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

Transkripsiyon Evreleri

Transkripsiyonun nasıl gerçekleştiğine ayrıntılı bir bakış. Başlama (promotörler), uzama ve sonlanma.

Önemli noktalar:

  • Transkripsiyon bir genin DNA diziliminin, bir RNA molekülü oluşturmak için kopyalanmasıdır (transkripsiyona uğramasıdır).
  • Transkripsiyonda en büyük rolü oynayan enzim RNA polimerazdır.
  • Transkripsiyon, RNA polimerazın bir genin başlangıç bölgesine yakın bir yerde konumlanmış promotör dizilime doğrudan ya da yardımcı proteinler aracılığı ile bağlanması ile başlar.
  • RNA polimeraz, DNA ipliklerinin birini (şablon iplik) şablon olarak kullanarak, yeni ve tamamlayıcı bir RNA molekülü oluşturur.
  • Transkripsiyon, sonlanma adı verilen bir süreç ile biter. Sonlanma, RNA'daki transkriptin bittiği sinyalini veren diziler ile bağlantılıdır.

Giriş

Köygöçüren mantarının bu kadar ölümcül olmasının sebebi nedir? Bu mantarlar, öldürücü özelliklerini belirli brir toksine borçludurlar. Bu toksin, insan vücudu için son derece önemli bir enzim olan RNA polimeraza bağlanır.1
Köygöçüren mantarı olarak da bilenen Amanita phalloides mantarlarının fotoğrafı.
_Görselin uyarlandığı kaynak: "Amanita phalloides," Archenzo (CC BY-SA 3,0). Uyarlanmış görsel, CC BY-SA 3,0 lisanslıdır._
RNA polimeraz, transkripsiyonu yani DNA'nın RNA'ya (ribonükleik asit, benzer ancak ömrü daha kısa olan bir molekül) kopyalanması sürecini (deoksiribonükleik asit, genetik materyal) mümkün kıldığı için son derece önemli bi enzimdir.
Transkripsiyon, DNA'mızdaki genlerde yer alan bilginin protein sentezlenmesi için kullanılması sürecinde önemli bir adımdır. Proteinler, hücrelere yapı sağlayan ve onların çalışmasını sağlayan önemli moleküllerdir. Mantar toksinlerinin transkripsiyonu bloke etmesi, yeni RNA ve yeni protein sentezini engellediği için karaciğer yetmezliği ve ölüme sebep olabilir.2
Transkripsiyon, yaşamın devamlılığı açısından kilit öneme sahiptir ve çalışma prensibi insan sağlığı açısından önemlidir. Transkripsiyon sırasında neler olduğunu biraz daha yakından inceleyelim mi?

Transkripsiyona genel bakış

Transkripsiyon, gen ifadesinin ilk adımıdır. Bu süreç sırasında, bir genin DNA dizilimi, RNA'ya kopyalanır.
Transkripsiyon gerçekleşmeden, DNA'nın çift sarmal yapısının, transkripsiyonu gerçekleşecek gene yakın bir yerden açılması gerekir. DNA'nın açılan bölgesi, transkripsiyon balonu olarak adlandırılır.
Transkripsiyon sırasında DNA'nın bir bölgesi açılır. İpliklerden, şablon iplik olarak adlandırılan, tamamlayıcı RNA transkriptinin sentezi için şablon görevi görür. Kodlayan iplik olarak adlandırılan diğer iplik ise, dizilimdeki RNA transkripti ile, timin (T) bazlarının yerinde urasil (U) bazları taşıması dışında, birebir aynıdır.
Örnek:
Kodlayan iplik: 5'-ATGATCTCGTAA-3' Şablon iplik: 3'-TACTAGAGCATT-5' RNA transkripti: 5'-AUGAUCUCGUAA-3'
Translasyon sırasında, RNA transkripti, bir polipeptit oluşturulması için okunur.
Örnek:
RNA transkripti: 5'-AUG AUC UCG UAA-3' Polypeptit: (N-terminus) Met - Ile - Ser - [STOP] (dur) (C-terminus)
Transkripsiyon, açılmış DNA ipliklerinin birini şablon olarak kullanır ve bu iplik şablon iplik olarak kullanır. RNA ürünü, şablon ipliğin tamamlayıcısıdır ve diğer, şablon olmayan (ya da kodlayan) DNA ipliğiyle neredeyse bire bir aynıdır. Ancak, önemli bir fark vardır: yeni sentezlenmiş RNA'da, T nükleotidleri yerini U nükleotidlerine bırakır.
DNA'nın, ilk RNA nükleotidinin kopyalandığı bölgesi +1 bölgesi ya da başlama bölgesi olarak adlandırılır. Başlama bölgesinden önce gelen nükleotidler, negatif rakamlar ile numaralandırılır ve yukarı yönlü olarak adlandırılır. Başlama bölgesinden sonra gelen nükleotidler ise pozitif rakamlar ile numaralandırılır ve aşağı yönlü olarak adlandırılır.
Kopyalanan (transkripsiyonu gerçekleşen) gen, eğer bir proteini kodluyorsa ki bu birçok gen için geçerlidir, RNA molekülü, translasyon adı verilen bir süreçte, bir proteinin sentezlenmesi için okunur.

