit bulunmazsa ya da yanlış düzenlenirse , sentez çok defa devam etmez ve genellikle protein temel elemanlarına kadar yeniden parçalanır. Bu yıkılım , enzimler tarafından yapılır. Bir protein sentezinin tamamlanabilmesi için , ribozomun son kontrolünü yapıp , sağlam vermesi gerekir. Hatta mRNA bozuk olduğunda , mRNA’nın kendisi yok edilir. Bir gen tarafından devamlı bozuk mRNA çıkarılıyorsa , çok defa , o genden gelen bütün mRNA’lar toplanıp sitoplazmada yok edilir ya da herhangi bir şekilde çıkmaları önlenir. Her peptit bağının kuruluşu bir ATP , yani 7.300 kaloriye gereksinme gösterilir. Bu nedenle , yanlış sentezlenmeler büyük enerji kabına neden olacağı gibi , parçalanmalarından meydana gelen fazla enerji de hücreleri öldürebilir.
==============PROTEİN SENTEZİNİN BAŞLAMASI=============
Bağlayıcı faktör f3’ün aracılığıyla mRNA , translasyona (çevirime) hazırdır. Eğer anlamlı bir protein oluşacaksa , emre hazır bilginin tümüyle tercüme edilmesi zorunludur.mRNA’nın bir kısmının , örneğin ortasının tercüme edilmesi , ancak bir protein parçasının meydana gelmesine ve bunun da kural olarak başındaki ve sonundaki eksik aminoasit diziliminden dolayı inaktif olmasına neden olacaktır.
En basitinden sentezin başlama noktasını saptayan yerin mRNA’nın bir ucunda bulunması ve ribozomların bu noktadan itibaren mRNA’ları tanıması gereklidir. Bu durumda 5’ ucundan 3’ ucuna doğru translasyonun yapılmasını zorunlu kılacak bir düzenek olmalıdır. Doğada , serbest 5’ ucun translasyonun başlama noktası olarak herhangi bir rolü olmadığı saptanmıştır.
Başlama noktasının saptanması için yapılan araştırmalar , belirli aminoasitlerin , N terminalinde daha sık bulunduğunu , özellikle methioninin ve daha seyrek olmak üzere sırasıyla ala , ser , thr , glu’nun bulunduğunu göstermiştir. Bu gözlemden , belirli bir aminoasitin ya da daha seyrek olarak bazı aminoasitlerin , protein sentezinin başlama noktasını işaretlediği varsayılmıştır. Bakterilerde , methioninin başlangıç aminoasiti olarak işlev gördüğü saptanmıştır.Methionin , ilk olarak özgül sentetazlarının yardımıyla iki farklı tRNA üzerine taşınır.
F-Sentetaz Meth-t-RNAf % 70
Methionin
M-Sentetaz Meth-t-RNAm % 30
tRNAf (f = front = ön ) , başlama noktalarına bağlanır. Tüm methioninin %70’i bu tRNA’lara bağlanmıştır. Geri kalan %30’u sentez edilecek protein zincirinin ortasında bulunacak (uçtakiler değil) methioninden sorumlu olan tRNAm ( m = middle = orta)’ya taşınır. Ancak tRNAf üzerinde bulunan aminoasit daha sonraki kademede 10-formiltetrahidrofol asit-transformilazla formillendirilir. Bu formilaz daha önce değindiğim f1----f3 faktörleri gibi ribozomlarla bağlanmış bir proteindir.
Başlangıç aminoasidi , oluşan proteinler için genellikle herhangi bir öneme sahip değildir. Aksi taktirde , proteinlerin büyük bir kısmın ya da hepsinin N-terminal pozisyonunda (ucunda) methionin aminoasidi bulunmalıdır. Bu aminoasid , çoğunlukla özel bir enzimle deforme edilir ya da tamamen parçalanır. In vitro (hücresiz ortamda) , formüllendirilmemiş met tRNA’lar mRNA’nın ortasındaki AUG kodonu tarafından kabul edilmez.Bu nedenle tRNAf ‘nin başlama noktasını saptama özelliği sadece formil grubundan gelmemekte , ayrıca , kendine özgü bir yapıya sahip olmasından ileriye gelmektedir. Büyük olasılıkla , formil-met-tRNAf’nin bağ sağlamlığı , ribozom üzerindeki formil grubları aracılığıyla kuvvetlendirilmektedir. Aynı işlevler başlama aminoasid olduğu tahmin edilen N-asetil-fenil-tRNA ve N-asetilvalil-tRNA için de geçerlidir.
Formillendirilmiş methionil-tRNAf’nin monte edilmesi , mRNA üzerindeki AUG ve GUG kodonları ile olur. Formillendirilmemiş met-tRNAm , yalnız AUG kodonu tarafından tanınır.
Bağlanma (tutunma), f1 ve f3 faktörlerinin , AUG (ya da GUG) başlama tripletlerinin , GTP’nin ve Mg iyonlarının bulunduğu ortamda en fazladır.Başlama faktörlerini aktive edilmesi için yalnızca GTP (nukleozittrifosfat)’nın bulunması yeterlidir.GTP’den fosfor asid ayrılmaz çünkü GTP , 5-guanilildifosfonat ile yenilenebilir. Yapay polinukleotitlerle ve özellikle başlama kodu eksik olanlarla , normal koşullarda protein sentezi gözlenmemiştir bununla beraber , Mg++ derişiminin , inkübasyon ortamında , yaklaşık 20 mM’a yükselmesiyle , f faktörlerine gerek duyulmadan protein sentezi başlatılabilir.
Burada dikkate çekilecek husus , başlama olayına ribozomun küçük alt biriminin katılmasıdır.Formil-methionil-tRNA’nın AUG ya da GUG kodonu aracılığıyla başlama kompleksine montesi akla bir soru getirmektedir.mRNA’nın ortasındaki AUG kodonu başlangıç kodonu olarak kullanılan AUG kodonunda nasıl fark edilebilmektedir? Çünkü her iki kodonda meteonini kodlar. Bu ayrım , ribozom büyük alt birimlerinin olmadığı durumlarda meydana gelen başlama kompleksini özelliğinden ileriye gelmektedir.Çünkü tam bir ribozom üzerine , formil-methionil-tRNAf bağlanmaz. Sentezlenen peptit zincirinin içine methionil-tRNAm bağının monte edilmesi ise , yukarıdaki durumun tersine , ancak her iki ribozomal alt birimin bulunmasına ; yani tam bir ribozom oluşumuna bağlıdır. Bu , bize ribozomların neden iki as birimden meydana geldiğini açıklar.Çünkü 30S’li partikül yalnız başlama için , tam bir ribozomun oluşumu ise sürekli ve doğru bir translasyonun yapılması için gereklidir.Bu sistem ya da düzenlenme mRNA’nın rasgele bir noktasından itibaren translasyonunu önler.
