Replikasyon, Transkripsiyon ve Translasyon

Yrd. Doç. Dr. Osman İBİŞ

DNA replikasyonu

• DNA’nın replikasyonu, DNA molekülünün, sakladığı genetik bilgilerin sonraki nesillere aktarılması için kendi kopyasını oluşturmasıdır.

Transkripsiyon

Transkripsiyon (DNA’dan RNA sentezi)

• DNA kalıbından RNA sentezlenmesine transkripsiyon denir.

• Transkripsiyon, hücre içi genetik bilgi akışının ilk basamağı olduğu için önemlidir.

• Transkripsiyon sonucunda, ikili sarmal DNA’nın bir dizisinin eşleniği olan mRNA molekülü sentezlenir.

• mRNA’daki her üçlü kodon, ayrıca peptit zincirine girecek olan aminoasiti taşıyan tRNA’nın antikodonuna da eşleniktir.

RNA’nın DNA ve protein arasındaki aracı molekül olduğuna dair düşüncelerin ortaya çıkması

• Ökaryotik hücrelerde DNA’nın çoğu çekirdekte bulunurken proteinler sitoplazmada sentezlenir.

• RNA ökaryotik hücrenin çekirdeğinde sentezlenir ve kimyasal olarak DNA’ya benzer.

• RNA’nın çoğu sitoplazmaya taşınır. • Genellikle hücredeki RNA miktarı, protein

miktarı ile orantılıdır.

Replikasyon-Transkripsiyon: Farklar

• Replikasyon sırasında tüm kromozom kopyalanır fakat transkripsiyon daha selektiftir. Aynı anda sadece bir gen grubu kopyalanabilir.

• Genetik bilginin ekspresyonu o andaki ihtiyaca bağlıdır.

• DNA segmentinin başı ve sonunu belirleyen spesifik düzenleyici dizeler hangi DNA segmentinin şablon olarak kullanılacağını gösterir.

• Transkripsiyon bir primer’e ihtiyaç duymaz. Transkripsiyon için sadece bir DNA zinciri kalıp olarak iş görür.

RNA’nın DNA’ya Bağımlı Sentezi

• RNA polimerazlar RNA’yı sentezler. • Sentez için DNA-bağımlı RNA polimeraz, bir DNA şablonu,

nükleozid 5´ trifosfatlar (ATP, GTP, UTP ve CTP) veya Mg2+ gereklidir.

• Sentez ribonükleotidlerin 3´-hidroksil ucuna eklenmesi ile 5´3´ yönünde ilerler.

• RNA polimerazın en aktif formu çift sarmal DNA’ya bağlı formudur.

• Başlama, RNA polimerazın promotor olarak adlandırılan spesifik bölgelere bağlanması ile başlar, primer’e gereksinim yoktur.

• Transkripsiyon için bir “bubble” gereklidir. Bu E. coli’de 17 baz çifti uzunluğundadır. E. coli’de zincir uzama hızı 50-90 nükleotid/saniye’dir.

RNA Polimeraz ve RNA Sentezi

• DNA kalıbı üzerinden RNA sentezi, RNA polimeraz enzimi tarafından gerçekleştirilir.

• RNA polimeraz, DNA polimerazla aynı genel substratlara ihtiyaç duyar.

• Ancak dNTP yerine NTP kullanır. • Ve primere ihtiyaç duymaz.

RNA Polimeraz Enzimi

• Enzim, α, β, β’ ve σ alt birimlerinden oluşur. • Enzimin aktif formuna holoenzim denir. • β ve β’ katalitik bölgelerdir ve transkripsiyon için

aktif merkezi oluştururlar. • σ alt birimi, transkripsiyonun başlamasında

görevlidir ve düzenleyici işlevi vardır. • E.coli’ de enzim tek formdadır, ancak birkaç

değişik sigma faktörü vardır. • Ökaryotlarda RNA polimeraz üç değişik formda

bulunur.

Promotorlar, Kalıba Bağlanma ve Sigma Alt Birimi

• DNA’nın transkripsiyona uğrayan zinciri kalıp, eşleniği olan zincir de eş zincir adını alır.

• Transkripsiyon, kalıba bağlanma, başlangıç, zincir uzaması ve sonlanma aşamaları halinde gerçekleşir.

• Kalıba bağlanma, RNA polimerazın sigma alt birimi ile DNA’nın özgül promotor dizisine bağlanması ile gerçekleşir.

• Promotor, genin transkripsiyon başlangıç noktasının gerisinde 5’ ucundadır.

