Protein Biyosentezi Proteinler birçok bilgi yolunun son ürünüdür. Tipik bir hücrede binlerce farklı protein vardır. Bu proteinler hücrenin ihtiyaçlarına göre sentezlenir ve uygun hücresel hedeflere yönlendirilirler. Protein biyosentezi en kompleks biyosentez işlemdir. Ökaryotik protein sentezine, 70’in üzerinde ribozomal protein, 20 veya daha fazla aktive olmuş amino asit öncülü, bir düzineden daha fazla yardımcı enzim katılır.

Sonuç olarak, 300’den fazla sayıda farklı makromolekül protein sentezinde görev alır. Hücrenin tüm biyosentez tepkimeleri için harcadığı kimyasal enerjinin % 90’ı protein sentezi için kullanılır. Tipik bir bakteri hücresinde, 20000 ribozom, 100000 ilişkili protein faktörü ve enzim, 200000 tRNA hücrenin kuru ağırlığının % 35’inden fazlasını oluşturur. Olayın karmaşıklığına rağmen proteinler oldukça hızlı sentez edilirler. Bir E. coli hücresinde 100 amino asitlik bir polipeptit yaklaşık 5 saniyede sentez edilir.

Genetik Şifre ve Gen-Protein İlişkileri Canlıların genetik bilgileri, oldukça sağlam bir yapıya sahip olan DNA üzerinde bulunur ve orada saklanır. Bu bilgiler transkripsiyonla mRNA lar üzerine geçer ve oradan da proteine çevrilir. Genetik şifre DNA’daki baz sırası(veya mRNA kopyasındaki) ile proteinin amino asit dizilişi arasındaki ilişkiyi gösterir. Kodon veya baz üçlüsü adı verilen üç baz, bir amino asidi belirler. Bu kodonlar sırasıyla tRNA molekülleri tarafından okunur.

UAA, UAG ve UGA kodonları zincir sonlanmasını şifreleyen sonlanma sinyalidir. Bu kodonlar tRNA’lar tarafından okunamamakla birlikte, salıverme faktörleri adı verilen spesifik proteinler tarafından teşhis edilerek protein sentezine son verilir.

Protein sentezindeki başlangıç sinyalleri daha karmaşıktır. Bakterilerde polipeptit zincirleri modifiye bir amino asit olan formilmetiyonin(fMet) ile başlarken, ökaryotik proteinlerin ilk amino asidi daima metiyonindir.

Prokaryotik ve Ökaryotik Ribozomlar Ribozomlar, protein sentezinin gerçekleştiği RNA ve proteinden oluşan kompleks yapılardır. E.coli ribozomları, 2500 kDal’luk bir kütleye ve 70S’lik bir sedimantasyon katsayısına sahiptir. Ribozomların birimleri S(Svedberg ünitesi)değerleriyle belirlenir. Bu değer santrıfüjde çökme hızına karşılık gelir. Alt birimler birleştiğinde S değerleri her zaman toplam değer kadar artmaz, çünkü çökme hızı kütle kadar şekille de etkilenir. 70S’lik birim, 50S ve 30S’lik büyük ve küçük alt birimlere ayrışabilir. 30S alt birimi 21 protein ve 16S’lik RNA 50S alt birimi ise 36 proteinin yanısıra 23S ve 5S’lik iki çeşit RNA ihtiva eder.

tRNA Ψ, psödoüridin; I, inozin; T, ribotimidin; D, 5,6-dihidroüridin; m1l, 1-metilinozin; m1G, 1-metilguanozin; m2G, 2-dimetilguanozin. Modifiye bazlar kırmızıyla belirtilmiştir. Maya tRNAAla

Antikodon alanin için üç kodonu(GCA, GCU, ve GCC) tanır. Hem amino asit(üstte) hem de D kolunda (solda) Watson-Crick dışı baz eşleşimi kuran Guanozin üridin baz çiftleri mavi noktayla gösterilmiştir. Guanozin üridin baz eşleşmesi RNAlarda sık bulunur. G ile C eşleşmesi kadar dayanıklı değildir.

Tüm tRNA’ların genel yonca yaprağı şeklinde sekonder yapıları Nükleotitlerin sekiz veya daha fazlası, çoğu temel bazların metillenmiş türevi olan modifiye bazlar ve şekerler içerir. tRNA’ların çoğu 5’ ucunda guanilat (pG) içerir ve tümü 3’ ucunda üçlü CCA (3’) nükleotit dizisine sahiptir. İki boyutlu olarak çizildiğinde tüm tRNA ların hidrojen bağlı kalıbı dört kollu yonca yaprağı şekli oluşturur. Daha uzun tRNAlar kısa bir beşinci kola veya ekstra kola sahiptir.

