If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

Bağlandığınız bilgisayar bir web filtresi kullanıyorsa, *.kastatic.org ve *.kasandbox.org adreslerinin engellerini kaldırmayı unutmayın.

Ana içerik

Konu: 12. Sınıf Biyoloji (Uluslararası Müfredat) > Ünite 6

Ders 4: Transkripsiyon ve RNA'nın İşlenmesi
Fen
12. Sınıf Biyoloji (Uluslararası Müfredat)
Kalıtımın Moleküler Temeli
Transkripsiyon ve RNA'nın İşlenmesi
© 2024 Khan AcademyKullanım ŞartlarıGizlilik PolitikasıÇerez Politikası

Gen İfadesine Giriş (Merkezi Dogma)

Google Classroom
DNA'daki genlerin proteinler için talimat sağlamaları. Moleküler biyolojide merkezi dogma kavramı: DNA → RNA → protein.

Genel bakış: Gen ifadesi

DNA dünya üzerindeki tüm organizmaların genetik materyalidir. DNA ebeveynlerden çocuklara geçtiği zaman çocukların karakteristik özelliklerini (göz rengi veya saç rengi gibi) belirleyebilir. Ancak DNA molekülünün dizilimi, insan veya diğer organizmaların özelliklerini nasıl etkiler? Örneğin Mendel'in bezelye bitkilerinin DNA'sındaki nükleotidlerin (A, T, C ve G) dizilimleri, çiçeklerinin renklerini nasıl belirlemiş olabilir?

Genler, proteinler gibi fonksiyonel ürünleri belirler

Bir DNA molekülü, nükleotidlerden oluşan uzun ve sıkıcı bir zincir değildir. Gen adı verilen fonksiyonel birimlere ayrılmıştır. Her bir gen, hücrede bir görevin yerine getirilmesinden sorumlu fonksiyonel bir ürün için talimatlar içerir. Bu fonksiyonel birim çoğu durumda bir gen ya da proteindir. Örneğin Mendel'in çiçek rengi geni, çiçeğin taç yapraklarında renkli pigmentler oluşturan bir proteinin talimatlarını içerir.
Bir genin, bir organizmanın fenotipini (gözlemlenebilir özelliği) nasıl belirleyebildiğini gösteren şema. Mendel'in incelediği çiçe rengi geni, kromozomda bulunan DNA'nın bir parçasından meydana gelmekteydi. DNA'nın belirli bir dizilimi vardı. Dizilimin, bu şemada gösterilmekte olan kısmı, 5'-GTAAATCG-3' 8 (üst iplik), tamamlayıcı dizisi olan 3'-CATTTAGC-5' (alt iplik) ile eşleşmiş. Bu genin DNA'sı, pigment üretimine yardımcı bir proteini kodlamaktadır. Protein mevcut ve fonksiyonel durumdayken, pigment üretimi gerçekleşir ve çiçekler bunun sonucunda mor bir renge sahip olurlar.
Görselin uyarlandığı kaynak: Hellens ve çalışma arkadaşlarının benzer bir şeması 1 ve Reece ve çalışma arkadaşlarının benzer bir şeması2.
Bilinen bir çok genin fonksiyonel ürünleri proteinlerdir veya daha doğrusu polipeptitlerdir. Polipeptit bir aminoasit zinciri için kullanılan isimlerden bir diğeridir. Çoğu protein tek bir polipeptitten oluşurken bazıları birçok polipeptitten oluşur. Polipeptitleri belirleyen genlere protein kodlayıcı genler adı verilir.
Bütün genler proteinleri belirlemez. Aksine bazıları translasyonda rol oynayan transfer RNAlar ve ribozomal RNAlar gibi fonksiyonel RNA moleküllerin sentezlenmesi için gerekli talimatları içerirler.

Bir genin DNA dizilimi, bir proteini nasıl belirler?

