TRANSLASYON: Prof. Dr Lülüfer Tamer Gümüş

TRANSLASYON: m-RNA daki bilginin deşifre edilerek ribozomlarda protein sentezinin gerçekleşmesi işlemidir. Bir protein sentez aşamasının gerçek hali

Translasyon, transkripsiyonuda içeren işlemler dizisidir

Protein sentezinin üç komponenti mRNA, tRNA ve ribozomlardır.

Protein Sentezi Ribozomlarda gerçekleşir Sitoplazmada serbest veya endoplazmik retikulumun sitozolik yüzüne tutunmuş olarak bulunurlar Protein sentezinin fazla olduğu hücrelerde ribozomların sayıları fazladır. Ribozomların yapısında RNA ve protein bulunur.  

Protein Sentezi Ribozomlarda gerçekleşir Hücreden izole edilmiş ribozomlar, hücre dışında mRNA, uygun aminoasitler, gerekli enerji ve tRNA'lar bulunduğu zaman protein sentezleyebilir.

Ribozomlarda Prokaryotik ribozom Ökaryotik ribosom 70S ribozom 50S subunit 23S rRNA 5S rRNA 35 protein 60S subunit 28S rRNA 5.8S rRNA 49 protein 30S subunit 16S rRNA 21 protein 40S subunit 18S rRNA 33 protein

(peptidil tRNA kenarı) (aminoaçil tRNA kenarı) Ribosom yapısı P P P P büyük subunit P P P P A P-kenarı (peptidil tRNA kenarı) A-kenarı (aminoaçil tRNA kenarı) 5’ mRNA Küçük subunit tRNA’ları ve mRNA’yı bağlayan ribozom

Genetik kodu oluşturan nükleik asit dizeleri belli bir protein sentezlenmesi için gerekli bilgiyi taşır. Nükleotidlerin dizilişine göre (Genetik kod) proteinleri oluşturan özgün aminoasitler birbiri ile birleşir. Böylece protein sentezi gerçekleşir. GH geni Ör; GH

Genetik kod, bir nükleotid baz dizesinin karşılık geldiği aminoasit dizesini belirtir. Üç tane nükleotid bazı bir kodonu oluşturur. Kodonlar mRNA da bulunan A, G, C ve U bazlarından oluşur. Bir kodonda bu bazlardan üçü bulunur

*Ribozomlarda protein sentezini başlatan ve *Protein sentezini sonlandıran kodonları vardır AUG UAA, UAG UGA

*Translasyon mRNA boyunca 5’-3’ yönündedir *Sentez N terminalden C-terminale doğrudur. *Ribozomlarda protein sentezi AUG (Met) kodonu ile başlar *Protein sentezi UAA, UAG, UGA kodonlarından herhangi biri ile sonlanır polipeptid büyük ribozomal subunit N N 5’ AUG UGA UAA UAG polizom küçük ribozomal subunit Subunitler ayrışır

Protein sentezine m-RNA daki bilgiye göre doğru aminoasidin girebilmesi için t-RNA nın bu şifrelerin hepsini tanıması gerekir Aminoasit(pCCA) t-RNA Ribozomlara Sentetaz bağlanır(TC) (DHU) Antikodon (a.a taşınacağı)

tRNA, her amino asit için en az bir tane olmak üzere bulunur. Protein sentezi sırasında 3 ucuna bir aminoaçil kalıntısı bağlar ve mRNA ile etkileşen bir adaptör olarak işlev görür tRNA üzerinde antikodon denilen ve mRNA’daki kodonları tamamlayıcı üçer bazlık nükleotid dizileri vardır

Wobble hipotezine göre, bir baz, birden fazla baz ile hidrojen köprüsü yapabilir. Bir tRNA, aynı amino aside ait üç değişik kodonu tanıyabilir. Örneğin tRNAArg’ deki (5′)ICG antikodonu, mRNA’da, arjinine ait (5′)CGA, (5′)CGU, (5′)CGC kodonlarını tanıyabilir

t RNA antikodonu ve mRNA daki kodon komplementerdir ve antiparalel bağlanır. mRNA kodonu 5’-3’ yönünde okunur ve buna eşleşen antikodon ters yönden 3’-5’ buraya oturur. Örneğin, antikodon baz sırası 3'-AAG-5' ise, mRNA’daki kodon 5'-UUC-3' biçimindedir. Translasyon sürecinin genel hata oranı; her 10000 amino asitten bir hatalı yerleşme