Maya tRNAphe’ sının üç boyutlu yapısı

Protein Biyosentezi Amino asitlerin aktivasyonu Başlama Uzama Sonlanma Katlanma ve posttranslasyonel (Sentez sonrası işlemler)

A-Amino Asitlerin Aktifleştirilmesi Her bir amino asit için özgül amnioaçil-tRNA sentetaz enzimi vardır. Her bir tRNA’ya doğru aminoasitin tanınıp, bağlanması gerekir. Ayrıca, bu süreç enerji gereksinen bir sentez sürecidir. Bu nedenle, her hücrede her bir aminoasite özgü aminoaçil tRNA sentetaz enzimleri bulunur. Enzim katalizli tepkimede ATP hidrolizi ile aktive edilen amino asit, tRNA’nın 3’ ucundaki adenin bazına ait riboz şekerin 3’-OH grubuna bağlanır. Amino asit+tRNA+ATP ↔ Aminoaçil-tRNA+AMP+PPi Enzim:Aminoaçil-tRNA sentetaz Kofaktör:Mg+2

B-Başlama Protein sentezinde öncelikle bileşenler bir araya gelmelidir. Bunlar, 2 ribozomal altbirim, mRNA, mRNA daki ilk kodonun aminoaçil tRNA’sı, GTP ve başlama faktörleri Tercümeyi başlatan nükleotit dizisini ribozomun tanıdığı iki mekanizma vardır.

1.Shine –Dalgarno dizisi

2. Başlama kodonu Mesajın başındaki AUG kodonu özel bir başlatıcı tRNA aracılığı ile tanınır. Başlatıcı tRNA ribozomun P bölgesine geçer.

C- UZAMA Polipeptit zincirin uzaması, büyüyen zincirin karboksil ucuna amino asitlerin eklenmesi ile gerçekleşir. Uzama sırasında ribozom tercüme edilecek mRNA nın 5’ ucundan 3’ ucuna hareket eder. Ribozomun A bölgesine, mRNA kalıbına, bir sonraki kodonun amino açil tRNA sının ulaşımı uzama faktörleri ile hızlandırılır ve GTP gerektirir.

Peptit bağının oluşumu peptidiltransferazlarla katalizlenir Peptidiltransferaz aktivitesi 50S ribozom altbirimlerinde bulunan 23S rRNA ya aittir (rRNA reaksiyonu katalizlediği için buna RİBOZİM denir) Peptit bağı oluştuktan sonra ribozom mRNA nın 3’ ucuna doğru ilerler. Bu olaya translokasyon denir. Bu durum tRNA nın ribozomun E bölgesine ve peptidil tRNA nın P bölgesine hareketine neden olur.

D- Sonlanma Üç sonlandırma kodonundan biri A bölgesine geldiği zaman sonlanma oluşur. E.Coli’de bu kodonlar salınma faktörleri ile tanınırlar. Sonlanma kodonları UAA, UAG ve UGA’dır. Salınma faktörleri, yeni sentezlenen proteinin ribozom bileşiminden salınımına ve aynı zamanda mRNA’dan ribozomun ayrılmasına neden olur.

2. 50S altbirim, 70S başlama bileşimini oluşturduğunda GTP parçalanır ve BF salınır 1. Başalam faktörleri 30S başlama bileşiminin oluşumuna yardımcı olur 3. Uzama faktörleri boş A bölgesinde kodona uygun tRNA nın bağlanmasını sağlar 4. 50S ribozom altbirimi peptidiltransferaz P bölgesinde bulunan amino asidi A bölgesindeki amino aside aktarır ve peptit bağı oluşur.

5. Ribozom mRNA üzerinde 5’ -> 3’ yönünde üç nükleotid (1 kodon) boyunca ilerler 6. Zincir tamamlanıncaya kadar 3, 4 ve 5. aşamalar tekrar eder 7. Bir SF sonlanma kodonunu tanır; yeni sentezlenen peptidin salınımını ve sentezlenmeyen bileşimin ayrışmasını aktive eder

Polipeptit zincirinin sentez sonrası düzenlenmeleri A-Kısaltma: Hücreden dışarı doğru salgılanan çoğu protein başlangıçta fonksiyonel olarak aktif olmayan büyük, öncül moleküllerdir. Polipeptit zincirinin bazı kısımları endonükleazlarla parçalanarak aktif hale getirilir. B- Kovalent Değişiklikler: Fosforilasyon, Glikolizasyon, Hidroksilasyon vd. C-Protein Yıkımı