Ancak başlama kompleksinin oluşumundan sonra , tam bir ribozom meydana gelir ve protein sentezleyen sistem işleyişine hazır olur.Protein sentezinde ribozomların özelliğini anlayabilmek için , ribozomların üzerinde farklı bölgeler tanımlanmış ve aşağıdaki gibi isimlendirilmiştir;
a-) Giriş ( = akseptör tarafı =decoding tarafı ya da aminoacil tarafı )
b-) Çıkış ( =donnor tarafı =condensing tarafı ya da pepdidil tarafı )
Eğer AUG ya da GUG başlama kodonunu bir mRNA ribozom ile bağlanırsa , başlama kodonları ribozomların girişine yerleşir. ( ya da başlama kodonlarının yerleştiği yer ribozomların girişi olur.) Başlama faktörlerinin aracılığıyla meydana gelmiş olan formil-metionil-tRNAf (başlama kompleksinin oluşumu ) ikinci kademede ribozomun çıkış noktasına doğru itilir.Bu itiliş , 30S’lik ribozomal alt birimin üçüncül yapısının geçici olarak değişmesine neden olmasının yanı sıra başlangıç kompleksinin kalitatif (niteliksel) olarak değişmesine de neden olur. Ribozom çıkışını doğru kaymış olan formil-methionil-tRNAf büyük alt birimi küçük alt birimle birleşerek tam bir ribozom oluşturmasına olanak verir. Başlangıç kodonu ribozomun çıkışına yaklaşırken ya da çıkarken , ikinci kodon ribozom girişine yaklaşır ya da girer ve aynı olaylar t4ekrarlanır. Protein sentezi için, ribozom üzerinde , büyük bir olasılıkla daha başka , aktif bölgeler mevcuttur; örneğin amino-açil-tRNA türlerinin girişi için bir “Kanal Bölgesi”serbest tRNA ve peptit zincirlerinin savrulması için de bir “Fırlatma Bölgesi” mevcuttur.
==============TRANSFER ENZİMLERİN ROLÜ=============
Başlama olayının dördüncü kademesinden sonra , başlama kodonu izleyen ikinci baz tripleti kendi aminoaçil-tRNA’sını kabule hazırdır. İç aminoasitlerin montesi için , her zaman , bazı faktörlere gereksinim vardır. Bunlar, ultra santrifüjle fraksiyonu yapılan hücre ekstraktının , süpernatant 100.000 * g. , kısa adıyla s-100 denen maddelerinin içerisinde çözülmüş olarak bulunur. Ribozomlarla bağlanan (yığışım yapan) f, bağlama ve başlama faktörlerinin aksine, daha sonra diğer bir hücre kompartimentinden elde edilir.
Protein sentezinin beşinci kademesinde , ikinci aminoasit, tam (komple) oluşmuş ribozomun girişine bağlıdır. Bu adım, bir T( transferden gelme) faktörünün ve parçalanmamış GTP’nin bulunduğu ortamda gerçekleşir. T faktörünün özellikleri , büyük ölçüde , f1 faktörünün özelliklerine benzer. Bu faktör , f1’in aksine, başlama kodonunu değil, diğer kodonları tanır. Adı geçen T faktörü bir termosta bil ( Ts) = ısıya dayanıklı ) ve birde termosta bil olmayan (Tu) = ısıya dayanıksız) iki kısma ayrılır. Ts , Tu ile GTP’nin yığışımını katalizler ve daha sonra aminoacil-tRNA ile stabil (dayanıklı)bir yapışma , tutunma kompleksi oluşur.
GTP + Tu Ts GTP/Tu
Aminoaçil-tRNA
GTP/Tu GTP/Tu /aminoaçil-tRNA
Tutunma kompleksi , ribozomun giriş tarafı üzerindeki ikinci kodon ile bağlanır. T faktörünün , ayrıca , kodon ile3 anti kodonunun karşılıklı etkileşiminde , sabitleştirici bir özelliğe sahip olup olmadığı bilinmemektedir.
Daha sonra , altıncı kademede , girişte bulunan aminoacil –tRNA , çıkış bölgesine doğru kayar. Bu translokasyon(yer değiştirme9 , ribozomun üçüncü yapısının tekrar değişmesi ve bağlı GTP’deki bir fosfatın kullanılması ile gerçekleşir. Parçalanma ribozoma özelleşmiş bir GTPaz’ın ortaya çıkmasını sağlar. Bu GTPaz , faktör G , yani “Translokaz” (bazı hallerde yanlış olarak peptit sentetaz şeklinde kullanılır) olarak tanımlanmıştır.
Hem T faktörü , hem G faktörü , hayvanlardaki protein sentez sistemleri içinde bulunan aminoaçil transferazlara büyük ölçüde uygunluk gösterir; fakat aynı değildir. Transferaz-I , bakteriyel T-faktörü gibi, transferaz-II ise G faktörü gibi davranır. Transferaz-I , keza “Bağlama enzimi” olarak da tanınır.
Sentetazların ve bağlayıcı faktörlerin canlı gruplarına göre gösterdikleri özgüllük gibi transferaz faktörler de keza ancak homolog (kököndeş) ribozomlarla tepkimeye girer. T ve faktörleri ancak bakteriyel ribozomlarla (hayvanlarınkiyle , özellikle memeli hayvanlarınkiyle değil) transferaz-I ve II ise ancak hayvansal ribozom larla (bakteriyel ribozomlarla değil) bağ yapabilir. E coli ribozomlarında hem G hem T görevini yüklenmiş bir polimerizasyon faktörü tanımlanmıştır.; bu faktörün aktivitesi , G ve T faktörlerinde olduğu gibi birbirinden ayrılmış durumda değildir.
İkinci aminoasidin tRNA’sını mRNA’ya bağlanmasından sonra , bunu ribozom üzerinde 1. ve 2. aminoasitlerin birbirine bağlanması “peptit bağı” izler. Bu bağlanma kendiliğinden meydana gelen bir olay değildir. tRNA’ya bağlı aminoasitteki enerji , peptit bağı için yeterlidir. Çünkü peptit bağlarının gerek duyduğu serbest enerji , aminoacil-tRNA bağında bulunan enerjiden çok daha azdır. Bu peptit bağının oluşumu , ribozomlarda protein olarak bulunan 50 S alt birimi üzerine gömülmüş “peptidiltransferaz “ denen bir enzim tarafından katalizlenir. Peptit bağı , bir aminoasidin amino grubunun başka bir aminoasidin karboksil grubuna bağlanmasıdır.
========SON ÜRÜNLERLE ENZİM İŞLEVLERİNİN DÜZENLENMESİ=========
----------( = ALLOSTERİK PROTEİNLER )---------
Düzenleme mekanizmasının ilk adımı , enzim sentezinden ziyade , mevcut enzimin aktivitesinin düzenlenmesidir. Bu şekildeki bir düzenleme ( = son ürünle durdurma ) , aşağıdaki gibi yürütülür. Örneğin bakterilerde , arjinin , en azından dört kademelik bir tepkime zincirinin sonunda sentezlenir.Bunun için dört enzime gereksinme duyulur. Bu enzimler , sırasıyla , giriş maddesini adım adım değiştirerek , sonuçta ürün olarak arjinini yaparlar.Ortama hazır arjininin eklenirse , arjinin sentezleme mekanizması baştan itibaren durdurulur.
