Translasyon

Mestan, ninesi Nefise Hanım'ın elle yazdığı tarhana tarifini telefonuna geçirirken biyoloji ödevi için iyi bir benzetme bulduğunu düşünüyor ve kâğıdına şunu yazıyor: «mRNA bir tarif kartıdır; amino asitleri üstüne dizilmiş hâlde ribozoma getirir, ribozom da onları birbirine yapıştırır. Tükürükteki amilazın tarifini bir kez okuyan ribozom ömrü boyunca amilaz yapar.» Ninesi kartı ters çevirip uzatıyor: kâğıtta ne un var ne yoğurt, yalnız mürekkep. Malzemeyi kilerden birinin getirmesi gerekiyor. Sonra ocaktaki tencereyi gösteriyor; dün orada mercimek çorbası pişmişti, bugün sütlaç pişiyor. Mestan kitabındaki mRNA çizimine bir daha bakıyor: zincir boyunca yalnız A, U, G ve C harfleri dizili, tek bir amino asit yok. Amino asitler kartın üstünde gelmiyorsa ribozoma kim getiriyor? Aynı ribozom ertesi gün başka bir mRNA'yı okursa ortaya ne çıkar?

• Translasyonda mRNA, tRNA, ribozom, amino asit ve enerjinin görevlerini birbirinden ayırırsın.
• Başlama, uzama ve sonlanma evrelerindeki olayları sırasıyla açıklar, verilen bir olayın hangi evreye ait olduğunu belirlersin.
• Antikodondan kodona, kodondan kalıp DNA'ya geçer; verilen bir kodon kesitiyle amino asit dizisini çıkarırsın.
• Bir polipeptit için kodon, nükleotit, peptit bağı, su ve tRNA sayılarını, son kodonun amino asit getirmediğini unutmadan hesaplarsın.

Kartta mürekkep var, malzeme yok

Mestan'ın ninesi haklı. mRNA nükleotitlerden kurulmuş bir zincirdir ve üzerinde taşıdığı tek şey baz sırasıdır. «Gen ve genetik kod» dersinde bu sıranın üçerli kodonlara bölündüğünü ve her kodonun hangi amino asidi gösterdiğini gördük; «Transkripsiyon» dersinde de mRNA'nın kalıp DNA'dan nasıl yazıldığını. Kodonun gösterdiği amino asidi ise mRNA getirmez. Kodonların sırasını okuyup aynı sırada amino asitleri birbirine bağlayarak bir polipeptit kurma işine translasyon (çeviri) denir. Adı da buradan gelir: nükleotit dilinde yazılmış bir ileti amino asit diline aktarılır.

Ninenin tenceresi de doğru bir noktayı gösteriyor. Ribozom belirli bir proteine ayrılmış bir makine değildir. Hangi proteinin yapılacağını ribozom değil, o sırada okuduğu mRNA belirler; aynı ribozom bir mRNA'yı bitirip başka bir mRNA'ya bağlandığında bambaşka bir zincir kurar.

İşin yapıldığı yer

Translasyon ribozomda gerçekleşir. TYT'deki «Organeller I: ribozom, ER, Golgi, lizozom» dersinden hatırlanacağı gibi ökaryot hücrede ribozomlar sitoplazmada serbest hâlde ya da granüllü ER'nin yüzeyine bağlı çalışır; mitokondri ve kloroplastın da kendi ribozomları vardır. Serbest ribozomlar çoğunlukla hücrenin içinde kalacak proteinleri, ER'ye bağlı olanlar ise salgılanacak, zara yerleşecek ya da lizozoma gidecek proteinleri üretir. İki grubun yapısı aynıdır; ayrımı ürünün gideceği yer yapar.

Ökaryotta mRNA çekirdekte yazılır ve çekirdek porlarından sitoplazmaya geçtikten sonra okunur; yazım ile okuma farklı bölmelerde olur. Prokaryotta çekirdek zarı bulunmadığından ikisi aynı bölmede yürür: mRNA'nın yazımı daha bitmeden, önce yazılan ucuna ribozomlar bağlanıp okumaya başlayabilir.

Dört oyuncu ve bir enerji kaynağı

Mestan'ın aradığı «kilerden malzeme getiren» tRNA'dır. Kısa, kendi üzerine katlanmış bir RNA molekülüdür. Bir bölgesinde üç bazlık bir antikodon bulunur ve bu üçlü mRNA'daki tamamlayıcı kodonla hidrojen bağlarıyla eşleşir. Molekülün öbür ucuna ise o antikodona karşılık gelen amino asit bağlanır. tRNA'yı bir çevirmen gibi düşünmek işe yarar: bir yüzü nükleotit dilini, öbür yüzü amino asit dilini konuşur.