RNA polimeraz

RNA polimeraz, DNA'nın RNA'ya kopyalanmasını sağlayan enzimdir. RNA polimeraz, bir DNA şablonu kullanarak, baz eşleştirmesi yoluyla yeni bir RNA molekülü sentezler. Örneğin eğer DNA şablonunda bir G varsa, RNA polimeraz, uzamakta olan RNA ipliğine bir C nükleotidi ekler.
RNA polimeraz, şablon DNA ipliğini tamamlayan bir RNA ipliği sentezler. RNA ipliğinin sentezi 5'-3' yönünde gerçekleşirken, şablon DNA, 3'-5' yönünde okunur. Şablon DNA ipliği ile RNA ipliği antiparaleldir.
RNA transkripti: 5'-UGGUAGU...-3' (noktalar, 3' uca hala nükleotid eklenmekte olduğu anlamına gelir) DNA şablonu: 3'-ACCATCAGTC-5'
RNA polimeraz, yeni RNA ipliğini her zaman 5'-3' yönünde yapar. Bu, RNA nükleotidlerini (A, U, C ve G) yalnızca 3' uca eklediği anlamına gelir.
RNA polimeraz, birçok alt birimi olan ve bakteriler gibi basit organizmalarda da bulunan büyük enzimlerdir. Ek olarak, insanlar ve ökaryotların üç farklı RNA polimeraz enzimi vardır: I, II ve III. Bu enzimlerin her biri, belirli gen sınıflarının transkripsiyonu için kullanılır.

Transkripsiyonun başlaması

Bir genin transkripsiyonunun başlaması için, RNA polimeraz, gene, promotör adı verilen bölgesinden bağlanır. Bunu, promotörün, polimeraza, transkripsiyona başlamak için DNA üzerinde nereye yerleşmesi gerektiğini söylemesi olarak da düşünebiliriz.
Promotör bölge, transkipsiyonunu belirlediği transkripsiyonu gerçekleştirilmiş bölgeden önce gelir hatta bir miktar üst üste geldiklerini söylemek de mümkündür. RNA polimeraz ya da yardımcı proteinlerin bağlanması için tanıma bölgeleri içerir. DNA, promotör bölgeden açılır ve RNA polimeraz da böylelikle transkripsiyona başlar.
Her genin (ya da bakteriler söz konusu olduğunda transkripsiyonu birlikte yapılan gen gruplarının) kendisine ait bir promotörü vardır. Promotör, RNA polimeraz ya da yardımcı proteinlerinin DNA'ya bağlanmasını sağlayan DNA dizileri içerir. Transkripsiyon balonu oluştuğunda, polimeraz da transkripsiyon işlemine başlar.