Bundan çıkarılan sonuç : Eğer bakteriler dışarıdan hazır son ürün sağlayabilirse , ilk adımda ilgili enzimlerin aktivasyonunu durdurmaktır.Çünkü bu durumda yapılacak hücre özütleri , gerçekte , bu sentezlemeyi sürdürecek enzimlerin hücrede in aktif olarak hala mevcut olduğunu göstermektedir.Bazı kalıtsal hastalıklarda , sentez zincirinin belirli kademelerinde kesinti olmakta ve ara ürün hücrede , artık , ara kademe ürünlerinin de oluşmadığı görülür.Yani yeterince sağlanan son ürün , tüm sentez dizisinin işlevini başından itibaren durdurur.
Enzim kimyasında , uzun zamandan beri , bir enzimin ya da sentez zincirinin işlevinin son ürüne benzer maddelere (kompetitif = aldatıcı moleküller ) durdurulabileceği ya da bloke edilebileceği bilinmektedir.Aldatıcı moleküller , enzimin özelleşmiş (spesifik) yerine bağlanır ve böylece , enzim , in aktive olur.
Bu şekildeki enzimlerde yani son ürünle ya da benzeri maddelerle denetleyebilir enzimlerde iki özelleşmiş bölgenin bulunduğu varsayılır. Bir tanesi substrat’a diğeri denetleyen ya da düzenleyen maddeye ( genellikle son ürüne = effektöre ) bağlanabilir.Effektörün (son ürünün ) ortamda birikmesi ve sonuçta enzimin özelleşmiş bir yerine bağlanması , enzimin , substrat’a bağlanmasını sağlayan kısmının yapısının değişmesine neden olur ve enzim bloke edilir. MONOD ve JACOB , bunu , “Allosterik Etki” olarak isimlendirmişlerdir.
Effektör enzim bağı kısa sürelidir. Yeterli son ürün , enzim moleküllerini bloke etmekle beraber ; miktarı azaldığında serbest kalan enzimler işlev görmeye başlar. Bu şekilde son ürün ile enzim arasında , son ürünün derişimine göre bir düzenleme sağlanmış olur.
Bir sentezleme zincirindeki tüm enzimlerin , allosterik olarak denetlenmediği , genellikle ilk kademedeki enzimin bloke edildiği bilinmektedir. Bu şekilde , hücre , daha ekonomik ve tutumlu olarak çalışabilir. Çünkü son ürünün ara kademede yer alan diğer enzimleri bloke etmesi , enerji ve madde yönünden savurganlık olur.
=============PROTEİNLERİN SİNDİRİMİ============
Proteinler , et , süt , yumurta gibi hayvansal besinlerle ; baklagiller ( fasulye , nohut , mercimek vb. ) gibi bitkisel besinlerde bol bulunan organik maddelerdir. Canlılarda , hücre zarlarını oluşturarak yapı maddesi , enzim ve hormonları oluşturarak düzenleyici madde , hücrede yeterli karbonhidrat ve yağ bulunmaması halinde de enerji hammaddesi olarak kullanılır. Vücuda alınan proteinlerin , hangi amaçla olursa olsun kullanılabilmeleri için , yapı taşları olan aminoasitlere parçalanmaları gerekir. Bu amaçla proteinlerin sindirimi mide de başlar , on iki parmak bağırsağında devam eder ve ince bağırsakta tamamlanır. Üç aşamada yapılan proteinlerin sindirimi aşağıdaki gibi olur
???:
Midede : Yutkunma ve yemek borusunun peristaltik hareketleriyle besinler mideye iletilince , bazı mide hücreleri gastritin hormonu salgılar. Kandaki gastrin de mide öz suları salgılayan bezleri uyararak HCI salgılamalarını sağlar. Bir yandan da mukus salgısı ile mide çeperini tahrip etmemesi için in aktif durumda olan pepsinojen enzimi ve süt çocuklarında lap enzimi salgılanır.
Önce pepsinojen , HCI ile etkileşerek aktif bir proteinaz olan pepsin’e dönüşür :
Pepsinojen + HCI Pepsin
Pepsin de , proteinlere etki ederek ilk sindirim ürünü olan pepton ‘lara dönüştürür :
Pepsin
Protein + H2O Pepton (polipeptit )
Lap enzimi , süt çocuklarının emdiği sütün proteinini kazein halinde çöktürür :
Lap
Süt proteinleri Kazein + su
Kazein de pepsin etki ederek polipeptitlerle aminoasitlere parçalanır :
Pepsin
Kazein + H2O Polipeptit + Aminoasit
Mide öz sularıyla karışarak kimüs denilen bulamaç halinde gelen besinler , ortalama iki saat kadar sonra on iki parmak bağırsağına geçer. “ sindirim , on iki parmak bağırsağında devam eder.
PROTEİNLERİN SİNDİRİMİ İNCE BAĞIRSAKTA TAMAMLANIR
Kimüs , on iki parmak bağırsağına gelince sekretin hormonu salgılar. Sekretin , pankreası uyarınca salgılanan enzimlerle , hiç sindirilmemiş proteinlerin ve peptonların sindirimi on iki parmak bağırsağında ve ince bağırsakta olmak üzere iki aşamada tamamlanır.
1-) On iki parmak bağırsağında : Pankreasın in aktif durumundaki enzimi olan tripsinojen , bağırsaktaki bazı hücrelerin salgıladığı enterokinazla etkileşerek , aktif enzim olan tripsin’e dönüşür.
Tripsinojen Enterokinaz Tripsin
Aktif bir enzim olan tripsin de , mideden gelen peptonlara (polipeptitlere ) etki ederek onları peptitlere ve aminoasitlere dönüştürür.
Pepton (polipeptit) + H2O Peptit + Aminoasit
Besinler , kısa süre içinde on iki parmak bağırsağından ince bağırsağa geçerler.
2-) İnce bağırsakta :İnce bağırsak bezlerinin salgıladığı erepsin enzimi , on iki parmak bağırsağından gelen peptitlere etki ederek onları proteinlerin son sindirim ürünler olan aminoasitlere dönüştürür :
Erepsin
Peptit + H2O Aminoasitler
Oluşan tüm aminoasitler , ince bağırsaktaki villuslar tarafından emilerek kanla , karaciğere taşınıp oradan da dolaşıma katılır.
Proteinlerin yapıları karbon , hidrojen , oksijen elementlerinin yanı sıra azot elementinden oluşur.Proteinlerde ayrıca kükürt , fosfor gibi elementler de bulunabilir.
Proteinlerin yapıtaşları amino asitlerdir.Canlıların yapısında 20 çeşit amino asit bulunur.Amino asitlerin birbirlerine peptit (amid) bağlarıyla bağlanması (Dehidrasyonu veya peptitleşmesi) ile peptitler , polipeptitler ve proteinler entezlenir.