Birçok gen, polipeptit sentezi için talimatlar içerir. DNA bir polipeptit sentezini nasıl yönetmektedir? Bu, transkripsiyon ve translasyon adı verilen iki önemli süreç sayesinde gerçekleşir.
  • Transkripsiyonda, bir genin DNA dizilimi, bir RNA molekülü sentezi için kopyalanır. Bu adımın transkripsiyon olarak adlandırılmasının sebebi, DNA diziliminin benzer bir RNA "alfabesi" ile yeniden yazılmasından ibaret olmasıdır. Ökayotlarda, RNA molekülünün, olgun bir mesajcı RNAya (mRNA) dönüşmesi için bazı işlemlerden geçmesi gerekmektedir.
  • Translasyonda, mRNA dizilimi, polipeptidin amino asit diziliminin tayin edilmesi için çözümlenir. Translasyon ismi, mRNA diziliminin nükleotid diziliminin, tamamen farklı bir "dil" olarak kabul edilebilecek amino asit dizilimine çevrilmesi gerektiği için kullanılır.
Merkezi dogmanın basitleştirilmiş bir şeması. Şemada süreçte rol oynayan moleküllerin dizilimleri gösterilmektedir.
DNA'nın iki ipliğinin dizilimleri şu şekilde olsun:
5'-ATGATCTCGTAA-3' 3'-TACTAGAGCATT-5'
DNA ipliklerinden birinin transkripsiyonu, DNA diziliminin diğer ipliğiyle eşleşen bir mRNA üretir. Ancak DNA ve RNA arasındaki biyokimyasal farklılıklar sebebiyle, DNA'daki T'lerin yerini RNA'da U'lar alır. Bunun sonucunda elde edilecek olan mRNA dizilimi şu şekildedir:
5'-AUGAUCUCGUAA-5'
Translasyon sırasında, mRNA nükleotidleri üçlü gruplar halinde okunur: bu üçlü grupların her biri bir amino asidi belirler ya da translasyonun bitişine dair bir stop (dur) sinyali içerir.
3'-AUG AUC UCG UAA-5'
AUG → Metionin AUC → Izolösin UCG → Serin UAA → "Stop" (dur)
Polipeptit dizilimi: (N-terminus) Metionin-İzolösin-Serin (C-terminus)
Bu da, protein kodlayan bir genin ifadesi sırasındaki bilgi askışının yönü DNA → RNA → proteindir. Bilginin belirli bir yönde akıyor olması, moleküler biyolojinin merkezi dogması olarak da bilinir. Protein kodlamayan genlerin (bir başka deyişle, fonksiyonel RNA'ları kodlayan genler), RNA üretimi için transkripsiyonları gerçekleşir ancak bu RNA'ların bir polipeptide translasyonları gerçekleşmez. Genin tipi ne olursa olsun, DNA'dan fonksiyonel bir ürün elde edilen bu süreç, gen ifadesi olarak adlandırılır.

Transkripsiyon

Transkripsiyonda, bir geni meydana getiren ve kodlamayan iplik olarak adlandırılan DNA, RNA polimeraz enziminin aracılığı ile tamamlayıcı bir RNA ipliğinin sentezinde şablon olarak kullanılır. Bu RNA ipliği birincil transkript olarak adlandırılır.
DNA'nın iki ipliğinin dizilimleri şu şekilde olsun:
5'-ATGATCTCGTAA-3' 3'-TACTAGAGCATT-5'
DNA açılarak bir balon oluşturur, altta kalan iplik tamamlayıcı RNA'nın sentezinde şablon olarak kullanılır. Bu iplik, şablon (kalıp) iplik olarak adlandırılır. Şablonun transkripsiyonu sonucunda diğer iplik (kodlayan iplik) ile hemen hemen eşleşen bir mRNA elde edilir. DNA ve RNA arasındaki biyokimyasal farklar sebebiyle, mRNA'da, DNA'daki T'ler yerine, U'lar bulunur. Elde edilen mRNA'nın dizilimi şu şekilde olacaktır:
5'-AUGAUCUCGUAA-5'
Birincil transkript, DNA'nın transkripsiyonu yapılmamış ipliği ile aynı bilgiyi içerir ve zaman zaman da kodlayıcı iplik olarak adlandırılır. Yine de, birincil transkript ve DNA'nın kodlayan ipliği, DNA ve RNA arasındaki biyokimyasal farklar sebebiyle birebir aynı değildir. Bu farklardan önemli biri, RNA molekülünün timin (T) bazını içermemesidir. RNA, bunun yerine timine benzer ancak adı urasil (U) olan bir baz içerir. Timin gibi, urasil de adenin ile eşleşir.

