İsimsiz Ders

GENETİK ŞİFRE

VE

PROTEİN SENTEZİ

12.1.2. Genetik Şifre ve Protein Sentezi

Anahtar Kavramlar

• antibiyotik, antikodon, biyoetik, biyogüvenlik, biyoteknoloji, DNA parmak izi,

gen terapisi, genetik şifre, genetik danışmanlık, genetik mühendisliği, insülin,
klonlama, kod, kodon, kök hücre, model organizma, RNA polimeraz, protein
sentezi, transkripsiyon, translasyon, yapay doku/organ

12.1.2.1. Protein sentezinin mekanizmasını açıklar.

a. Genetik şifre ve protein sentezi arasındaki ilişki üzerinde durulur.

b. Protein sentezi açıklanırken görsel ögeler, grafik düzenleyiciler, e-öğrenme
nesnesi ve uygulamalarından yararlanılır.

Genetik Şifre

•RNA virüsleri hariç, diğer canlılara ait genetik bilgi DNA üzerinde
şifrelenmiştir.Şifrelerin yazılımında 4 harfli bir alfabe kullanılır.

•Her bir harf bir nükleotit çeşitini ifade eder. (A,G,C,T)

•Dört çeşit nükleotidin farklı kombinasyonlarla üçerli gruplar
hâlinde dizilmesi ile oluşan şifreye genetik şifre (genetik kod)
denir.

•Adenin, timin, guanin ve sitozin deoksiribonükleotitlerinin DNA
üzerindeki sayıları ve dizilişleri, canlılar arasında farklılıklara
neden olur.

•Bir gendeki nükleotitlerden oluşan şifreler amino asitleri, amino
asitlerden oluşan proteinler de canlıların özelliklerini belirler.

•DNA, üç nükleotitten oluşan şifreler üretir.

•Şifreler; adenin, guanin, sitozin ve timin nükleotitlerinden
oluşturulur. DNA üzerindeki bu üç nükleotitli şifreler, bir araya
gelerek genleri oluşturur.

5

Tüm canlıların genetik şifreleri farklıdır

ancak benzer özellikleri de vardır.

•Canlı yapısında bulunan proteinlerin tümünün sentezlenebilmesi için 20
farklı amino asit gereklidir.

•20 farklı amino asidi şifrelemek için en az 20 farklı şifre bulunmalıdır.

•Eğer her bir nükleotit, bir şifreyi ifade etseydi en fazla (41 ) 4 farklı şifre
oluşurdu. Bu durum protein sentezi için gerekli olan 20 çeşit amino asidi
şifrelemeye yetmezdi.

•Eğer şifreler, iki nükleotitten oluşsaydı en fazla (42 ) 16 çeşit amino asit
için şifre üretilebilirdi. 20 çeşit amino asidin tamamı şifrelenemezdi.

•Bu nedenle bir genetik şifre, 3 nükleotitten oluşmak zorundadır. Bu
durum, toplamda (43 ) 64 çeşit şifrenin ortaya çıkması demektir. Bu
sistem 20 farklı amino asidin rahatlıkla şifrelenebilmesini sağlar.

2017 LYS2

•DNA ve sentezlenen mRNA üzerindeki üçlü nükleotit
dizisine kodon denir.

•tRNA’da mRNA’daki kodonlara karşılık gelen üçlü baz
dizilerine antikodon denir.

•Üç nükleotit içeren 64 kodon ortaya çıkmıştır. Bu
kodonlardan 61 tanesinin 20 çeşit amino asidi kodladığı
bulunmuştur.

•mRNA’daki 64 çeşit kodondan üç çeşidi amino asit
kodlamaz, bu kodonlara durdurucu ya dasonlandırıcı
kodon adı verilir. Bu kodonlar, protein sentezini sonlandıran
sinyallerdir.

•Geriye kalan 61 çeşit kodon, 20 farklı amino asidi şifrelemek
için kullanılır. Bazı amino asit çeşitlerinin birden fazla kodonu
vardır. Örneğin serin amino asidi altı farklı kodon tarafından
şifrelenebilir.