Aminoasitlerin R ile gösterilen değişken grubu herhangi bir atom ya da atom grubu olabilir.Böylece farklı aminoasit çeşitleri oluşur.Örneğin; R yerine hidrojen bağlanırsa glisin , CH3 grubu bağlanırsa alanin denilen aminoasit çeşitleri oluşur.Amino asitlerin n tanesi n-1 tane su vererek peptit bağlarıyla bağlanıp proteinleri oluşturur.Peptitleşme denilen bu olayı şöyle genelleştirebiliriz.
n(amino asit) Protein + (n-1) Su
Her canlıdaki , hatta bir canlının farklı dokularındaki protein çeşitleri birbirinden farklıdır.Bu da proteini oluşturan amino asitlerin çeşidi , sayısı ve sırasına yani dizilişini farkından kaynaklanır.Çünkü canlıların hücrelerinde her protein çeşidinin sentezini yöneten genler birbirinden farklıdır.
Hayvanların yedikleri proteinler sindirim organlarında sırasıyla pepton , peptit ve sonunda amino asitlere ayrılır.Hücrelere taşınan amino asitlerle canlının kendi proteinleri sentezlenir.
Proteinler canlılarda şu amaçlarla kullanılır:
1-) Hücrelerin yapım ve onarımında sadece protein ya da glikoprotein , lipoprotein halinde yapı elemanı olarak.
2-) Yaşamsal olayların düzenlenmesinde kullanılan enzimlerin oluşturulmasında . Örneğin solunum sindirim enzimleri gibi.
3-) Kasların kasılmasını sağlayan kasıcı protein olarak. Örneğin aktin ve miyozinler gibi.
4-) Çoğu doku ve organların çalışmasını düzenleyen hormon olarak. Örneğin kan şekerinin miktarını düzenleyen insülin ve glukagon gibi.
5-) Doku ve organlar arasında madde taşıyıcısı olarak. Örneğin , O2 ve CO2 taşıyan hemoglobin gibi.
6-) Hayvanların vücudunu yabancı maddelere karşı koruyucu olarak. Örneğin , kandaki antikorlar gibi.
7-) Toksin vb. maddelerin üretilmesinde. Örneğin , yılan zehirleri gibi.
Depo proteinleri olarak. Örneğin , kandaki albümin gibi.9-) Canlıda , enerji sağlamak üzere kullanılan karbonhirat ve yağlar yeterli olmadığında enerji verici olarak.Uzun süreli açlıkta olduğu gibi.
Hayvansal besinlerden kırmızı et , beyaz et , süt , yumurta ; bitkisel besinlerden fasulye , mercimek gibi baklagiller proteinler yönünden zengin yiyeceklerdir.Proteinlerin , canlılardaki en çok işleve sahip çeşidi enzimlerdir.
===========PROTEİN MOLEKÜLLERİNİN YAPISI==========
Hem hücrelerin oluşmasında , hem de işlevlerini gerçekleştirmelerinde temel maddeler proteinlerdir.Bu nedenle hücrelerin yaşamlarını sürdürebilmeleri , öncelikle protein sentezlemelerine bağlıdır.Hücrenin DNA’larındaki bilgilere uygun protein sentezi , “santral doğma” adı verilen aşağıdaki sırayla yapılır:
Transkripsiyon Translasyon
DNA RNA PROTEİN
(Yazılma) (Çeviri)
Hücrenin , her çeşit proteinin yapımını sağlayan bu olay , sırasıyla aşağıdaki gibi gerçekleşir:
1-) Yapılacak proteinlerle ilgili bilgilere sahip olan molekül , hücrenin çekirdeğindeki DNA’lardır.Her bir proteinlerle ilgili bilgi , iki iplikli DNA’nın anlamlı iplik denilen bir ipliğinden , elçi RNA’lara (mRNA) aktarılır.Oluşan mRNA’da en az , sentezlenecek proteindeki amino asit sayısı kadar kodon bulunur.DNA bilgilerini mRNA’ya yazılması anlamına gelen bu olaya transkripsiyon denir.
2-) DNA şifrelerini alan mRNA , çekirdek zarının porlarında sitoplazmaya geçer.Sitoplazmada , ribozomların küçük ve büyük alt birimleri arasına bağlanarak orada kalıp görevi yapar.
3-) DNA’ların , sentezleyip sitoplazmaya gönderdiği taşıyıcı RNA’lar (tRNA’lar) , antikodonlarına (tRNA’nın alt ucundaki , 3 nükleotitten oluşan kodonun karşılığına) uygun olan amino asitlerden her defasında bir tane alıp ribozomlara gelir.tRNA , antikodonuyla ribozomdaki mRNA’nın uygun kodonuna (mRNA’nın , 3 nükleotitten oluşan ve 1 amino asit bağlatmakla görevli kısmına) (nüleotitlerin ; G ile S , A ile U karşılıklı gelecek şekilde) bağlanır.Getirdiği amino asiti , ribozom üzerine aktarıp sitoplazmaya döner.RNA bilgilerini proteine çevrilmesi anlamına gelen bu olaya translasyon denir.Bu şekilde , her bir amino asidi taşıyan en az bir çeşit tRNA vardır.Bu nedenle , hücrede en az 20 çeşit tRNA dır.
4-) tRNA’ların , önce bağlanıp sonra ayrılmasıyla görevi biten mRNA kodonu ribozomdan kayarak boşa çıkar.Yerine , henüz görevini yapmamış mRNA kodonu gelir.
5-) Her amino asidin özel enzimleri ve ATP’nin enerjisiyle , ribozom üzerinde birbirine peptit bağlarıyla bağlanan amino asitlerden , istenilen protein sentezlenmiş olur. Yani bu olay ;
n( amino asit (a.a.)+a.a.+a.a.+....) .....Polipeptit zinciri (protein)+(n-1)H2O şeklinde gerçekleşir.
6-) DNA’dan verilip, mRNA ile taşınan kodonlara uygun protein sentezi , mRNA’nın bitirme kodonları geldiğinde (UAG, UAA ve UGA) tamamlanır. Belirli amino asitlerin , belirli sırayla bağlanmasından oluşan proteinler , yapı maddesi veya hücre enzimleri gibi düzenleyiciler olarak kullanılacağı yere aktarılır.
7-) Görevi biten ribozomlar , mRNA’lar , tRNA’lar da ,yapı birimlerine ayrılıp, gerektiğinde tekrar kullanılmak üzere sitoplazmaya dağılır.
Bu olaylar , aynı proteinlerden gerektiğinde , defalarca tekrarlanabilir. Ancak DNA’daki bilginin taşınması , ya da proteinlerin sentezi sırasında bir tek amino asidin bile yanlış bir yere bağlanması, önemli bir değişikliğe neden olabilir. Bazen , hücre için yaşamsal önemi olan bir enzimin üretilmemesi sonucu , ölüme bile neden olabilir. Örneğin , hemoglobinde , glutamik asit denilen amino asit yerine , valin adı verilen amino asit bağlanırsa , orak hücre anemisi adı verilen hastalık oluşur. Bu hastalarda hemoglobine oksijen bağlanamaz. Bu da ölümle sonuçlanabilir. Buna karşılık, 104 amino asitten oluşan bir solunum enziminde, 40 amino asidin yeri değişse bile enzim işlevi değişmeden kalabilir.
===========BİR POLİPEPTİT (PROTEİN) ZİNCİRİNİN SENTEZLENMESİ===========
DNA’dan mRNA şeklinde kopya edilen kalıtsal bilgi , protein sentez düzeneği ile amino asit dizilimine çevrilir. Bu çevrimi “Translasyon”denir.