Bakterilerin promotörleri

Promotörün nasıl işlediğine dair daha iyi bir fikir edinmek için, bakterilerde bir örneğe göz atalım. Tipik bir bakteri promotörü,-10 ve -35 elementleri olmak üzere iki önemli DNA dizisine sahiptir.
RNA polimeraz bu dizileri tanır ve doğrudan bu dizilere bağlanır. Diziler, polimerazın, hedef geni kopyalamaya başlaması için doğru yere bağlanmasını sağlarken, doğru yöne doğru yönlenmiş olduğundan da emin olurlar.
RNA polimeraz bağlandıktan sonra, DNA'yı açarak çalışmaya başlar. DNA'nın açılması -10 elementinde gerçekleşir, bu bölge A ve T nükleotidlerinin yoğunluğu sebebiyle açılması daha kolay olan bir bölgedir (A ve T, C ve G'ye göre daha az hidrojen bağı ile birbirine bağlı olduğundan, ayrılmaları da daha kolaydır).
Bakteriyel promotör. Promotör, transkripsiyonu gerçekleştirecek bölgenin başında yer alır, kendisinden önce gelen DNA'yı kapsar ve transkripsiyonun başlama bölgesi ile de çakışır. Promotör, -35 elementi ve -10 elementi olmak üzere iki element içerir. -35 elementi, transkripsiyon bölgesininin (+1) 35 nükleotid yukarı yönündedir ya da başlama bölgesinden 35 nükleotid önce gelir. -10 elementi ise, başlama bölgesinden 10 nükleotid önce konumlanmıştır. Aşağıdaki örnekte, kodlayan iplikteki -35 elementinin dizisi 5'-TTGACG-3' iken, yine kodlayan iplikteki -10 elementinin dizisi 5'-TATAAT-3'dir. RNA polimerazın, özel olarak -35 ve -10 ile bağlanan bölgeleri bulunur.
-10 ve -35 elementleri, başlama bölgesinden (DNA'daki +1) 35 ve 10 nükleotid önce geldikleri için bu şekilde adlandırılırlar. Eksi işaretine sahip olmalarının sebebi ise, başlama bölgesinden sonra değil, önce gelmeleridir.

İnsanların promotörleri

İnsanlar gibi ökaryotlarda, hücrelerimizdeki başlıca RNA polimeraz, bakteriyel RNA polimeraz gibi, promotörlere doğrudan bağlanmaz. Bunu, bazal (genel) transkripsiyon faktörleri adı verilen proteinler aracılığı ile gerçekleştirir. Bazal transkripsiyon faktörleri promotöre önce kendileri bağlanarak, hücrelerimizdeki RNA polimerazın DNA'ya tutunmasını sağlar.
Birçok ökaryotik promotörün, TATA kutusu adı verilen bir promotörü bulunur. TATA kutusu, bakterilerdeki -10 elementine benzer bir rol oynar. Genel transkripsiyon faktörlerinden biri tarafından algılanır ve bu sayede, diğer transkripsiyon faktörleri ve en nihayetinde RNA polimerazın bağlanmasını sağlar. Birçok A ve T içerdiği için DNA ipliklerini ayırması da daha kolaydır.
Ökaryotik bir genin promotörü. Promotör, transkripsiyon bölgesinin (+1) yukarısında yer alır ve bu bölge ile bir miktar çakışır. Kodlayan iplikteki dizilimi 5'-TATAAA-3' olan bir TATA kutusu içerir. Birinci ökayotik genel transkripsiyon faktörü TATA kutusuna bağlanır. Onu, diğer transkripsiyon faktörleri takip eder. Son olarak RNA polimeraz II ve diğer ek transkripsiyon faktörleri de promotöre bağlanırlar.