Translasyon için gerekli bileşenler *Aminoasitler ( Diyetteki esansiyel aminoasitler) *t RNA *mRNA *Aminoasil tRNA sentetazlar *Fonksiyonel ribozomlar A bölgesi: A bölgesinde kodona özgü a.a buraya oturur P bölgesi: peptidil tRNA oturur. *Başlama, uzama ve sonlanma faktörleri * ATP ve GTP

PROTEİN SENTEZİNİN BASAMAKLARI 1- Aminoasitlerin aktivasyonu ATP, t-RNA Aminoasit Aminoasit t-RNA sentetaz 2-Protein sentezinin başlaması m-RNA (AUG kodonlu) Ribozom, GTP Başlatıcı t-RNA ( AUG antikodonlu) Başlatıcı Faktörler (IF1, IF2, IF3) 3-Protein zincirinin uzaması Uzatma faktörü (EF1, EF2) GTP 4-Protein sentezinin sonlandırılması m-RNA bitiş kodonu (UAA, UAG, UGA) Releasing Faktör

1-ATP+ AminoasitEnzim-AMP-aminoasit+Ppi 1- Aminoasitlerin aktivasyonu ATP, t-RNA Aminoasit Aminoasit t-RNA sentetaz E 1-ATP+ AminoasitEnzim-AMP-aminoasit+Ppi 2-Enzim-AMP-aminoasit+t-RNA Aminoasil-t-RNA AMP Enzim E: Aminoasil t-RNA sentetaz

E: Aminoasil t-RNA sentetaz amino asid yüksüz tRNA H2N-C-C-OH H R - O = 3’ ATP E Adenillenmiş (aktif) amino asit (E-AMP-aa) H2N-C-C-O-P-O-riboz-adenin H R - O = PPi E E: Aminoasil t-RNA sentetaz 1 amino asid için 1 aminoaçil tRNA sentetaz Ayrıca her bir aminoasit için farklı tRNA Tüm tRNA’lar 1 aa için aynı sentetazı kullanır. Her bir aminoaçil tRNA sentetaz amino asit ATP tRNA bağlar AMP H2N-C-C-O H R - O = aminoaçil (yüklü) tRNA

Protein sentezinin başlaması: mRNA bağlanması m-RNA (AUG kodonlu), Ribozom, GTP, Başlatıcı t-RNA ( AUG antikodonlu), Başlatıcı Faktörler (IF1, IF2, IF3) M Başlatıcı tRNA ( Met yüklü) küçükribozomal subünite initiation faktor-2 (IF2) ile bağlanır. eIF2 40S subunit küçük subunit 5’ cap’i bulur ve mRNA’daki ilk AUG kodonunu bulmak için tarar 5’ cap AUG mRNA

60S subunit Başlangıç kodon bulunur IF2 kompleksden ayrışır Büyük ribosomal subunit bağlanır eIF2 M 5’ AUG mRNA 40S subunit

P kenarı A kenarı A M 5’ AUG GCC mRNA M A İkinci bir aminoaçil tRNA A-kenarına bağlanır ilk peptid bağ oluşur P kenarı A kenarı 5’ AUG GCC mRNA

Peptide bağ oluşumu P-kenarı A-kenarı NH2 CH3-S-CH2-CH2-CH O=C O tRNA peptide bağ oluşumu peptidil transferaz tarafından katalizlenir peptidil transferaz,prokaryotlarda büyük ribozomal subunitde 23S rRNA’da bulunur; Ökaryotlarda da 28S rRNA bulunur. Enerji ATP’den sağlanır, P-kenarı A-kenarı NH2 CH3-S-CH2-CH2-CH O=C O tRNA NH2 CH3-CH O=C O tRNA N C NH2 CH3-S-CH2-CH2-CH O=C NH CH3-CH O=C O tRNA

Protein Sentezinin Uzaması (Elongasyon) ribosom diğer mRNA kodonuna kayar peptidil tRNA’da A kenarından P kenarına kayar; Bu translokasyon elongasyon faktör 2 (EF2) gerektirir. UCA GCA GGG UAG EF2 EF1 A Diğer aminoaçil tRNA A-kenarına bağlanır; bu tRNA bağlanması elongasyon faktör1 (EF1) gerektirir P P P P P Elengasyon için enerji 2 GTP hidrolizi ile sağlanır: 1 GTP translokasyon için 1 GTP aminoaçil tRNA bağlanması için UCA GCA GGG UAG

Bazı antibiotikler Protein sentezini inhibe ederler Inhibitor Etkisi Etki yeri kasugamisin initiator tRNA bağlar 30S subunit streptomisin initiasyon, elongasyon 30S subunit tetrasiklin aminoaçil tRNA bağlama A-site erythromisin peptidil transferaz 50S subunit lincomisin “ klindamisin “ kloromfenikol peptidil transferaz 50S subunit

