Transkripsiyon Nedir? DNA'dan mRNA Nasıl Üretilir?

Hem prokaryotlarda hem de ökaryotlarda, DNA'nın ikinci işlevi (birincisi replikasyondur), hücrenin tüm fonksiyonlarını yerine getirebilmesi için ihtiyaç olan proteinleri oluşturmak adına gerekli bilgiyi sağlamaktır.

Bunu yapmak için, DNA "okunur" ya da bir mRNA molekülüne transkribe olur. mRNA daha sonrasında translasyon adı verilen süreç sayesinde protein oluşturmak için gereken kodu sağlar. Transkripsiyon ve translasyon süreçleri boyunca, kalıp DNA’dan kodlanmış olan spesifik bir amino asit dizisi ile bir protein oluşmuş olur.

Santral (Merkezi) Dogma: DNA, RNA’yı Kodlar; RNA, Proteini Kodlar

DNA’dan, mRNA’ya ve oradan da proteine giden hücrelerdeki genetik bilgi akışı; santral dogma ile açıklanır.

OpenStax

Transkripsiyon: DNA’dan mRNA’ya

Hem ökaryotlar hem de prokaryotlar, önemli bir fark olan ökaryotların zarlı çekirdeği dışında, temelde aynı transkripsiyon sürecini geçirirler. Çekirdeğe bağlı genler ile hücrenin çekirdeğinde transkripsiyon gerçekleşir ve mRNA transkripti sitoplazmaya taşınır. Bakteri ve arkeleri de içine alan prokaryotlar, zara bağlı çekirdek ve diğer organellere sahip değildirler; aslında bu yüzden de transkripsiyon, hücrenin sitoplazmasında gerçekleşir. Hem ökaryotlarda hem de prokaryotlarda transkripsiyon üç ana aşamada gerçekleşir:

• Başlama,
• uzama,
• sonlanma.

Başlama Aşaması

Transkripsiyonun başlaması için DNA'nın çift sarmalının mRNA sentezi yapılacak olan bölgesinde kısmen gevşetilmelidir. Bu gevşetilmiş bölgeye transkripsiyon balonu denir. Transkripsiyonda yer alan proteinlerin ve enzimlerin, işlemi başlatmak için bağlandığı DNA dizisine ise promotör dizi denir. Promotör diziyi de içine alan ve başlama noktasından önceki diziler "upstream", sonraki diziler "downstream" olarak adlandırılır. Genel olarak, promotörler, düzenledikleri genlerin yukarı kısmında (upstream) bulunur. Bir promotörün spesifik dizisi çok önemlidir çünkü karşılık gelen genin ne sıklıkla kopyalanacağını veya neredeyse hiç kopyalanıp kopyalanmayacağını belirlemektedir.

OpenStax

Uzama Aşaması

Transkripsiyon, her zaman kalıp iplik denilen iki DNA ipliğinin birinden devam eder. mRNA ürünü, kalıp (karşı anlamlı) ipliğin tamamlayıcısıdır ve kalıp olmayan (kodlayıcı, anlamlı) olarak adlandırılan diğer iplik ile hemen hemen aynıdır. Tek farkı, RNA’nın DNA’da bulunan timin (T) yerine bir urasil (U) içermesidir.

Uzama sırasında RNA polimeraz enzimi, DNA replikasyonuna benzer şekilde ancak kalıp DNA ipliğine bağlı kalmayan bir RNA dizisi sentezlenmesi farkıyla baz eşleşmesi yaparak nükleotit ekler ve kalıp DNA boyunca ilerler. Uzama devam ettikçe, DNA sürekli çekirdek (kor) enzimin önünde çözülür ve onun arkasına geri sarılır.

Sonlanma Aşaması

Bir gen transkribe edildikten sonra, prokaryotik polimeraz enzimine kalıp DNA'dan ayrılması ve yeni sentezlenmiş olan mRNA'yı serbest bırakması için talimat verilmesi gerekir. Transkribe edilen gene bağlı olarak iki tür sonlanma sinyali vardır ancak her ikisi de kalıp DNA ipliğinde RNA polimerazın durmasına, kalıp DNA ipliğinden ayrılmasına ve Mrna transkriptinin serbest kalmasını sağlayan tekrarlı nükleotid dizilerini içerir.