•DNA’daki bir kod, bir amino asidi şifreler.

-Örneğin DNA’ daki karşılığı TAA olan kod, mRNA’ya AUU
kodonu olarak aktarılır.

-Bu kodon izolösin amino asidini şifreler.

-İzolösin amino asidine uygunluk gösteren antikodon şifresi
UAA’dır.

-Protein sentezi sırasında durdurucu kodonlara karşılık amino
asit ve tRNA gelmez.

•Metiyonin ve triptofan amino asitleri ise tek bir
kodonla şifrelenir.

•Her kodon bir amino asidi şifreler fakat bir amino asit, bir veya
birden fazla kodon tarafından şifrelenebilir.

•Örneğin AUG, metiyonin amino asidinin kodonudur ve metiyonin
amino asidinin başka şifresi yoktur.

•Prolin amino asidi ise CCU, CCC, CCA, CCG olmak üzere dört farklı
kodon ile şifrelenir.

•Amino asitlerin birden fazla kodon tarafından şifrelenebilmesi
canlıyı olası mutasyonlara karşı koruyan önemli bir mekanizmadır.

- Serin amino asidini şifreleyen kodonlar mRNA’da UCU, UCC, UCA,
UCG, AGU, AGC’dir. DNA’da AGA kodonuna sahip bir genden
sentezlenen mRNA, UCU kodonunu taşır. Bu kodon serin amino
asidini kodlar.

•Gende meydana gelen bir mutasyon sonucu AGA kodonu AGG
kodonuna dönüşmüşse bu durumda genden sentezlenen
mRNA’daki kodonda UCC olmuştur. Mutasyon sonucu değişen
mRNA kodonu da yine serin amino asidini şifrelediği için protein
sentezi sırasında herhangi bir aksaklık ortaya çıkmamıştır. Yani
canlıda bu mutasyon etkisini gösterememiştir.

•Her polipeptit sentezi aynı kodonla başlar (başlama kodonu (AUG)
ve bu kodon metiyonin amino asidini şifreler.

•Canlılarda protein sentezi metiyonin amino asidi ile başlar. Sentez
tamamlandıktan sonra metiyonin bir enzim ile çıkarılabilir. Bu
nedenle sentezlenen tüm proteinlerin yapısındaki ilk amino asidin
metiyonin olduğu söylenemez.

•64 çeşit kodondan 3 tanesi (UAA, UGA, UAG) durdurucu (stop)
kodonlardır.

•Çoğu canlıda stop kodonların amino asit olarak karşılığı yoktur.

Başlatma kodonu: AUG
Durdurma (bitiş) kodonu: UAA,UGA,UAG şeklinde yazılır.

•Bu özellikler bütün canlılarda ortaktır.

En az

En çok

DNA’daki genetik kod çeşidi

20

64

mRNA’daki kodon çeşidi

20

64

tRNA’daki antikodon çeşidi

20

61

20

52.

•200 amino asitlik bir polipeptit zincirine kalıplık eden bir
elçi RNA molekülünde en az kaç nükleotit bulunmalıdır?
A)100

B)200

C)400

D)600

E)800

(1974 ÜSS)

PROTEİN SENTEZİ

Protein sentezini bir yemeğin yapılışına benzetirsek;

Malzemeler: DNA, mRNA, tRNA, rRNA, ribozom, aminoasit, enzim, ATP.

Yemeğin yapılışı:

DNA: Protein sentezi için gerekli bilgiyi üzerinde taşır.(yemeğin tarifi)

DNA’nın üç işçisi vardır. Bunlar mRNA, tRNA ve rRNA dır.

mRNA: Sentez için gerekli bilgiyi DNA’dan alarak sentezin yapılacağı yere getirir.

(yemeğin tarifini mutfağa getiren işçi)

tRNA: Sentezde kullanılacak aminoasitleri sentezin yapılacağı yere getirir.