Amino asidin tRNA'ya takılması sitoplazmada, ribozoma varmadan önce olur. Bu işi her amino aside özgü enzimler yapar ve bağlanma için ATP harcanır. Doğru amino asidin doğru tRNA'ya takılması bu enzimlerin seçiciliğine bağlıdır; kodon–antikodon eşleşmesi ancak tRNA'nın ucundaki amino asit doğruysa doğru zinciri verir. Ribozom üzerindeki bazı adımlarda ATP'ye benzeyen bir başka enerji molekülü, GTP de kullanılır.

Başlama

Okuma, ribozomun küçük alt biriminin mRNA'nın başlangıç bölgesine bağlanmasıyla açılır; küçük alt birim burada başlangıç kodonu AUG'yi bulur. Bu kodona antikodonu UAC olan ve metiyonin taşıyan başlatıcı tRNA yerleşir. Ardından büyük alt birim gelir ve ribozom tamamlanır. Okuma çerçevesi bu ilk AUG'den kurulur; ondan sonra kodonlar üçer üçer, aralıksız okunur. Bu yüzden ribozomdan çıkan her zincir metiyoninle başlar. Birçok proteinde bu metiyonin sentezden sonra kesilip atılır; sorular aksini söylemedikçe hesaplarda kesilmediği kabul edilir.

Uzama

Tamamlanmış ribozomda tRNA'ların oturduğu yan yana bölgeler bulunur ve bunlar yaygın olarak A, P ve E diye adlandırılır. Başlatıcı tRNA P bölgesindedir; A bölgesinin altındaki kodon boştur. Döngü üç adımdır:

1. Antikodonu sıradaki kodona uyan, amino asidini taşıyan tRNA A bölgesine yerleşir.
2. Büyük alt birim, P bölgesindeki tRNA'nın taşıdığı zincirle A bölgesindeki yeni amino asit arasında peptit bağı kurar. TYT'deki «Proteinler» dersinde gördüğümüz gibi bu bir dehidrasyon sentezidir: her peptit bağı için bir su molekülü açığa çıkar. Büyüyen zincir artık A bölgesindeki tRNA'ya asılı durur.
3. Ribozom mRNA üzerinde 5'→3' yönünde bir kodon ilerler. Zinciri taşıyan tRNA P bölgesine kayar, amino asidini bırakmış tRNA E bölgesinden ayrılıp sitoplazmaya döner. Serbest kalan tRNA yeniden aynı çeşit amino asidi yüklenip tekrar kullanılabilir.

Bu döngü her kodonda yinelenir ve zincir her turda bir amino asit uzar. Kodon ile antikodon da antiparalel eşleşir; sorularda antikodon genellikle kodonun altına harf harf hizalanarak verilir: AUG'nin karşısında UAC, GCU'nun karşısında CGA durur.

Sonlanma

Ribozom UAA, UAG ya da UGA kodonlarından birine geldiğinde A bölgesine yerleşecek bir tRNA yoktur, çünkü hiçbir tRNA bu üçlülere uyan antikodon taşımaz. Durdurma kodonunu protein yapısında bir serbest bırakma faktörü tanır. Polipeptit son tRNA'dan koparılır ve ribozomdan ayrılır; tRNA ile mRNA serbest kalır ve ribozomun iki alt birimi birbirinden ayrılır. Alt birimler başka bir mRNA'da yeniden birleşebilir. Durdurma kodonuna zincire amino asit eklenmez.

Bir mRNA, çok ribozom

Bir ribozom mRNA'nın başlangıç bölgesinden uzaklaştığı anda aynı bölgeye ikinci, sonra üçüncü bir ribozom bağlanabilir. Aynı mRNA'yı aynı anda okuyan ribozom dizisine polizom (poliribozom) denir. Her ribozom kendi zincirini baştan sona ayrı ayrı kurar; mRNA aynı olduğu için hepsinin ürünü aynı amino asit dizisine sahip polipeptitlerdir. Polizom hücreye tek bir mRNA'dan kısa sürede çok sayıda aynı protein çıkarma olanağı verir. Ribozomlar zincirleri parça parça paylaşmaz; mRNA'nın 3' ucuna yakın ribozomun zinciri, okumayı daha yeni başlatmış olanınkinden uzundur.

