Nükleotit/Kodon Dairesi ve Kod Bolluğu: Kodon Daireleri Nasıl Okunur? Dünya'da Kaç Farklı Aminoasit Çeşidi Var?

Vücudumuzdaki hemen her şey, protein yapılıdır. Proteinler hem yapısal olarak, hem de hücre içi fonksiyonlara katılarak bizi "biz" yapan yapı taşlarıdır. Her protein, çok sayıda aminoasidin bir araya gelmesiyle oluşur. Yani bizlerin yapı taşları olan proteinlerin yapı taşları aminoasitlerdir. Bu aminoasitlerin bir kısmı vücudumuzda sentezlenir; diğer bir kısmı ise dışarıdan, beslenme yoluyla alınmak zorundadır.

Vücudumuzda üretilebilen aminoasitlerin her biri, 3 adet nükleotit koduyla kodlanır. Bu üçlü kodlara kodon adı verilir. Yani genlerimizdeki nükleotit dizilerine bakarak, hangi aminoasitlerin hangi sırayla üretileceğini görebiliriz.

İşte aşağıdaki harika görselde, merkezden başlayıp dışarı doğru gitmek suretiyle, genetik haritamızı oluşturan 4 nükleotiti kullanarak üretebileceğiniz 20 aminoasidi görebilirsiniz:

Joint Genome Institute

Kodon/Aminoasit Dairelerini Nasıl Okursunuz?

Daire şöyle çalışıyor: Öncelikle, merkezdeki 4 harften (Adenin - A, Guanin - G, Sitozin - C, Urasil - U) birini seçiyoruz. Sonrasında, bir dış halkada, o harfin komşusu olan 4 harften birini seçiyoruz. Sonrasında ise bir dış halkadaki 4 harften birini... Böylece, en dıştaki halkaya ulaşmış oluyoruz. Bu en dış halkada, söz konusu 20 temel aminoasidin isimleri bulunuyor. Bir örnek yapalım:

Diyelim ki en içteki 4 aminoasitten Adenin'i (A) seçtik. O, bizi bir dış halkadaki 4 aminoaside bağlıyor. Diyelim ki onlardan Guanin'i (G) seçtik. Bu durumda, Guanin'in hemen komşusu olan bir dış halkada yine 4 opsiyon olduğunu görüyoruz. Orada da Sitozin'i (C) seçmiş olalım. Böylece "Ser (S)" aminoasidine, yani Serine aminoasidine ulaştık. Gerçekten de Serine, AGC üçlüsüyle (kodonuyla) üretilen bir aminoasittir.

Tabii tersten gitmek de mümkün: Diyelim ki Leucin (Leu, L) isimli aminoasidi kodlayan kodonları görmek istiyorsunuz. En dış (gri) halkada Leu aminosidini buluyoruz. Sonrasında dışarıdan içeri doğru gidiyoruz; ancak her iç halkada ulaştığımız nükleotiti bu defa tersten yazacağız:

Görebileceğiniz gibi Leucine için birden fazla 3. nükleotit seçeneği vardır; buna az sonra geleceğiz, dolayısıyla herhangi birini seçebiliriz, diyelim ki Sitozin'i (C) seçtik. Bir içteki dairede Urasil'i (U) görüyoruz; bunu, az öncekinin soluna yazacağız çünkü tersten gidiyoruz: UC. Üçüncü ve ilk sırada olması gereken nükleotitimiz için de bir basamak daha içe giriyoruz ve karşımıza Sitozin (C) çıkıyor. Bunu da bir önceki nükleotidin soluna yazıyoruz: CUC. Yani CUC kodonu, Leucine isimli aminoasidi kodluyor!

Genetik Fazlalık (Kod Bolluğu): Bazı Aminoasitler, Birden Fazla Kodon ile Kodlanır!

Leucine örneğinden de, Serine örneğinden de görebileceğiniz gibi aynı aminoasidi üreten birden fazla dizilim olabilmektedir. Örneğin Serine'i üreten bir diğer dizilim, AGU'dur (eğer son halkada, Sitozin değil de, Urasil'i seçseydiniz de Serine'e ulaşacaktınız). Hatta halkayı inceleyecek olursanız, aynı aminoasit UCU, UCC, UCA, UCG kodonlarıyla da üretilebilmektedir! 

Bunun sebebi, her ne kadar genetik haritamız 4 harften, her bir aminoasit ise bu 4 harfin üçlü kombinasyonlarından (yani toplamda 64 kombinasyondan) oluşsa da, aslında 20 temel aminoasit bulunuyor olmasıdır. Bir diğer deyişle, hemen hemen her bir aminoasit, birden fazla kodlamayla üretilebilmektedir (genetikte bir "kod bolluğu" bulunmaktadır).