(Yemek için gerekli malzemeleri çarşıdan getiren işçi)

24

Ribozom: Hücrede sentezin gerçekleşeceği yer (yemeğin pişirileceği
mutfak,

rRNA isimli işçi yemek pişirileceği zaman mutfağa gelir.)

Aminoasit: Protein sentezi için gerekli yapıtaşları

(Yemek yapımına katılacak malzemeler)

Enzim: Olayın gerçekleşmesini sağlayacak molekül(aşcı)

ATP: Olay için gerekli enerji (Yemeğin pişirilmesi için gerekli ateş)

25

PROTEİN SENTEZİ

•Protein sentezi, tüm canlılarda gerçekleşen ortak bir olaydır. Her
canlı, sahip olduğu DNA’larına göre kendilerine özgü proteinleri
sentezler.

•DNA’daki bilginin kullanılarak ribozomlarda polipeptit üretilmesine
protein sentezi denir.

•Protein sentezinde görev alan başlıca yapılar; DNA, üç RNA çeşidi
(mRNA, tRNA ve rRNA), ATP, enzimler, amino asitler ve ribozumdur.

•Protein sentezinde genetik bilgi akışı DNA’dan RNA’ya ve oradan da
proteine doğrudur.

•Bir genin baz dizisine göre özel bir polipeptit üretilmesi iki
ana basamakta gerçekleşir.

1.
Transkripsiyon (yazılma)

2.
Translasyon (okuma) olaylarıdır.

Prokaryot Ökaryotta Protein Sentezi Farkı

•Prokaryot hücrelerde transkripsiyon ve translasyon olayları,
sitoplazmada gerçekleşir.

•Ökaryot hücrelerde ise transkripsiyon işlemi çekirdeğin içinde,
mitokondrinin matriksinde ve kloroplastın stromasında
gerçekleşir.

•Daha sonra çekirdeğin içinde üretilen mRNA, translasyon olayını
gerçekleştirmek için sitoplazmaya geçer. Translasyon olayı
sitoplazmaki ribozomlarda, mitokondri ve kloroplastların kendi
ribozomlarında gerçekleşir.

Transkripsiyon

•Transkripsiyon, DNA kalıbını kullanarak mRNA
sentezlenmesidir.

•DNA’daki genden transkripsiyonla sentezlenen mRNA,
sentezlenecek proteinin amino asit dizilişini belirler.

Transkripsiyon basamakları

1. Başlama
2. Uzama

3. Sonlanma

30

54.

33

•Protein sentezinin yoğun olduğu hücrelerde RNA miktarı da
fazladır.
Örneğin ipek böceğinin ipek yapan bezlerinde çok sayıda RNA
olduğu saptanmıştır. Çünkü ipeğin ham maddesinin proteindir.

Başlama

•Transkripsiyon başında RNA polimeraz enzimi DNA’nın
ilgili gen bölgesini açarak o bölgeye bağlanır.

Uzama

•RNA polimeraz, kalıp olarak kullanılacak DNA zincirini kopyalamaya başlar.

•Kalıp zincirdeki nükleotitlerin her birinin karşısına uygun RNA nükleotitleri
gelir. RNA'da timin olmadığından urasil, adenin ile tamamlayıcı bir şekilde
eşleşir.

•RNA polimeraz, RNA nükleotitleri arasında fosfodiester bağları oluşturur.

•RNA polimeraz, kalıp zincir boyunca hareket eder ve RNA nükleotitlerini
uzayan mRNA’nın 3' ucuna ekler.

•mRNA molekülü, DNA’nın kalıp zincirine antiparalel yönde (5'→3')
sentezlenir.

•Transkripsiyon öne doğru ilerledikçe yeni sentezlenmiş mRNA molekülleri,
kalıp DNA’dan ayrılır ve DNA ikili sarmalı tekrar oluşur.

37

Sonlanma

• RNA polimeraz, genin sonlandırıcı dizisine geldiğinde

DNA’dan ayrılır.

• mRNA molekülü serbest bırakılır.