Uzama

RNA polimeraz, promotör üzerinde pozisyon aldıktan sonra, sıradaki adım olan transkripsiyon (uzama) başlayabilir. Uzama, RNA ipliğinin, eklenen nükleotidler sayesinde uzamaya başladığı aşamadır.
Uzama sırasında, RNA polimeraz, DNA ipliklerinin, şablon iplik olarak adlandırılanı üzerinde, 3' - 5' yönünde "yürür". RNA polimeraz, şablonda okuduğu her bir nükleotid için tamamlayıcı olan RNA nükleotidini, RNA ipliğinin 3' ucuna ekler.
RNA polimeraz, RNA ipliğini, şablon DNA ipliğini tamamlayacak şekilde, 5'-3' yönde sentezler. Şablon DNA üzerinde 3'-5' yönünde ilerler ve bu esnada DNA ipliklerini birbirinden ayırır. Sentezlenmiş RNA, şablon ipliğe kısa bir süre bağlı kalır, polimerazdan çıkarken asılı kalır ve bu sırada da, DNA'nın çift sarmalı yeniden oluşturacak şekilde kapanmasına izin verir.
Bu örnekteki, kodlayan ipliğin, şablon ipliğin ve RNA transkriptinin dizilimleri şu şekildedir:
Kodlayan iplik: 5' - ATGATCTCGTAA-3'
Şablon iplik: 3'-TACTAGAGCATT-5'
RNA: 5'-AUGAUC...-3' (noktalar, RNA ipliğinin 3' ucuna hala nükleotid eklenmekte olduğu anlamına gelir)
RNA ipliği, DNA'nın şablon olmayan ya da kodlayan ipliğiyle neredeyse aynıdır. Aralarındaki tek fark, RNA ipliklerinin timin (T) yerine urasili (U) ve farklı bir şekeri içermeleridir. Bu sebeple, yukarıdaki şemada da görebileceğimiz üzere, kodlayan iplikteki her bir T, RNA transkriptine bir U olarak kopyalanır.
Yukarıdaki görsel, DNA'nın, her biri ardında bir RNA "kuyruğu" taşıyan birden fazla RNA polimeraz tarafından transkripsiyonunun gerçekleştirilmesini gösteriyor. Genin başlangıcına yakın olan polimerazların RNA kuyrukları kısayken, RNA polimeraz genin transkripsiyonunu gerçekleştirmeye devam ettikçe bu kuyruk uzar.
Mikroskop görüntüsünde de gösterildiği gibi, bir genin, birden fazla RNA polimeraz tarafından transkripsiyonu gerçekleştiriliyor. RNA zincirleri, genin başlangıcına yakın yerlerde daha kısayken, polimeraz genin sonlarına yaklaştıkça uzarlar. Bu örüntü, bir genin DNA'sından dışarıya doğru yönlenmiş, RNA transkriptlerinin oluşturduğu ağa benzeyen bir yapının oluşmasını sağlar.
_Görselin uyarlandığı kaynak: "Transcription label en," Dr. Hans-Heinrich Trepte (CC BY-SA 3,0). Uyarlanmış görsel, CC BY-SA 3,0 lisanslıdır._

Transkripsiyonun sonlanması

RNA polimeraz, stop (dur) sinyalini alana kadar transkripsiyona devam eder. Transkripsiyonun bitmesi sonlanma olarak adlandırılır ve polimerazın DNA'nın sonlandırıcı (terminatör) adı verilen bir dizisinin transkripsiyonunu yapması ile gerçekleşir.

Bakterilerde sonlanma

Baktrilerde iki önemli sonlanma stratejisi bulunur: Ro'ya bağlı ve Ro'dan bağımsız.
Ro'ya bağlı sonlanmada, RNA, Ro faktör adı verilen bir proteinin bağlanabileceği bir bölgeye sahiptir.Ro faktör, bu diziye bağlanır ve transkript üzerinde RNA polimeraza doğru "tırmanmaya" başlar.
Ro'ya bağlı sonlanma. Sonlandırıcı, DNA'nın, mRNA'da Ro'nun bağlanacağı bölgenin kodunu ve gerçek transkripsiyon stop noktasını (RNA polimerazı yavaşlatarak Ro'nun yetişmesine yardımcı olan dizi) içeren bir bölgesidir. Ro, mRNA'daki Ro bağlanma bölgesine bağlanır ve RNA transkripti üzerinde, 5'-3' yönde, polimerazın bulunduğu transkripsiyon balonuna doğru tırmanmaya başlar. Polimeraza yetiştiğinde, transkript serbest kalır ve transkripsiyon sonlanır.
Ro faktör, transkripsiyon balonundaki polimeraz yetiştiğinde, RNA transkriptini ve DNA ipliğini birbirinden ayırır, bunun sonucunda RNA molekülü ayrılır ve transkripsiyon sonlanmış olur. DNA üzerinde daha sonra gelen ve transkripsiyon stop (dur) noktası, RNA polimerazın duraklamasına sebep olarak Ro'nun yetişmesine yardımcı olur.4
Ro'dan bağımsız sonlanma ise, DNA şablon ipliğindeki belirli dizilere dayalıdır. RNA polimeraz, transkripsiyonu yapılan genin sonuna yaklaştığında, C ve G nükleotidlerinin yoğun olduğu bir bölgeye gelir. Bu bölgeden kopyalanan RNA, kendi üzerine katlanır ve birbirini tamamlayan C ve G nükleotidleri bağlanırlar. Bu da, polimerazın durmasını sağlayan firkete yapısını oluşturur.
Ro'dan bağımsız sonlanma. Sonlandırıcı DNA dizisi, RNA'nın bir firkete yapısı oluşturacak şekilde kendi üzerine katlanmasına sebep olan bir bölgesini kodlar. RNA üzerindeki firketeyi, bir U dizisi takip eder (resimde görülmüyor). Firkete, polimerazın duraksamasına sebep olur, DNA şablonundaki A nükleotidleri ile RNA transkriptindeki U nükleotidleri arasındaki zayıf bağlar, transkriptin şablondan ayrılarak transkripsiyonu sonlandırmasını sağlar.
Bir sonlandırıcıda, RNA'da firketeyi takiben, şablon DNA'nın A nükleotidlerine karşılık gelen bir dizi U nükleotidi bulunur. RNA transkriptinin U-A bölgesi, şablon DNA ile zayıf bir etkileşim içerisindedir. Bu durum, polimerazın duraksaması ile bir araya gelince, enzimin ayrılması ve RNA transkriptini serbest bırakması için yeterli kararsızlığa sebep olur.