Transkripsiyon ve RNA işlenmesi: Ökaryotlar ve bakteriler

Bakterilerde, birincil RNA transkripti, doğrudan mesajcı RNA ya da mRNA olarak görev alır. Mesajcı RNAlar, DNA ve ribozomlar arasında mesajcı görevi üstlendikleri için bu ismi taşırlar. Ribozomlar, proteinlerin sentezlendiği, sitozolde bulunan RNA ve protein yapılarıdır.
İnsanlar gibi ökaryot olan organizmalarda, birincil transkript, olgun bir mRNA olabilmek için bazı ilave işlemlerden geçer. Bu işlemler sırasında, RNA'nın uçlarına capler eklenir ve bazı kısımları splicing adı verilen bir süreçle özenli bir şekilde çıkarılır. Bu adımlar, bakterilerde gerçekleşmez.
Ökaryot hücre: Transkripsiyon çekirdekte gerçekleşir. Birincil transkript, olgun mRNA'ya dönüşmek için çekirdekte bazı ek işlemlerden geçer. Sonrasında sitozole çıkarılır, bir ribozom ile bağlantı kurar ve translasyon süreci ile bir proteinin sentezini yönlendirir.
Bakteriler: Transkripsiyon sitozolde gerçekleşir. Bu sebeple mRNA'nın bi ribozomda translasyonu gerçekleşmeden başka bir yere gitmesine gerek yoktur. Aslına bakılırsa, ribozomlar, mRNA'nın transkripsiyonu tamamlanmadan translasyon işlemine başlayabilirler.
Prokaryot ve ökaryotlarda, transkripsiyonun yapıldığı yer de farklıdır. Ökaryotik transkripsiyon DNA'nın saklandığı çekirdekte gerçekleşirken, protein sentezi sitozolde gerçekleşir. Bu sebeple, ökaryotik mRNA'nın, polipeptide translasyonu gerçekleşmeden çekirdek dışına çıkarılması gerekir. Diğer yandan, prokaryot hücrelerde çekirdek bulunmadığı için hem translasyon hem de transkripsiyon sitozolde gerçekleşir.

Translasyon

Transkripsiyondan sonra ve ökaryotlardaki bazı işlemlerden sonra, bir mRNA molekülü protein sentezini yönlendirecek duruma gelir. mRNA'daki bilginin bir polipeptit sentezi için kullanılması translasyon olarak adlandırılır.

Genetik kod

Translasyon sırasında, mRNA'nın nükleotid diziliminin, polipeptidin amino asit dizilimine translasyonu gerçekleştirilir. Daha da net olmak gerekirse, mRNA'nın nükleotidleri, kodon adı verilen üçlü gruplar halinde okunur. Amino asitleri belirleyen 61 tane kodon bulunmaktadır. Kodonlardan biri, translasyonun nerede başlayacağını belirleyen "başla" kodonudur. Başla kodonu, metionin amino asidini belirlediği için polipeptitlerin hepsi bu amino asitle başlamaktadır. Diğer üç "stop" (dur) kodonu da polipeptidin sonunu belirler. Kodonlar ve amino asitler arasındaki bu ilişkiler genetik kod olarak adlandırılır.
mRNA dizilimi:
5'-AUGAUCUCGUAA-5'
Translasyon sırasında, mRNA nükleotidleri üçlü gruplar halinde okunur: bu üçlü grupların her biri bir amino asidi belirler ya da translasyonun bitişine dair bir stop (dur) sinyali içerir.
3'-AUG AUC UCG UAA-5'
AUG → Metionin AUC → Izolösin UCG → Serin UAA → "Stop" (dur)
Polipeptit dizilimi: (N-terminus) Metionin-İzolösin-Serin (C-terminus)