Zincirden proteine

Ribozomdan çıkan polipeptit henüz yalnız bir amino asit dizisidir, yani «Proteinler» dersindeki birincil yapıdır. Zincir daha sentez sürerken katlanmaya başlar; ikincil ve üçüncül yapıyı ve varsa öteki zincirlerle birleşerek dördüncül yapıyı kazanır. Katlanmanın nasıl olacağını belirleyen, amino asitlerin sırasıdır. Böylece zincir DNA'daki baz sırasından mRNA'ya, oradan amino asit sırasına ve oradan proteinin biçimine uzanır. ER'ye bağlı ribozomlarda kurulan zincirler ER boşluğuna geçer ve katlanma, Golgi'ye uzanan yolda sürer.

Sayıları birbirine bağlamak

«Gen ve genetik kod» dersindeki kodon ve nükleotit sayılarına translasyonun kendi sayıları eklenir. Tablo tek bir polipeptit için yazılmıştır; n amino asit sayısıdır, metiyoninin kesilmediği ve genin araya giren bölgeler taşımadığı kabul edilir.

Son satır bir alt sınırdır. Her tRNA yalnız bir çeşit amino asit taşıdığından on farklı amino asit içeren bir zincir için en az on çeşit tRNA gerekir; ama aynı amino asidi taşıyan birden çok tRNA çeşidi olabildiği için gerçek sayı bundan fazla olabilir.

Antikodondan geriye

Antikodon kodonun tamamlayıcısı, kodon da kalıp DNA'nın tamamlayıcısıdır. İki tamamlayıcılık art arda gelince antikodon, kalıp DNA ile aynı harfleri taşır; yalnız T yerine U bulunur. Antikodonu CAU olan bir tRNA'nın okuduğu kodon GUA, o kodonun yazıldığı kalıp DNA üçlüsü ise CAT'tir. Bu kısa yol, antikodon dizisi verilen sorularda iki adımı bire indirir.

Okuma bozulursa

Bütün bu düzen, kalıp DNA'daki harflerin değişmeden kalmasına dayanıyor. Tek bir baz değişirse mRNA'daki bir kodon da değişir; değişen kodonun yine aynı amino asidi mi, başka bir amino asidi mi, yoksa erken bir durdurma işaretini mi gösterdiği proteinin kaderini belirler. Bir baz eklenir ya da silinirse okuma çerçevesi kayar ve ondan sonraki bütün kodonlar farklı okunur. «Mutasyonların proteine etkisi» dersi bu değişikliklerin hangisinin proteini hiç etkilemeyip hangisinin işlevsiz bıraktığını tek tek ayırıyor.

Örnek 1 — Başlangıçtan durdurmaya okumak

Soru: Bir mRNA'nın bir bölümü 5'-GCAUGGCUUGGAAAGAAUAGCC-3' dizisindedir. Kodonların karşılıkları şöyledir: AUG metiyonin, GCU alanin, UGG triptofan, AAA lizin, GAA glutamik asit; UAG durdurma kodonudur. Bu bölümden oluşan polipeptit hangisidir?

• A) Metiyonin–alanin–triptofan–lizin–glutamik asit
• B) Alanin–triptofan–lizin–glutamik asit
• C) Metiyonin–alanin–triptofan–lizin–glutamik asit–durdurma amino asidi
• D) Glutamik asit–lizin–triptofan–alanin–metiyonin
• E) Metiyonin–alanin–triptofan

Çözüm: Okuma dizinin ilk harfinden değil, ilk AUG'den başlar: GC harflerinden sonra AUG GCU UGG AAA GAA UAG gelir. UAG'ye tRNA gelmediği için zincir beş amino asitte biter. B başlangıç kodonunu yalnız bir işaret sayıp metiyonini atlıyor. C durdurma kodonunun bir amino asit getirdiğini sanıyor. D diziyi 3' ucundan okuyor; ribozom 5'→3' yönünde ilerler. E zinciri gereğinden erken kesiyor. Cevap: A.

Örnek 2 — Bir zincir, yedi sayı

Soru: 240 amino asitlik tek bir polipeptit sentezleniyor; metiyonin kesilmiyor ve gende araya giren bölge yok. Kodon ve nükleotit sayılarına durdurma kodonu da katılırsa hangi seçenekteki sayıların hepsi doğrudur?

