Protein Sentezi ( Translasyon)

1. Protein Sentezi(Translasyon) Dr. Hatice Mergen

2. Protein Metabolizması • Proteinler birçok informasyon 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 biyosentetik işlemdir. Ökaryotik protein sentezine 70’in üzerinde ribozomal protein, 20 veya daha fazla aktive olmuş amino asit öncülü, bir düzineden daha fazla yardımcı enzim ve faktör başlama, uzama ve polipeptid sonlanması için gereklidir.

3. Protein Metabolizması • Ayrıca, farklı proteinlerin final işlenmesi için ek olarak 100 kadar enzim gereklidir. • Sonuç olarak, 300’den fazla sayıda farklı makromolekül protein sentezinde görev alır. • Protein biyosentezi hücredeki tüm biyosentetik reaksiyonlarda kullanılan enerjinin % 90’ını kullanır. • Tipik bir bakteri hücresinde 20.000 ribozom, 100.000 ilişkili protein faktörü ve enzim, 200.000 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.

4. Ribozomlar ve Endoplazmik Retikulum

5. Genetik Kod • Amino asidler, amino açil-tRNA sentetaz enzimi ile aminoaçil-tRNA’ları oluştururlar. • Crick’in adaptör molekülü hipotezinde adaptör molekül bir uçta amino asidleri bağlarken diğer uçta amino asit ile ilişkili mRNA dizisi ile bağlantı kurar. • Bilgi böylece 4 bazlı nükleik asit dizilerinden 20 amino asitli proteinlere çevrilir (Translasyon).

6. Crick’in adaptör hipotezi Amino asidler kovalent olarak tRNA’nın 3′ ucuna bağlanır. tRNA’daki üçlü kodon, mRNA’daki bazlar ile komplementer olarak hidrojen bağı ile bağlanır.

7. Genetik kod sentetik mRNA’lar kullanılarak çözülmüştür • Dört nükleotidin ikili olarak değişik şekillerde bir araya gelme olasılığı 42=16 • Dört nükleotidin üçlü olarak değişik şekillerde bir araya gelme olasılığı 43=64 • Kodon: Spesifik bir amino asidi kodlayan üç nükleotid’ten oluşan dize • Başlama (initiasyon) kodonu (AUG), tüm hücrelerde bir polipeptidi başlatan sinyal kodonu (Bir polipeptidin içinde sinyal ayrıca Met’i kodlar) • Sonlanma-DUR (terminasyon) kodonları (UAA, UAG ve UGA), hiçbir amino asidi kodlamazlar. Bu kodonlar polipeptid sentezinin bittiğinin sinyalini verirler (Stop veya nonsense kodonlar) • Dejenerasyon: Bir amino asidin birden fazla kodon ile kodlanmasıdır.

8. mRNA amino asit kodları

9. Genetik kodun dejenerasyonu

10. Kodon ve antikodon eşleşmesi

11. Kodon ve antikodon eşleşmesi tRNA’da bulunan inosinat (I), U, C ve A ile hidrojen bağı yapabilir

12. Wobble bazı • Wobble bazı tRNA’ların birden fazla kodonu tanımalarını sağlar • Antikodon: tRNA’da mRNA’ya karşılık gelen kodon. • Antikodon’daki ilk baz (5′  3′ yönünde) wobble bazdır.

13. Wobble Hipotezi • Bir mRNA kodonundaki ilk iki baz, tRNA’daki antikodon ile her zaman güçlü Watson-Crick baz eşleşmesi yapar. • Antikodondaki ilk baz (5′  3′ yönünde okunur) kodondaki 3. bazın karşısındaki bazdır. tRNA tarafından tanınan kodonların sayısını belirler (Bkz. Tablo) • Tüm 61 kodonun translasyonu için minumum 32 tRNA gereklidir.

14. Antikodondaki Wobble bazı tRNA’nın tanıyabildiği kodon sayısını nasıl belirler

15. Genetik kod’daki doğal değişiklikler

16. Protein Sentezi için • mRNA • Ribozomlar • tRNA • Aminoasitler gereklidir

17. Ribosomes are necessary for translation Fig.14.1

18. Ribozomal altüniteler S (Svedberg ünitesi)

19. Bakteriyel rRNA

20. tRNA’nın karakteristik yapısal özellikleri bulunur • Birçok tRNA’nın 5′ ucunda guanilat (PG) rezidüsü ve 3′ ucunda, CCA (3′) sekansı vardır. • Aminoasit kolu spesifik bir amino asidi taşır. • Antikodon kolu, antikodon içerir. • TψC kolu, ribotimidin (T), pseudouridin (ψ) içerir. • D ve TψC kolları tRNA’nın katlanması için önemlidir.