Bu aminoasitler, DNA'da bulunan bilgilerden yola çıkarak dizi dizi sentezlenir ve bir araya gelerek proteinleri üretir. Proteinler ise, canlılığın en temel yapıtaşlarından birisidir ve hemen hemen her parçamızda görev alırlar! 

Genetik kodun evrimiyle ilgili daha fazla bilgi almak için buradaki yazımızı okuyabilirsiniz.

Dünya'da Kaç Farklı Aminaosit Var?

Bugüne kadar aminoasit olarak kategorize edilen yüzlerce kimyasal molekül tespit edilmiştir. Ancak bunların hepsi canlı vücudunda bulunmaz. Canlı vücudunda bulunan aminoasitlerin de hepsi, genetik koda dahil değildir; yani canlı vücudunda genlerle yönetilen kimyasal yolaklarla üretilmezler.

Hemen hemen her kombinasyonda birleştirebileceğiniz 20'si standart, 2'si özel translasyon (protein üretimi) mekanizmalarıyla proteinlerin yapısına dahil olabilen, toplamda 22 adet aminoasit çeşidi vardır. Bunların 21 tanesi ökaryotik canlılarda kullanılabilir; 22.'si olan formilmetiyonin, sadece Endosimbiyoz Teorisi çerçevesinde izah edilen biçimde, mitokondri gibi prokaryotik organelleri olan ökaryotlarda ulaşabilmekteyiz. Canlılığın vücudundaki proteinlere dahil olan bu aminoasitlere proteinojenik aminoasitler denir. Bunlar, canlıların genomunda karşılığı olan, yani canlı DNA'larında kodlanan aminoasitlerdir.

Temel Aminoasitler Hangileridir?

20 adet standart aminoasit (veya temel aminoasit) vardır: Bunlar:

• Fenilalanin (Phenylalanine): UUU ve UUC kodonlarıyla temsil edilir. Kısa gösterimi F harfidir, "Phe" olarak da geçer. Apolar yapılı bir moleküldür.
• Lösin (Leucine): UUA, UUG, CUU, CUC, CUA ve CUG kodonlarıyla temsil edilir. Kısa gösterimi L harfidir, "Leu" olarak da geçer. Apolar yapılı bir moleküldür.
• Serin (Serine): UCU, UCC, UCA, UCG, AGU ve AGC kodonlarıyla temsil edilir. Kısa gösterimi S harfidir, "Ser" olarak da geçer. Polar yapılı bir moleküldür.
• Tirozin (Tyrosine): UAU ve UAC kodonlarıyla temsil edilir. Kısa gösterimi Y harfidir, "Tyr" olarak da geçer. Polar yapılı bir moleküldür.
• Sistein (Cysteine): UGU ve UGC kodonlarıyla temsil edilir. Kısa gösterimi C harfidir, "Cys" olarak da geçer. Polar yapılı bir moleküldür.
• Triptofan (Tyrptophan): UGG kodonuyla temsil edilir. Kısa gösterimi W harfidir, "Trp" olarak da geçer. Apolar yapılı bir moleküldür.
• Prolin (Proline): CCU, CCC, CCA ve CCG kodonlarıyla temsil edilir. Kısa gösterimi P harfidir, "Pro" olarak da geçer. Apolar yapılı bir moleküldür.
• Histidin (Histidine): CAU ve CAC kodonlarıyla temsil edilir. Kısa gösterimi H harfidir, "His" olarak da geçer. Bazik bir moleküldür.
• Glutamin (Glutamine): CAG ve CAA kodonlarıyla temsil edilir. Kısa gösterimi Q harfidir, "Gln" olarak da geçer. Polar yapılı bir moleküldür.
• Arjinin (Arginine): CGG, CGA, CGC, CGU, AGA, AGG kodonlarıyla temsil edilir. Kısa gösterimi R harfidir, "Arg" olarak da geçer. Bazik bir moleküldür.
• İzolösin (Isoleucine): AUA, AUC ve AUU kodonlarıyla temsil edilir. Kısa gösterimi I harfidir, "Ile" olarak da geçer. Apolar yapılı bir moleküldür.
• Metiyonin (Methionine): AUG kodonuyla temsil edilir. Kısa gösterimi M harfidir, "Met" olarak da geçer. Apolar yapılı bir moleküldür.
• Treyonin (Threonine): ACU, ACC, ACA ve ACG kodonlarıyla temsil edilir. Kısa gösterimi T harfidir, "Thr" olarak da geçer. Polar yapılı bir moleküldür.
• Asparajin (Asparagine): AAC ve AAU kodonlarıyla temsil edilir. Kısa gösterimi N harfidir, "Asn" olarak da geçer. Polar yapılı bir moleküldür.
• Lisin (Lysine): AAA ve AAG kodonlarıyla temsil edilir. Kısa gösterimi K harfidir, "Lys" olarak da geçer. Bazik bir moleküldür.
• Valin (Valine): GUU, GUC, GUA ve GUG kodonlarıyla temsil edilir. Kısa gösterimi V harfidir, "Val" olarak da geçer. Apolar yapılı bir moleküldür.
• Alanin (Alanine): GCU, GCC, GCA ve GCG kodonlarıyla temsil edilir. Kısa gösterimi A harfidir, "Ala" olarak da geçer. Apolar yapılı bir moleküldür.
• Aspartik Asit (Aspartic Acid): GAU ve GAC kodonlarıyla temsil edilir. Kısa gösterimi D harfidir, "Aps" olarak da geçer. Asidik bir moleküldür.
• Glutamik Asit (Glutamic Acid): GAA ve GAG kodonlarıyla temsil edilir. Kısa gösterimi E harfidir, "Glu" olarak da geçer. Asidik bir moleküldür.
• Glisin (Glycine): GGU, GGC, GGA ve GGG kodonlarıyla temsil edilir. Kısa gösterimi G harfidir, "Gly" olarak da geçer. Polar yapılı bir moleküldür.