Sonlama aşamasında, transkripsiyon süreci tamamlanmış olur.

Bir prokaryot hücrede, sonlanma gerçekleştiğinde, transkript (transkripsiyon ürünü) zaten kodlanmış proteinin çok sayıda kopyasını kısmen sentezlemek için kullanmış olur çünkü bu süreçler, aynı anda birden fazla ribozom (poliribozomlar) kullanılarak aynı anda gerçekleşebilir. Buna karşılık, ökaryotik hücrelerde çekirdeğin olması eş zamanlı transkripsiyon ve translasyonu engeller.

OpenStax

Ökaryotik RNA'nın İşlenmesi

Yepyeni transkribe edilmiş ökaryotik mRNA'lar, çekirdekten sitoplazmaya transfer edilmeden ve protein haline translasyonu yapılmadan çeşitli süreçlerden geçmelidirler. Ökaryotik mRNA olgunlaşmasında yer alan ek adımlar, prokaryotik bir mRNA’ya kıyasla çok daha kararlı bir molekül oluştururlar.

mRNA transkripti, işlenirken ve çekirdekten sitoplazmaya gönderilirken bozunmasını önlemek için önce RNA'yı stabilize edici histon proteinleriyle kaplanır. Bu adım, büyüyen transkriptin 5' ucuna özel bir nükleotid olan “şapka” eklenerek pre-mRNA sentezlenirken meydana gelir. Bozunmayı önlemenin yanı sıra protein sentezinde yer alan faktörler, ribozomlar tarafından translasyonu başlatmaya yardımcı olmak için şapkayı tanır.

Uzama aşaması tamamlandıktan sonra, bir enzim daha sonrasında poli-A kuyruğu adı verilen ve 3' ucuna yaklaşık olarak 200 adenin kalıntısı içeren bir dizi ekler. Bu modifikasyon ek olarak pre-mRNA’yı bozunmalardan korur ve hücresel faktörlere, transkriptin sitoplazmaya gönderilmesi gerektiğini bildirir.

Ökaryotik genler, ekzon denen protein kodlayan dizilerden oluşur ve intron adı verilen araya giren dizilerden oluşur. İntronlar süreç sırasında pre-mRNA'dan çıkarılır. mRNA'daki intron dizileri fonksiyonel protein kodlamazlar.

Ekzonların doğru amino asitleri kodlamak üzere bir araya gelmesi için protein sentezinden önce bir pre-mRNA’nın tüm intronlarının tamamen çıkarılması zorunlu ve çok önemlidir. Eğer işlemde tek bir nükleotid hatası bile olursa yeniden birleşen ekzonların dizisi kaydırılır ve ortaya çıkan protein işlevsiz hale gelmiş olur. İntronların çıkarılması ve ekzonların yeniden bağlanması işlemlerine uçbirleştirme (İng: "splicing") denir. İntronlar pre-mRNA hala çekirdekteyken çıkarılır ve bozulur.

OpenStax

Özet

Prokaryotlarda, mRNA sentezi, DNA şablonundaki bir promotör sekansında başlatılır. Uzama, yeni mRNA'yı sentezler. Sonlandırma, mRNA'yı serbest bırakır ve RNA polimerazı durduran ve DNA şablonundan düşmesine neden olan mekanizmalarla gerçekleşir. Yeni kopyalanan ökaryotik mRNA'lar, bir başlık ve bir poli-A kuyruğu ile modifiye edilir. Bu yapılar, olgun mRNA'yı bozulmaya karşı korur ve çekirdekten dışarı atılmasına yardımcı olur. Ökaryotik mRNA'lar ayrıca, intronların çıkarıldığı ve ekzonların tek nükleotit doğruluğu ile yeniden bağlandığı birleştirme işlemine tabi tutulur. Sadece bitmiş mRNA'lar çekirdekten sitoplazmaya geçirilir.