Translasyon Nedir? mRNA'dan Protein Nasıl Üretilir?

Protein sentezi, hücrede en çok enerji tüketen metabolik süreçlerden biridir. Buna karşılık proteinler, canlı organizmalarda diğer tüm bileşenlerden (su hariç) daha fazla bulunur ve bir hücrenin çok çeşitli fonksiyonlarını yerine getirirler. Translasyon süreci veya protein sentezi, bir mRNA mesajının kodunun çözülerek bir polipeptit sentezlenmesini kapsar.

Protein Sentez Mekanizmaları

mRNA kalıbına ek olarak diğer birçok molekül de translasyon sürecine katkıda bulunur. Her bileşenin bileşimi, türler arasında farklılık gösterebilir: Örneğin ribozomlar, organizmaya bağlı olarak farklı sayılarda ribozomal RNA (rRNA) ve polipeptitlerden oluşabilir. Bununla beraber protein sentezi mekanizmasının genel yapısı ve işlevi, bakterilerden insan hücrelerine kadar benzerlik gösterir. Translasyon sürecinde; bir mRNA kalıbının, ribozomların, tRNA’ların ve çeşitli enzimatik faktörlerin kullanılması gerekir.

Pinterest

E. coli bakterisinin her hücresinde; herhangi bir zaman aralığında, 200.000 ribozom bulunur. Ribozom, yapısal ve katalitik rRNA’lardan ve birçok farklı polipeptitten oluşan kompleks bir makromoleküldür. Ökaryotlarda nükleol (çekirdekçik), rRNA'ların sentezi ve birleşmesi için özelleşmiştir.

Ribozomlar; prokaryotlarda sitoplazmada, ökaryotlarda ise sitoplazmada ve endoplazmik retikulumda yer almaktadır. Translasyon için bir araya gelen büyük ve küçük alt birimlerden oluşurlar. Küçük alt birim mRNA kalıbını bağlamakla sorumludur, büyük alt birim ise amino asitleri sırasıyla uzayan polipeptit zincirine getiren bir RNA molekülü çeşidi olan tRNA'ları bağlamaktadır. Her mRNA molekülünün kodu aynı yönde protein sentezleyen birçok ribozom tarafından eşzamanlı olarak çözülür.

Sitoplazmada türden türe değişmekle birlikte, 40 ila 60 çeşit tRNA bulunur. Adaptör görevi gören özel tRNA'lar, mRNA kalıbındaki dizilere bağlanır ve bu dizilere karşılık gelen amino asidi polipeptit zincirine ekler. Bu nedenle tRNA'lar RNA'nın dilini proteinlerin diline "çeviren" moleküllerdir. Her tRNA'nın fonksiyon gösterebilmesi için kendisine bağlı özel bir amino aside sahip olması gerekir. tRNA'nın "yükleme" (İng: "charging") sürecinde, her tRNA molekülü uygun amino aside bağlanır.

Genetik Kod

Bu noktaya kadar anlatılanları özetleyecek olursak transkripsiyon süreci, mesajcı RNA (mRNA)’yı yani bir veya birden fazla genin A, C, G, U alfabesiyle ifade edilen bir moleküler kopyasını meydana getirir. mRNA kalıbının translasyonu, nükleotid bazlı genetik bilgiyi protein ürününe dönüştürür. Protein dizileri, doğada yaygın olarak bulunan 20 amino asitten meydana gelir; dolayısıyla protein alfabesinin 20 harften oluştuğunu söyleyebiliriz. Her amino asit, üçlü kodon adı verilen üç nükleotitli bir dizi ile tanımlanır. Bir nükleotit kodonu ve onun karşılığı olan amino asit arasındaki ilişkiye genetik kod denir.

mRNA’daki "harflerin" ve protein "alfabelerinin" farklı sayıları dikkate alındığında, nükleotid kombinasyonlarının yalnızca bir amino aside karşılık geldiği görülür. Ancak üç nükleotitli kodu kullanmak, toplamda 64 (4 x 4 x 4) kombinasyonun mümkün olması demektir; bundan dolayı belirli bir amino asit birden fazla üçlü nükleotit tarafından kodlanabilir.

Khan Academy

Bu 64 kodonun 3 tanesi protein sentezini sonlandırır ve polipeptiti translasyon mekanizmasından ayırır. Bunlara "stop kodonu" denir. Bir diğer kodon olan AUG’nin ise özel bir fonksiyonu vardır. Metiyonin adlı amino asidi kodlamanın yanı sıra, translasyonu başlatmak için başlangıç kodonu olarak da fonksiyon gösterir.

Translasyon için okuma çerçevesi, mRNA'nın 5' ucu yakınlarındaki AUG başlangıç kodonu tarafından belirlenir. Genetik kod, evrenseldir. Birkaç istisna dışında neredeyse bütün türler, protein sentezi için aynı genetik kodu kullanırlar. Bu durum Dünya üzerindeki yaşamın tamamının ortak bir kökene sahip olduğunun oldukça güçlü bir kanıtıdır.