Protein sentezi , çekirdekli hücrelerde özellikle çekirdeğin dışında , yani sitoplazmada meydana gelir. Bununla beraber belirli koşullar altında çekirdekte de protein sentezi yapıldığı gösterilmiştir. Sitoplazmik protein sentezi , endoplazmik retikuluma bağlı ya da serbest polizomlar üzerinde gerçekleştirilir. Bunun dışında mitokondriler ve klorolapstlar , kendi özel ve bağımsız protein sentez sistemine sahiptirler. Bunların protein sentezi , sitoplazmanın protein sentez aktivitesini yükseltebilir. Mitokondrilerin protein sentez düzeneği , özellikle kanserli dokularda belirli olarak değişmiştir.
Peptit sentezinde ilk adım , amino asitlerin sitoplazma içerisindeki bir enzim (sentetaz)sistemi ile uyarılmasıdır. Her aminoasit çeşidini uyaran özel bir enzim bulunur. Enzim ilk olarak aminoasit(AA)ve ATP’yi katlizleyerek , aminoasit adenilik asit bileşimine (AA-AMP)döndürür; ortaya ayrıca pirofosfat çıkar. Aynı enzim , aminoasidin kendine özgü tRNA’ya bağlanmasını da sağlar ve sonuçta tRNA-aminoasitle , serbest adenilik asit ortaya çıkar.
mRNA’nın üzerindeki bilgiye göre aminoasitlerin dizilmesi , aminoasit-tRNA bağlanmasını özgüllüğüyle sağlanabilir. Öyle ki , örneğin , bir sistein ile onun spesifik tRNA’sı (sistein-tRNAsis) birbirine bağlanırsa ve daha sonra sistein alanine çevrilirse; alanin,aynı transfer RNA’ya bağlı kalır, yani bu kompleks alanin-tRNAsis olur. Bu molekül ikilisi , protein sentez sistemine eklendiğinde , peptit zincirinde sisteinin bulunması gereken bütün yerlere , alaninin yerleştiği görülür. Bu deneme protein zincirindeki , aminoasitlerin yerine dikte ettiren sistemin , spesifik-tRNA ‘kar olduğunu , buna bağlı aminoasitlerin hiçbir rol oynamadığını gösterir. Ancak kendi özel tRNA’sına bağlı aminoasitler ribozoma transfer edilir.
Ribozomların göevi , aminoasit-tRNA’nın ve büyüyen polipeptit zincirinin yönünün yönelimini belirli özellikler içinde sağlamaktır.Ancak bu şekilde kalıp üzerindeki genetik kod doğrulukla okunabilir.Bu ribozomda bir defada yalnız tek bir polipeptit zinciri oluşur.Protein sentezi için gerekli kalıp mRNA dır ve iki kollu DNA’nın yalnız tek bir kolunda meydan gelir.Bu mRNA çekirdeği terk ederek sitoplazmaya geçer ve orada ribozomlarla birleşir.Farklı hücrelerdeki ribozomların , kütleleri , rRNA’larını proteinlerine göre oranları , rRNA’larının oluşumu ve bileşimi farklıdır ; Fakat genel yapıları bakımından benzerlik gösterirler.????:
mRNA ancak ribozomlarla temasa geçtiği zaman okunabilir. Bu kontak yeteneğini ise ancak ikincil yapı (sarmal yapı) göstermeyen (iplik şeklinde olan) ribonükleik asitler sahiptir.Keza moleküllerinin sadece bir kısmı çift kollu yapı gösteren çekirdek asitleride messenger özelliği göstermez.Kontak işleminin yapılmasında , ribozom aktif bir partnerdir ve bilgi seçme yeteneği vardır.Öyle ki , ribozomlar ile homolog mRNA’lar arasında bir özelleşme vardır.Bitkisel virüslerden elde edilen RNA’lar E.coli ribozomlar tarafından normal koşullar altında messenger olarak , kabul edilmezler.Çünkü her ikisi homolog değildir.(aynı kökenden gelmemişlerdir)
Ribozomlar 1 M NH4 Cl’i bir ortamda yıkanırlarsa bu özgüllüklerini yitirir.Bu yıkanma sırasında f1 ,f2, f3 faktörleri diye adlandırılan proteinleri ortama verirler.f3 faktörü , homolog mRNA’nın (aynı kökten gelmiş gruplardaki mRNA) tanınması için özgülleşmiştir ve “bağlayıcı faktör” olarak adlandırılır.Bu faktör , mRNA’nın sedimantasyon sabitesi 30 S olan serbest ribozomal alt birimine bağlanmasını katelizer.
30 S + mRNA 30 S / mRNA
Heterolog messenger olarak adlandırılan , poliadenilik asit ve poliurudilik asit gibi monoton polinükleotit dizelerinden meydana gelmiş yapay mRNA’lar ancak tuz derişiminin yüksek olduğu ortamlarda , ribozomlar tarafından kabul edilirler.Bu durumda bağlayıcı faktörün bulunmasına artık gerek duyulmaz.
Protein sentezi özellikle tavşanların sadece tek bir protein yapan , yani hemoglobin sentezleyen , retikulosit hücrelerinde , oldukça ayrıntılı olarak çalışılmıştır.Beş veya daha fazla sayıda ribozom birbirlerine bir mRNA aracılığıyla bağlanmışsa , yani “Poliribozom” şeklinde iseler daha etkili olarak protein sentezlerler.Yapılan araştırmalarda , tek tek halde bulunan ribozomların , poliribozomların bir ucuna bağlandıkları , mRNA boyunca yavaş yavaş hareket ettikleri ve bu hareketleri sırasında , eklenen uygun aminoasitlerle taşıdıkları polipeptit zincirinin büyüdüğü görülür.Böylece ribozomların mRNA boyunca bilgiyi okuyarak gittiği görülür.mRNA’nın tüm şeridi okuduktan sonra , ribozom , mRNA zincirinin ucundan ayrılır ve yeni bir mRNA’ya doğru hareket eder.
Bir genden bir dakika içinde ortalama bir mRNA çıkar ve sitoplazmada ortalama 240 dakika yaşar. Bu demektir ki , hücrede 240 sayısı sabittir.Bir mRNA’dan yapılan enzim sayısı ise daha azdır.Çünkü protein sentezi daha yavaş yürür.(her beş dakikada bir tane). Dolayısıyla enzimlerin ortalama ömrü uzamıştır.(20 saat kadar)Buna göre bir mRNA’dan 20 * 60/5 = 1200/5 = 240 enzim meydana gelir.Hücrede 240 mRNA bulunduğundan , enzim sayısı240 * 240 =57.600 enzimdir.Dolayısıyla DNA şifresi mRNA ile sadece kopya edilemez aynı zamanda onun aracılığıyla da çoğalmış olur.Bir mRNA aynı anda iki ribozoma kalıplık yapabilir ; öyle ki , molekülün bir ucu protein sentezini bitirirken , öbür ucu diğer bir ribozoma bağlanmış ve protein sentezini başlatmış olabilir.Büyüyen peptit zinciri her zaman orijinal ribozomuna bağlı olarak kalır , diğer bir ribozoma transferi söz konusu değildir.Replikasyonun , gen transkripsiyonunun ve protein sentezinin tüm işleyişi , pürin ve pirimidin baz çiftleri arasındaki zayıf hidrojen bağlarına göre düzenlenir.Bu bağların özgüllüğü , işleyişin doğru yürümesini sağlar ve herhangi bir yanlışlığın olma olasılığı %0.1 ‘den çok daha azdır.