21. tRNA contains unusual bases Fig.14.2

22. Tüm tRNA’ların genel yonca yaprağı şeklinde sekonder yapıları

23. Cloverleaf Model of tRNA • Transcribed as large precursor • cleaved to 4S • 5’-Gp • pCpCpA-3’ • stem and loop structure TyC dihydrouracil Fig.14.3

24. Maya tRNAAla’nın nükleotid sekansı

25. 3-D Structure of tRNA Fig.14.4 TyC

26. Maya tRNAPhe’nin 3 boyutlu yapısı

27. Maya tRNAPhe’nin 3 boyutlu yapısı

28. Protein Sentezi • Amino asidlerin aktivasyonu • İnitiasyon • Elongasyon • Terminasyon ve salınım • Katlanma ve posttranslasyonel işlemler

29. Protein Sentezi

30. 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 özgüaminoaçil tRNA sentetazenzimleri bulunur. • Enzim katalizli tepkimede ATP hidrolizi ile aktive edilen amino asit, tRNA’nın 3’ ucundaki adenin bazına ait riboz şekerin 3’-OH grubuna bağlanır.

31. Amino açil tRNA’ların genel yapısı

32. Protein Sentezinde Amino asitlerin aktivasyonu İki tip amino açil tRNA sentetaz enzimi bulunur. Her amino asidin karbonil grubu peptid bağı oluşumunu kolaylaştırmak için aktive edilir. Her amino asit ile şifrelenen bilgi eşleştirilir. Bu enzimin hata düzeltme görevi de vardır.

33. tRNA doğru aminoasiti tanımalıdır • aminoacyl tRNA synthetases tarafından katalizlenir • amino asitler aktive edilir (aminoacyladenylic acid) • ATP gerekir Mg 2+ Amino acid + tRNA + ATP aminoacyl-tRNA + AMP + PPi Fig. 14.5

34. N-formilmetionin

35. Protein Sentezinin Basamakları • Başlama (Initiation) • Zincir Uzaması (Elongation) • Zincir Sonlanması (Termination)

36. Protein SentezininBasamakları-Başlama • Sentezin başlaması için: GTP, IF1, IF2, IF3 gereklidir. • İlk olarak • SSU rRNA (16S) özgül DNA dizilerini bulur: Shine-Dalgarno sequence (AGGAGG)

37. Başlama için gerekli protein faktörler

38. Shine-Dalgarno dizesi (5′) AUG ile initiasyon mRNA’da Shine-Dalgarno dizesi ile doğru pozisyondan başlatılır.

39. Shine-Dalgarno dizisi

40. Sentezin başlaması Bakteriyel ribozomda amino açil tRNA’ların bağlandığı üç bölge vardır: Amino açil veya A bölgesi, P bölgesi, E (çıkış) bölgesi 1.İlk olarak mRNA başlama faktörleri ile birlikte (IF1, 2, 3) küçük alt birime bağlanır. 2. Başlatıcı fMet-tRNA P bölgesindeki mRNA kodonuna bağlanır; IF3 ayrılır. 3. Büyük alt birim komplekse bağlanır; IF1 ve IF2 ayrılır; EF-Tu, tRNA’ya bağlanarak, A bölgesine girişi kolaylaştırır.

41. Zincir uzaması: İlk basamak (ikinci amino açil tRNA’nın bağlanması”) • İkinci yüklü tRNA, EF-Tu’nun yardımı ile A bölgesine girer; uzamanın ilk basamağı başlar.

42. Uzama, İkinci basamak: Peptid bağı oluşumu A bölgesinde Dipeptit bağı oluşur (Peptidil transferaz aktivitesi); Yüksüz tRNA, E bölgesine hareket eder ve ribozomu terk eder. Yeni oluşan dipeptit P bölgesine hareket eder. mRNA 3 baz kayar; EF-G translokasyon basamağını kolaylaştırır, uzamanın ilk basamağı tamamlanır.

43. Uzama, üçüncü basamak: translokasyon EF-Tu +GTP + tRNA A bölgesine yerleşir, EF-Tu girişi kolaylaştırır; Peptid bağı oluşumu ile tripeptid elde edilir. yüksüz tRNA, E bölgesine hareket eder. mRNA 3 baz kayar; EF-G translokasyon basamağını kolaylaştırır, uzamanın ilk basamağı tamamlanır.

44. Bakterilerde protein sentezinin terminasyonu Basamak 1- DUR kodonlarına gelindiğinde, GTP bağımlı salınma faktörlerine “harekete geçme” sinyali verilirve polipeptit zinciri ile tRNA arasındaki bağı kırarak zincirin translasyon kompleksinden ayrılmasını sağlar. Basamak 2- Bu kırılmadan sonra tRNA ribozomdan salınır ve ribozom alt birimlerine ayrılır.

45. Polizom Hem ökaryotik, hem de prokaryotik hücrelerde protein sentezinde 10 ile 100 ribozom aynı anda aktiftir. Bunlara polizom denir.

46. Polizom: Elektron mikroskobu

47. Bakteride transkripsiyon ve translasyonun eşleşmesi

49. Ökaryotlarda Protein Sentezi • Daha komplekstir • mRNA stoplazmaya taşınır • mRNA 1-2 saatte yıkılır • Kozak sequence 5’-ACCAUGG….. • AUG Met kodlar • Daha fazla sayıda ribozom görev alır • Ribozomlar E.R’a tutunur.

50. Ökaryotik initiasyon kompleksinin oluşumundaki protein kompleksler