4. Terminasyon (sonlanma); m-RNA bitiş kodonu (UAA, UAG, UGA), RF P P P translasyon stop kodonuna ulaştığında, release faktor (RF) A kenarına bağlanır ve stop kodonunu tanır. P P UCA GCA GGG UAG P P P P P P P P release faktör, peptidil tRNA’dan tamamlanmış polipeptidi hidrolizleyerek ayrıştırır ve tüm kompleks ayrışır. UCA GCA GGG UAG (Leninger movie 1401)

Sitozolde serbest bulunan poliribozomal partiküller, intrasellüler fonksiyonlar için gereken proteinlerin sentezinden sorumludurlar Pürtüklü endoplazmik retikulumun poliribozomları tarafından sentez edilen proteinler, hücre dışına salgılanırlar veya bazıları Golgi de zimojen partiküller halinde paketlenirler

Protein olgunlaşması: modifikasyon, sekresyon, yönlenme ER da, sinyal tanıyan kısım (SRP) Sentezlenmiş proteindeki, sinyal peptidini bağlar . Çoğu lizozomal protein, membran proteini ve hücreden salgılanan proteinler, kendilerinin endoplazmik retikulum lümeni içinde translokasyonu için işaret olan bir amino-terminal sinyal dizisine sahiptirler. ER lumen c sitosol SRP SRP reseptor 5’ AUG salınacak protein için polizom Sitozolik mRNA da translasyon başlaması

5’ Sinyal Peptidaz Polipeptid ER lümenine doğru hareket eder ER lümeninde bulunan signal peptidaz, sinyal peptidini ayrıştırır. ER lumen Sinyal Peptidaz sitosol 5’ Ribosomlar ER membranına yanaşır SRP serbest kalır ve tekrar kullanılır

5’ UGA Translasyon polipeptidin ER lümenine girsede devam edebilir Translasyon sonlandığında, tamamlanan protein ER içine girer ve sekresyon için ileri işlemlere tabi tutulur ER lumen sitoplazma Sentezi tamamlanan protein işlenir (Posttranyonel değişimlere uğrar Proteolitik işlemler Glikolizasyon Hidroksilasyon Fosforilasyon Golgiye geçer ve salgılanır 5’ UGA

DNA nın replikasyonunu, transkripsiyonunu İNHİBİTÖRLER DNA nın replikasyonunu, transkripsiyonunu ve translasyonunu geriye dönüşümsüz olarak inhibe eden antibiotik ve antimetabolitler vardır. Bazı antibiotikler Protein sentezini inhibe ederler Inhibitor Etkisi Etki yeri kasugamisin initiator tRNA bağlar 30S subunit streptomisin initiasyon, elongasyon 30S subunit tetrasiklin aminoaçil tRNA bağlama A-site erythromisin peptidil transferaz 50S subunit lincomisin “ klindamisin “ kloromfenikol peptidil transferaz 50S subunit

Aktinomisin D Streptomyces suşundan elde edilen bir antibiotikdir. Aktinomisin D, DNA ya bağlı RNA polimeraz enziminin RNA sentezini inhibe eder. DNA zincirinde G-C baz çifti arasına girer ve guanin ile hidrojen bağı kurarak RNA polimeraz enziminin bağlanmasını engeller.

Etidium Bromür; Aktinomisin D gibi iki DNA zinciri arasına girer. Bleomisin; DNA zincirinde kopmalar meydana getirir Mitomisin; Bazları alkile eder ve çarpraz bağlar kurulmasına neden olurlar Nalidiksik Asit; DNA polimeraz enzimini inhibe eder, Rifamisin; Direkt olarak RNA polimeraz enzimine bağlanarak mRNA sentezini engeller.

Alfatoksin; Aspergillus flavustan üretilen bir toksin olup, Replikasyon ve transkripsiyonu önler. Alfa-Amanitin;Zehirli bir mantar olan Amanita phalloides’in toksin maddesi olup, RNA polimerazı inhibe eder. Puromisin; Protein sentezinde aynı aminoasit gibi peptid bağı yapar. Fakat yeni gelecek aminoasit bu peptid bağına ilave edilemez. Kloromfenikol; Bu antibiotik, 50 s ribozomlara bağlanarak protein sentezini inhibe eder.

Streptomisin Bu antibiotik ise 30 s ribozomlara bağlanarak genetik kodun yanlış okunmasına neden olarak protein sentezini bloke eder.