RNA transkriptine ne olur?

Sonlanmadan sonra, transkripsiyon biter. Translasyonda kullanılmak için hazır olan RNA transkripti, mesajcı RNA (mRNA) olarak adlandırılır. RNA transkriptleri, bakterilerde, transkripsiyonu takiben, translasyon için hazırdırlar. Aslına bakılırsa bunun birbirini takip eden iki süreç olmadığını; translasyonun, transkripsiyon devam ederken başladığını söylemek de mümkündür.
Aşağıdaki şemada, farklı genlerden kopyalanan mRNA'ları görüyoruz. Transkripsiyon sürüyor olmasına rağmen, her mRNA'ya ribozomların bağlanmış olduğunu ve proteinin translasyouna başlamış olduklarını görüyoruz. Bir mRNA'nın birden fazla ribozom tarafından translasyonu gerçekleşirken; mRNA'nın, ribozomlar ile birlikte bir poliribozom oluşturduğu söylenir.
mRNA'nın genlerden transkripsiyonunu gösteren görsel. Ribozomlar mRNA'ya transkripsiyon sonlanmadan bağlanır ve protein sentezine başlarlar.
Görselin uyarlandığı kaynak: "Prokaryotic transcription: Figure 3, OpenStax College, Biology, CC BY 4.0.
Bakterilerin mRNA'sı için translasyon ve trankripsiyon aynı anda nasıl gerçekleşebilir? Bunun sebeplerinden biri, bu işlemlerin ikisinin de 5'-3' yönde gerçekleşmesidir. Bu da, işlemlerden birinin, sürmekte olan diğerini izleyebileceği anlamına gelir. Ek olarak, bakterilerde, transkripsiyonu, translasyondan ayırabilecek iç zar bölümleri bulunmamaktadır.
İnsanların ya da diğer ökaryotların hücreleri için ise durum çok farklıdır. Bunun sebebi ise, transkripsiyonun insan hücrelerinin çekirdeğinde, translasyonun ise sitozolde gerçekleşmesidir. Ökaryotlarda, RNA molekülünün, translasyon öncesi özel bir işleme tabii tutulması gerekir. Bu da, translasyonun başlayabilmesi için transkripsiyonun ve RNA işlenmesi adımlarının tamamlanmış olması gerektiği anlamına gelir. Bu adımlarla ilgili bilgi edinmek için transkripsiyon ve RNA işlenmesi videosuna göz atabilirsiniz.

Tartışmaya katılmak ister misiniz?

Henüz gönderi yok.
İngilizce biliyor musunuz? Khan Academy'nin İngilizce sitesinde neler olduğunu görmek için buraya tıklayın.