Transkripsiyon DNAda saklanan genetik bilgilerin bir RNA molekl
Transkripsiyon, DNA’da saklanan genetik bilgilerin bir RNA molekülü (m. RNA, t. RNA, r. RNA) şeklinde kopyalanması veya yazılması olayıdır. 1
• Genetik Bilgi Akışı 2
RNA’nın Yapısı ve Çeşitleri RNA da DNA gibi uzun ve dallanmış bir makromolekül olup, nükleotitlerin 3’ ile 5’ fosfodiester bağlarıyla bağlanmasından oluşmuştur. RNA’nın kovalent yapısı, DNA’dan iki önemli farklılık gösterir. 1. Pentoz birimi deoksiriboz yerine ribozdur. 2. Dört bazdan birisi urasildir. Urasil de timin gibi adeninle eşlenebilir. 3
. Ribozda yer alan ve fosfodiester bağı yapmadığından boşta kalan 2’ –OH grubu kararlı çift sarmal yapıların oluşmasını engellemektedir. . Bu grubun polar karakterinin yanı sıra, su ve diğer yapılarla hidrojen bağı oluşturabilir. . Ayrıca, DNA moleküllerinde rastlanmayan katalizleme özelliğini de RNA zincirlerinde 2’-OH gruplarının yer aldığı reaktif katalitik merkezler sağlamaktadır 4
Bazı virüslerin dışında bütün canlılarda RNA molekülleri tek zincir yapısındadır. RNA molekülleri saç tokası benzeri dönüşlerle ortaya çıkan çift sarmal yapılı bölgeler ihtiva ederler. Bu yapıyı yine bazlar arasındaki spesifik eşleşme sağlar. Bu bölgelerde Adenin Urasil ile eşleşir. 5
Hücrelerde birbirinden farklı üç tip RNA bulunmaktadır. 1. Haberci(messenger)RNA(m. RNA), protein sentezinde kalıp rolü oynar. Her bir polipeptit zincirine karşılık gelen bir m. RNA vardır. m. RNA’lar bir hücredeki RNA’ların yaklaşık %5’ini teşkil eder. 6
2. Transfer RNA(t. RNA), m. RNA kalıbı tarafından belirlenen sıraya uygun olarak peptit bağı oluşturmak üzere amino asitlerini aktifleşmiş halde ribozomlara taşımakla görevlidirler. 20 amino asidin herbirisi için en az bir tane t. RNA vardır. Hücredeki RNA’ların yaklaşık %15’ini oluştururlar. 7
• 3. Ribozomal RNA, ribozomların en önemli bileşenleridir. RNA tipleri arasında en bol olanıdır(yaklaşık %80). • Prokaryotlarda, 5 S, 16 S ve 23 S’lik r. RNA çeşitleri ve ökaryotlarda 5 S, 5. 8 S, 18 S ve 28 S’lik r. RNA tipleri vardır. S= Svedberg unit, bileşiğin molekül ağırlığı ve şekli ile ilgilidir. • Ayrıca, kloroplast ve mitokondrilerde de 16 S ve 12 S’lik iki çeşit r. RNA moleküllerine rastlanmıştır. 8
RNA’NIN DNA’YA BAĞIMLI SENTEZİ • RNA polimerazlar RNA’yı sentezler. • Sentez için, • RNA polimeraz, bir DNA şablonu, nükleosit 5´ trifosfatlar (ATP, GTP, UTP ve CTP) ve Mg 2+ gereklidir. • Sentez ribonükleotitlerin 3´-hidroksil ucuna eklenmesi ile 5´ 3´ yönünde ilerler. 9
10
• RNA polimeraz bir primere ihtiyaç duymaz. • RNA sentezinde DNA üzerindeki bütün bazlar kopya edildiğinden DNA tamamen korunmuş olur. • RNA polimerazın bilinen hiçbir nükleaz aktivitesi yoktur. • RNA polimerazın en aktif şekli çift sarmal DNA’ya bağlı şeklidir. • E. colideki bütün RNA çeşitleri aynı RNA polimeraz enzimi tarafından DNA kalıbına göre sentezlenir. 11
• Ökaryotlarda ise birbirinden farklı üç çeşit RNA polimeraz enzimi(RNA pol I, RNA pol III) arasında iş bölümü vardır. • Bazı virüs RNA polimerazları RNA kalıbına göre RNA sentezini gerçekleştirebilirler. Ökaryotik RNA polimerazlar ve işlevleri RNA pol I: 18 S; 5, 8 S ve 28 S r. RNA ların karşılığı olan genlerin kopyalanmasında görev alır. Nükleolde bulunur. Nükleol aynı zamanda ribozomların oluştuğu mekandır. Sitoplazmada sentezlenen ribozomal proteinler buraya taşınarak ribozomlar inşa edilir. Ribozomlar daha sonra nükleus zarındaki gözeneklerden geçerek sitoplazmaya, yani, görev yaptıkları bölmeye transfer olurlar. 12