Posttransyonel Modifikasyonlar Polipeptid zincirlerinin çoğunda Posttransyonel Modifikasyonlar (değişim) meydana gelir. Bu değişimler ya polipeptid zinciri ribozom üzerindeyken veya sentez tamamlanıp ribozomdan ayrıldıktan sonra meydana gelir. Değişimler translasyon başladıktan sonra ortaya çıktığı için , bunlara posttransyonel modifikasyonlar denir.

Posttransyonel Modifikasyonlar Proteolitik işlemler (Kısaltmalar) Amino-terminal ve karboksil-terminal modifikasyonlar Proteolitik işlem Kovalen değişimler Fosforilasyon Glikozilasyon ve protein yönlendirilmesi Hidroksilasyon Diğer Disülfid çapraz bağlarının oluşması ve zincir katlanması İzoprenil grupların eklenmesi Prostetik grupların eklenmesi

Amino-terminal ve karboksil-terminal modifikasyonlar: Translasyon sonunda yeni sentezlenmiş olan bütün polipeptitler, prokaryotlarda N-formilmetionin kalıntısı ile, ökaryotlarda ise metionin kalıntısı ile başlar Amino-terminal ve karboksil-terminal metionin kalıntılarına eklenmiş olan formil grupları, enzimatik olarak çıkarılırlar Ökaryotik proteinlerin %50’den fazlasında amino-terminal kalıntıların amino grupları translasyondan sonra asetillenir. Karboksil-terminal kalıntılar da bazen modifiye edilir

Proteolitik işlem: Birçok protein, örneğin insülin, bazı viral proteinler, tripsin ve kimotripsin gibi proteazlar, başlangıçta büyük ve inaktif prekürsör proteinler olarak sentez edilirler. Bu prekürsörler, son aktif formlarına dönüşmek için proteolitik olarak kısaltılırlar

tripsin-benzeri enzimler C-peptidini ayrılmasını sağlar Proteolitik işlemler insulin (pankreatik b-hücreleri ER’da sentez edilir) Sinyal peptid N N S I S I Disulfid bağ oluşumu Sinyal peptidinin sinyal peptidaz tarafından ayrıştırılması C Proinsulin C Preproinsulin B-chain Insulin N karboxipeptidaz B-benzeri enzim tekrar keserek herbir yeni ucun bazı kısımlarını uzaklaştırır S I S I N S I S I C A-chain N C C C-chain tripsin-benzeri enzimler C-peptidini ayrılmasını sağlar C-zincirini salgılama veziküllerinde paketler ve aktif insülin olarak salgılar. C-chain

Preproopiomelanokortin çoğu fonksiyonel polipeptidler tek prekürsörden gelir 26aa 48aa 12aa 40aa 14aa 21aa 40aa 18aa 26aa 5aa N C Signal peptide Proopiomelanocortin g-MSH Kortikotropin (ACTH) b-Lipotropin 31aa a-MSH b-MSH Endorfin g-Lipotropin Enkefalin (5aa)

Proteinlerin fosforilasyonu Serin, threonin ve tirozin aa’lerinde fosforilasyon görülür. Bu fosforilasyon reaksiyonları protein kinazlar tarafından gerçekleştirilir. Tirozin kinaz Serin-Threonin kinaz Fosforilasyon sonucu proteinlerin aktiviteleri artar veya azalır Defosforilasyon protein fosfatazlar tarafından gerçekleştirilir.

Glikozillenme, serum proteinleri, immünoglobülinler, kollajen, membran proteinlerinin oluşumunda sıklıkla gerçekleşen posttranslasyonal modifikasyondur

Proteinlerin glikolizasyonu Translasyon süresince ER içine girmeden glikozillenir. ER ve Golgi içinde çeşitli oligosakkarid modifikasyonları gerçekleşir Örnek: Glikoprotein ve proteoglikanlar -

N-linked oligosakkaridlerin Biyosentezi (ilk 7 basamak) P Dolikol fosfat (polyprenol lipid carrier) (2) UDP- ER lumen (1) UMP, (1) UDP P P (5) GDP- (5) GDP reorientation Sitosol N-asetilglukozamin (GlcNAc) = Mannose = Monosakkaridlerden nükleotid şekerler spesifik glycosyltransferases aracılığı ile eklenir