Translasyonun aşamaları

Translasyon ribozom adı verilen yapılar içinde gerçekleşir. Ribozomlar, görevleri polipeptit sentezi olan moleküler makinelerdir. Bir ribozom, bir mRNA'ya tutunup, "başla" kodonunu bulduğunda, mRNA üzerinde hızlıca, her seferinde bir kodon olacak şekilde hareket eder. Hareket ettikçe, mRNA'daki kodonlara tam olarak karşılık gelecek bir amino asit zincirini oluşturacak.
Ribozom, her bir kodona karşılık gelen amino asidin hangisi olduğunu "nereden" bilir? Aslına bakılırsa, bu eşleştirme, ribozom tarafından değil, transfer RNA (tRNA) adı verilen özelleşmiş RNA moleküllerinden oluşan bir grup tarafından yapılır. Her tRNA'nın bir ucunda açıkta duran üç nükleotid bulunur ve bu nükleotidler, bir ya da birkaç belirli kodonu tanıyabilir. Diğer yandan, tRNA, bu kodonlara karşılık gelen amino asidi taşırlar.
Ribozomda gerçekleşen translasyon. mRNA ribozoma bağlanır ve burada tRNA ile etkileşime geçebilir.
Bu görselde, mRNA'nın dizilimi:
3'-...AUG UAC AUC UCG GAU...-5'
Üçüncü kodona (5'-AUC-3') bağlı tRNA'nın tamamlayıcı bir dizilimi bulunur: 3'-UAG-5'. Metionin ve izolösinden meydana gelen bir polipeptit zinciri içerir ve bu polipeptit, tRNA'ya izolösin ile bağlanır. Bu tRNA'nın sağında, bir diğer tRNA sıradaki kodona (5'-UGC-3') bağlanmaktadır. BU tRNA'nın da yine tamamlayıcı bi nükleotid dizilimi (3'-AGC-5') vardır ve mRNA kodonunun belirlediği serin amino asidini içerir. BU tRNA'nın taşıdığı serin, uzamakta olan polipeptit zincirine eklenir.
Arka planda farklı amino asitler taşıyan diğer tRNA'lar görülüyor. Biri Glu (glutamik asit) amino asidini taşıyor ve ucunda 3'-CUU-5' olarak okunan bir nükleotid dizilimi bulunuyor. Bir diğeri Asp (aspartik asit) amino asidini taşıyor ve ucundaki nükleoit dizilimi 3'-CUA-5' olarak okunuyor.
Hücre içinde serbest halde bulunan birçok tRNA bulunur ancak yalnızca okunan kodonla eşleşen tRNA amino asit kargosunu bağlayabilmektedir. tRNA, ribozomda karşılık gelen kodonuyla bağlandığında, amino asidi polipeptit zincirinin ucuna eklenir.
  1. Karşılık gelen tRNA, ribozomun en sağdaki bölmesinde açıkta olan kodona bağlanır.
  2. Amino asit zincirleri ribozomun orta bölmesindeki tRNA'dan, en sağdaki bölmedeki tRNA amino asidine aktarılır. Bunun sonucunda, amino asit, amino asit zincirinin ucuna eklenir.
  3. Ribozom bir kodon daha ilerler. Orta bölmede olan tRNA, en soldaki bölüme geçer ve ribozomdan ayrılır. En sağda bulunan tRNA, orta bölmeye gelir ve amino asit zincirini tutmaya devam eder. Yeni bir tRNA'nın bağlanması için en sağdaki bölmede yeni bir kodon açığa çıkar.
Ribozom, mRNA üzerinde her defasında bir kodon okunacak şekilde ilerlerken, bu süreç birçok defa tekrarlanır. Bunun sonucunda, mRNA'da bulunan kodon dizilimiyle eşleşen bir amino asit dizilimiyle, bir amino asit zinciri adım adım sentezlenir. Translasyon ribozom stop kodonuna ulaşarak polipeptidi bıraktığında sonlanır.

Sonra ne olur?

Polipeptit bittiğinde, işlenebilir, değişikliğe uğratılabilir, diğer polipeptitlerle birleşebilir ya da hücre içi ya da dışındaki belirli destinasyonlara gönderilebilir. Sonuç olarak, bir sinyal molekülü, bir yapısal element ya da bir enzim olarak hücrenin ya da organizmanın ihtiyacı olan belirli bir işi yerine getirir.

Özet:

  • DNA, gen adı verilen ve polipeptitleri (protein ya da protein alt birimleri) ya da tRNA ya da rRNA gibi fonksiyonel RNA'ları belirleyen fonksiyonel birimlere bölünmüştür.
  • Bir genden gelen bilgi, gen ifadesi olarak adlandırılan bir süreçte fonksiyonel bir ürünün sentezlenmesi için kullanılır.
  • Bir polipeptidi kodlayan genin ifadesi iki adımda gerçekleşir. Bu süreçte bilgi akışının yönü DNA → RNA → proteindir. Bilginin belirli bir yönde akıyor olması, moleküler biyolojinin merkezi dogması olarak da bilinir.
    • Transkripsiyon: Genin DNA'sının bir ipliği RNA'ya kopyalanır. Ökaryotlarda, RNA transkripti ilave işlemlerden geçerek olgun bir mesajcı RNA'ya (mRNA) dönüşür.
    • Translasyon: mRNA'nın nükleotid dizilimi, polipeptidin amino asit diziliminin tayin edilmesi için çözümlenir. Bu süreç ribozomda gerçekleşir ve tRNA adı verilen adaptör moleküller gerektirir.
  • Translasyon sırasında, mRNA nükleotidleri, kodon adı verilen üçlü gruplar halinde okunurlar. Her bir kodon, belirli bir amino asidi ya da stop (dur) sinyalini belirler. Bu ilişkiler, genetik kod olarak adlandırılır.

Tartışmaya katılmak ister misiniz?

Giriş Yap
İngilizce biliyor musunuz? Khan Academy'nin İngilizce sitesinde neler olduğunu görmek için buraya tıklayın.