• Serbest kalan mRNA ‘nın her iki ucu değiştirilerek RNA

işlenmesi gerçekleşir.

• Böylece mRNA ökaryot hücrelerde çekirdek zarındaki

porlardan sitoplazmaya geçerek ribozomun küçük alt
birimine bağlanır.

39

Translasyon

•mRNA’daki kodonlar üzerinden meydana gelen
polipeptit sentezidir.

• Translasyonda mRNA, ribozom, tRNA ve aminoasitleri
tRNA’ya bağlanmak için aktifleştirici enzimler görev alır.

•Okumanın yapıldığı yer ribozom organelidir.

40

Ribozom

•Polipeptit sentezinin gerçekleştiği yapıdır.

•Ribozom, büyük ve küçük olmak üzere iki alt birimden oluşur. Bu
birimler protein sentezinde bir araya gelir.

•Ribozomun büyük alt biriminde üç bölge vardır.

•Birinci bölge (A), tRNA’nın bağlandığı ve kodon ile antikodon
eşleşmesiyle okuma olayının gerçekleştiği yerdir.

•İkinci bölge (P) polipeptidin uzadığı yer,

•Üçüncü bölge (E) ise tRNA’nın ribozomu terk ettiği yerdir.

41

45

Translasyon başmakları

1. Başlama

2. Uzama

3. Sonlanma

99

Başlama

• Bu basamakta mRNA, ribozomun küçük alt birimine bağlanır.

• mRNA’daki AUG başlatma kodonuna karşılık gelen UAC antikodonuna sahip tRNA,

metiyonin amino asidini ribozoma getirir.

• Geçici hidrojen bağları kurularak kodon antikodon eşleşmesi gerçekleşince ribozomun

küçük alt birimi büyük alt birimine bağlanır ve polipeptit sentezi başlar.

Uzama

• mRNA’nın ribozom alt birimleri arasında kaymasıyla tRNA, taşıdığı amino

asitle 2. bölgeye gelir.

• Boşta kalan 1. bölgeye yeni tRNA gelir. Yine antikodon kodon eşleşmesi ve

okuma gerçekleşir.

• 2. bölgede bulunan tRNA, taşıdığı amino asidi 1. bölgedeki tRNA’nın taşıdığı

amino asit üzerine ekler. Bu sırada amino asitler arasında peptit bağı oluşur.

• Peptit bağı oluşumunda büyük alt birimde bulunan rRNA enzim olarak görev

alır.

• Amino asidini bırakan tRNA 3. bölgeye geçer ve ribozomu terk eder. Bu

olaylar, mRNA’daki şifrelerin tümü okununcaya kadar tekrarlanır. Böylece
amino asitler polipeptite mRNA'daki kodon sırasına göre eklenir.

Sonlanma

•Uzama safhası mRNA üzerindeki durdurucu (UGA,
UAG, UAA) kodonlardan birine ulaşılana kadar devam
eder.

•Durdurucu kodonlara sonlandırıcı protein (ayrılma
faktörü) bağlanır. Bu protein polipeptit zinciri ile
tRNA arasındaki bağı kopararak polipeptit zincirinin
ribozomdan ayrılmasını sağlar.

•Yeni sentezlenmiş polipeptit zinciri ribozomu terk
ettikten sonra ribozom alt birimleri birbirinden ayrılır.

55.

•Protein sentezinde genetik bilgi akışı

57

Proteinin golgide işlenmesi ve hücre dışına ekzositozu

Poliribozom (Polizom)

•Bir mRNA üzerine birden fazla ribozomun tutunmasıyla oluşan
yapılardır.

•Polizomlar sayesinde aynı çeşit proteinden kısa sürede ve çok
miktarda üretilebilir.