RNA pol II: m. RNA’ların ön bileşikleri olan büyük uzun RNA zincirleri ise (hn. RNA’lar) RNA pol II tarafından sentezlenir. Nükleoplazmada yer alır. RNA pol III: Bütün t. RNA’lar RNA pol III tarafından sentezlenir. Nükleoplazmada yer alır. Mitokondri RNA polimeraz: Bütün mitokondri RNA’ları mitokondri RNA polimerazı tarafından sentezlenir. Mitokondride bulunur. 13
α-amanitin’in RNA polimerazlara etkisi α-amanitin mantar zehirlenmesinden ölüme yol açan toksinlerden birisidir. RNA pol II’ye çok sıkı bir şekilde bağlanır ve m. RNA sentezini inhibe eder. RNA pol III ise daha yüksek derişimlerde(10 -6 M) inhibe edilirken, RNA pol I bu toksine cevap vermez. 14
RNA POLİMERAZ ENZİMİ E. coli’den elde edilen RNA polimeraz, 460 k. Dal mol kütlesine sahip çok büyük ve kompleks bir enzimdir. Dört tür ve beş alt birimden ibaret olan enzim iki kısımdan oluşur. 1. a 2, b, b’ alt birimlerinden meydana gelen çekirdek(kor) enzim RNA sentezini gerçekleştirir. 2. s faktörü de DNA üzerinde RNA sentezinin başlayacağı dizilişi (promotor bölgeyi) bularak, holoenzim adı verilen a 2 b b’s şeklinde bu dizilişe kararlı olarak bağlanır. 15
E. coli’de RNA polimeraz, bir merkez enzim ve sigma faktörü ile birlikte holoenzim oluşturur. Sigma ( ) faktörü, DNA üzerinde bulunan promotör bölgeyi tanıyarak RNA polimerazın DNA’ya bağlanmasına yardım eder. 16
17
PROMOTORLAR, KALIBA BAĞLANMA VE SİGMA ALT BİRİMİ • Bir DNA çift sarmalı üzerindeki belirli bir gen bölgesine karşılık gelen DNA zincirlerinden yalnız bir tanesi transkripsiyona maruz kalır. • DNA’nın transkripsiyona uğrayan zinciri kalıp, eşleniği olan zincir de eş zincir adını alır. • Transkripsiyon, kalıba bağlanma, başlangıç, zincir uzaması ve sonlanma aşamaları halinde gerçekleşir. • Kalıba bağlanma, RNA polimerazın sigma alt birimi ile DNA’nın özgül promotor dizisine bağlanması ile gerçekleşir. • Promotor, genin transkripsiyon başlangıç noktasının gerisinde 5’ ucundadır. 18
E. coli’de RNA polimeraz yazılımı(transkripsiyon) • DNA, çift-sarmal yapısındaki iki DNA zincirinden biriyle tamamlayıcı olan bir RNA zincirinin sentezi sırasında geçici bir süre çözünür. • Belli bir sürede yaklaşık 17 baz çifti çözünür. Yazılım baloncuğu şekildeki gibi soldan sağa doğru ilerlerken, RNA sentezi gerçekleşir. • Sentez sırasında DNA, baloncuğun ön tarafında çözünürken, gerisinde yeniden birleşir. • Kırmızı oklar; DNA ve kısa RNA-DNA hibridinin, bu işlemin gerçekleşebilmesi için gerekli olan rotasyon yönlerini göstermektedir. • DNA yeniden birleşirken RNA-DNA hibridi yer değiştirir ve RNA zinciri dışarı verilir. 19
20
Rna yazılımı, kalıp zincirin tamamlayıcısı olarak sentezlenir ve kodlayan (veya kalıp olmayan) zincirle aynı diziyi içerir (T yerine U ile). 21
• RNA sentezi promotorlerde başlar. • Eğer RNA sentezi DNA’nın herhangi bir bölgesinden başlasaydı, bu olağanüstü savurgan bir işlem olurdu. • RNA polimeraz, tersine, promotor adını alan, hemen yanındaki genlerin yazılımını yöneten özgül dizilere bağlanır. • E. coli’de RNA polimeraz, yazım başlama bölgesinin yaklaşık 30 baz çifti arkası ve 70 baz çifti önünü kapsayan bir bölgeye bağlanır. 22
• Genel olarak, yeni sentezi başlayan RNA molekülüne karşılık gelen DNA baz çiftlerine pozitif, RNA sentezi başlama bölgesinden önce gelenlere ise negatif sayı verilir. Bu şekilde, promotor bölgenin uzunluğu -70 ile +30 arasındadır. • Birçok bakteri promotor dizisinin karşılaştırılması sonucunda, yaklaşık -10 ve -35 bölgelerinde yer alan benzerlikler içeren iki dizi saptandı. • -10 bölgesindeki ortak dizi (5’)TATAAT(3’) • -30 bölgesindeki ortak dizi (5’)TTGACA(3’)’ • AT’den zengin olan bir diğer üçüncü tanıma bölgesine UP (promotörün yukarısına doğru, upstream promoter) denir. 23
