12. Sınıf DNA, Protein Sentezi ve Biyoteknoloji — Konu Anlatımı

Tek Harf, Bambaşka Bir Alyuvar

Orak hücreli anemi hastasının alyuvarları yuvarlak disk yerine hilal biçimindedir; ince kılcal damarlarda takılır, oksijeni iyi taşıyamaz. Hastalığın bütün nedeni hemoglobin geninde tek bir harftir. Sağlıklı gende mRNA'daki bir kodon $\mathrm{GAG}$ iken hastada $\mathrm{GUG}$ olur. $\mathrm{GAG}$ glutamik asidi, $\mathrm{GUG}$ ise valini kodlar. Proteinin 146 amino asitlik zincirinde yalnız 1 amino asit değişir; ama bu değişim molekülün katlanmasını ve alyuvarın biçimini bozmaya yeter.

Bu tek örnek bütün konuyu içinde taşır: DNA'daki dizi mRNA'ya yazılır, mRNA üçlü üçlü okunur, her üçlü bir amino aside karşılık gelir. Şimdi o okumayı kendimiz yapalım.

Şifre Tablosu Nasıl Okunur?

RNA'da 4 çeşit baz vardır ($\mathrm{A, U, G, C}$). Üçlü gruplar $4^3 = 64$ farklı kodon verir. Bunların 61'i amino asit belirtir, 3'ü ($\mathrm{UAA, UAG, UGA}$) "dur" demektir ve hiçbir amino aside karşılık gelmez. $\mathrm{AUG}$ hem metiyonini kodlar hem de başlama kodonudur. Aşağıda tablonun küçük bir parçası var:

Glutamik asidin iki, valinin dört kodonu vardır; 61 kodon 20 amino aside paylaştırıldığı için çoğu amino asidin birden fazla kodonu olur. Bu yüzden bazı baz değişimleri kodonu değiştirir ama amino asidi değiştirmez: $\mathrm{GAA} \rightarrow \mathrm{GAG}$ değişiminde protein aynı kalır.

Çözümlü Örnek: Kalıptan Proteine

Kalıp DNA zinciri: $\mathrm{TAC\ AAA\ CGA\ ATT}$. Oluşan polipeptit nedir?

1. Transkripsiyon: Kalıbın karşısına tamamlayıcı mRNA yazılır; DNA'daki A'nın karşısına U gelir: $\mathrm{AUG\ UUU\ GCU\ UAA}$.
2. Kodonlara böl: AUG · UUU · GCU · UAA.
3. Tablodan oku: Metiyonin · Fenilalanin · Alanin · dur.
4. Say: 3 amino asit, aralarında $3 - 1 = 2$ peptit bağı.
5. tRNA'lar: Antikodonlar kodonun tamamlayıcısıdır: UAC, AAA, CGA. Dur kodonuna tRNA gelmez; orada ribozom polipeptidi serbest bırakır ve alt birimlerine ayrılır.

Dikkat edersen antikodon dizisi kalıp DNA'nın dizisine benziyor; tek fark T yerine U gelmesi. Soruda kalıp verilip antikodon sorulursa bu kısa yol işe yarar. Bir kontrol: kodon $\mathrm{GCA}$ ise antikodon $\mathrm{CGU}$ olur.

Sayma Sorularının Dört Kuralı

Son satırı açalım: A = 300 ise T de 300'dür. Geriye $1000 - 600 = 400$ nükleotit kalır, bunun yarısı G, yarısı C: C = 200. "En az" ifadesi dur kodonunu ve kodlanmayan bölgeleri hesaba katmadığımızı söyler; sınav soruları bu kalıpla sorar.

Bir de hız meselesi var. Aynı mRNA'ya aynı anda 10-20 ribozom art arda bağlanabilir (poliribozom). Her ribozom kendi polipeptidini üretir; tek bir kopya mRNA'dan kısa sürede çok sayıda protein çıkar.

Nerede Olur, Ne Değişir?

Ökaryot hücrede transkripsiyon çekirdekte olur; mRNA çekirdek porlarından sitoplazmaya geçer ve translasyon ribozomda yapılır. Prokaryotta çekirdek zarı olmadığı için iki olay sitoplazmada, hatta aynı anda yürüyebilir.

Baz değişimlerinin sonucu üç çeşittir: amino asidi değiştirmeyen (sessiz), bir amino asidi başka bir amino aside çeviren (orak hücrede olduğu gibi) ve kodonu dur kodonuna çeviren. Sonuncusu proteini yarıda keser ve çoğu zaman en ağır sonucu verir. Bir gen bir enzimi, enzim de bir tepkimeyi yönettiği için bozuk gen o tepkimenin durması demektir.

Mini soru: Triptofanı kodlayan $\mathrm{UGG}$ kodonunun son harfi A'ya dönüşürse ne olur? Yeni kodon $\mathrm{UGA}$'dır, yani dur. Protein o noktada biter. Gen 300 amino asitlik bir proteini kodluyorsa ve değişim 40. kodondaysa ortaya yalnız 39 amino asitlik, işlevsiz bir parça çıkar. Aynı noktadaki $\mathrm{UGG} \rightarrow \mathrm{UGC}$ değişimi ise yalnız bir amino asidi (triptofan yerine sistein) değiştirirdi.

Biyoteknolojiye köprü: Şifre bakteride de insanda da aynı okunur. İnsan insülin geni bakteriye aktarıldığında bakteri insan insülinini üretir; bu uygulamanın mümkün olmasının nedeni şifrenin evrenselliğidir. Aktarım yöntemlerinin ayrıntısı "Protein Sentezi ve Genetik Mühendisliği" anlatımında.

Sık Yapılan Hata

Kalıp zincir ile kodlayan zinciri karıştırmak. mRNA, kalıp zincirin tamamlayıcısıdır; kalıp $\mathrm{TAC}$ ise kodon $\mathrm{AUG}$ olur, $\mathrm{UAC}$ değil. Öğrencilerin çoğu kalıbı olduğu gibi kopyalayıp yalnız T'yi U yapıyor. O işlem antikodonu verir, kodonu değil.

Dur kodonuna amino asit yazmak. 4 kodonluk bir mRNA'da son kodon dur ise amino asit sayısı 3'tür. Dur kodonunu sayıp 4 amino asit yazan cevap şıklarda mutlaka bulunur.

AYT ipucu: Soruda tablo verilmişse ezberini değil tabloyu kullan; sınav bazen kurgusal bir şifre tablosu verir ve yalnız okuma becerini ölçer.

Sık sorulanlar