N-linked oligosakkaridlerin Biyosentezi (ikinci 7 basamak) PP ER lumen Dolicol fosfatlar ER lümenindeki şeker vericileridir; lümende transloke olmadan sitozolde sentezlenirler P (4) PP Dolicol-P-mannoz = Dolicol-P-glukoz = P P (3) P PP Sitosol

oligosakkarit transferi Oligosakkaritlerin proteinlere transferi PP Büyüyen polipeptide oligosakkarit transferi ER lumen Asn I X Ser (Thr) Bağlantı asparajinin amid grubuna olur. Prolin olmamak kaydıyla herhangi bir aa takip eder ve sonraki aa serin veya threonin aminoasidi olmalıdır. Sentezi takiben, protein Golgi kompleksine transfer olur ve burada budanır ve yeni oligosakkarid kompleksleri eklenir. Sitosol

Oligosakkarit kompleks oluşumu Asn I X Ser (Thr) Glkozidazlar tarafından budanma; glikoziltransferaz tarafından eklenme = yaygın kor yapısı Asn I X Ser (Thr) Golgi lumen Oligosakkarit kompleksi fruktoz = galaktoz = sialik asid = Golgi membranını geçerken nükleotit şekerlei transloke olur. Sitosol Karbonhidrat tipi proteinin membranamı, vezikülemi yada direkt olarak sekrete edilip edilmeyeceğini belirler

Proteinlerin lizozomlara yönlendirilmesi mannose-6-phosphate içeren proteinler lizozomlara yönlendirilir. Fosfat grupları mannoza eklenir (UDP N-asetil glukozaminden alınan fosfat- Nasetil glukozamin yapısı) Nasetilglukozaminler uzaklaştırılır. Asn UDP- P Asn P P Asn P

Proteinlerin Hidroksilasyonu Kolllajenin a-zincirinde bulunan prolin ve lizin aa’lerinin hidroksilasyona uğrayarak hidroksiprolin ve hidroksilizin oluşturma reaksiyonudur. Bu reaksiyon endoplazmik retikulumda gerçekleşir

İzoprenil grupların eklenmesi: Ökaryotik proteinlerin bir grubu izoprenillenmiştir; proteinin bir sistein kalıntısı ile izoprenil grubu arasında bir tiyoeter bağı oluşturulmuştur. İzoprenil grupları, farnesil pirofosfat gibi, kolesterol biyosentez yolunun pirofosfat ara ürünlerinden türemiştir Ras onkogen ve proto-onkogen ürünleri, G proteinleri, nükleer matrikste bulunan laminler, bu yolla modifiye edilmiş proteinlerdir. İzoprenil grupları, bazı hallerde bir membrandaki proteini yerinde tutmak için görev görür

Prostetik grupların eklenmesi: Birçok prokaryotik ve ökaryotik protein, aktiviteleri için, prostetik grupların kovalent olarak bağlanmasını gerektirir. Prostetik gruplar, protein zincire zincir ribozomdan ayrıldıktan sonra bağlanır. Asetil-CoA karboksilazdaki biotin molekülü ve sitokrom c’deki hem grubu, iki önemli prostetik grup örneğidir Sitokrom c

Disülfid çapraz bağlarının oluşması polipeptit zincirin katlanması: Protein polipeptit zincirinin katlanması, sentez sırasında ve amino-terminal uçtan başlayarak olur. Polipeptit zinciri sentezi bittiğinde spontan olarak gerçekleşen katlanma da hemen hemen bitmiştir. Proteinin sekonder, tersiyer yapılarının oluşması spontan olmaktadır. Bu sırada sistein kalıntıları arasında zincir içi veya zincirler arası disülfid çapraz bağları oluşur

Protein zincirinin katlanması, kotranslasyonal modifikasyon olarak tanımlanır. Proteinlerin katlanmasında iki farklı görüş vardır: 1) Proteinlerin doğru katlanabilmesi için primer yapının doğru olması yeterlidir. 2) Proteinlerin doğal yapılarına katlanmalarında primer yapılarının yanı sıra moleküler şaperon olarak adlandırılan uygun bazı yapılar da gerekmektedir Şaperon, proteinlerin katlanarak üç boyutlu hâle gelmesi işleminde yer alan refakatçı proteinlerdir. Endoplazmik retukulumda bulunurlar.

Moleküler Şaperonlar Ribozomda üretilen proteinlerin kıvrılmalarına engel olurlar Proteinlerin hedeflerine ulaştığında katlanmalarını sağlarlar. Yanlış katlanmış proteinleri tanıyıp, onları düzeltirler Düzeltilmesi mümkün olmayan proteinleri tanırlar. Bunların parçalanmasını ve ortamdan uzaklaşmasını sağlarlar. Moleküler şaperonlar, proteinlerin sentezinde, taşınmasında, polimerlerinin oluşmasında ve denatüre proteinlerin yeniden doğal şekillerine dönüşmesinde (renatürasyonda) rol oynamaktadırlar