E. Coli RNA polimeraz enziminin yazım işlemini başlatmasına ilişkin basamaklar • Başlama ve bağlanma olmak üzere genel olarak iki evreden oluşur. • Bağlanma evresinde, RNA polimeraz ilk olarak promotörle etkileşerek kapalı kompleks oluşumuna yol açar. Bu durumda promotörün DNA’sı henüz çözülmemiştir. • DNA’nın 12 ile 15 baz çiftlik bölgesi(-10 bölgesinden +2 veya +3 bölgesine doğru) çözülerek açık kompleksi oluşturur. • Kompleks içinde yazımın başlaması konformasyonel bir değişikliğe yol açarak kompleksi uzama evresine yönlendirir ve ilerleyen kompleks promotörden uzaklaşır. Bu şekilde uzama evresi devam eder. 24
RNA sentezi için RNA polimeraza, başlama ve sonlanma sinyallerine gereksinim vardır 25
RNA Sentezinin Sonlanması RNA zincirinin uzama işlemi, bir sonlanma sinyaline erişilene kadar devam eder. RNA ürününün salınması için ilave bir protein (p, rho faktör) gerekebilir. Alternatif olarak bazı durumlarda tetramerik RNA polimeraz, DNA kalıp üzerindeki sonlanma bölgelerini tanıyabilir (p-bağımsız sonlanma) 26
Rho bağımlı sonlanma • Rho-bağımlı sonlanma ilave bir proteinin (p faktör) katılımını gerektirir. Bu faktör yeni sentezlenen RNA’nın 3’- ucu yakınındaki Czengin bir bölgeye bağlanır ve RNA polimerazın arkasıdan onunla birlikte 5’ 3’ yönünde sonlanma yerine kadar haraket eder. Sonlanma bölgesinde p faktör, DNA kalıp zinciri kaydırarak RNA molekülünün ayrılmasını kolaylaştırır. 27
Rho bağımsız sonlanma • RNA traskripti, RNA polimerazın ilerlemesini yavaşlatan ve geçici olarak durmasını sağlayan sabit bir hairpin (saç tokası) yapısı oluşturabilmektedir. RNA’daki bu dönme, bir palindrom varlığının sonucu olarak iki kat simetri gösteren sonlanma yerine yakın bir DNA kalıp bölgesine tamamlayıcıdır. • Palindrom: iki zincirden her birinin aynı yönde okunduğunda aynı nükleotit dizisine sahip olduğu bir çift zincirli DNA bölgesidir. 28
29
RNA’nın Posttranskripsiyonel modifikasyonu r. RNA 30
t. RNA 31
Yazım sonrası tepkimelerde oluşturulan değişikliğe uğramış bazı t. RNA bazları 32
Ökaryotik m. RNA • 5‘ başlık (capping) • Poli A kuyruğu eklenmesi • İntronların uzaklaştırılması 33
34
• Yazımların şifre bölgelerini parçalara ayıran şifre içermeyen bölgelere intron ve şifre içeren parçalara ekson denilir. 35
Çoğu kanser tedavisinde kullanılan bazı antibiyotikler transkripsiyonu inhibe etmektedirler Actinomycin D, prokaryotlarda ve ökaryotlarda, DNA çift sarmalında guanin sitozin baz çiftlerinin arasına girerek, DNA’da şekil bozukluğuna yol açar. Bu durum, polimerazın kalıp boyunca hareketini engeller. Akridin de benzer şekilde RNA sentezini baskılar. Rifampicin, prokaryotlarda RNA polimeraz inhibitörüdür. amanitin, ökaryotlarda RNA polimeraz inhibitörüdür. 36
37
38
Transkripsiyonun kontrolü • Ökaryot ve prokaryotlardaki genetik bilgilerin proteine dönüştürülmesinin, yani, genetik ifadenin denetimi ve düzenlenmesinde, en önemli basamak transkripsiyonun başlangıç safhasıdır. • Hücrelerin her proteine, her anda aynı oranda ihtiyacı bulunmaz. • Bunun sonucu olarak, bazı metabolik yolların hızlanması ve bazılarının da yavaşlaması icap eder. • Bunun için, buralarda görev alan proteinlerin ve enzimlerin sentezlerinin baskılanması veya aktif hale getirilmesi gerekir. 39
- Slides: 39