mRNA’daki şifreye göre binlerce aminoasidin birleşmesinden polipeptit zincirleri meydana gelmektedir.Ne bir fazla ne bir eksik aminoasit eklenebilir. Aksi taktirde canlının alışık olmadığı proteinler oluşur ve bu da antikor oluşumuna neden olur.(allerjik tepkimeler meydana getirerek). Bunun için ayrıca bir ‘Kontrol Mekanizması’ vardır. Eğer protein sentezinde bir aminoasit bulunmazsa ya da yanlış düzenlenirse , sentez çok defa devam etmez ve genellikle protein temel elemanlarına kadar yeniden parçalanır. Bu yıkılım , enzimler tarafından yapılır. Bir protein sentezinin tamamlanabilmesi için , ribozomun son kontrolünü yapıp , sağlam vermesi gerekir. Hatta mRNA bozuk olduğunda , mRNA’nın kendisi yok edilir. Bir gen tarafından devamlı bozuk mRNA çıkarılıyorsa , çok defa , o genden gelen bütün mRNA’lar toplanıp sitoplazmada yok edilir ya da herhangi bir şekilde çıkmaları önlenir. Her peptit bağının kuruluşu bir ATP , yani 7.300 kaloriye gereksinme gösterilir. Bu nedenle , yanlış sentezlenmeler büyük enerji kabına neden olacağı gibi , parçalanmalarından meydana gelen fazla enerji de hücreleri öldürebilir.
==============PROTEİN SENTEZİNİN BAŞLAMASI=============
Bağlayıcı faktör f3’ün aracılığıyla mRNA , translasyona (çevirime) hazırdır. Eğer anlamlı bir protein oluşacaksa , emre hazır bilginin tümüyle tercüme edilmesi zorunludur.mRNA’nın bir kısmının , örneğin ortasının tercüme edilmesi , ancak bir protein parçasının meydana gelmesine ve bunun da kural olarak başındaki ve sonundaki eksik aminoasit diziliminden dolayı inaktif olmasına neden olacaktır.
En basitinden sentezin başlama noktasını saptayan yerin mRNA’nın bir ucunda bulunması ve ribozomların bu noktadan itibaren mRNA’ları tanıması gereklidir. Bu durumda 5’ ucundan 3’ ucuna doğru translasyonun yapılmasını zorunlu kılacak bir düzenek olmalıdır. Doğada , serbest 5’ ucun translasyonun başlama noktası olarak herhangi bir rolü olmadığı saptanmıştır.
Başlama noktasının saptanması için yapılan araştırmalar , belirli aminoasitlerin , N terminalinde daha sık bulunduğunu , özellikle methioninin ve daha seyrek olmak üzere sırasıyla ala , ser , thr , glu’nun bulunduğunu göstermiştir. Bu gözlemden , belirli bir aminoasitin ya da daha seyrek olarak bazı aminoasitlerin , protein sentezinin başlama noktasını işaretlediği varsayılmıştır. Bakterilerde , methioninin başlangıç aminoasiti olarak işlev gördüğü saptanmıştır.Methionin , ilk olarak özgül sentetazlarının yardımıyla iki farklı tRNA üzerine taşınır.
F-Sentetaz Meth-t-RNAf % 70
Methionin
M-Sentetaz Meth-t-RNAm % 30
tRNAf (f = front = ön ) , başlama noktalarına bağlanır. Tüm methioninin %70’i bu tRNA’lara bağlanmıştır. Geri kalan %30’u sentez edilecek protein zincirinin ortasında bulunacak (uçtakiler değil) methioninden sorumlu olan tRNAm ( m = middle = orta)’ya taşınır. Ancak tRNAf üzerinde bulunan aminoasit daha sonraki kademede 10-formiltetrahidrofol asit-transformilazla formillendirilir. Bu formilaz daha önce değindiğim f1----f3 faktörleri gibi ribozomlarla bağlanmış bir proteindir.
Başlangıç aminoasidi , oluşan proteinler için genellikle herhangi bir öneme sahip değildir. Aksi taktirde , proteinlerin büyük bir kısmın ya da hepsinin N-terminal pozisyonunda (ucunda) methionin aminoasidi bulunmalıdır. Bu aminoasid , çoğunlukla özel bir enzimle deforme edilir ya da tamamen parçalanır. In vitro (hücresiz ortamda) , formüllendirilmemiş met tRNA’lar mRNA’nın ortasındaki AUG kodonu tarafından kabul edilmez.Bu nedenle tRNAf ‘nin başlama noktasını saptama özelliği sadece formil grubundan gelmemekte , ayrıca , kendine özgü bir yapıya sahip olmasından ileriye gelmektedir. Büyük olasılıkla , formil-met-tRNAf’nin bağ sağlamlığı , ribozom üzerindeki formil grubları aracılığıyla kuvvetlendirilmektedir. Aynı işlevler başlama aminoasid olduğu tahmin edilen N-asetil-fenil-tRNA ve N-asetilvalil-tRNA için de geçerlidir.
Formillendirilmiş methionil-tRNAf’nin monte edilmesi , mRNA üzerindeki AUG ve GUG kodonları ile olur. Formillendirilmemiş met-tRNAm , yalnız AUG kodonu tarafından tanınır.
Bağlanma (tutunma), f1 ve f3 faktörlerinin , AUG (ya da GUG) başlama tripletlerinin , GTP’nin ve Mg iyonlarının bulunduğu ortamda en fazladır.Başlama faktörlerini aktive edilmesi için yalnızca GTP (nukleozittrifosfat)’nın bulunması yeterlidir.GTP’den fosfor asid ayrılmaz çünkü GTP , 5-guanilildifosfonat ile yenilenebilir. Yapay polinukleotitlerle ve özellikle başlama kodu eksik olanlarla , normal koşullarda protein sentezi gözlenmemiştir bununla beraber , Mg++ derişiminin , inkübasyon ortamında , yaklaşık 20 mM’a yükselmesiyle , f faktörlerine gerek duyulmadan protein sentezi başlatılabilir.
Burada dikkate çekilecek husus , başlama olayına ribozomun küçük alt biriminin katılmasıdır.Formil-methionil-tRNA’nın AUG ya da GUG kodonu aracılığıyla başlama kompleksine montesi akla bir soru getirmektedir.mRNA’nın ortasındaki AUG kodonu başlangıç kodonu olarak kullanılan AUG kodonunda nasıl fark edilebilmektedir? Çünkü her iki kodonda meteonini kodlar. Bu ayrım , ribozom büyük alt birimlerinin olmadığı durumlarda meydana gelen başlama kompleksini özelliğinden ileriye gelmektedir.Çünkü tam bir ribozom üzerine , formil-methionil-tRNAf bağlanmaz. Sentezlenen peptit zincirinin içine methionil-tRNAm bağının monte edilmesi ise , yukarıdaki durumun tersine , ancak her iki ribozomal alt birimin bulunmasına ; yani tam bir ribozom oluşumuna bağlıdır. Bu , bize ribozomların neden iki as birimden meydana geldiğini açıklar.Çünkü 30S’li partikül yalnız başlama için , tam bir ribozomun oluşumu ise sürekli ve doğru bir translasyonun yapılması için gereklidir.Bu sistem ya da düzenlenme mRNA’nın rasgele bir noktasından itibaren translasyonunu önler.