Protein Sentez Mekanizması

mRNA sentezi gibi, protein sentezi de üç aşamaya ayrılabilir: Başlangıç, uzama ve son. Translasyon süreci, prokaryot ve ökaryotlarda oldukça benzerdir. Bu yazımızda temsili bir prokaryot olan E. coli'de translasyonun nasıl gerçekleştiğini keşfedeceğiz ve prokaryotik ile ökaryotik translasyon arasındaki farkları inceleyeceğiz.

Protein sentezi, başlangıç kompleksi denilen oluşum ile başlar. E. coli'de bu kompleks; ribozomun küçük alt birimini, mRNA kalıbını, üç adet başlangıç faktörünü ve özel (başlangıç amino asidini taşıyan) başlatıcı tRNA'yı içerir. Başlatıcı tRNA, AUG başlangıç kodonu ile etkileşime girer ve translasyon tamamlandıktan sonra polipeptitten ayrılan özel bir amino asit olan metiyonin formuna bağlanır.

Prokaryot ve ökaryotlarda, polipeptitin uzama aşaması tamamen aynıdır. Bu yüzden bu aşamayı yalnızca E. coli üzerinden incelememiz yeterlidir. E. coli'nin büyük ribozomal alt birimi üç bölümden oluşur: Gelen yüklü tRNA'ları (bağlı özel amino asitleri olan tRNA'lar) bağlayan A bölgesi, büyüyen polipeptit zinciri ile bağ oluşturmuş ancak karşılık gelen tRNA'larından henüz ayrılmamış amino asitleri taşıyan tRNA'ları bağlayan P bölgesi ve serbest amino asitlerle yeniden doldurulabilmeleri için ayrışmış tRNA'ları serbest bırakan E bölgesi. Ribozom, her seferinde bir kodonu kaydırarak az önce bahsettiğimiz üç bölgede gerçekleşen işlemleri katalizler. Her adımda yüklü bir tRNA komplekse girer, polipeptit bir amino asit daha uzun hale gelir ve tRNA yüksüz olarak ayrılır. Amino asitler arasındaki her bağın enerjisi, ATP'ye benzer bir molekül olan GTP'den elde edilir.

Khan Academy

Translasyon, bir stop kodonuyla (UAA, UAG VEYA UGA) karşılaşıldığında sonlanır. Ribozom, stop kodonuyla karşılaştığında büyüyen polipeptit zinciri serbest bırakılır ve ribozomun alt birimleri ayrışarak mRNA'dan uzaklaşır. Birçok ribozomun translasyonu tamamlamasından sonra mRNA, nükleotitlerin başka bir transkripsiyon reaksiyonunda tekrar kullanılabilmesi için parçalanır.

Sonuç

Tıpkı mRNA sentezinde olduğu gibi, protein sentezi de üç aşamaya ayrılabilir: başlangıç, uzama ve son. Translasyon süreci, prokaryot ve ökaryotlarda oldukça benzerdir.

Protein sentezi, başlangıç kompleksi denilen oluşum ile başlar. E. coli'de bu kompleks; ribozomun küçük alt birimini, mRNA kalıbını, üç adet başlama faktörünü ve özel (başlangıç amino asidini taşıyan) başlatıcı tRNA'yı içerir. Başlatıcı tRNA, AUG başlangıç kodonu ile etkileşime girer ve translasyon tamamlandıktan sonra polipeptitten ayrılan özel bir amino asit olan metiyonin formuna bağlanır.

Prokaryot ve ökaryotlarda, polipeptitin uzama aşaması tamamen aynıdır, o yüzden bu aşamayı yalnızca E. coli üzerinden incelemek yerinde olacaktır. E. coli'nin büyük ribozomal alt birimi üç bölümden oluşur: Gelen yüklü tRNA'ları (bağlı özel amino asitleri olan tRNA'lar) bağlayan A bölgesi, büyüyen polipeptit zinciri ile bağ oluşturmuş ancak karşılık gelen tRNA'larından henüz ayrılmamış amino asitleri taşıyan tRNA'ları bağlayan P bölgesi ve serbest amino asitlerle yeniden doldurulabilmeleri için ayrışmış tRNA'ları serbest bırakan E bölgesi. Ribozom, her seferinde bir kodonu kaydırarak az önce bahsettiğimiz üç bölgede gerçekleşen işlemleri katalizler. Her adımda yüklü bir tRNA komplekse girer, polipeptit bir amino asit daha uzun hale gelir ve tRNA yüksüz olarak ayrılır. Amino asitler arasındaki her bağın enerjisi, ATP'ye benzer bir molekül olan GTP'den elde edilir.