Proteinlerin Farklı Olmasının Sebepleri

1) Gendeki nükleotid sırası, çeşidi:

a) mRNA’daki kodon sırası, çeşidi

b) Kullanılan tRNA sırası, çeşidi

c) Proteindeki aminoasit sırası , çeşidi

2)Gendeki nükleotid sayısı:

a) mRNA’daki kodon sayısı

b) Kullanılan tRNA sayısı

c) Proteindeki aminoasit sayısı

62

65

Bir Gen Bir Polipeptit Hipotezi

BİR DENEY: Mutasyona uğrayan sporların, her zaman yetiştikleri kültür
ortamında yaşayamadığını belirlemişlerdir.

• Ancak ortama amino asit ve vitaminler eklendiğinde bu sporların hayatlarını

devam ettirebildiklerini görmüşlerdir.

• Ekmek küfü mantarı sporlarının gelişmesi, sadece arjinin amino asidinin

bulunduğu tüpte gerçekleşmiştir.
Neurospora crassa’da öncül maddeden arjinin amino asidinin
üretiminde üç farklı gen ve enzim görev alır.

•Deneyin sonucunda ekmek küfü mantarı sporlarının, mutasyon

nedeniyle arjinin amino asidini sentezleyemediği sonucuna ulaşılmıştır.

66

• Gen 1 mutasyona uğrarsa Enzim 1 sentezlenemeyeceği için ornitin
üretilemeyecek, tepkime bu noktada duracaktır.
• Ortama Enzim 1 ilave edildiğinde tepkimenin devam ettiği görülür.

• Gen 2'nin mutasyona uğraması sonucunda Enzim2 sentezlenemez ve ornitin,
sitruline dönüştürülemez. Ortamda ornitin birikir. Biriken bu ve benzeri
maddeler hücrenin veya canlının ölümüne sebep olabilir.
• Eğer bu ortama Enzim 2 ilave edilirse tepkime devam eder.

•Yukarıdaki şemaya göre gen mutasyonla değişmişse hücrenin
yaşaması için hangi maddeyi hazır alması gerekir?

A) R maddesini B) T maddesini C) M maddesini

D) P maddesini E) Z maddesini

(1976-ÜSS)

•(1976-USS) Aşağıdakilerden hangisi hücrenin protein
sentezlemesi ile doğrudan ilişkili değildir?

A) Ribozomlar

B) Mitokondriler

C) Elçi RNA

D) Taşıyıcı RNA

E) Amino asitler

Yukarıda özetlenen santral dogma olaylar sırasıda, aşağıdakilerden hangisinin
gerçekleşmesi, hücrenin kalıtsal yapısında değişikliğe neden olur?
A) mRNA’nın bir parçasının kopup ayrılması
B) Transkripsiyondaki hatadan dolayı bir amino aside özgü tRNA’nın
bulunmaması
C) Replikasyon sırasında diziden bir şifrenin ayrılıp dağılması
D) Transkripsiyondaki hatadan dolayı farklı bir mRNA oluşması
E) tRNA’ya yanlış aminoasit bağlanması

(1987-ÖYS)

• (1989-ÖYS) Şemada, ribozomda sentezlenmekte olan bir protein zincirinin, üç amino asitlik kısmı ile ilgili

olarak; 1. ve 2. amino asitlerin tRNA’daki antikodonları, 3. amino asitin ise mRNA’daki kodonu verilmiştir.

1. aminoasitin tRNA’daki antikodonu: ACG

2. aminoasitin tRNA’daki antikodonu: UUG

3. aminoasitin mRNA’daki kodonu: UGC

Bu üç amino asitlik kısmın kodlanmasını sağlayan, DNA zincirindeki nükleotid dizisi aşağıdakilerden
hangisi olabilir?

•DNA’nın, hücre yönetimini gerçekleştirmesi sırasında
aşağıdakilerden hangisi ilk olarak meydana gelir?

A) mRNA molekülünü oluşturacak nükleotitlerin birbirine bağlanması

B) tRNA’ya amino asit bağlanması

C) Kodonun uygun antikodonla birleşmesi

D) Amino asitlerin birbirlerine bağlanması

E) Ribozom ait birimlerinin bir araya gelmesi

(1995-ÖYS)