Ancak başlama kompleksinin oluşumundan sonra , tam bir ribozom meydana gelir ve protein sentezleyen sistem işleyişine hazır olur.Protein sentezinde ribozomların özelliğini anlayabilmek için , ribozomların üzerinde farklı bölgeler tanımlanmış ve aşağıdaki gibi isimlendirilmiştir;
a-) Giriş ( = akseptör tarafı =decoding tarafı ya da aminoacil tarafı )
b-) Çıkış ( =donnor tarafı =condensing tarafı ya da pepdidil tarafı )
Eğer AUG ya da GUG başlama kodonunu bir mRNA ribozom ile bağlanırsa , başlama kodonları ribozomların girişine yerleşir. ( ya da başlama kodonlarının yerleştiği yer ribozomların girişi olur.) Başlama faktörlerinin aracılığıyla meydana gelmiş olan formil-metionil-tRNAf (başlama kompleksinin oluşumu ) ikinci kademede ribozomun çıkış noktasına doğru itilir.Bu itiliş , 30S’lik ribozomal alt birimin üçüncül yapısının geçici olarak değişmesine neden olmasının yanı sıra başlangıç kompleksinin kalitatif (niteliksel) olarak değişmesine de neden olur. Ribozom çıkışını doğru kaymış olan formil-methionil-tRNAf büyük alt birimi küçük alt birimle birleşerek tam bir ribozom oluşturmasına olanak verir. Başlangıç kodonu ribozomun çıkışına yaklaşırken ya da çıkarken , ikinci kodon ribozom girişine yaklaşır ya da girer ve aynı olaylar t4ekrarlanır. Protein sentezi için, ribozom üzerinde , büyük bir olasılıkla daha başka , aktif bölgeler mevcuttur; örneğin amino-açil-tRNA türlerinin girişi için bir “Kanal Bölgesi”serbest tRNA ve peptit zincirlerinin savrulması için de bir “Fırlatma Bölgesi” mevcuttur.
==============TRANSFER ENZİMLERİN ROLÜ=============
Başlama olayının dördüncü kademesinden sonra , başlama kodonu izleyen ikinci baz tripleti kendi aminoaçil-tRNA’sını kabule hazırdır. İç aminoasitlerin montesi için , her zaman , bazı faktörlere gereksinim vardır. Bunlar, ultra santrifüjle fraksiyonu yapılan hücre ekstraktının , süpernatant 100.000 * g. , kısa adıyla s-100 denen maddelerinin içerisinde çözülmüş olarak bulunur. Ribozomlarla bağlanan (yığışım yapan) f, bağlama ve başlama faktörlerinin aksine, daha sonra diğer bir hücre kompartimentinden elde edilir.
Protein sentezinin beşinci kademesinde , ikinci aminoasit, tam (komple) oluşmuş ribozomun girişine bağlıdır. Bu adım, bir T( transferden gelme) faktörünün ve parçalanmamış GTP’nin bulunduğu ortamda gerçekleşir. T faktörünün özellikleri , büyük ölçüde , f1 faktörünün özelliklerine benzer. Bu faktör , f1’in aksine, başlama kodonunu değil, diğer kodonları tanır. Adı geçen T faktörü bir termosta bil ( Ts) = ısıya dayanıklı ) ve birde termosta bil olmayan (Tu) = ısıya dayanıksız) iki kısma ayrılır. Ts , Tu ile GTP’nin yığışımını katalizler ve daha sonra aminoacil-tRNA ile stabil (dayanıklı)bir yapışma , tutunma kompleksi oluşur.
GTP + Tu Ts GTP/Tu
Aminoaçil-tRNA
GTP/Tu GTP/Tu /aminoaçil-tRNA
Tutunma kompleksi , ribozomun giriş tarafı üzerindeki ikinci kodon ile bağlanır. T faktörünün , ayrıca , kodon ile3 anti kodonunun karşılıklı etkileşiminde , sabitleştirici bir özelliğe sahip olup olmadığı bilinmemektedir.
Daha sonra , altıncı kademede , girişte bulunan aminoacil –tRNA , çıkış bölgesine doğru kayar. Bu translokasyon(yer değiştirme9 , ribozomun üçüncü yapısının tekrar değişmesi ve bağlı GTP’deki bir fosfatın kullanılması ile gerçekleşir. Parçalanma ribozoma özelleşmiş bir GTPaz’ın ortaya çıkmasını sağlar. Bu GTPaz , faktör G , yani “Translokaz” (bazı hallerde yanlış olarak peptit sentetaz şeklinde kullanılır) olarak tanımlanmıştır.
Hem T faktörü , hem G faktörü , hayvanlardaki protein sentez sistemleri içinde bulunan aminoaçil transferazlara büyük ölçüde uygunluk gösterir; fakat aynı değildir. Transferaz-I , bakteriyel T-faktörü gibi, transferaz-II ise G faktörü gibi davranır. Transferaz-I , keza “Bağlama enzimi” olarak da tanınır.
Sentetazların ve bağlayıcı faktörlerin canlı gruplarına göre gösterdikleri özgüllük gibi transferaz faktörler de keza ancak homolog (kököndeş) ribozomlarla tepkimeye girer. T ve faktörleri ancak bakteriyel ribozomlarla (hayvanlarınkiyle , özellikle memeli hayvanlarınkiyle değil) transferaz-I ve II ise ancak hayvansal ribozom larla (bakteriyel ribozomlarla değil) bağ yapabilir. E coli ribozomlarında hem G hem T görevini yüklenmiş bir polimerizasyon faktörü tanımlanmıştır.; bu faktörün aktivitesi , G ve T faktörlerinde olduğu gibi birbirinden ayrılmış durumda değildir.
İkinci aminoasidin tRNA’sını mRNA’ya bağlanmasından sonra , bunu ribozom üzerinde 1. ve 2. aminoasitlerin birbirine bağlanması “peptit bağı” izler. Bu bağlanma kendiliğinden meydana gelen bir olay değildir. tRNA’ya bağlı aminoasitteki enerji , peptit bağı için yeterlidir. Çünkü peptit bağlarının gerek duyduğu serbest enerji , aminoacil-tRNA bağında bulunan enerjiden çok daha azdır. Bu peptit bağının oluşumu , ribozomlarda protein olarak bulunan 50 S alt birimi üzerine gömülmüş “peptidiltransferaz “ denen bir enzim tarafından katalizlenir. Peptit bağı , bir aminoasidin amino grubunun başka bir aminoasidin karboksil grubuna bağlanmasıdır.