Wikimedia

Kaç Tane Proteinojenik Aminoasit Var?

Ökaryotlarda, 20 temel aminoaside ek olarak 21. proteinojenik aminoasit olarak selenosistein (İng: "selenocysteine") isimli bir diğer aminoasit vardır. Bu aminoasit, proteinlere SECIS elementi adı verilen bir nükleotit dizisi yardımıyla dahil edilebilir. Aslında UGA dizisi, genetik dizinin okunmasını sonlandırmaya yaramaktadır; ancak SECIS elementinin varlığında, ilgili nükleotit sekansının civarında bulunan bir UGA kodonu selenosistein olarak üretilir. Metanojenik prokaryotlarda ise normalde bir durdurma kodonu olan UAG, belli şartlar altında pirrolisin (İng: "pyrrolysine") olarak bilinen bir diğer elemente dönüşür.

Bunlar da sayılacak olursa, proteinojenik aminoasit sayısı 22 olur. Bunlardan sadece 20 tanesi standart genetik kodun parçasıdır ve "standart aminoasitler" olarak bilinirler.

Proteinojenik Olmayan Aminoasitler, Sayıları ve Kategorileri

Canlıların genomunda kodlanmayan, dolayısıyla canlılık içerisinde üretilen proteinlerin yapısına dahil olamayan en az 140'tan fazla (muhtemelen yüzlerce, belki binlerce) proteinojenik-olmayan aminoasit vardır. Bu aminoasitler de canlılığın yapısı ve kimyasal evrim için önemlidir; çünkü bunlar biyosentez sırasında ara madde olarak oluşurlar, proteinlerde translasyon sonrasında görülebilirler; bakteri duvarları, nörotransmiterler veya toksinler gibi bileşenlerde fizyolojik görevlere sahiptirler; doğal olarak oluşan veya insan yapımı farmakolojik bileşenlerde görev alırlar, meteoritlerde ve canlılığın cansızlıktan evrimine yönelik deneylerde (örneğin Miller-Urey Deneyi'nde) kendiliğinden oluşabilirler.^[1]

Proteinojenik-olmayan aminoasitlerin de farklı türleri vardır. Dolayısıyla, bütün aminoasitleri, bu tanımlarımız çerçevesinde, farklı özelliklerine göre kategorize edecek olursak:^[2]

• 20 standart aminoasit vardır.
• 22 proteinojenik aminoasit vardır.
• Yüzlerce proteinojenik-olmayan aminoasit vardır:
• 80'den fazla aminoasit, canlılığa gerek olmaksızın (abiyotik olarak), yüksek konsantrasyonlarda oluşabilir.
• 900 civarında aminoasit, doğal kimyasal yolaklarda üretilebilir.
• 118'den fazla aminoasit, insanlar tarafından üretilip proteinlerin yapısına dahil edilebilmiştir.

Burada dikkat edilmesi gereken şudur: Bu farklı kategorilerin hepsi birbiriyle örtüşür (yani bir aminoasit, bu kategorilerin birden fazlasında bulunabilir); ancak hiçbiri birbiriyle birebir aynı değildir.

Aminoasitler ve proteinler hakkında daha fazla bilgiyi ise buradaki yazımızda bulabilirsiniz.