Promotor • Promotor, RNA polimerazın transkripsiyonu başlatmak

üzere DNA’ya bağlandığı özel bölgelerdir. • Promotor mutasyonları gen ifadesini önemli biçimde

azaltır. • Promotorlarda, türler arasında korunmuş konsensüs

diziler vardır. • Bakteriyel promotorlarda -10 ve -35 olmak üzere iki

konsensüs dizi bulunmuştur. • Ökaryotik promotorlarda da -10 dizisine benzer

konsensüs diziler bulunmuştur (TATA kutusu) • Farklı sigma alt birimleri, farklı promotorlara

bağlanarak transkripsiyon özgüllüğü sağlar.

E. coli RNA polimeraz ile

transkripsiyonun başlama

basamakları

Transkripsiyonun Basamakları

Ökaryotlarda Transkripsiyon

• Ökaryotlarda transkripsiyon, prokaryotlardakinden bazı belirgin farklılıklarla ayrılır.

• Ancak, yine de temel aynıdır.

Ökaryotik Hücrelerde 3 tip Nüklear RNA Polimeraz Bulunur

• RNA polimeraz I (Pol I) sadece tek tip RNA sentezinden (preribozomal RNA) sorumludur. Bu RNA 18 S, 5.8 S ve 28 S rRNA’lar için prekürsördür. Pol I promotorlar bir türden diğerine sekansta farklılık gösterir.

• RNA polimeraz II (Pol II)’nin temel fonksiyonu mRNA ve bazı spesifik RNA’ların sentezidir. Bu enzim binlerce farklı RNA bölgesini tanıyabilir

• RNA polimeraz III (Pol III) tRNA, 5 S rRNA ve bazı küçük özel RNA’ları sentezler. Pol III’ün promotorları iyi karakterize edilmiştir.

Ökaryotlarda Transkripsiyonun Farkları

• Ökaryotlarda transkripsiyon çekirdekte, translasyon sitoplazmada birbirinden tamamen ayrılmış olarak gerçekleşir.

• Transkripsiyon başlamasının regülasyonu için özgül DNA dizileri ve protein faktörlerin etkileşimi daha komplekstir.

• Promotorlara ek olarak genin 5’ kontrol bölgesinin dışında genin içinde ve 3’ aşağı bölgesinde de yer alabilen enhensır diziler bulunur.

• Sentezlenen ilk RNA kopyası, olgun ökaryotik mRNA ya dönüşmek için bir dizi işlenme basamağından geçer.

mRNA İşlenme Basamakları

• mRNA’nın 5’ ucuna şapka (cap) yapısı takılır. • mRNA’nın 3’ ucuna poli A kuyruğu eklenir. • Öncül mRNA yapısındaki proteine

dönüşmeyecek bölgeler (intronlar) çıkartılarak proteine dönüşecek bölgeler (eksonlar) birleştirilir. Bu işleme sıplaysing (splycing) denir.

Ökaryotik mRNA ek işlemlere tutulur

• 5´cap (baş bölgesi) ve 3´poli(A) kuyruğu • 5´cap (baş bölgesi)’da 7-metilguanozin

5´terminal ucunda 5´5´ trifosfat bağı ile zincire eklenir.

• Poli (A), 80-250 adenilat rezidüzüdür ve 3´ ucunda bulunur.

• Poliadenilat polimeraz poli (A) kuyruğunu uzatır.

Ökaryotlarda RNA’nın

transkripsiyon sonrası

işlenmesi

Ökaryotik primer RNA

transkriptine poli (A)

kuyruğunun eklenmesi

Tavuk ovalbümin

mRNAsı ile bu gene ait DNA’nın

hibridizasyonu

Ökaryotlarda Parçalı Genler -Ekson ve İntronlar-

Ökaryotik mRNA oluşumuna genel bakış

Hücresel mRNA’lar farklı hızlarda yıkılırlar

• Vertebrat hücresinde ortalama mRNA yarı ömrü yaklaşık 3 saattir.

• Bakteriyel mRNA’nın yarı ömrü ise yaklaşık 1.5 dakika’dır.

• RNA ribonükleazlar ile yıkılır (genellikle 5´-3´ yönünde).

• Ökaryotik hücrelerde poli (A) birçok mRNA’nın stabilitesi için önemlidir.

• Laboratuvarda polinükleotid fosforilaz enzimi sentetik RNA polimerleri yapımında kullanılır.

Transkripsiyonun elektron mikroskobu ile görüntülenmesi

• E.coli ve Notophthalmus viridescens genlerin eş zamanlı transkripsiyonu

Protein Sentezi; Translasyon

• Genetik bilginin protein molekülü şeklindeki • ifadesidir. • • Protein sentezinin üç komponenti • • mRNA • • tRNA • • ribozomlar