========SON ÜRÜNLERLE ENZİM İŞLEVLERİNİN DÜZENLENMESİ=========
----------( = ALLOSTERİK PROTEİNLER )---------
Düzenleme mekanizmasının ilk adımı , enzim sentezinden ziyade , mevcut enzimin aktivitesinin düzenlenmesidir. Bu şekildeki bir düzenleme ( = son ürünle durdurma ) , aşağıdaki gibi yürütülür. Örneğin bakterilerde , arjinin , en azından dört kademelik bir tepkime zincirinin sonunda sentezlenir.Bunun için dört enzime gereksinme duyulur. Bu enzimler , sırasıyla , giriş maddesini adım adım değiştirerek , sonuçta ürün olarak arjinini yaparlar.Ortama hazır arjininin eklenirse , arjinin sentezleme mekanizması baştan itibaren durdurulur.
Bundan çıkarılan sonuç : Eğer bakteriler dışarıdan hazır son ürün sağlayabilirse , ilk adımda ilgili enzimlerin aktivasyonunu durdurmaktır.Çünkü bu durumda yapılacak hücre özütleri , gerçekte , bu sentezlemeyi sürdürecek enzimlerin hücrede in aktif olarak hala mevcut olduğunu göstermektedir.Bazı kalıtsal hastalıklarda , sentez zincirinin belirli kademelerinde kesinti olmakta ve ara ürün hücrede , artık , ara kademe ürünlerinin de oluşmadığı görülür.Yani yeterince sağlanan son ürün , tüm sentez dizisinin işlevini başından itibaren durdurur.
Enzim kimyasında , uzun zamandan beri , bir enzimin ya da sentez zincirinin işlevinin son ürüne benzer maddelere (kompetitif = aldatıcı moleküller ) durdurulabileceği ya da bloke edilebileceği bilinmektedir.Aldatıcı moleküller , enzimin özelleşmiş (spesifik) yerine bağlanır ve böylece , enzim , in aktive olur.
Bu şekildeki enzimlerde yani son ürünle ya da benzeri maddelerle denetleyebilir enzimlerde iki özelleşmiş bölgenin bulunduğu varsayılır. Bir tanesi substrat’a diğeri denetleyen ya da düzenleyen maddeye ( genellikle son ürüne = effektöre ) bağlanabilir.Effektörün (son ürünün ) ortamda birikmesi ve sonuçta enzimin özelleşmiş bir yerine bağlanması , enzimin , substrat’a bağlanmasını sağlayan kısmının yapısının değişmesine neden olur ve enzim bloke edilir. MONOD ve JACOB , bunu , “Allosterik Etki” olarak isimlendirmişlerdir.
Effektör enzim bağı kısa sürelidir. Yeterli son ürün , enzim moleküllerini bloke etmekle beraber ; miktarı azaldığında serbest kalan enzimler işlev görmeye başlar. Bu şekilde son ürün ile enzim arasında , son ürünün derişimine göre bir düzenleme sağlanmış olur.
Bir sentezleme zincirindeki tüm enzimlerin , allosterik olarak denetlenmediği , genellikle ilk kademedeki enzimin bloke edildiği bilinmektedir. Bu şekilde , hücre , daha ekonomik ve tutumlu olarak çalışabilir. Çünkü son ürünün ara kademede yer alan diğer enzimleri bloke etmesi , enerji ve madde yönünden savurganlık olur.
=============PROTEİNLERİN SİNDİRİMİ============
Proteinler , et , süt , yumurta gibi hayvansal besinlerle ; baklagiller ( fasulye , nohut , mercimek vb. ) gibi bitkisel besinlerde bol bulunan organik maddelerdir. Canlılarda , hücre zarlarını oluşturarak yapı maddesi , enzim ve hormonları oluşturarak düzenleyici madde , hücrede yeterli karbonhidrat ve yağ bulunmaması halinde de enerji hammaddesi olarak kullanılır. Vücuda alınan proteinlerin , hangi amaçla olursa olsun kullanılabilmeleri için , yapı taşları olan aminoasitlere parçalanmaları gerekir. Bu amaçla proteinlerin sindirimi mide de başlar , on iki parmak bağırsağında devam eder ve ince bağırsakta tamamlanır. Üç aşamada yapılan proteinlerin sindirimi aşağıdaki gibi olur
???: Midede : Yutkunma ve yemek borusunun peristaltik hareketleriyle besinler mideye iletilince , bazı mide hücreleri gastritin hormonu salgılar. Kandaki gastrin de mide öz suları salgılayan bezleri uyararak HCI salgılamalarını sağlar. Bir yandan da mukus salgısı ile mide çeperini tahrip etmemesi için in aktif durumda olan pepsinojen enzimi ve süt çocuklarında lap enzimi salgılanır.
Önce pepsinojen , HCI ile etkileşerek aktif bir proteinaz olan pepsin’e dönüşür :
Pepsinojen + HCI Pepsin
Pepsin de , proteinlere etki ederek ilk sindirim ürünü olan pepton ‘lara dönüştürür :
Pepsin
Protein + H2O Pepton (polipeptit )
Lap enzimi , süt çocuklarının emdiği sütün proteinini kazein halinde çöktürür :
Lap
Süt proteinleri Kazein + su
Kazein de pepsin etki ederek polipeptitlerle aminoasitlere parçalanır :
Pepsin
Kazein + H2O Polipeptit + Aminoasit
Mide öz sularıyla karışarak kimüs denilen bulamaç halinde gelen besinler , ortalama iki saat kadar sonra on iki parmak bağırsağına geçer. “ sindirim , on iki parmak bağırsağında devam eder.
PROTEİNLERİN SİNDİRİMİ İNCE BAĞIRSAKTA TAMAMLANIR
Kimüs , on iki parmak bağırsağına gelince sekretin hormonu salgılar. Sekretin , pankreası uyarınca salgılanan enzimlerle , hiç sindirilmemiş proteinlerin ve peptonların sindirimi on iki parmak bağırsağında ve ince bağırsakta olmak üzere iki aşamada tamamlanır.
1-) On iki parmak bağırsağında : Pankreasın in aktif durumundaki enzimi olan tripsinojen , bağırsaktaki bazı hücrelerin salgıladığı enterokinazla etkileşerek , aktif enzim olan tripsin’e dönüşür.
Tripsinojen Enterokinaz Tripsin
Aktif bir enzim olan tripsin de , mideden gelen peptonlara (polipeptitlere ) etki ederek onları peptitlere ve aminoasitlere dönüştürür.
Pepton (polipeptit) + H2O Peptit + Aminoasit
Besinler , kısa süre içinde on iki parmak bağırsağından ince bağırsağa geçerler.
2-) İnce bağırsakta :İnce bağırsak bezlerinin salgıladığı erepsin enzimi , on iki parmak bağırsağından gelen peptitlere etki ederek onları proteinlerin son sindirim ürünler olan aminoasitlere dönüştürür :
Erepsin
Peptit + H2O Aminoasitler
Oluşan tüm aminoasitler , ince bağırsaktaki villuslar tarafından emilerek kanla , karaciğere taşınıp oradan da dolaşıma katılır.