• A) Kodon 240, mRNA nükleotidi 720, peptit bağı 239
• B) Kodon 241, mRNA nükleotidi 723, açığa çıkan su 240
• C) Kodon 241, mRNA nükleotidi 723, DNA nükleotidi 1446, peptit bağı 239
• D) Kodon 241, DNA nükleotidi 723, peptit bağı 239
• E) Kodon 241, mRNA nükleotidi 723, ribozoma gelen tRNA 241

Çözüm: Durdurma dahil kodon 240 + 1 = 241, mRNA nükleotidi 3 × 241 = 723, çift zincirli DNA'da en az 2 × 723 = 1446 nükleotit vardır. 240 amino asit arasında 239 peptit bağı kurulur ve 239 su açığa çıkar. A durdurma kodonunu saymıyor; soru onu dahil ettiği için kodon ve nükleotit eksik kalıyor. B suyu amino asit sayısına eşitliyor. D genin iki zincirli olduğunu unutuyor. E durdurma kodonuna da bir tRNA geldiğini varsayıyor. Cevap: C.

Örnek 3 — tRNA'lardan kalıp DNA'ya

Soru: Bir ribozoma sırasıyla antikodonları UAC, AGA ve CUU olan üç tRNA geliyor (antikodonlar kodonların altına hizalı yazılmıştır). Bu kodonları yazdıran kalıp DNA bölümü hangisidir?

• A) AUG TCT GAA
• B) ATG TCT GAA
• C) UAC AGA CUU
• D) TAC AGA CTT
• E) TAC TCT CTT

Çözüm: Antikodonların eşleri kodonlardır: AUG, UCU, GAA. Kalıp DNA kodonların tamamlayıcısıdır: TAC, AGA, CTT. Kısa yol aynı sonucu verir: antikodondaki U'lar T yapılır. A ve B mRNA ile kalıbı karıştırıyor; B, kodonların DNA alfabesiyle yazılmış hâli ve kalıp zincirin karşısındaki zincirdir. C hâlâ RNA harfleri taşıyor; DNA'da urasil yoktur. E ortadaki üçlüyü kodondan kopyalamış. Cevap: D.

Örnek 4 — Hangi evrede ne olur?

Soru: Translasyonla ilgili aşağıdaki ifadelerden hangisi doğrudur?

• A) Durdurma kodonunu antikodonu uygun bir tRNA tanır ve son amino asidi ekler.
• B) Peptit bağı kurulurken bir su molekülü harcanır.
• C) Büyük alt birim, başlatıcı tRNA AUG kodonuna yerleştikten sonra katılır.
• D) Ribozom her turda mRNA üzerinde bir nükleotit ilerler.
• E) Amino asit tRNA'ya ribozomun A bölgesinde, enerji harcanmadan bağlanır.

Çözüm: Başlamada önce küçük alt birim mRNA'ya bağlanır, başlatıcı tRNA AUG'ye yerleşir, büyük alt birim en son gelir. A'da durdurma kodonuna uyan tRNA yoktur; zinciri serbest bırakma faktörü ayırır. B dehidrasyonu hidrolizle karıştırıyor: bağ kurulurken su açığa çıkar. D'de ribozom bir kodon, yani üç nükleotit ilerler. E'de bağlanma sitoplazmada, enzimle ve ATP harcanarak olur. Cevap: C.

• mRNA'nın amino asit taşıdığını sanmak. mRNA yalnız kodon sırasını taşır. Amino asitleri ribozoma tRNA'lar getirir.
• Durdurma kodonunu bir tRNA'nın okuduğunu sanmak. UAA, UAG ve UGA'ya uyan antikodon yoktur. Bu yüzden ribozoma gelen tRNA sayısı kodon sayısından bir eksiktir ve durdurma kodonu zincire amino asit eklemez.
• Peptit bağında suyun harcandığını sanmak. Bağ dehidrasyonla kurulur ve her bağda bir su açığa çıkar. Su harcanması polipeptidin yıkımında, yani hidrolizde olur.
• Ribozomu tek bir proteine ayrılmış sanmak. Ürünü okunan mRNA belirler. ER'ye bağlı ribozomla serbest ribozomun yapısı aynıdır.
• Polizomda ribozomların tek bir zinciri birlikte kurduğunu sanmak. Her ribozom kendi zincirini baştan sona kurar ve hepsi aynı diziyi üretir.
• tRNA çeşidini kodon sayısından okumak. En az tRNA çeşidi farklı amino asit sayısıdır; kullanılan tRNA molekülü sayısı ise amino asit sayısı kadardır.