Genetik şifre ve protein sentezi

DNA’yı oluşturan milyarlarca nükleotitin, bireye özel olarak sıralanması sonucu oluşan zincirlerin şifre veren belli bölümlerine gen denir. Dört çeşit nükleotit (A, G, S, T) farklı sayı ve sıra ile dizilerek farklı özellikte genlerin oluşmasını sağlar. Genlerin, protein sentezi veya RNA üretimi için verdiği kodlara genetik kod (DNA kodonu) denir.

• Tüm canlılarda Adenin, Guanin, Sitozin ve Timin nükleotitleri sayesinde sayısız çeşitte genetik şifre üretilir.
• Herhangi bir proteinin üretiminde kullanılacak aminoasit çeşidi sayısı en fazla 20’dir. Bir proteinin üretiminde, gerektiği zaman aynı aminoasit tekrar kullanılır. Üretilecek proteinin aminoasit sayısına göre, ihtiyaç duyulan genetik şifrenin içeriği de değişir.
• İstenen çeşitlilikte protein sentezlenebilmesi için şifrelerin üçlü nükleotit grupları şeklinde şifrelenmesi gerekmektedir. Dört çeşit nükleotit, üçerli şekilde gruplar oluşturduğunda 4 X 4 X 4= 64 çeşit nükleotit üçlüsü oluşturulur. Üç nükleotitin bir araya gelmesi ile oluşan şifreye kodon denir.
• Protein sentezi mekanizmalarında, DNA gen bölgesinin şifre veren zincirinde (Kalıp iplik) ilk kodon TAS’dir. Buna karşılık protein sentezi mekanizmalarında mRNA’nın ilk kodonu AUG (Metiyonin)’dir. Protein sentezini başlatan bu kodona başlama kodonu denir.

• DNA’da oluşturulacak 64 çeşit kodonun mRNA, 61 çeşidini aminoasit kodlamak için kullanır. Geriye kalan üç kodon aminoasit kodlamak için kullanılmaz. Durdurma (Stop) kodon (UAA, UAG, UGA) adını alan bu kodonlardan herhangi biri protein sentezinin sona ermesini sağlar (2019 AYT).

• 20 aminoasit çeşidine karşılık, 61 kodonun aminoasit şifrelemesi, protein sentezi sırasında meydana gelecek hataların telafi edilme ihtimalini arttırır. Örneğin, serin aminoasitini AGU ve AGC kodonları şifreler. mRNA’daki kodon AGU olarak yazılması gerekirken AGC şeklinde yazılsa bile serin aminoasiti, üretilecek protein için kodlanmış olur (2020, 2021 AYT).
• DNA’da yer alan gen bölgesinde AGT kodonu, mRNA’da USA kodonu olarak yazılır. Bu kodon ise tRNA tarafından AGU şeklinde okunur. tRNA’daki bu nükleotit üçlüsüne antikodon denir. tRNA, sonlandırıcı kodonları okuyamadığından bu kodonlara karşı aminoasit taşıyamaz ve bu duruma bağlı olarak protein sentezi sonlanır.

Protein sentezi

• Protein sentezinin ilk aşaması, DNA’da yer alan genin kalıp ipliğinden mRNA üretilmesidir. Bu olaya transkripsiyon (Şifrenin yazılması) denir.
• Gen bölgesinin mRNA’ya şifre veren ipliğine kalıp iplik, buna karşılık gelen DNA ipliğine ise kalıp olmayan (Anlamlı iplik) iplik denir.

• Transkripsiyon öncesinde RNA polimeraz enzimi DNA’nın şifre verecek gen bölgesindeki çift zincirin açılmasını sağlar. Aynı enzim, şifre verildikten sonra DNA’nın gen bölgesindeki iki ipliği tekrar birleştirir.

• Ökaryotik hücrelerde, çekirdekte gerçekleşen transkripsiyon olayı sırasında DNA’nın kalıp iplik bölgesindeki adenin deoksiribonükleotit’ine karşılık mRNA’da urasil ribonükleotiti getirilir.
• Çekirdekte transkripsiyon tamamlandıktan sonra üretilen mRNA çekirdek zarı porlarından sitoplazmaya geçiş yapar. Sonrasında mRNA, protein sentezine kalıplık yapacak ribozoma ulaşır. Bu sırada tRNA devreye girerek mRNA kodonlarına karşılık antikodon üretir ve her bir antikodona, özel enzimler yardımı ile ve ATP harcayarak aminoasit bağlar ve bu aminoasitleri ribozoma taşır. 
• mRNA kodonuna karşılık getirilen tRNA antikodonu ve aminoasit, translasyon (Şifrenin okunması) olayı ile kodonları okur. Translasyon işlemi, mRNA’daki sonlandırıcı kodon ribozoma girene kadar devam eder. Sonlandırıcı kodon ribozoma girdiğinde tRNA tarafından okunamaz ve bu kodona karşılık bir aminoasit taşınamadığından translasyon süreci sona erer (2022 AYT).

• Peptit bağları ile birleşen aminoasitler, polipeptit molekülüne dönüşmüş olur. Böylece hücrenin ihtiyaç duyduğu protein elde edilir (2020 AYT).
• Prokaryotik hücrelerde protein sentezi sitoplazmada başlar ve yine sitoplazmada sona erer. Ökaryotik hücrelerde ise protein sentezi çekirdekte başlayıp sitoplazmada sona erer.

Polizom (Poliribozom) (2024 AYT)

Yan yana dizilmiş ribozomların oluşturduğu yapıya polizom (Poliribozom) denir. Polizom sayesinde, hücrenin ihtiyaç duyduğu ve aynı özellikteki çok sayıda protein kısa sürede üretilir. Ribozom, üretilecek proteinin aminoasit dizilişini, sayısını ve çeşidini etkilemez.

• Protein sentezi sonucunda hücrede su ve polipeptit miktarı artarken, serbest aminoasit, serbest nükleotit, ATP ve miktarı azalır.

• Serbest aminoasit miktarı azaldığından hücre içi ortamın pH değeri artar.